So wehren sich die Menschen gegen Drohnen

[josef.13]

So halten Drohnen Einzug in unser Leben – Teil 1 der Serie "Leben mit Drohnen"

Drohnen werden uns sehr bald mehr und mehr im täglichen Leben begegnen. Das wird den Drohnenmarkt ebenso verändern wie viele Tätigkeiten und Arbeitsbereiche. Lesen Sie in unserer dreiteiligen Serie, welche Geschäftsmodelle bereits existieren, wo noch Entwicklungsbedarf besteht und auch, wie man sich gegen Drohnen wehren kann.

Du musst angemeldet sein, um Bilder zu sehen.

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

Die Bebop 2 von Parrot fliegt bis zu 65 Stundenkilometer schnell
© parrot.com
Das Weihnachtsgeschäft naht und schon findet man sie überall in den Einkaufszentren und an exponierter Stelle in Elektronikmärkten: unbemannte Flugsysteme, im Volksmund auch als "Drohnen" bezeichnet.

Die bereits abgesetzten und die prognostizierten Stückzahlen der Marktführer ( DJI und Parrot ) zeigen: Hier ist ein wahrer Hype ausgebrochen - die Systeme " erobern die Herzen von Hobbyfliegern und beflügeln die Fantasie von Firmen ".

Natürlich ist es nicht so, dass wir ständig von unbemannten Flugsystemen umgeben wären. Man kann jedoch den Eindruck gewinnen, dass es nicht mehr lange hin ist, bis sich eine solche Situation einstellt. Zusätzlich hören und lesen wir bald täglich von Beinahe-Unfällen mit Drohnen und von " völlig neuen Geschäftsmodellen ", die auf der Nutzung von Drohnen basieren.

Bei dieser medialen Präsenz des Themas scheint es an der Zeit zu sein, sich einmal näher mit diesen Technologieplattformen auseinanderzusetzen. Das soll jetzt nicht die soundsovielte Erfolgsgeschichte werden oder ein Bericht darüber, wie man ein System baut oder pimpt, sondern ich möchte das Thema in drei Teilen eher fachlich und sachlich angehen.

Teil 1: Aktuelle Anwendungsfelder und Geschäftsmodelle

Teil 2: Entwicklungsbedarf - was geht (noch) nicht

Teil 3: Was tun gegen Drohnen

Spoiler

Eine kleine Drohnenlehre
Ich darf voraussetzen, dass Sie eine ungefähre Vorstellung davon haben, was unter dem Begriff "Drohne" zu verstehen ist. Dennoch: Bevor ich Anwendungsszenarien und entsprechende Geschäftsmodelle genauer vorstelle, möchte ich eine kleine "Drohnenlehre" vorausschicken. Sie soll verständlich machen, worin der Unterschied zwischen professionell eingesetzten und privat genutzten Systemen besteht, um sie auch mit Blick auf die zu erwartende neue Gesetzeslage ab 2017/2018 besser einordnen zu können.

Fangen wir mit den verschiedenen Bezeichnungen an: Der Begriff "Drohne" war in der Vergangenheit eher negativ besetzt, da man mit ihm fast ausnahmslos die militärische Nutzung dieser unbemannten Systeme verbunden hat. Insofern gab es vor allem in Deutschland Bemühungen, die zivil genutzten Flugsysteme schon rein sprachlich von militärischen Systemen abzugrenzen. Es tauchten Kürzel wie "UA" (Unmanned Aircraft), "UAV" (Unmanned Aerial Vehicle) oder "UAS" (Unmanned Aerial System) auf.

In der Zwischenzeit aber ist der Begriff "Drohne" gesellschaftlich weitgehend akzeptiert, nicht mehr negativ besetzt und wird auch im offiziellen Sprachgebrauch der Behörden und in Gesetzesvorlagen verwendet.

Im internationalen Raum hat sich das Kürzel "RPAS" (Remotely Piloted Aircraft Systems) durchgesetzt und findet sich ebenfalls im offiziellen Sprachgebrauch beispielsweise der entsprechenden EU-Kommissionen.

In meinem Artikel verwende ich "Drohne" und "RPAS" synonym, wohlwissend um die inhaltlichen Unterschiede der beiden Begriffe.

Zu einem unbemannten Flugsystem im Allgemeinen gehören zunächst alle Komponenten, die für den eigentlichen Betrieb der fliegenden Komponente notwendig sind. Das sind beispielsweise die Antriebe und Energiespeicher sowie Steuer- und Regeleinrichtungen (flight control) und die Elektronik zur Navigation und Positionierung. Zusätzlich sind Anbauvorrichtungen zur Aufnahme der jeweiligen Nutzlast notwendig, die im Wesentlichen aus Sensorik, in bislang seltenen Fällen auch aus Aktorik (beispielsweise

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

oder Sprühvorrichtungen) besteht.

Du musst angemeldet sein, um Bilder zu sehen.

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

Komponenten eines UAV
© Prof. Dr.-Ing. Uwe Meinberg
Zu einem System gehören auch bodengebundene Komponenten, die aus rechtlicher Sicht (etwa Kontrollstation oder Fernsteuerung) oder bauartbedingt (beispielsweise Startvorrichtung) notwendig sind. Weiterhin werden Hilfsvorrichtungen zur Verpackung und zum Transport der Flugsysteme dazugezählt.

Wenn Sie zur Gruppe derer gehören,

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

, sind Ihnen alle diese Komponenten bestens vertraut.

Sind Sie der Gruppe zuzuordnen, die "ready-to-fly"-Systeme aus dem Shop nutzt, besteht das System aus dem Fluggerät, in der Regel inklusive Kamera, und der Fernsteuerung.

Die weitaus überwiegende Zahl der privat oder geschäftlich genutzten RPAS sind sogenannte Multikopter. Das sind Drehflügler, die über vier, sechs oder acht waagerecht angeordnete Rotoren verfügen und damit Flugeigenschaften aufweisen, die die Voraussetzung für eine Vielzahl der nachfolgend dargestellten Anwendungsszenarien sind.

Private Nutzer interessiert vor allem, dass sich diese Systeme sehr einfach bedienen lassen, so dass der Flugspaß "out-of-the-box" nahezu garantiert ist.

Im professionellen Bereich kommen – selten - auch Starrflügler zum Einsatz, die vollständig andere Leistungsparameter als Drehflügler aufweisen, insbesondere im Zusammenhang mit der Operationszeit, und damit für spezielle Anwendungen interessant sind.

Noch seltener werden "Leichter-als-Luft"-Systeme genutzt; sie haben zwar eine lange Tradition (etwa zur Wetterbeobachtung), bieten aber nur sehr eingeschränkte Steuerungsmöglichkeiten und sind daher nur für sehr wenige Anwendungsfälle relevant.

Was unterscheidet die "Hobbydrohne" von der "Profidrohne"?
Schauen wir uns die im Internet oder in entsprechenden (Fach-)Geschäften angebotenen Drohnen an, stellen wir sehr schnell fest: Alle können fliegen, haben (mehr oder weniger) gute Kameras an Bord und sind mit allerlei nützlichen oder mindestens interessanten ("

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

") Funktionen ausgestattet.

Schnell ist man bei diesen Systemen in vierstelligen Preisregionen und hat den Eindruck, dass das bereits recht üppig für ein RPAS ist. Aber: Da geht noch was – Drohnen für den professionellen Einsatz liegen preislich im unteren bis mittleren fünfstelligen Bereich und können vollausgestattet schnell auch die 100.000-Euro-Grenze überschreiten.

Drohnen für die gewerbliche Nutzung sind hochspezialisierte Arbeitsmittel, die zum Teil sehr individuell an die jeweiligen Anforderungen der Missionen angepasst sind. Entscheidende Faktoren sind hierbei u.a.:

• Operationsdauer - die Mission soll/kann nicht durch häufige Akkuwechsel unterbrochen werden
  
  
• Maximale Nutzlast - payload, hochwertige Sensorik wie Spezialkameras haben ein hohes Eigengewicht
  
  
• Operationsgenauigkeit - GPS und RTK sind für einige Anwendungen, etwa in der Inspektion, nicht ausreichend
  
  
• Operationspräzision - wie genau ist eine einmal durchgeführte Mission wiederholbar
  
  
• Operationsspezifische Sensoren - Laser, Ultraschall, Radar etc. (siehe Genauigkeit und Präzision)
  
  
• Missionsspezifische Sensorausstattung - Tageslicht-, Wärmebild-, Korona-, pmd-Kamera, Laser, Radar, Bioradar, Gasdetektor etc. inklusive der jeweils notwendigen präzisen(!) Aufhängung (Gimbal)
  
  
• Kommunikation - Steuerkanäle, Datenkanäle, gesicherte Datenübertragung
  
  
• Werkzeuge zur Missionsplanung (nicht zu verwechseln mit der Wegpunktplanung!) und zur automatisierten Missionsauswertung
  

Die hohen Anforderungen der gewerblichen Nutzung lassen sich gerade auch vor dem Hintergrund der erwarteten hohen Qualität der mit den RPAS erfassten Daten und der notwendigen Einsatz- und Auswertungseffizienz in der Regel nicht mit den konventionellen Systemen erfüllen.

Anwendungsszenarien
Auch wenn in den Medien bereits viel über Drohnen und ihre weltverändernde Bedeutung berichtet wird, können wir festhalten, dass sich der Markt insbesondere in Deutschland noch in seiner frühen Hochlaufphase befindet. Dafür gibt es nachvollziehbare Gründe, die einerseits auf die aktuelle Rechtslage und andererseits auf technische Restriktionen (siehe Teil 2) zurückzuführen sind.

Du musst angemeldet sein, um Bilder zu sehen.

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

Für den Drohnenmarkt ist ein gewaltiger Aufschwung zu erwarten
© Prof. Dr.-Ing. Uwe Meinberg
Ohne auf die Rechtslage näher einzugehen, sei an dieser Stelle festgehalten, dass die diesbezüglichen Hemmnisse für eine dynamische Marktentwicklung auf der EU-Ebene erkannt wurden. In 2017 sind neue Rechtsvorlagen seitens der zuständigen EU-Kommission zu erwarten, die, nach der Überführung in nationales Recht, dem Markt einen gewaltigen Auftrieb geben werden – sicher zum Leidwesen der privaten Nutzer, die mit erheblichen Einschränkungen ihres Fliegerhobbys zu rechnen haben.

Einen ersten diesbezüglichen Eindruck vermittelt das in diesem Monat ergangene gerichtliche Verbot der Nutzung kamerabestückter Drohnen in Schweden!

Ungeachtet dieser Situation kann man dennoch den Eindruck gewinnen, dass es keine Branche gibt, die künftig ohne den Einsatz von RPAS auskommen wird. Von Architekturbüros über die Medienwirtschaft bis hin zu Zustellbetrieben erfahren wir täglich von neuen Nutzungspotenzialen. Ich möchte daher versuchen, eine Kategorisierung von Anwendungsszenarien vorzunehmen.

Drohnen sind, wie bereits ausgeführt, Arbeitsmittel. Insofern ist es aus unserer Sicht nicht zielführend, die Systeme hinsichtlich ihrer technischen Auslegung, sondern hinsichtlich ihres Anwendernutzens zu kategorisieren. Diese Überlegung führt - unabhängig vom Typ des eingesetzten Systems (Rotor- oder Flächenflügler) - zu folgenden Kategorien:

• Entertainment/Werbung
  
  
• Inspektion/Monitoring/Dokumentation
  
  
• Überwachung
  
  
• Transport/SAR
  
  
• Kommunikation
  

Anhand dieser Einordnung wird deutlich, dass nicht nur die Systeme unterschiedlich konfiguriert und mit unterschiedlicher Sensorik ausgestattet sein müssen, sondern dass auch die Anforderungen an den Bediener (Piloten) - so lange er gesetzlich noch vorgeschrieben ist - sehr unterschiedlich ausgeprägt sind. Will heißen: Jemand, der tolle Videos von Flusslandschaften mit seiner Drohne produziert, ist nicht zwingend dazu geeignet, hochgenaue Inspektionsflüge in einem Chemiewerk durchzuführen.

Wenn sich die Gesetzeslage wie erwartet ändert, werden ab 2017/2018 unpilotierte Flüge möglich sein. Dann kommen ganz neue Anforderungen an die Missionsplanung hinzu, auf die ich im nächsten Teil der Artikelserie im Zusammenhang mit künstlicher Intelligenz eingehen werde.

Geschäftsmodelle
Bevor wir zu Geschäftsmodellen kommen, ist ein Blick auf die Wertschöpfungskette, die mit RPAS und ihrer Nutzung verbunden ist, hilfreich. Die Abbildung zeigt, dass sehr verschiedene Akteure im Drohnenmarkt auftreten:

Du musst angemeldet sein, um Bilder zu sehen.

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

Die Wertschöpfungskette der Drohnen-Nutzung - die Akteure im Markt
© Prof. Dr.-Ing. Uwe Meinberg
Eine zentrale Rolle nehmen natürlich die Hersteller ein, deren Geschäftsmodell im Verkauf der Systeme besteht. Während wir es im privaten Sektor mit großen Unternehmen (DJI, Parrot usw.) zu tun haben, die tausende Systeme pro Jahr in den Markt bringen, sind die Hersteller im professionellen Markt eher klein. Sie stellen zum Teil hoch individualisierte Systeme in kleinen Stückzahlen (unterer dreistelliger Bereich) her. Dies führt dazu, dass gerade diese Hersteller oft auch gleichzeitig als Dienstleister auftreten.

Der positive Effekt ist, dass auf diese Weise Marktanforderungen unmittelbar in die (Weiter)Entwicklung der Flugplattformen einfließen.

Der negative Aspekt dabei ist, dass die Systeme weiter proprietär sind und dass gerade vor dem Hintergrund, dass diese Unternehmen typischerweise sehr klein sind, eine deutliche Spezialisierung auf die Anwendungsfelder sichtbar werden muss.

Der Zuliefermarkt sowohl für die Plattformen als auch für die missionsspezifische Sensorik ist aktuell noch nicht entwickelt. Es gibt nur wenige Unternehmen, die sich in diesem Bereich bereits auf die spezifischen Merkmale der Nutzung von Komponenten in oder an Drohnen fokussiert haben. Mit den zu erwartenden Marktentwicklungen ab 2018 wird es hier sicher auch Bewegung geben.

Ebenfalls im Zusammenhang mit den anstehenden Gesetzesänderungen sind die Geschäftsmodelle für Berater, Ausbilder, Zertifizierer und Versicherungen zu sehen. Es gibt bereits einige Unternehmen, die hier aktiv sind, aber auch diese werden auf die rechtliche Klärung warten müssen, bevor sich ihr Geschäft zügig entwickelt.

Last but not least schließt die Wertschöpfungskette mit der Dienstleistung der Datenauswertung ab. In diesem Bereich ist künftig das größte Wachstumspotenzial zu sehen. Drohnen bieten uns die Möglichkeit, Daten zu erheben, die wir zuvor nie hatten und die überdies noch in einer hohen Granularität vorliegen.

In diesem Bereich, gerade dann, wenn die Entwicklung bzw. die Anforderungen weiter in Richtung der automatisierten Auswertung gehen, werden wir in naher Zukunft sehr viel mit Big-Data-Anwendungen und –Methoden konfrontiert werden – ein Eldorado für Softwareentwickler.

Alle Unternehmen, die künftig Drohnen in Anwendungsszenarien wie Inspektion/Monitoring/Dokumentation, Überwachung oder Transport einsetzen wollen, müssen sich darüber im Klaren sein, dass mit der Nutzung dieser Technologieträger eine Änderung ihrer konventionellen Geschäftsabläufe einhergeht.

Man kann sich auch als Laie gut vorstellen, dass beispielsweise die Inspektion eines Sendemastes, die heute den Einsatz von Industriekletterern bedingt und zu subjektiv wahrgenommenen Inspektionsergebnissen führt, künftig anders abläuft und detailliertere Erkenntnissen bringt, wenn eine Drohne den Sendemasten automatisch abscannt und dank ihrer Intelligenz ein umfassenderes Bild über den technischen Zustand in Verbindung mit einer automatisiert erzeugten Wartungsempfehlung liefert.

Alle Geschäftsmodelle leiden derzeit noch darunter, dass sämtliche am Markt verfügbaren Systemplattformen proprietärer Natur sind und somit zueinander inkompatibel.

Das bedeutet, dass ein Unternehmen, das sich einmal für einen Hersteller entschieden hat, aufgrund der nicht unbedeutenden Vorlauf-Investitionen in Gerät und Ausbildung kaum einen Systemwechsel vornehmen kann, falls beispielsweise ein spezifischer Anwendungsfall mit dem verfügbaren System nicht oder nur unzureichend unterstützt werden kann.

Dieses Thema hat zur Gründung der CURPAS geführt, einer Organisation, die sich vornehmlich mit dieser Problematik auseinandersetzt. Eine entsprechende Arbeitsgruppe wurde im UAV DACH initiiert.

Ausblick auf Teil 2: Entwicklungsbedarf
Drohnen werden - wie letztlich die Computer - in sehr naher Zukunft einfach ein Mittel zum Zweck sein. Wir werden nicht überall mit ihnen konfrontiert sein, aber doch an vielen Stellen im täglichen Leben.

Die rechtlichen Grundlagen für eine intensive wirtschaftliche Nutzung werden gerade auf der EU-Ebene vorbereitet und ab 2018 zu einem deutlich wahrnehmbaren Marktwachstum führen.

Welche technisch/technologischen Aufgabenstellungen auf dem Weg dahin noch zu lösen sind, wird Thema des 2. Teils - Entwicklungsbedarf - was geht (noch) nicht - sein.

Quelle: pcwelt

 

[josef.13]

Was Drohnen noch lernen müssen - Teil 2 der Serie "Leben mit Drohnen"

Unbemannte Flugsysteme sind bereits vielfältig im Einsatz. Der zweite Teil unserer Artikelserie zeigt, wo für aktuelle und zukünftige Anwendungsfelder noch Potenziale bestehen und wo die aktuellen Entwicklungen hinführen.

Du musst angemeldet sein, um Bilder zu sehen.

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

Ein autonomes Fluggerät aus dem Forschungsprojekt InventAIRy für effiziente Lagerhaltung
© Fraunhofer IML

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

haben wir zusammenfassend dargestellt, für welche Anwendungen Drohnen aktuell eine bedeutende Rolle spielen und haben anhand der Wertschöpfungskette einige Geschäftsmodelle aufgezeigt.

Auch wenn sich marktgängige Systeme im höheren Preissegment bereits als eine Art "Vielkönner" und damit - in Grenzen - professionell zeigen, ist doch noch erheblicher Entwicklungsbedarf zu erkennen. Der ergibt sich zunächst aus rein marktwirtschaftlichen Überlegungen im Bereich der Hobby- und semiprofessionellen Drohnen.

Spoiler

Wir verzeichnen in diesem Sektor derzeit eine Vielzahl von Anbietern, die natürlich einem starken Wettbewerbsdruck ausgesetzt sind. In rascher Folge bringen sie also neue Modelle auf den Markt, die sich durch immer interessantere Features auszeichnen und so Wettbewerbsvorteile zur Festigung oder zum Ausbau der Marktposition erzielen sollen. Diese Entwicklungen fangen bei schicken Cases an, umfassen neue Designs, beinhalten leistungsfähigere Kameras oder zielen auf eine einfachere Bedienung ab (beispielsweise Akkuwechsel oder App), um auch breitere Käuferschichten zu adressieren.

Es werden auch ein paar Gimmicks implementiert, die vielleicht beeindruckend wirken, aber mit dem fliegenden Einsatz nichts zu tun haben – oder kann jemand erklären, warum sich eine Drohne vor dem Start automatisch "entfalten" muss und welchen Vorteil das bringt?

Im professionellen Sektor leiten sich die Entwicklungsnotwendigkeiten zum einen natürlich aus den Erfordernissen der verschiedenen Anwendungsszenarien, zum anderen aber auch aus den Anforderungen ab, die mit der ab 2018 erwarteten neuen Gesetzeslage einhergehen. Gerade erst am 10. November 2016 hat die Transportkommission des Europäischen Parlaments eine Pressemitteilung zu diesem Thema herausgegeben. Vor dem Hintergrund des wachsenden (gewerblichen) Marktes wird nochmals auf die Notwendigkeit und Dringlichkeit europaweiter einheitlicher Regularien hingewiesen, um den sicheren Betrieb unbemannter Systeme zu gewährleisten.

Im zweiten Teil unserer Serie konzentrieren wir uns auf die professionellen Anwendungen und betrachten die Entwicklungen, die - mit großem Aufwand - in diesem Sektor auch mit Unterstützung wissenschaftlicher Einrichtungen erfolgen. Dabei können wir die Entwicklungen in solche einordnen, die missionsspezifischer Natur sind und solche, die sich unmittelbar aus rechtlichen Aspekten in verkehrlicher Hinsicht ergeben.

Missionsspezifische Entwicklungen

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

haben wir Anwendungsfälle dargestellt und diese in Kategorien eingeordnet. Jede dieser Kategorien stellt besondere Anforderungen an die Fluggeräte und selbstverständlich an die zu integrierende Sensorik und Aktorik. Im Folgenden wollen wir auf einige Anforderungen an die Fluggeräte eingehen, die unabhängig von der konkreten Aufgabenstellung für alle Anwendungen von Bedeutung sind.

Dabei ist wichtig zu wissen, dass nicht alle Entwicklungen voneinander unabhängig sind. Gerade bei den ersten drei Aspekten haben wir es mit konkurrierenden Zielsetzungen zu tun.

• Operationszeit

Sie kennen das vielleicht: Gerade sind Sie dabei, ein tolles Flugmanöver durchzuführen oder haben die optimale Kameraposition gefunden und: Der Akku ist leer.

Die typischen Operationszeiten lassen sich derzeit - leider - nur in Minuten angeben.

Im Bereich der sportlichen Nutzung von Drohnen (Racing) können wir von einstelligen Werten ausgehen; die kleinen Flitzer sind auf hohe Geschwindigkeiten ausgelegt, nach 4 bis 5 Minuten ist der Spaß bereits vorbei und ein Boxenstopp wird fällig.

10 bis 20 Minuten Flugzeit stehen Ihnen hingegen für Foto- oder Videoaufnahmen zur Verfügung; in dieser Zeit sollten Sie also die optimale Einstellung für das Objekt der Begierde gefunden und genutzt haben.

Du musst angemeldet sein, um Bilder zu sehen.

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

Die Matrice-200-Reihe kann bis zu 32 Minuten lang fliegen.
© dji.com
Ein professioneller gewerblicher Einsatz für Filmaufnahmen oder zu Inspektionszwecken muss nach ca. 45 bis 60 Minuten unterbrochen werden.

Eine Verlängerung der Operationszeit ist für alle relevant, aber eben stark vom Gewicht der mitgeführten Payload und vom Energieverbrauch des Flugsystems bzw. der Sensorik/Aktorik abhängig. Die Verwendung leichterer Materialien, die Reduktion des Energieverbrauchs und die Nutzung alternativer Energiespeicher kennzeichnen die derzeit verfolgten Entwicklungslinien.

Die Trägersysteme sind bereits heute aus sehr leichtem Material (etwa Karbon oder Nylon) gefertigt und bieten nur noch ein geringes Potenzial; damit konzentriert sich die Forschung eher auf die Gewichtsreduktion in den Bereichen Sensorik und Energiespeicher. Gerade bei der Sensorik ist noch erhebliches Potenzial vorhanden, da bislang nur wenige Sensorsysteme am Markt sind, die explizit für den Einsatz auf unbemannten Trägersystemen entwickelt wurden; häufig werden Applikationen aus dem industriellen Bereich migriert. Die Gewichtsreduktion der Energiespeicher läuft letztlich auf eine Erhöhung der Leistungsdichte (W/kg) hinaus. Alternativ dazu wird auch der Einsatz von Brennstoffzellen erprobt.

• Payload

Mit "Payload" wird die Nutzlast bezeichnet, die eine Drohne zur Erfüllung ihrer Mission mit sich führen muss. Es ist klar, dass das Gesamtgewicht, das eine Trägerplattform in die Luft bringen kann, in erster Linie von der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Motoren und ihrer Anzahl abhängig ist. In das Gesamtgewicht gehen der Rahmen, die elektrischen (Motoren, Kabel) und die elektronischen (ESC, Flightcontrol, GPS etc.) Komponenten ein - und natürlich die Energiespeicher.

Hier sehen wir also bereits die Konkurrenzsituation: Je leistungsfähiger die Plattform sein soll, umso schwerer fällt der Energiespeicher aus, umso geringer ist die Payload - die Operationszeit und die Lastkapazität stehen in reziprokem Verhältnis zueinander.

Wie bereits festgehalten, gehen die Entwicklungen hier also in die Richtung, die Nutzlast an die spezifischen Erfordernisse von Drohnen anzupassen. Einige Hersteller (beispielsweise der Kamerahersteller Phase One) haben hier bereits erhebliche Fortschritte erzielt.

• Flugstabilität

Der dritte Aspekt der konkurrierenden Zielstellungen ist die Flugstabilität. Auch hier ist die Anzahl der Rotoren ausschlaggebend: Je mehr Rotoren, desto stabiler das Flugverhalten bei ungünstigen Windverhältnissen, was allerdings zu den oben genannten Einschränkungen in anderer Hinsicht führt.

In diesem Zusammenhang sind der Entwicklung natürlich Grenzen der Physik gesetzt. Dennoch wird an verschiedenen wissenschaftlichen Einrichtungen an effizienten Regelungskonzepten (Hardware/Software) gearbeitet, um auch leichtgewichtige Systeme selbst bei widrigen Umgebungsbedingungen auf einem Kurs bzw. in einer Position zu halten. Dazu sind derzeit allerdings noch leistungsfähige Rechnersysteme notwendig, die wiederum mehr Energie verbrauchen - siehe oben.

• Exaktheit/Präzision

Verschiedene Anwendungsfälle setzen eine sehr genaue Operation der Trägerplattformen voraus. Denken Sie beispielsweise an Flugmanöver in sehr begrenzten Räumen im Innen- oder Außenbereich oder an die Erfassung von Sensordaten, die im weiteren Verlauf der Mission automatisiert von Computersystemen weiterverarbeitet werden sollen.

In diesen Zusammenhängen kommen die Begriffe "Exaktheit" und "Präzision" ins Spiel, die wir aus der Messtechnik kennen. Unter Exaktheit bzw. Genauigkeit versteht man, inwieweit ein gemessener Wert von dem tatsächlichen wahren Wert abweicht (das ist also ein Maß für die Qualität des Messsystems bzw. des Messverfahrens). Die Präzision bzw. Wiederholgenauigkeit gibt an, wie gut verschiedene Messungen bezogen auf denselben Sachverhalt übereinstimmen.

Übertragen auf den hier betrachteten Bereich beziehen sich diese beiden Begriffe auf die Durchführung von Flugoperationen: Wie exakt kann beispielsweise ein Abstand zu einem zu befliegenden Objekt oder der Betrachtungswinkel eines bildgebenden Sensors bezogen auf das Objekt ermittelt und eingehalten(!) werden und wie präzise können diese Parameter bei einer erneuten Mission am selben Objekt wieder erzielt werden.

In diesem Bereich gibt es etliche Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten, die darauf hinauslaufen, neue Sensorsysteme bereitzustellen, die die geforderte (Wiederhol)genauigkeit auch unter der Berücksichtigung sehr unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheiten ermöglichen.

Optische Sensoren können beispielsweise sehr gute Ergebnisse bei kontrastreichen und strukturierten Oberflächen wie Fassaden erzielen, versagen jedoch fast vollständig bei glatten und kontrastarmen Oberflächen wie Flugzeugrümpfen; entsprechende Inspektionsaufgaben setzen heute also noch eine sehr unterschiedliche Ausstattung der Drohnen voraus.

• Missionsplanung (outdoor/indoor)

Drohnen sind Arbeitsmittel, die zur Erledigung vorgegebener Aufgaben eingesetzt werden sollen. Dabei ist nicht zu unterschätzen, dass diese Aufgaben selbstverständlich im Rahmen der Ablauforganisation eines Unternehmens zu erfüllen sind.

Wir führen also nicht einfach mal so einen Inspektionsflug an einem Blockheizkraftwerk durch, sondern wir müssen an diesem beispielsweise mit Blick auf die jeweilige Kehr- und Überprüfungsordnung eine definierte Abgasmessung vornehmen, deren Ergebnisse gesetzeskonform weiterverarbeitet werden können. Es ist klar, dass die Aufgabe nun nicht darin bestehen kann, sich intensiv mit der Planung und Durchführung der Flugoperationen auseinanderzusetzen - der Fokus liegt auf der korrekten Abgasmessung (siehe oben, Exaktheit/Präzision).

Als Werkzeug müssen sich unbemannte Flugsysteme somit durch einen hohen Gebrauchswert, also eine möglichst einfache Nutzung auszeichnen. Sie müssen hocheffizient genutzt werden können, was sich insbesondere in entsprechenden Anforderungen an die Missionsplanung ausdrückt. Die heute üblichen Werkzeuge zur Missionsplanung basieren auf der Nutzung von Geokoordinaten, wobei einer Koordinate (einem "Wegpunkt") einzelne Aktionen (bei Kameras beispielsweise schwenken, neigen, zoomen etc.) zugeordnet werden können. Zusätzlich können kompliziertere Flugabläufe wie die Befliegung eines POI (point of interest) oder der Anflug einer failsafe position (ewa bei zu geringem Ladezustand des Akkumulators) quasi als eine Art von "Makro" in die Planung einbezogen werden.

Neben der Tatsache, dass alle diese Planungswerkzeuge proprietär, also spezifisch auf das entsprechende Fluggerät ausgerichtet sind (was ebenfalls geändert werden muss, siehe weiter unten: Standardisierung), unterstützen sie nicht die Lösung der eigentlichen Aufgabenstellung, sondern sind auf die Flugoperationen ausgerichtet, die jedoch nur Mittel zum Zweck sind.

Zu diesem Themenkomplex laufen an verschiedenen Stellen in Deutschland und auch international Forschungsarbeiten, die die effiziente aufgabenorientierte Planung von Missionen sowohl outdoor als auch indoor, wo GPS-Daten nicht zur Verfügung stehen, zum Inhalt haben.

Neue Ansätze, die beispielsweise auch am Lehrstuhl für Industrielle Informationstechnik an der Brandenburgischen Technischen Universität verfolgt werden, stellen das zu befliegende Objekt, seine geometrischen Eigenschaften sowie die sensorisch zu erfassenden Daten in den Vordergrund und lösen unter Nutzung moderner Lokalisierungsansätze die Missionsplanung von der Nutzung georeferenzierter Daten und den plattformspezifischen Eigenschaften.

• Missionsauswertung

Das Thema Missionsauswertung ist sehr komplex und umfangreich, es würde in seiner Breite den Umfang dieses Artikels sprengen. Daher an dieser Stelle nur ein kurzes Statement. Die Auswertung der während einer Mission erfassten Daten erfolgt derzeit nahezu ausnahmslos manuell. So lassen sich beispielsweise die Daten im Zuge einer Rissprüfung an einem Brückenbauwerk oder zur Schadensdetektion an Freileitungen heute in wenigen Stunden mithilfe einer Drohne erfassen. Ihre Auswertung erfordert jedoch eine Sichtung des Bildmaterials durch Personen, was unter Umständen mehrere Tage in Anspruch nimmt. Das ist sehr ineffizient.

Der Forschungs- und Entwicklungsgegenstand in diesem Zusammenhang ist also die vollständig automatisierte Aus- und Bewertung des sensorisch erfassten Materials durch entsprechende Computeranwendungen. Diese Entwicklungen setzen ihrerseits Ergebnisse aus den Bereichen Exaktheit/Präzision (siehe oben) und Lokalisierung/Navigation (siehe unten) voraus.

• Down-Sizing

Die geometrischen Dimensionen eines Fluggerätes sind im Zusammenhang mit den heute bereits üblichen Anwendungsszenarien nicht von Bedeutung. Das sieht künftig anders aus, wenn wir beispielsweise an Anwendungen in restriktiven Umgebungen, insbesondere in Innenbereichen von Gebäuden oder Anlagen denken. In diesem Kontext werden alle bereits genannten Themen adressiert und erhebliche Entwicklungsaufwendungen notwendig, um kleine Trägerplattformen ohne Einschränkung der Leistungsfähigkeit beispielsweise für die Lösung von Transport-, Inspektions- oder Überwachungsaufgaben insbesondere im Indoor-Bereich zur Verfügung zu stellen.

• Geräuschentwicklung

Auch dieser Aspekt spielt derzeit überhaupt keine Rolle. Neben der Tatsache, dass in den zu erwartenden Gesetzgebungen auch das Thema der Emissionen (Lärm) Berücksichtigung finden wird, bekommt dieser Aspekt insbesondere im Zusammenhang mit Anwendungen im Innenbereich eine besondere Bedeutung. Explizit auf Drohnen, speziell Multikopter, ausgerichtete Forschungen sind diesbezüglich derzeit nicht bekannt, werden aber mit großer Sicherheit in naher Zukunft starten.

Du musst angemeldet sein, um Bilder zu sehen.

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

Drohnenflüge sind nur im Luftraum G gestattet
© rclineforum.de
Verkehrsspezifische Entwicklungen
Die weitere Entwicklung der Geschäftsmodelle, die auf der Nutzung von unbemannten Flugsystemen basieren, setzen gesetzliche Grundlagen voraus, die diese Systeme im gewerblichen Kontext in den Luftverkehr integrieren. In Deutschland sind durch entsprechende Änderungen des Luftverkehrsgesetzes und der LuftVO sowie LuftVZO vom 8. Mai 2012 unbemannte Luftfahrzeuge erstmals eindeutig als Luftfahrzeuge adressiert, was einen ersten Schritt zur Einbindung dieser Systeme in den (überwachten) Luftraum darstellt.

Auch und gerade in diesem Zusammenhang sind Entwicklungen notwendig, um die technisch/technologischen Voraussetzungen zur gesetzeskonformen Operation zu schaffen. Im Wesentlichen handelt es sich um Anforderungen hinsichtlich eines sicheren Betriebs der gewerblich genutzten Systeme mit Blick auf den Luftverkehr, aber auch mit Blick auf das Gefährdungspotenzial, das von den Fluggeräten ausgeht - diesbezügliche Beispiele mit (Beinahe)Unfällen sind hinlänglich bekannt.

Übrigens ist allein vor diesem Hintergrund zu erwarten, dass sich der Anbieter- und Händlermarkt in naher Zukunft bereinigt: Nicht alle in den Verkauf gebrachten Systeme werden die Sicherheitsanforderungen erfüllen und nicht alle Händler werden künftig die Autorisierung haben, Flugsysteme, die den gesetzlichen Regelungen unterliegen, verkaufen zu dürfen.

Künftig werden im gewerblichen Bereich Operationen außerhalb des Sichtbereichs möglich sein, was im Ergebnis über den automatisierten Flug entlang vorgegebener Geokoordinaten hinausgehen und zu autonomen Flügen führen wird. Im Zuge der Missionsausführung werden die Systeme zusätzlich mit künstlicher Intelligenz ausgestattet sein, um auf der Basis sensorisch erfasster Umgebungsinformationen selbstständig Entscheidungen hinsichtlich der Missionsdurchführung zu treffen.

Spätestens in diesem Zusammenhang werden Anforderungen hinsichtlich des sogenannten equivalent level of safety (ELOS) zu erfüllen sein, was - vereinfacht ausgedrückt - bedeutet, dass sich ein unbemanntes Fluggerät auf demselben Sicherheitsniveau wie ein bemanntes System zu bewegen hat. Hierzu laufen bereits an vielen Stellen Entwicklungsarbeiten, die sich beispielsweise mit Themen wie sens-and-avoid (Kollisionsvermeidung) auseinandersetzen.

Derzeit sind solche Systeme für Drohnen (selbst für militärisch genutzte Geräte, wie wir seit Euro Hawk wissen) nicht verfügbar.

Um die Wichtigkeit dieses Themas zu verdeutlichen: Etliche Unternehmen der Logistikbranche arbeiten daran, Drohnen zur Überwindung der sogenannten letzten Meile, also zur Zustellung von Waren direkt an den Empfänger einzusetzen. In den Pilotvorhaben sind diesbezüglich sehr gute Fortschritte erzielt worden. Vollkommen ungeklärt ist bislang eine Situation, in der hunderte dieser Transportdrohnen ihre Aufträge in einem Stadtgebiet erledigen sollen, ohne sich gegenseitig oder Dritte im Rahmen der Transportdurchführung zu gefährden.

Zwei Entwicklungsaspekte sollen in diesem Zusammenhang kurz angesprochen werden:

• Lokalisierung/Navigation

Zur Eigenortbestimmung (Lokalisierung) nutzen Drohnen derzeit in aller Regel GPS-Signale (Ausnahmen stellen hier sehr preiswerte Spielzeugdrohnen oder Geräte dar, die für Drone Racing genutzt werden). Auch die Navigation, das Abfliegen vorgegebener Wegpunktlisten, basiert auf diesen Signalen.

Je mehr sich Anwendungsfälle in urbane Räume oder in die unmittelbare Nähe von Bauwerken verlagern (Transport, Inspektion, Überwachung etc.), desto unsicherer wird die Lokalisierung und Navigation, da die Signale nicht oder nur begrenzt zur Verfügung stehen. Anwendungen, die im Indoor-Bereich angesiedelt sind, lassen sich auf dieser Basis überhaupt nicht realisieren.

In diesem Kontext laufen unter Hochdruck Entwicklungen für Sensorkombinationen, die eine Orientierung im Raum ohne extern bereitgestellte Signale ermöglichen und so als Ergänzung oder Ersatz für die GPS-basierte Lokalisierung und Navigation dienen.

In dem Zusammenhang ist auch die Entwicklung von 3D-SLAM-Algorithmen zu nennen. SLAM steht für simultaneous localisation and mapping. Es bedeutet, dass sich ein autonomes System in einer unbekannten Umgebung mithilfe sensorisch erfasster Daten orientiert, während seiner Erkundung der Umgebung eine modellhafte Abbildung davon erstellt und sich in diesem Modell lokalisiert, so dass es zum Ausgangspunkt der Erkundung zurückkehren kann.

Im zweidimensionalen Bereich funktionieren diese Algorithmen bereits sehr gut und werden bereits eingesetzt (etwa bei Mond- oder Mars-Missionen). Im dreidimensionalen Raum sind noch erhebliche Lücken zu verzeichnen, an deren Schließung die Wissenschaft mit Hochdruck arbeitet; die oben bereits angesprochenen Entwicklungen im Sensorbereich sind hier im unmittelbaren Zusammenhang zu sehen.

• Registrierung/Identifizierung

In der rechtlichen Diskussion stehen die Themen Registrierung (der Fluggeräte) und Zertifizierung (des Piloten/des Flugverantwortlichen) ganz oben an. Von jedem Fluggerät gehen während der Operation Gefahren aus, die es zu vermeiden gilt (siehe oben). Ist ein Schadensereignis eingetreten, muss dieses der für die Mission verantwortlichen Person zugeordnet werden können.

Neben der Vorgabe, dass nur berechtigte (zertifizierte) Personen gewerblich genutzte Drohnen zum Einsatz bringen dürfen, müssen die Geräte selbst auch registriert und identifizierbar sein. Derzeit sind zwar Bestrebungen zu erkennen, die Fluggeräte mit SIM-Karten auszustatten und so identifizierbar zu gestalten. Abschließend lässt sich jedoch noch nicht festhalten, ob dies die endgültige Lösung sein wird – auch vor dem Hintergrund, dass damit ein weiterer Energieverbraucher an Bord vorprogrammiert wäre.

Anwendungen (in) der Zukunft
Die dargestellten Entwicklungen führen in naher Zukunft dazu, dass unbemannte Flugsysteme sicherer betrieben und damit in den Luftverkehr integriert werden können, was beispielsweise im Bereich Transport mittelfristig zu erheblichen Einsparungen führen kann. Aber auch bereits bekannte Anwendungsbereiche profitieren von den dargestellten Aktivitäten, da Missionen künftig erheblich einfacher geplant und durchgeführt werden können und das bei der Missionsdurchführung erfasste Datenmaterial von deutlich besserer Qualität und automatisiert auswertbar sein wird.

Neue Anwendungsfelder werden in bislang für Drohnen eher unzugänglichen bzw. kritischen Bereichen wie urbanen Räumen oder offshore möglich und zunehmend autonom durchgeführt. Insbesondere Indoor-Anwendungen bergen erhebliche Potenziale, die auf der Basis der o.g. Forschungsergebnisse schon bald erschlossen werden können.

Mit Blick auf einen professionalisierten Massenmarkt könnte künftig der Personal Flying Assistant in unser Leben treten. Wir könnten dann einen PFA in der Tasche haben, der Fotos von uns schießt, uns in unbekanntem Umfeld zuverlässig an den POI bringt oder im Falle eines Orientierungsverlusts (nach einer Party oder im Fall von Demenz) den Weg nach Hause weist. Die gerade am Markt erscheinenden "Selfie-Drohnen" wie Dobby von Zerotech oder Breeze von Yuneec sind erste Vertreter für diese neue Klasse von Anwendungen.

Gerade in diesem Sektor hat das Thema der Missionsplanung eine ganz besondere Bedeutung. Oder wären Sie in der Lage, eine heutige Wegpunktplanung nach einer durchzechten Party vorzunehmen? Hier sind ganz neue Konzepte der Interaktion zwischen Nutzer und Drohne gefragt, die heute nicht einmal ansatzweise vorhanden sind.

Standardisierung
Noch einmal kurz zurück zu den professionellen Anwendungsszenarien. Neben den bereits ausgeführten technisch/technologischen und rechtlichen Hemmnissen führt auch die Vielzahl der am Markt befindlichen Flugsysteme und die schiere Unübersichtlichkeit missionsspezifischer Sensorik dazu, dass sich der Markt deutlich schwerfälliger entwickelt als prognostiziert wurde.

Während sich der Hobbyist mit Hingabe der Auswahl eines speziell für Sie oder Ihn geeigneten Systems hingeben kann, ist dies für gewerbliche oder industrielle Anwender im Grunde genommen nicht hinnehmbar. Die heute am Markt verfügbaren Systeme sind in jeglicher Hinsicht proprietär. Das betrifft mechanische, elektrische und datentechnische Schnittstellen des Fluggeräts genauso wie die plattformspezifischen Planungs- und Steuerungstools, die zur Durchführung von Missionen relevant sind.

Hier ist dringend eine Standardisierung notwendig, die es erheblich einfacher als heute erlaubt, ein System für den jeweils spezifischen Anwendungsfall auszuwählen. Zwar entstehen gerade "Quasistandards" (wie seinerzeit durch Microsoft). Sie sind jedoch nicht durch die Erfordernisse des Marktes, sondern allein durch die Marktpenetration einzelner Produkte impliziert, was schlussendlich nicht zielführend sein kann.

Auf diese Anforderung reagiert der Verband UAV-DACH mit einer speziellen Fachgruppe, die noch im November 2016 initiiert werden soll, und auch der Verein CURPAS e.V. , in dem bereits kurz nach seiner Gründung im letzten Oktober viele industrielle Anwender organisiert sind.

Ausblick auf Teil 3 "Leben mit Drohnen"
Nachdem wir uns bisher mit den Möglichkeiten, Potenzialen und dem Entwicklungsbedarf unbemannter Flugsysteme beschäftigt haben, wollen wir im nächsten Teil die "Schattenseite" der Medaille betrachten: Drohnen können eine Gefährdung an sich darstellen, sie können zur Industriespionage eingesetzt werden, man kann mit ihnen verbotene Gegenstände beispielsweise in Gefängnisse transportieren, und schließlich sind auch terroristische Attacken mit bewaffneten Multikoptern nicht auszuschließen. Thema im nächsten Teil ist daher die Drohnenabwehr.

Quelle; pcwelt

 

[josef.13]

Drohnen abwehren - Teil 3 der Serie "Leben mit Drohnen"

Drohnen ermöglichen eine Vielzahl wirtschaftlich interessanter Anwendungsfälle im zivilen Bereich. Wie jedes Werkzeug können sie aber auch zu illegalen Zwecken genutzt werden. Im letzten Teil unserer Serie gehen wir darauf ein, was man gegen den Einsatz missbräuchlich eingesetzter Drohnen unternehmen kann.

Du musst angemeldet sein, um Bilder zu sehen.

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

Nicht immer sind anfliegende Drohnen willkommen
© parrot.com
Starten wir mit einem Szenario im Zusammenhang mit der privaten Nutzung von Drohnen:

Sie sitzen am Sonntagnachmittag bei Kaffee und Kuchen auf dem Balkon im dritten Stock und genießen Aussicht und Ruhe. Und dann sehen Sie sich unvermittelt einer Kamera gegenüber. Die schaut ein wenig, was Sie so machen, schwenkt noch, um einen vollständigen Überblick über den Kuchen zu erhaschen und schon ist sie wieder weg – zusammen mit der Drohne, die sie vor Ihren Balkon gebracht hat.

Spoiler

Kein gutes Gefühl...

Ist Ihnen Vergleichbares schon passiert - oder - Hand aufs Herz - haben Sie auch schon mal darüber nachgedacht, was die Nachbarin da oben wohl so macht …

Bislang sind geschätzt etwa 400.000 Drohnen in Deutschland verkauft worden und damit potenziell im Einsatz. Das aktuelle Weihnachtsgeschäft wird diese Zahl noch einmal um etwa 100.000 Systeme erhöhen; mehr als 98 Prozent dieser halben Million Fluggeräte befinden sich dabei in privater Hand.

Natürlich unterstellen wir, dass alle Systeme regelkonform, d.h. im Rahmen der gesetzlichen Vorgaben, genutzt werden. Dennoch kommt es immer wieder zu regelwidrigem Verhalten der Steuerer, was nicht selten vor Gericht endet.

Hat beispielsweise Ihr 12-jähriger Neffe das Weihnachtsgeschenk ausgepackt und steht vor seinem Jungfernflug, sollten Sie ihn eindringlich darauf hinweisen, dass im Unterschied zu dem bislang von ihm genutzten RC-Car hier ganz andere Regeln gelten, die sogar strafrechtlich relevant sein können.

In Deutschland und darüber hinaus in ganz Europa (und auch sonst in der Welt) ist die Nutzung von Drohnen rechtlich geregelt . Diejenige Person, die eine Drohne betreibt, ist Nutzer des Luftraums und muss daher die in dem jeweiligen Land geltenden luftrechtlichen Bestimmungen kennen und befolgen.

Hat die Drohne eine Kamera an Bord, gilt das, was grundsätzlich gilt, wenn eine Kamera genutzt wird: Der Bediener hat jederzeit die Privatsphäre anderer Personen zu respektieren und muss bei der Erfassung personenbezogener Daten (die Aufnahme von Kamerabildern und/oder Videos oder Tonaufnahmen gehören dazu!) die gesetzlich geltenden Vorschriften beachten.

Zusätzlich sollte Ihr Neffe wissen, dass der Betrieb seiner Drohne grundsätzlich ein Sicherheitsrisiko darstellen kann, aus dem Versicherungspflichten entstehen. Motivieren Sie Ihren Neffen eindringlich, sich vor dem ersten Flug auf der Internetseite

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

über die rechtlichen Rahmenbedingungen für Freizeitnutzer zu informieren und die Regeln einzuhalten – dann steht dem Vergnügen nichts mehr im Wege.

Die missbräuchliche Nutzung von Drohnen im privaten Umfeld ist überwiegend auf die Unkenntnis der Regelungen oder auf Fahrlässigkeit zurückzuführen; absichtlich regelwidrig durchgeführte Flüge sind hier eher die Ausnahme. Dennoch können auch von privaten Nutzern extrem große Gefahren ausgehen, wie Beispiele von Beinahe-Zusammenstößen mit Flugzeugen in Flughafennähe immer wieder eindrucksvoll belegen.

Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Drohnen, ihre einfache Bedienung, die freie Beschaffung und nicht zuletzt ihre quasi anonyme Nutzung machen diese Systeme natürlich auch für diejenigen Zeitgenossen interessant, die a priori nichts Gutes im Sinn haben, die Drohnen bewusst für kriminelle oder sogar terroristische Handlungen einsetzen (wollen).

Spektakulär war vor gut zwei Jahren der Fall, in dem Drohnen über einem französischen Atomkraftwerk auftauchten. Für lebhafte Diskussionen sorgte ebenfalls der kürzlich ins Netz (Facebook, Youtube) gestellte Überflug eines AKWs in der Schweiz .

Immer wieder wurde auch darüber berichtet, dass Gefängnisinsassen mit illegalen Geräten oder Substanzen aus der Luft durch Drohnen versorgt wurden; auch Fälle von Industriespionage sind mittlerweile bekannt geworden.

Alle diese konkreten Fälle und das potenziell Denkbare haben bereits vor geraumer Zeit dazu geführt, über Abwehrsysteme nachzudenken, die das Eindringen von Drohnen in sensible Bereiche zumindest detektieren oder sogar verhindern. Erste Systeme sind bereits am Markt verfügbar und es ist davon auszugehen, dass sich hier ein weiteres Marktsegment entfalten wird, das die im ersten Teil dieser Serie gezeigte Wertschöpfungskette um eine weitere Komponente im Bereich "Operator" ergänzt.

Die Ankündigung der Deutschen

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

vom November dieses Jahres, sich in diesem Marktsegment zu engagieren, unterstützt diese Einschätzung genauso wie die Tatsache, dass etliche Unternehmen in diesem Markt bereits nennenswerte Umsätze mit dem Verkauf und der Einrichtung entsprechender Systeme verzeichnen können.

Welche Möglichkeiten bieten sich nun, um Drohnen abzuwehren?
Die erste Idee, die einem in den Sinn kommt, wenn es um die Abwehr unberechtigt in einen Luftraum eindringender Drohnen geht, ist sicher: abfangen.

So kursieren verschiedene Lösungen im Internet, die darauf abzielen, den Eindringling beispielsweise mittels Netz "vom Himmel zu holen". Das Fangnetz kann dabei von einer anderen Drohne geschleppt oder von einer Drohne oder einer Station abgeschossen werden.

Als skurrile Lösung bekannt geworden ist sicher der von der niederländischen Polizei trainierte Adler…

Das Abfangen setzt natürlich voraus, dass das Eindringen einer Drohne in einen zu sichernden Luftraum überhaupt erst einmal erkannt wird. Die klassische Luftraumüberwachung basiert auf Radar, das von einigen Unternehmen in Spezialausführung auch zur Detektion von kleinen, in relativer Bodennähe operierenden Flugkörpern, also den hier besprochenen Drohnen, angeboten wird.

Der Vorteil des Radars gegenüber akustischen bzw. optischen Verfahren ist in der Reichweite zu sehen; Objekte können bereits detektiert werden, wenn sie noch einige Kilometer vom Schutzbereich entfernt sind.

Allerdings spielt hier die Physik eine nicht unerhebliche Rolle: Die Objekte müssen eine gewisse Größe und Flächigkeit aufweisen, damit sie vom Radar erfasst werden können; bekanntermaßen basiert Radar auf der Reflexion der von einer Station ausgesendeten elektromagnetischen Wellen. Radarsysteme lassen eine Ortung der Objekte zu, d.h., dass ihre Anflugrichtung und –höhe ermittelt werden können, was für weitere Abwehrmaßnahmen von Bedeutung sein kann.

Du musst angemeldet sein, um Bilder zu sehen.

Sie müssen registriert sein, um Links zu sehen.

Radarsysteme können Drohnen schon erfassen, wenn sie noch einige Kilometer entfernt sind
© Uwe Meinberg
Überwiegend kommen akustische, optische und elektronische Verfahren zur Detektion und zur Identifikation zum Einsatz:

Jede Drohne emittiert während der Operation spezifische Schallwellen, die von Akustiksensoren erfasst und - nach entsprechender Filterung - ausgewertet werden können. In einer Umgebung, die nicht zu stark "lärmverschmutzt" ist, lässt sich so die Annäherung eines unbemannten Flugsystems erkennen. In Grenzen ist auch bei akustischen Verfahren eine grobe Ortung des eindringenden Systems möglich.

Zu Bewachungszwecken werden seit jeher Kamerasysteme eingesetzt, die sowohl im sichtbaren Spektrum als auch im nahen Infrarotbereich arbeiten. Auch zur Detektion von Drohnen werden sie in Verbindung mit entsprechender Bildauswertungssoftware genutzt. Letztere dient dazu, eine Drohne sicher von anderen fliegenden Objekten, etwa Vögeln, zu unterscheiden.

Je nach eingesetzter Software ist auf optischer Basis neben der reinen Detektion bereits eine Erkennung des Flugsystems möglich, indem die vom Kamerasystem aufgenommene Silhouette mit entsprechenden Merkmalen in einer Datenbank verglichen wird. Auf diese Weise kann beispielsweise eine erste Risikoabschätzung erfolgen: Trägt das System nur eine Kamera zu Spionagezwecken oder handelt es sich um eine größere Last, die vielleicht auch explosiv sein könnte.

Kamerabasierte Systeme stellen ihre Videostreams zudem für das Bewachungspersonal zur Verfügung, so dass dieses den Flugverlauf beobachten und einschätzen kann. Zudem werden die Videos in der Regel zu Dokumentationszwecken aufgezeichnet.

Akustische und optische Verfahren können im Unterschied zu Radarsystemen potenziell auch kleinere Objekte detektieren, operieren jedoch nur in vergleichsweise kurzen Distanzen von bis zu mehreren hundert Metern oder sogar darunter (Akustik). Zwischen der Detektion und dem Eindringen in den Luftraum durch das wahrgenommene Flugobjekt liegt somit nur eine kurze Zeitspanne, die für entsprechende Gegenmaßnahmen genutzt werden kann.

Elektronische Erkennungsverfahren machen sich zunutze, dass eine eindringende Drohne im Regelfall pilotiert wird und sehr häufig online Videodaten überträgt. Im zu schützenden Luftraum werden Funkscanner positioniert, welche die in diesen Bereichen (Fernsteuerung, Videodatenübertragung) typischen Frequenzbänder laufend überwachen. In Verbindung mit Verfahren der Signaturerkennung lässt sich aus den erfassten Datenströmen ableiten, dass eine Drohne im Bereich des gesicherten Luftraums betrieben wird. Ist die Entschlüsselung der Videodaten möglich, kann aus dem empfangenen Videostream auch grob abgeschätzt werden, wo der Eindringling gerade operiert.

Besonders komfortabel wird die Detektion und Identifikation dann, wenn die Drohne über WLAN gesteuert wird. In diesem Fall verhält sich das Flugsystem im Regelfall wie ein ungeschützter Access-Punkt, zu dem sich das Detektionssystem Zugang verschaffen und auf diese Weise sogar das spezifische Gerät anhand seiner MAC-Adresse identifizieren kann. Die Signaturanalyse der Datenströme sowie ihre Entschlüsselung setzen natürlich voraus, dass bekannte Datenübertragungsverfahren eingesetzt werden, es sich also um am Markt verfügbare Systeme handelt. Sollte es sich um professionell organisierte Drohnenattacken handeln, werden es diese Verfahren also schwer haben, ein Eindringen zu erkennen.

Ist das Eindringen einer Drohne in den zu sichernden Luftraum detektiert, werden in einer nächsten Eskalationsstufe entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet. Hierbei ist Vorsicht geboten: Es bestehen klare, aber sehr unterschiedliche gesetzliche Regelungen, wie gegen einen Eindringling vorgegangen werden darf! Eine unberechtigt eingedrungene Drohne zu orten und anschließend mit einem Laser unschädlich zu machen, erscheint zwar naheliegend, ist jedoch weitgehend illegal. Zudem gehen von dem zerstörten System bei seinem Absturz weitere Gefahren aus, die es ebenfalls zu berücksichtigen gilt.

Wollen Sie also Ihren Garten gegen Nachbars Drohnenflug schützen: Seien Sie vorsichtig…

Nach Erkennung eines Eindringlings und unter Beachtung der gesetzlichen Vorschriften bieten sich mehrere Möglichkeiten, um adäquat zu reagieren:

Dabei werden ganz unterschiedliche Zielsetzungen verfolgt.

Die erste Gruppe von Maßnahmen dient der absoluten Abwehr der Attacke, d.h. es soll unbedingt ein Eindringen in den Luftraum verhindert werden. Die bereits erwähnten Fangnetzlösungen und auch der niederländische Adler gehören genauso in diese Kategorie wie die im weiteren Verlauf dargestellten elektronischen Lösungen. Natürlich kann es auch von Interesse sein, den Piloten ausfindig zu machen, um des Urhebers der Attacke habhaft zu werden oder wenigstens die eindringende Drohne sicherzustellen.

Eine absolute Abwehr kann entweder durch die Einflussnahme auf die Steuerung des Flugsystems oder auf seine Kommunikationsverbindungen erfolgen. Die Beeinflussung des Onboard-Steuerungssystems erfolgt in der Regel mit destruktiven "brute-force"-Methoden, die das Fluggerät zerstören oder zumindest außer Kontrolle für den Piloten bringen, was schließlich ebenfalls den Absturz der Drohne zur Folge hat.

Der Beschuss mit Lasern oder aktuelle Entwicklungen von EMP-Phasern (EMP: electromagnetic pulse), die kürzlich in den USA getestet wurden , gehören zu diesen Abwehrmaßnahmen und setzen das Fluggerät effektiv außer Betrieb. Sie nehmen jedoch den Absturz und eventuell damit verbundene Risiken in Kauf.

Auch die Störung der Kommunikation zwischen Drohne und ihrer Bodenstation oder die Störung von GPS-Signalen führt im Ergebnis mit hoher Wahrscheinlichkeit zum Absturz. Zu diesen Zwecken werden starke Störsender eingesetzt. Die Methode ist auch als "Jamming" bekannt. Jamming hat den Nachteil, dass auch eigene Systeme im Umfeld der Störsender beeinflusst werden können.

Etwas "eleganter" sind nicht-destruktive Verfahren, die nicht die sofortige Zerstörung des Fluggerätes zum Ziel haben, sondern eher darauf ausgerichtet sind, die Drohne aus dem Luftraum fernzuhalten, sicher zur Landung zu bringen oder zum Startpunkt zurückzuleiten, beispielsweise, um den Piloten zu identifizieren. In diesen Fällen werden Verfahren eingesetzt, um die Drohne unter die eigene Kontrolle zu bringen.

Hier werden grundlegend drei Ansätze verfolgt, von denen zwei darauf basieren, dass das Fluggerät "bekannt" ist, es sich also um eine am Markt verfügbare Drohne handelt, deren Kommunikationsschnittstelle zur Bodenstation sowie die Software der installierten flight-control bereits analysiert werden konnte: Wird das Fluggerät über eine WLAN-Schnittstelle pilotiert, kann diese genutzt werden (offener Access-Punkt), um das System beispielsweise nach Einbringen einer Schadsoftware (zu einem guten Zweck) unter Kontrolle zu bringen. So kann man eine sichere Landung erzwingen oder beispielsweise die Coming-home-Funktion aktivieren, was die Drohne zum Piloten führen könnte.

Erfolgt die Steuerung über ein konventionelles RC-System (Fernsteuerung), werden Lösungen angeboten, die die Originalsignale übersteuern und so die Kontrolle über das eindringende System ermöglichen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch vom RC-Spoofing. Ein Upload von eigener Software ist auf diese Weise nicht möglich, das Ziel ist hier also, die Drohne zu landen und sicherzustellen.

Als dritte Möglichkeit bietet sich das sogenannte GPS-Spoofing an. Hier wird ein Verfahren genutzt, das einige von Ihnen sich vielleicht schon als App für ihr Smartphone heruntergeladen haben. In einer solchen App werden die originalen GPS-Daten Ihres Gerätes überschrieben, so dass Sie sich virtuell an einem anderen Ort bewegen oder Ihren Freunden im sozialen Netz einen anderen Standort vorgaukeln können.

Genau dasselbe erfolgt bei der Abwehr von Drohnen: Die regulären Satelliten-Signale, die der GPS-Empfänger der Drohne zur Navigation beim automatischen Flug und zur Unterstützung des Piloten nutzt, werden durch einen starken Sender übersteuert und der Drohne somit falsche Positionsdaten signalisiert. Da die Wegpunktplanung an Bord nicht bekannt ist, kann das System nicht gezielt zu einem Punkt geleitet oder gelandet werden - sehr wohl aber bietet sich so die Möglichkeit, das Fluggerät vom zu schützenden Luftraum fernzuhalten. Auch hierbei ist zu beachten, dass eigene Systeme ebenfalls beeinflusst werden können.

Im Zuge der weiteren Integration unbemannter Flugsysteme in den Luftraum ist von einer wachsenden Regelungsdichte auszugehen, die sich momentan in den Diskussionen um die Registrierung der Flugsysteme, ihr Tracking und Tracing sowie der Lizenzierung der Piloten widerspiegelt. Im Sinne des "normalen" Betriebs wird so aktuell viel für die sichere Operation und darauf aufbauende Geschäftsmodelle in Bewegung gebracht.

Dennoch wird sich auch der Markt für Abwehrsysteme weiter entwickeln. Wie schon erwähnt, bieten Drohnen eben auch für kriminelle oder sogar terroristische Aktivitäten ein großes Potenzial. Registrierungen und Lizenzierungen werden hier kaum zum Schutz beitragen können.

Und neue Themen könnten auf uns zukommen: Drone-hijacking und Drone-hacking könnten gerade vor dem Hintergrund der wachsenden Zahl der Systeme im Markt für Kriminelle interessant werden

Quelle; pcwelt