Lexikon der Fernerkundung

Drohne

Umgangssprachliche Bezeichnung für ein unbemanntes, in der Regel wiederverwendbares Luftfahrzeug (engl. drone). Der Begriff wird sowohl für militärisch oder kommerziell genutzte unbemannte Luftfahrzeuge als auch für per First Person View gesteuerte Flugmodelle wie Quadrocopter genutzt. Sie können autark durch einen Bordcomputer oder vom Boden über eine Fernsteuerung betrieben und navigiert werden.

Das Luftrecht unterscheidet in Deutschland zwischen unbemannten Luftfahrtsystemen und Flugmodellen. Gemäß § 1 Luftverkehrsgesetz handelt es sich bei unbemannten Luftfahrtsystemen um ausschließlich gewerblich genutzte Geräte. Flugmodelle sind hingegen privat, also zum Zwecke des Sports oder der Freizeitgestaltung genutzte Geräte.

Die zivile Luftfahrtorganisation der Vereinten Nationen ICAO hat Anfang 2015 für die unbemannte Luftfahrt weltweit verbindlich die Bezeichnung „Unmanned Aircraft System“, abgekürzt UAS, festgelegt. Dabei wird mit dem Begriff UA (engl. Unmanned Aircraft) das eigentliche Luftfahrzeug ohne Luftfahrzeugführer bezeichnet und mit UAS (Unmanned Aircraft System) das unbemannten Fluggerät einschließlich des Systems zur Kontrolle oder Fernsteuerung. Das Europäische und Deutsche Luftrecht haben die Bezeichnung UAS übernommen.

In erweitertem Sinn wird der Begriff analog auch für Geräte mit ähnlicher Charakteristik verwendet, die sich am Boden oder im Wasser bewegen.

Luftgetragene Drohnen können Spannweiten einer Libelle bis zu der eines Airbus A320 aufweisen. Weitere Klassifikationsmöglichkeiten betreffen Aktionsradius, Flughöhe und -dauer sowie den Einsatzzweck.

Drohnen werden zu militärischen, wie auch zu zivilen Zwecken eingesetzt. Einige Drohnen, etwa der amerikanische RQ-1 Predator, können bewaffnet sein und werden im militärischen Sprachgebrauch als unmanned combat air vehicle (UCAV) bezeichnet. Andere dienen der Aufklärung und Überwachung. Ferner werden ausrangierte Flugzeuge nach Einbau einer Fernsteuereinrichtung als Zieldrohnen zu Übungszwecken und zur Erprobung der Wirkung von Abwehrwaffen verwendet.

Zivile Einsatzbereiche von Drohnen betreffen z.B. Luftbildphotogrammetrie, Grenz- und Küstenschutz, Überwachung von Großveranstaltungen, Überwachung von Gefahrenstellen (z.B. vulkanische Gase), Brandbekämpfung, Rettungseinsätze oder Fernerkundungsaufgaben für die Landwirtschaft.

Dabei steht insbesondere die Präzisionslandwirtschaft (Precision farming) im Fokus. Ihre Methoden haben das Ziel, alle Maßnahmen in der Landwirtschaft möglichst präzise auszuführen. Als kleinste Behandlungseinheiten werden daher die kleinsten differenzierbaren Teilflächen innerhalb eines Schlages herangezogen und die durchzuführenden Maßnahmen an die Erfordernisse dieser kleinsten Teilflächen angepasst.

Flächendeckende Informationen über die teilflächenspezifische Variabilität der Schläge werden verwendet, um die Intensität verschiedener Applikationsmaßnahmen für jede einzelne Teilfläche angepasst zu berechnen. Entsprechend dieser teilflächenspezifisch variablen Applikationskarten werden die Betriebsmittel dann variabel auf der Fläche appliziert (Modulation der Betriebsmittel).

Aufbau eines UAV-Systems für Zwecke der Datenerfassung im Bereich Präzisionslandwirtschaft

Zur Umsetzung sowohl ökologisch als auch ökonomisch erstrebenswerter Ziele, sind flächendeckende Informationen über die teilflächenspezifische Variabilität und die Möglichkeit der Verortung der Applikationsmaßnahmen durch GPS gestützte Landmaschinen erforderlich.

Durch den Einsatz von Fernerkundung ist es möglich, relevante Informationen über die teilflächenspezifische Variabilität flächendeckend und schnell zu erhalten. Für diesen Zweck eignen sich UAV als Trägerplattformen für Fernerkundungssensorik besonders gut, da sie kostengünstig zeitnah und spontan einsetzbar sind. Sie decken damit entscheidende Kriterien ab, die für ein Monitoring der starken Dynamik des Pflanzenwuchses auf landwirtschaftlichen Flächen benötigt werden.

Projektmittelpunkt ist die Erfassung der teilflächenspezifischen Variabilität des Vegetationsindexes "NDVI". Es werden daher für die Anwendung geeignete UAV Trägerplattformen aufgebaut, die in der Lage sind, die notwendige Fernerkundungssensorik zu tragen und damit entsprechende Informationen flächendeckend zu erfassen. Dabei leiten sich die Flugführungsaufgaben zur flächendeckenden Erfassung der teilflächenspezifischen Variabilität unmittelbar aus dem Landwirtschafts - GIS des Betriebes ab. Die automatisierte Flugführung muss dabei den Anforderungen für die landwirtschaftliche Datenerfassung gerecht werden und stellt die entscheidende Herausforderung im Projekt dar. (vgl. Grafik)

uav_unibw Quelle: Universität der Bundeswehr München

Rechtliche Fragen

Das deutsche Recht kennt die Kategorie der unbemannten Luftfahrtsysteme (UAS, nach engl. Unmanned Aircraft System). Dabei handelt es sich um unbemannte Fluggeräte, die nicht zu Zwecken des Sports oder der Freizeitgestaltung betrieben werden. Dabei erfolgt die Abgrenzung zwischen unbemannten Luftfahrtsystemen und Flugmodellen1 ausschließlich über den Zweck der Nutzung: Dient die Nutzung des Geräts dem Zwecke des Sports oder der Freizeitgestaltung, so gelten die Regelungen über Flugmodelle. Ist mit dem Einsatz hingegen ein sonstiger, insbesondere ein gewerblicher Nutzungszweck verbunden (z. B. Bildaufnahmen mit dem Ziel des Verkaufs), so handelt es sich um ein unbemanntes Luftfahrtsystem.

Zivile Einsatzmöglichkeiten von Drohnen
Landwirtschaft

Nach Einschätzung der Association of Unmanned Vehicle Systems International (AUVSI) kann der Einsatz von Drohnen in der Landwirtschaft 80 % des gesamten Marktes ausmachen. Die Gründe liegen in der Möglichkeit zur genauen Überwachung der Feldfrüchte, um die Bewirtschaftung und den Ertrag zu verbessern und dies in regelmäßigen Abständen und zu geringen Kosten. Sensoren im nahen Infrarot können zur Erkennung der Pflanzengesundheit so abgestimmt werden, dass die Landwirte auf die Befunde reagieren und z.B. den Einsatz von Dünger und Insektiziden gezielt vornehmen können.

Bergbau

Bergbauunternehmen setzen Drohnen weltweit mit großer Effektivität und Sicherheitszugewinn ein, um die Minenverhältnisse genau zu vermessen, Tagebauwände zu inspizieren, Mengen zu berechnen und 3D-Kartierungen zu erstellen. Künftig werden dabei konventionelle Photogrammetrieverfahren von präziseren Lidar-Sensoren auf UAV-Plattformen abgelöst.

Baustellen

Das Monitoring aus der Vogelperspektive bietet neuartige Informationen während jeder Phase eines Bauprojektes. Gegenwärtig wird die Luftbildphotographie nur für sehr große Bauprojekte eingesetzt. Die mit solchen Verfahren gelieferten Informationen würden aber mit Drohnen viel umfassender und häufiger verwendet werden, wären sie leichter verfügbar. Die Fähigkeit, von oben und mit zunehmender Präzision ein 3D-Modell zu erzeugen, wird einen guten Abgleich von Baufortschritt und Plan ermöglichen und auch eine bessere Koordination der Baumaterialien auf der Baustelle.

Infrastrukturkontrolle

Pipelines, Stromleitungen, Türme, Fabriken – die Inspektion von komplexer Infrastruktur profitiert von regelmäßigem Monitoring aus der Luft. Die Fähigkeit, in drei Dimensionen zu beobachten, Thermalaufnahmen zu machen und Metallermüdung aufzuspüren, verbessert die Infrastrukturkontrolle.

Wildtierforschung

Drohnen werden international eingesetzt um das Leben von wilden Tieren zu beobachten, was neue Erkenntnisse über das Verhalten von Tieren ermöglicht und gleichzeitig hilft, sie vor Wilderern zu schützen. Dies wird u.a. durch die Nachtflugtauglichkeit von Drohnen und ihre Ausstattung mit Thermalkameras ermöglicht.

Lagerstättenprospektion

Die Exploration von Mineral- und Öl-, sowie Gaslagerstätten ist ein idealer Einsatzbereich für Drohnen, die das Handwerkszeug der Prospektoren um luftgetragene Sensoren ergänzt, um ihre Befunde zu bestätigen oder zu erweitern. Beispielsweise können Magnetometer eingesetzt werden, um Eisenmetalle aufzuspüren.

Sturmbahnverfolgung
Sturmvorhersage

Der Einflug von Drohnen in Hurrikane und Tornados liefert neue Erkenntnisse über deren Verhalten und Zugbahnen. Unbemannte Systeme mit speziellen Wettersensoren sind die sinnvollste Methode, sich derartigen gefährlichen Situationen auszusetzen.

Katastrophenhilfe

Nach einer naturbedingten oder menschenverursachten Katastrophe liefern Drohnen rasch Informationen und helfen dabei, Trümmer abzusuchen. Hilferufe werden durch ihre geringe Lautstärke nicht übertönt, und Rettungskräfte können die Technik leicht vor Ort einsetzen.

Umweltmonitoring

Drohnen füllen eine Lücke zwischen bemannten Inspektionen aus der Luft und traditioneller Feldarbeit, wobei sie schwer erreichbare Gebiete überwachen können oder kontaminierte Gebiete untersuchen, wo die menschliche Gesundheit gefährdet wäre. Sensoren im nahen Infrarot liefern Details über die Pflanzengesundheit, ihrerseits ein Umweltindikator. Die Informationen helfen bei der Wiederherstellung von Habitaten, der Umweltsanierung und dem Monitoring.

Search and Rescue

Bei Such- und Rettungsaufgaben besteht ein Wettlauf mit der Zeit, besonders unter harschen Bedingungen. Ihr leichter Einsatz macht Drohnen zu einem machtvollen Hilfsmittel. Beispielsweise können mit Thermalsensoren vermisste Personen rasch aufgespürt werden, sie sind besonders bei Nacht und in unwegsamem Gelände hilfreich.

Vulkanüberwachung

Mit Kameras und Gassensoren ausgestattete Drohnen minimieren die Risiken, die bei der Feldbeobachtung an aktiven Vulkanen für Forscherinnen und Forscher zwangsläufig entstehen. Neben der Datenerhebung bieten sich durch Drohnen auch neue Möglichkeiten bei der Kartierung von vulkanischen Gebieten. Dies ist besonders wichtig, da sich die Landschaft an Vulkanen ständig ändert.
Drohnen spielen auch eine direkte Rolle im Krisen- und Risikomanagement in Vulkangebieten.

Weitere Informationen:

Pfeil nach linksDreidimensionales Bild (3-D-Bild)LupeIndexDSCOVRPfeil nach rechts