Drohnen erobern den Luftraum auch in Deutschland. Um ihr volles Potenzial zu nutzen, hat das Joint-Venture Droniq eine Drohnenmanagementplattform entwickelt, die Flüge auch außerhalb der Sichtweite ermöglicht. Wie funktioniert der sogenannte UTM-Service?
Ob die Vermessung von Infrastrukturen und Gebäuden, das Monitoring von Strom- oder Gasfreileitungen oder die Unterstützung im Werksverkehr – das Werkzeug Drohne ist vielfältig einsetzbar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Transport- und Verkehrsflugzeugen werden Drohnen jedoch nicht vom Radar erfasst und sind für die Flugsicherung und andere Luftraumnutzer nicht sichtbar. Die Droniq GmbH, ein 2018 gegründetes Gemeinschaftsunternehmen der Deutschen Flugsicherung (DFS) und der Deutschen Telekom, will das ändern und bietet dafür eine innovative Management-Plattform für Drohnenflüge an. Zentrales Anliegen dabei ist der Flug auch außerhalb der Sichtweite des Drohnenpiloten (BVLOS; Beyond Visual Line of Sight). Dazu hat das Unternehmen eine Technologie entwickelt, um Flugdrohnen als neue Luftraumteilnehmer sicher in den deutschen Luftraum zu integrieren.
Das Hook-on-Device kann nachträglich an der Drohne integriert werden. Manche Hersteller integrieren es auch in das Gehäuse. Beim Strom besteht die Wahl, es autonom zu versorgen oder an die Drohnenakkus anzuschließen. Foto: Droniq GmbH
Kernsystem dafür ist der UTM-Service (UAS Traffic Management System; Anm. d. Red.). Er besteht aus einem Webdisplay für die Darstellung der Luftlage und einem Hook-on-Device (HOD) für die Ortung des Fluggerätes, das herstellerunabhängig auf Drohnen angebracht werden kann. Weiteres Systemelement ist ein bodengestütztes Ortungssystem (GBSAS; Ground-based situational awareness system). Darüber hinaus bietet das Unternehmen aus Frankfurt am Main Kunden aus Industrie und behördlichem Umfeld Beratung und Einholung von Genehmigungen sowie die Schulung von Drohnenpiloten nach den Vorgaben des Kenntnisnachweises gemäß §21d Luftverkehrs-Ordnung (LuftVO) an.
Was ist das UTM?
Das UTM besteht neben dem Online-Zugang zum webbasierten UTM-System aus einem HOD und einem System für die Bodensensorik. „Unser UTM-Ansatz orientiert sich insgesamt an der gesamten Wertschöpfungskette des professionellen BVLOS-Drohnenfliegens“, erklärt Jan-Eric Putze, CEO von Droniq. Dabei unterstützt das System den Operateur in allen Phasen des Flugs. So kann sich der Drohnenpilot bereits in der Pre-Flight-Phase im UTM registrieren und hier seine Mission inklusive der Flugroute planen, wobei der anvisierte Luftraum auf Flugverbotszonen oder Beschränkungen geprüft wird. Nachdem der Flug validiert wurde, erhält der Pilot genaue Informationen, welche Verbotszonen er möglicherweise für seine Mission beachten muss – und für die er eine Genehmigung oder eine SORA GER beantragen muss. Ebenso prüft das UTM die Mission gegen andere Drohnenflüge, die im Missionszeitraum zu erwarten sind. Ein kompletter Freigabeworkflow als zentrale Funktion des UTM ist bereits integriert, bisher aber noch nicht aktiv. Dazu gibt es derzeit intensive Abstimmungen mit den jeweiligen Luftfahrtbehörden der Bundesländer.
Sind alle Informationen vorhanden, alle Genehmigungen eingeholt und die Route geplant, folgt die In-Flight-Phase. Hierbei trackt das UTM mittels des HOD die Drohne in Echtzeit über das Mobilfunknetz der Deutschen Telekom. Zudem wird in der Live-Luftlage des UTM anderer relevanter Flugverkehr angezeigt. Das können beispielsweise andere unbemannte Flugobjekte wie Drohnen, aber auch bemannte wie Ultraleichtflugzeuge oder Segelflieger sein. Weicht der Pilot in der In-Flight-Phase von der geplanten Route ab oder verlässt den für seine Mission geblockten Zeitraum, erhält er eine Warnung des Systems. In der abschließenden Post-Flight-Phase unterstützt das UTM den Anwender bei der Auswertung und Nachbereitung des Flugs. Dazu zählen unter anderem die Pflege des Logbuchs, das Incident Management oder das Batteriemanagement.
HOD und UTM-Flightview
Zentrales Element des Droniq-UTM ist das HOD, das als Transponder zur Sichtbarmachung von Flugobjekten fungiert. Das HOD überträgt die GPS-basierten Positionsdaten mithilfe des LTE-Netzes an das UTM, um sicherzustellen, dass das eigene Fluggerät nicht mit fremden Geräten kollidiert. Aufgrund des geringen Gewichts von 149 Gramm (inklusive aller Antennen und einer Powerbank zur Stromversorgung) könne es an jedem Fluggerät befestigt werden, heißt es bei Droniq. Es ist in der Lage, FLARM und ADS-B etwa bei Leichtflugzeugen eingesetzte Kollisionswarngeräte des umliegenden Flugverkehrs zu erfassen und diese Daten zusätzlich zu den eigenen Positionsdaten an das UTM zu übermitteln. Gleichzeitig sendet das System seine Position ebenfalls über FLARM aus – um das Fluggerät auch für andere Verkehrsteilnehmer im Nahbereich sichtbar zu machen und damit die Kollisionsgefahr zu verringern.
Über die UTM-Flightview, also die Live-Luftlage-Darstellung, werden dem Steuerer alle relevanten Flugbewegungen in einem vorab definierten Areal angezeigt. „Die Webapplikation bietet dem Drohnenpiloten ein Situationsbewusstsein in Echtzeit“, erklärt Putze. Andere Luftfahrzeuge, die mit einem HOD ausgestattet sind, können gesehen werden und es können Details zu anderen Luftfahrzeugen und deren Bewegungen abgerufen werden.
GBSAS mobil und stationär
Komplettiert wird das UTM von Droniq durch Bodensysteme zur Luftlagedarstellung und Erkennung des Flugverkehrs im Nahbereich. Die sogenannten GBSAS gibt es in mobiler und stationärer Variante. Beide Varianten dienen der Unterstützung von UAS-Missionen und liefern dem Anwender ein Luftlagebild im Gebiet um den Einsatzort. Dafür empfangen die Geräte FLARM- und ADS-B-Signale, die von Segelfliegern, Hubschraubern, Motorflugzeugen oder sonstigen Luftverkehrsteilnehmern in den Luftraum ausgesandt werden. Diese Signale werden anschließend per Mobilfunk in das UTM der DFS eingespeist.
Anbindung von Drohnen an die Flugsicherung: Zum System gehören ein bodengestütztes Ortungssystem (GBSAS; Ground-based situational awareness system) und das in der Drohne integrierte HOD. Foto: Droniq GmbH
Ob Nutzer die mobile oder die stationäre Variante auswählen, hängt vor allem vom Anwendungsfall ab. „Ist es beispielsweise das Ziel, eine Stromtrasse regelmäßig alle paar Wochen zu befliegen und zu überwachen, bietet sich das stationäre GBSAS an. Dieses ist wetterfest und kann entlang der Stromtrasse installiert werden“, beschreibt Droniq-CEO Putze. Für Unternehmen, die ihre Flüge an immer wechselnden Orten durchführen müssen – beispielsweise Ingenieurbüros, die sich auf die Vermessung von Baustellen o.ä. fokussieren –, bietet sich hingegen die mobile Variante mit eigener Stromversorgung an. Unterschiede zwischen den Lösungen liegen vor allem in Größe und Gewicht sowie der FLARM-Reichweite, die abhängig von der Installationshöhe variiert (circa 20 Kilometer bei stationärem GBSAS und 10 Kilometer bei mobilem GBSAS).
Doch wofür werden die Bodenstationen überhaupt gebraucht, wenn das HOD ähnliche Funktiona-litäten besitzt? „Gerade bei BVLOS-Flügen über lange Distanzen wie entlang einer Trasse muss der Steuerer immer wissen, ob sich andere Flugzeuge entlang seiner Route befinden oder diese potenziell kreuzen. Diese Informationen liefern ihm die GBSAS-Stationen entlang der Strecke in Echtzeit“, erklärt Putze. Dies sei vor allem im unkontrollierten Luftraum wichtig – also im Luftraum bis 2.500 ft über dem Erdboden (ca. 760 Meter), in denen die DFS nicht für Kontrolle aller Flugbewegungen zuständig ist. „Im unkontrollierten Luftraum gibt es bis dato noch keine Ortungsverpflichtung für Fluggeräte. Hier wird heute nach dem Prinzip ‚Sehen und gesehen werden‘ geflogen, wir möchten dies gerne um eine elektronische Sichtbarkeit der Luftraumnutzer ergänzen“, berichtet der Droniq-CEO. Das HOD, das neben Mobilfunktechnik die in der bemannten Luftfahrt vorhandenen Technologien wie FLARM und ADS-B nutzt, könnte ein erster Schritt für mehr Sichtbarkeit und damit Sicherheit im unkontrollierten Luftraum sein. (jr)