Skalierung von BVLOS-Operationen durch robuste Konnektivitäts- und Autonomieinfrastruktur

Drohneneinsätze außerhalb der Sichtlinie (BVLOS) bergen ein immenses Potenzial, unsere Lebens- und Arbeitsweise grundlegend zu verändern und innovative Lösungen für eine Vielzahl von Branchen zu bieten, darunter Logistik, Landwirtschaft und Inspektion. Diese fortschrittlichen Verfahren können die Effizienz steigern, Kosten senken und die Reichweite verschiedener Dienstleistungen erweitern.

Im Zuge des Übergangs der Branche zu automatisierten BVLOS-Flügen (Beyond Visual Line of Sight) ist Sicherheit ein absolut zentraler Aspekt. Eine zuverlässige und permanent verfügbare Kommunikationslösung mit hoher Leistung und flexibler Datenübertragung ist daher unerlässlich für einen sicheren Betrieb. Stellen Sie sich vor, Sie steuern eine Drohne ferngesteuert, ohne oder mit verzögerter Kenntnis ihres tatsächlichen Standorts!

Im Rahmen einer NestGen '23-Veranstaltung führten wir ein Gespräch mit Yoav Amitai, CEO von Elsight, eine Konnektivitätsplattform, die extrem zuverlässige Echtzeitverbindungen mit hoher Bandbreite selbst in den anspruchsvollsten und abgelegensten Gebieten ermöglicht. Yoav erörtert die aktuellen Herausforderungen sowie die erforderlichen Konnektivitätslösungen, um BVLOS-Flüge zu realisieren.

Was genau ist BVLOS? Worin unterscheidet es sich von VLOS oder EVLOS?

Bevor wir uns mit den Konnektivitätslösungen befassen, betrachten wir die Unterschiede zwischen VLOS-, EVLOS- und BVLOS-Operationen. Laut Definition:

• VLOSDie Sichtflugregelung (Visual Line of Sight, VLS) bezeichnet Drohneneinsätze, bei denen das Fluggerät innerhalb der Sichtlinie des verantwortlichen Piloten (PIC) geflogen wird, wobei sich der VO (Visual Officer) am selben Ort befindet und in direkter Kommunikation mit dem PIC steht.
• EVLOSErweiterte Sichtweite (Extended Visual Line of Sight, PIC) ist ein UAS-Betrieb, bei dem Pilot und/oder Beobachter den Luftraum ständig visuell überwachen. Das Fluggerät darf sich außerhalb der Sichtweite des Piloten befinden, muss aber jederzeit in Sichtweite des Beobachters bleiben, wobei der Pilot stets die Kontrolle behält.
• BVLOS oder Außerhalb der Sichtlinie Dies sind Operationen, bei denen das Flugzeug außerhalb der direkten Sichtweite des verantwortlichen Piloten (PIC) oder des virtuellen Piloten (VO) geflogen wird.

Wie Yoav jedoch erwähnt, „Die genaue Bestimmung der Entfernung, ab der ein Flugbetrieb als VLOS, EVLOS oder BVLOS gilt, ist unrealistisch, da sie von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, wie z. B. der Größe der Drohne, dem Gelände, den Wetterbedingungen und den geltenden Vorschriften. Selbst wenn sich die Drohne in Reichweite befindet, können Hindernisse oder Störungen zwischen dem Bediener und der Drohne dazu führen, dass der Betrieb als BVLOS eingestuft wird. Steuert ein einzelner Bediener mehrere Drohnen, selbst wenn diese sich in VLOS-Reichweite befinden, können die Aufsichtsbehörden den Betrieb aufgrund der erhöhten Komplexität, die zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen und Zertifizierungen erfordert, dennoch als BVLOS einstufen.

Herausforderungen bei BVLOS-Drohnenoperationen

Nachdem die Definitionen nun klar sind, geht Yoav auf drei zentrale technologische Herausforderungen im Zusammenhang mit BVLOS-Drohneneinsätzen ein:

• Luftraummanagement: BVLOS-Operationen erfordern ein effektives Luftraummanagement, insbesondere in Umgebungen, in denen mehrere Betreiber im selben Luftraum operieren. Die Sicherstellung der Kommunikation zwischen den Betreibern, um Konflikte oder Kollisionen zu vermeiden, sowie das Management von bemannten und unbemannten Fahrzeugen im selben Luftraum stellen erhebliche Herausforderungen dar, die bewältigt werden müssen.
• Konnektivität: Schließlich erfordern BVLOS-Operationen eine ständige und zuverlässige Verbindung zwischen Drohne und Bediener, insbesondere bei langen Flugstrecken. Echtzeitkommunikation ist für eine Vielzahl von Anwendungen erforderlich, darunter auch für Sicherheitszwecke. Inspektionund Landwirtschaft, und die Aufrechterhaltung der Konnektivität wird bei BVLOS-Operationen zu einer entscheidenden Herausforderung.
• Autonomie: Für BVLOS-Operationen in großem Umfang ist es erforderlich, den menschlichen Faktor auszuschalten. Dies beinhaltet die Entwicklung autonomer Software, die Drohnenflotten effizient und sicher betreiben kann, die Arbeitskosten senkt und die Produktivität steigert. Drohnenautonomie kann die Sicherheitsmaßnahmen verbessern, indem menschliche Fehler reduziert und das System zuverlässiger gemacht werden.

In diesem Blogbeitrag werden wir zwei der wichtigsten Herausforderungen näher beleuchten und Empfehlungen für Lösungen zur Behebung von Konnektivitätsproblemen und zur Ermöglichung autonomer Abläufe.

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Aufrechterhaltung einer zuverlässigen Verbindung zwischen Drohne und Bodenstation

Es hat sich gezeigt, dass zuverlässige Kommunikation und Datenübertragung entscheidend für die Luftraumverwaltung, die Aufrechterhaltung der Autonomie und die Bewältigung technologischer Herausforderungen sind, insbesondere wenn sich die Drohne außerhalb der direkten Funkreichweite des Piloten befindet. Welche Verbindungsoptionen gibt es also? Schauen wir uns das genauer an:

Standardmäßige proprietäre Punkt-zu-Punkt-RF-Verbindung

Eine gängige Methode der drahtlosen Kommunikation, die ein direktes, geschlossenes Netzwerk zwischen dem Bediener und der Drohne herstellt und so Echtzeitkommunikation und -steuerung ermöglicht. Diese Systeme weisen jedoch einige Einschränkungen auf, insbesondere bei BVLOS-Flügen:

• Zunächst einmal sind sie aufgrund ihrer begrenzten Reichweite für Langstreckeneinsätze ungeeignet, was den Umfang der Mission einschränkt.
  
  
• Sie sind anfällig für Störungen, insbesondere in dicht besiedelten Gebieten, wo viele drahtlose Geräte die gleichen Frequenzen wie 2,4 oder 5,8 Gigahertz nutzen.
  
  
• Da diese Systeme ein lokales Netzwerk erzeugen, eignen sie sich nicht für Cloud-basierte Lösungen und die Integration zusätzlicher Anwendungen, was den gesamten Einsatzbereich einschränkt.
  
  
• Der Energieverbrauch dieser Systeme ist im Vergleich zu anderen Lösungen ebenfalls hoch, was die Missionsdauer begrenzen kann.

Satellitenkommunikation

Satellitenkommunikation ist eine weitere Option für die drahtlose Kommunikation im Drohnenbetrieb. Obwohl sie eine gute Abdeckung bietet, weist sie eine Reihe von Einschränkungen auf:

• Ein Hauptproblem ist die begrenzte Bandbreite, die die Übertragung von Echtzeitdaten, insbesondere Videodaten, erschwert. Aufgrund der begrenzten Bandbreite sind Videoqualität und Latenz sehr gering.
  
  
• Satellitenkommunikation kann teuer sein, was für manche Anwendungsfälle von Drohnen wirtschaftlich nicht rentabel sein kann.
  
  
• Die meisten der am Markt erhältlichen Lösungen sind entweder zu groß oder zu sperrig für den Einsatz auf Drohnen. Systeme, die neben C2 und Telemetrie auch Streaming ermöglichen, wiegen typischerweise um die 1,5 Kilogramm. Dies begrenzt die Nutzlastkapazität der Drohne und reduziert ihre Gesamtleistung.

Mobilfunk:

Die Nutzung öffentlicher Mobilfunkinfrastruktur, vorwiegend LTE und 5G/4G, ist die kostengünstigste und produktivste Option für drahtlose Kommunikation außerhalb der Sichtlinie (BVLOS). Im Folgenden sind einige Vorteile dieser Methode aufgeführt:

• Seine Fähigkeit, Schwarmtopologien für die Kommunikation zu unterstützen. Es kann Eins-zu-viele- oder Eins-zu-eins-Topologien realisieren und bietet so eine größere Flexibilität beim Drohnenbetrieb.
• Es benötigt weder Sichtverbindung noch eine Bodenstation und hat keine Reichweitenbegrenzung. Dadurch eignet es sich ideal für BVLOS-Flüge über große Entfernungen, da das Kommunikationssystem in der Lage ist, über mehrere Länder und Kontinente hinweg zu funktionieren und dabei eine hohe Bandbreite und geringe Latenz zu gewährleisten.
• Die zellulare Infrastruktur ist weit verbreitet; Schätzungen zufolge deckt sie zwischen 85 und 92 % der Welt ab und ist somit eine zugängliche und zuverlässige Option für BVLOS-Operationen.
• Es funktioniert auf der Internetinfrastruktur und ermöglicht die Nutzung von SaaS-Anwendungen, die Echtzeit-Datenstreaming und Datenanalyse über die Cloud ermöglichen.
• Die Mobilfunkmodule und die zugehörige Infrastruktur sind für den Betrieb mit Akkus ausgelegt, wodurch sie leicht, energiesparend und platzsparend an der Drohne sind. Dies gewährleistet, dass die Gesamtleistung und Stabilität der Drohne nicht beeinträchtigt werden und somit eine praktikable Option für die BVLOS-Zertifizierung darstellen.

Yoav hebt außerdem die Herausforderungen der Zusammenarbeit mit der Öffentlichkeit hervor. Mobilfunkinfrastruktur mit Grafiken von Ericsson und QualcommDie „Die Herausforderung bei der Mobilfunkinfrastruktur besteht darin, dass sie für die terrestrische Kommunikation optimiert ist und nicht für einen effizienten Betrieb in großen Höhen ausgelegt ist“, erklärt er. Die Antennen sind für durchschnittliche Mobiltelefone am Boden konzipiert, wo sich die meisten Nutzer befinden und wo die Betreiber Lizenzen für die Nutzung bestimmter Frequenzen besitzen. Bei der Kommunikation mit Drohnen findet die Kommunikation über die Nebenkeulen der Antenne statt, und ein direkter Flug über dem Mobilfunkmast kann zu einem vollständigen Kommunikationsausfall führen, was eine zuverlässige Kommunikation zu einer erheblichen Herausforderung macht.“

Yoav teilt außerdem eine weitere interessante Analyse von Verizon und der FAA mit, die sogenannte Airborne LTE Operation (ALO). Diese ergab, dass das Mobilfunknetz die Steuerung unbemannter Luftfahrtsysteme und die Kommunikation ohne Nutzlast unterhalb von 150 Metern (500 Fuß) ausreichend unterstützt. Obwohl dies zeigt, dass die Infrastruktur in diesen Höhen funktioniert, gibt es weiterhin Funklöcher ohne Netzabdeckung.

Wie Elsight Halo Konnektivitätsherausforderungen löst

Um den Herausforderungen öffentlicher Mobilfunknetze zu begegnen, schlägt Yoav einen Multi-Netzwerk-Ansatz vor, genau wie das Produkt von Elsight. HaloAngebote. Durch die Bündelung aller verfügbaren IP-Verbindungen (4x Mobilfunk oder RF-X-SIM-Lösung mit Link-Failover) zu einer einzigen gebündelten Verbindung optimiert das System von Elsight die Kommunikationskanäle für Drohnen und gewährleistet so die zuverlässige Übertragung und den Empfang von Daten und Befehlen in Echtzeit. Dies ermöglicht eine statistisch bessere Abdeckung mit zuverlässigerer Kommunikation, was Yoav als … bezeichnet. "Vertrauen in die Verbindung."

Dieser Ansatz überwindet die Herausforderungen einer einheitlichen Verbindungsinfrastruktur, indem er eine erhöhte Redundanz und eine zuverlässigere Verbindung für Drohnen bietet, selbst in Gebieten mit eingeschränkter oder blockierter Netzabdeckung.

Als erste KI-gestützte Konnektivitätslösung zeichnet sich Halo durch seine kompakte Bauweise, sein geringes Gewicht und einen Stromverbrauch von weniger als der Hälfte einer durchschnittlichen Küchenglühbirne aus. Diese innovative Lösung spart Platz, Gewicht und Energie (SWaP) und bietet gleichzeitig integrierte Kommunikationsfunktionen.

Autonomie ist erforderlich, um BVLOS-Operationen auszuweiten.

Wie Yoav bereits erwähnte, stellt der autonome Betrieb die dritte Herausforderung dar. Mit dem weiteren Wachstum des Drohnenunternehmens wird auch die Nachfrage nach kostengünstigen und effizienten Lösungen steigen, die sich für den Einsatz in großem Maßstab eignen.

Autonomie trägt wesentlich dazu bei, indem sie die Arbeitskosten senkt und die Produktivität steigert, wodurch Drohneneinsätze wirtschaftlicher werden. Darüber hinaus verbessert die Eliminierung des menschlichen Faktors die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Flügen außerhalb der Sichtlinie (BVLOS) erheblich. Im Gegensatz zum Menschen kann Software Drohnen präzise und konsistent steuern, ohne durch Ermüdung oder menschliches Versagen beeinträchtigt zu werden.

Wie FlytBase Ihre Drohnenoperationen automatisiert

Als cloudbasierte Unternehmenssoftwarelösung ermöglicht FlytBase Betreibern die ferngesteuerte und autonome Durchführung von Drohneneinsätzen von überall auf der Welt, ohne dass eine Anwesenheit vor Ort erforderlich ist. Konnektivitätslösungen wie Elsight Halo ermöglichen es den Betreibern, das volle Potenzial der Softwarelösung auszuschöpfen.

• Videomanagement: Die Plattform ermöglicht es den Bedienern, mehrere hochauflösende Videostreams mit extrem niedriger Latenz anzuzeigen und so Drohneneinsätze aus der Ferne zu überwachen und zu steuern. Bediener können zudem Echtzeit-Videodaten mit anderen Beteiligten teilen, was die Zusammenarbeit und Entscheidungsfindung verbessert. Die Plattform ermöglicht außerdem die Integration mit Videomanagementsystemen (VMS) und anderen statischen Videostreams und bietet den Bedienern damit einen umfassenden Überblick über ihre Einsätze.
• Geräteverwaltung: Die Geräteverwaltungstools von FlytBase ermöglichen es Betreibern, ihre gesamte Drohnenflotte, einschließlich der Dockingstationen, zu verwalten und zu überwachen. Die Plattform integriert sich mit Wetterstationen und Live-Wettervorhersagetools wie Windy, sodass Benutzer bei extremen Wetterbedingungen eine Mission autonom abbrechen und so die Sicherheit der Drohne und der Umgebung gewährleisten können.
• Cloud-Mediensynchronisierung: Mit einer guten Internetverbindung können Nutzer Mediendateien von der SD-Karte der Drohne problemlos in ihren privaten Cloud-Speicher synchronisieren. Sobald die Drohne ihren Einsatz abgeschlossen hat, können die Mediendateien automatisch synchronisiert werden, ohne dass ein manuelles Eingreifen erforderlich ist.
• Integrationen zur Aktivierung von BVLOS: FlytBase bietet außerdem eine nahtlose Integration mit anderen Technologien wie ADS-B. Erkennen und VermeidenFallschirmbergungssysteme und Software wie UTM-Plattformen zur Luftraumüberwachung ermöglichen es den Fernbedienern, sich einen umfassenden Überblick über ihre Einsatzumgebung zu verschaffen und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

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Das folgende Diagramm zeigt, wie FlytBase und Halo zusammenarbeiten.

Abschließend lässt sich sagen, dass die Zukunft von BVLOS-Drohnenoperationen Dies erfordert ein konsequentes Engagement für die Entwicklung und Implementierung robuster Konnektivitäts- und autonomer Softwarelösungen. Dadurch können Unternehmen das volle Potenzial dieser bahnbrechenden Technologie ausschöpfen, Innovation und Wachstum branchenübergreifend vorantreiben und letztendlich eine sicherere und effizientere Welt gestalten.