DFS lässt Drohnen sicher fliegen

Der Straßenverkehr orientiert sich an Schildern, Ampeln und Verkehrsregeln. Beim bemannten Flugverkehr sorgen Lufträume, Flugrouten und vor allem die Flugverkehrskontrolle für geordnete Abläufe. Die unbemannte Luftfahrt braucht ebenfalls ein Verkehrssystem. Ein solches UAS Traffic Management System, kurz UTM, haben wir gemeinsam mit der Deutschen Telekom entwickelt.

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Verkehrsmanagement für Drohnen

Beim UAS Traffic Management System der DFS wird die Position der Drohne zusammen mit dem Flugverkehr in der unmittelbaren Umgebung in einem Luftlagebild digital dargestellt. Das UTM schafft so eine wesentliche Grundlage, um Drohnen wirtschaftlich sinnvoll einsetzen zu können: Es ermöglicht das Fliegen außerhalb der Sichtweite. 

Zur Ortung der Drohnen dient ein LTE-Modem, das sogenannte Hook-on-Device (HOD). Er sendet Positions-, Kamera- und Sensordaten per Mobilfunk. Auf demselben Weg empfängt es Steuer- sowie Missionsdaten und leitet sie an das Flugsystem weiter. Darüber hinaus empfängt das HOD Transpondersignale über ADS-B (Automatic Dependent Surveillance - Broadcast) und dem Verkehrsinformations- und Kollisionsvermeidungssystem FLARM. Für diese Entwicklung wurden die Projektpartner 2018 mit dem Deutschen Mobilitätspreis ausgezeichnet. 

Um diese bislang einzigartige Ortungstechnologie zu vermarkten und alle weiteren Dienstleistungen rund um den Einsatz von Drohnen zu bündeln, hat die DFS zusammen mit der Deutschen Telekom das Joint-Venture-Unternehmen Droniq GmbH mit Sitz in Frankfurt am Main gegründet. Es bietet auf Basis der von der DFS entwickelten Technologien Dienstleistungen für nahezu alle Flugphasen im kommerziellen und privaten Drohneneinsatz an. Dazu gehört neben dem UTM-System auch die Beratung und Sicherheitsbewertungen für Flugvorhaben und Genehmigungsverfahren. 

www.droniq.de



Screenshot Droniq


Aufbau des UTM-Systems 

Das UTM-System der DFS kann als Pyramide betrachtet werden, bei der die einzelnen UTM-Funktionen aufeinander aufbauen.

  • Zentrale Datenbank 

    Datenbank mit allen registrierten UAS, den Drohnenbetreibern (Firmen oder Einzelpersonen), Flugplänen und geografischen Gegebenheiten. 

  • Kartierung / Kartografie 

    Aktuelle Luftraumdarstellung mit Topographie, Satellitenbildern oder Stadt- und Straßenkarten. Darüber hinaus können Flugverbotszonen, andere Lufträume und weitere relevante Informationen dargestellt werden. 

  • Positionsbestimmung und Flugwegverfolgung 

    Genaue Positionsbestimmung, zum Beispiel per Mobilfunk oder Transponder, sowie Detektion, fortlaufende Flugwegverfolgung (Tracking) und die Fusion unter anderem mit Höhen- und Geschwindigkeits- und Richtungsangaben aller Luftfahrzeuge (bemannt und unbemannt).

  • Missionsdaten-Verarbeitung 

    Digitale Erfassung der Flugpläne und Flugmissionsdaten unter anderem mit Startort, Startzeit, Flugroute und dem geplanten Ort der Landung. Das UTM-System prüft anhand dieser Daten, ob das Flugvorhaben allen Regeln und Luftraumgegebenheiten entspricht. Gegebenenfalls wird die Flugplanung angepasst.

  • Umweltdaten 

    Darstellung der Wetterverhältnisse wie Bodenwind und Niederschlag als auch des KP-Index. Die Planetarische Kennziffer misst die magnetische Wirkung der Sonneneinstrahlung, die sich wiederum auf die GPS-Verbindung auswirken kann.

  • Sicherheitsfunktionen 

    Anhand der gesammelten Daten aus den vorangegangenen Funktionen kann das UTM-System Konflikte frühzeitig erkennen und darstellen.

  • Missionsplanung 

    Auf der Basis der Missionsdaten beziehungsweise der Flugplanung und der identifizierten Konflikte ermittelt das UTM-System, welche Flugwegveränderungen einen Konflikt beheben können. 

  • Konflikterkennung und-vermeidung 

    In der weiteren Entwicklung könnte das UTM-System die Steuerbefehle zur Konfliktvermeidung voll automatisiert an die betreffende Drohne übermitteln.

  • Verkehrsflusssteuerung 

    Eine Verkehrsfluss-Vorhersage und -Steuerung wird in Zukunft die „Königsdisziplin“ aller UTM-Funktionen sein. Dabei ist denkbar, dass die potenziellen Konflikte und ihre passende Lösung schon so frühzeitig gesteuert werden, dass der reibungslose UAS-Verkehrsfluss zu jederzeit sichergestellt ist.

  • Benutzerschnittstelle HMI

    Letztlich erhält jeder UTM-Systemnutzer eine individuelle Benutzerschnittstelle. Das HMI (Human Maschine Interface) gibt eine Luftlage wieder, die unter anderem den bemannten zusammen mit dem unbemannten Luftverkehr darstellt. Es dient der Flugverkehrskontrolle zur Luftraumkoordination, den Behörden zu Genehmigungsverfahren und den Sicherheitsbehörden und -organisationen zur Überwachung des UAS-Verkehrs. Der UAS-Pilot erhält, zum Beispiel auf einem Smartphone oder Tablet, eine Luftlagedarstellung mit dem Luftverkehr in unmittelbarer Umgebung sowie allen relevanten Flug- und Luftrauminformationen.


Drohnenflug




LUV: Der optimale U-Space

Die DFS und ihr Tochterunternehmen Droniq arbeiten in einem Projekt-Konsortium gemeinsam an der optimalen Umsetzung der U-Space-Verordnung. Der U-Space, ein geografisch abgegrenztes Gebiet mit speziellen Verkehrsregeln für Drohnen, ist ein Konzept der Flugsicherheitsagentur EASA und soll von den EU-Mitgliedstaaten bis Anfang 2023 umgesetzt werden. Das Vorhaben trägt den Namen LUV - das steht für "Lösungen und Handlungsempfehlungen für die nationale Umsetzung der U-Space-Verordnung". 

luv-projekt.de



U-Space Reallabor am Hamburger Hafen

Mit dem Testprojekt „U-Space-Reallabor“ haben DFS und ihr Tochterunternehmen Droniq den deutschlandweit ersten U-Space-Luftraum am Hamburger Hafen realisiert. Das Reallabor hat gezeigt, dass der U-Space, so wie er in der EU-Regulierung vorgesehen ist, funktioniert. Die konkreten Ergebnisse wurden in einem Abschlussbericht zusammengefasst und dem Bundesverkehrsministerium zur Verfügung gestellt. Dieses hatte das Projekt initiiert und mit einer Million Euro gefördert.

U-Space Reallabor Hamburg 

U-Space Reallabor



Drohne fliegt über Baustelle



Drohnen am Flughafen Frankfurt 

Mit dem Projekt FRADrones testet die Flughafengesellschaft Fraport, wie Drohnen sicher und langfristig in den Regelbetrieb am Flughafen Frankfurt integriert werden können. Denn für Drohnen gibt es an Flughäfen verschiedene Einsatzbereiche – zum Beispiel Vermessungsarbeiten. Mit Hilfe einer integrierten Kamera und einer Vermessungssoftware wurde 2018 ein 3-D-Digitalmodell der Terminal-3-Baustelle erstellt. 



Vermisstensuche mit der DLRG 

In einer Demonstration mit der Deutsche Lebens-Rettungs-Gesellschaft e.V. (DLRG) wurde die Rettung eines Kindes aus dem schilfbewachsenen Uferbereich der Elbe simuliert. Die mit einer Wärmebildkamera ausgestattete Drohne wurde mittels Mobilfunktransponder über das LTE-Netz der Deutschen Telekom gesteuert. Die Bild- sowie die Positionsdaten wurden so per Mobilfunk in Echtzeit an die Einsatzleitstelle der DLRG übermittelt. 



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Brandstellen-Erkundung in Dortmund

Drohnen können Rettungskräfte bei ihren Einsätzen unterstützen: Während etwa die Feuerwehr noch auf dem Weg zum Einsatzort ist, liefert die Drohne bereits erste wichtige Informationen. In einem gemeinsamen Projekt untersuchen DFS, Deutsche Telekom und die RWTH Aachen zusammen mit der Feuerwehr Dortmund die Nutzung unbemannter Flugsysteme. Die Ermittlung des exakten Einsatzortes spart wertvolle Zeit. Zudem können Messungen von Schadstoffen den entscheidenden Hinweis zur Alarmierung benötigter Spezialisten geben.


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Pipeline-Inspektion mit Thyssengas 

Die Thyssengas GmbH transportiert Erdgas über ein 4.200 Kilometer langes unterirdisches Transportnetz. Ihre Pipelines überprüfen sie mit Hubschraubern − diese Aufgabe sollen in Zukunft Drohnen übernehmen. In einer Testserie scannte ein LIDAR (Light Detection and Ranging) an einer Drohne die Gasleitungen im Duisburger Industriegebiet ab. Ein typisches Anwendungsszenario für das UTM-System der DFS, die das System bei dieser Gelegenheit unter realen Einsatzbedingungen getestet hat.





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Drohne steht auf der Autobahn



Autobahn-Vermessung  

Zum Lückenschluss der Autobahn A33 zwischen Osnabrück und Bielefeld im Jahr 2018 hat der Baukonzern Strabag AG ein 20 Kilometer langes, neu geteertes Autobahnstück mit 190.000 Quadratmetern Asphaltfläche vermessen. Für die Vermessung solcher Flächen brauchen Vermessungsspezialisten mehrere Tage, eine Vermessungsdrohne fliegt Strecken in wenigen Minuten ab. Das UTM-System der DFS und der Deutschen Telekom hat die Beobachter am Boden bei den Vermessungsflügen vollständig ersetzt.