In der sich ständig weiterentwickelnden Welt der Drohneneinsätze besteht eine der größten Herausforderungen darin, sicher außerhalb der Sichtweite (BVLOS) zu fliegen. Der Betrieb außerhalb der Sichtweite eröffnet unzählige Möglichkeiten für verschiedene Branchen, wirft aber auch eine Reihe wichtiger Aspekte auf. Flugsicherheit und Risikominimierung haben dabei höchste Priorität, da die Sicherheit von Personen, Sachwerten und der unbemannten Drohne selbst von größter Bedeutung ist.
Derzeit die meisten BVLOS-Operationen Es ist unerlässlich, dass ein aufmerksamer visueller Beobachter (VO) den Himmel sorgfältig nach potenziellen Hindernissen und Gefahren absucht. Sobald er auf ein solches stößt, muss er den verantwortlichen Fernpiloten unverzüglich benachrichtigen, damit dieser die laufende Drohnenmission abbricht. Daher liegt es auf der Hand, wie gefährlich jede Kommunikationsstörung sein kann.
Während einer der NestGen'23-SitzungenWir sprachen mit Daniel O'Shea, Director of Global Sales and Customer Success bei Iris Automation, einem Unternehmen, das sich der Schaffung einer Luftfahrtumgebung verschrieben hat, in der keine Flugzeuge jemals in der Luft kollidieren. Sie nutzen modernste KI-basierte Bildverarbeitungstechnologie, um das Risiko von Zusammenstößen in der Luft zu reduzieren. Dies ist entscheidend für einen sicheren, skalierbaren und effizienten Betrieb in einer Vielzahl von Branchen.
Inhaltsverzeichnis:
- Rolle der visuellen Beobachter bei BVLOS-Flügen
- Was ist ein Detect & Avoid (DAA)-System?
- Casia G: Das bodengestützte Erkennungs- und Alarmsystem von Iris Automation
- Vorteile von Casia G für autonome BVLOS-Drohnen-in-a-Box-Operationen
- Integration mit FlytBase für sichere ferngesteuerte Drohnenoperationen
- BVLOS-Zulassungen mit Erkennungs- und Ausweichsystemen
- Weit voraus
Rolle der visuellen Beobachter bei BVLOS-Flügen
Bevor wir uns mit den Besonderheiten der verschiedenen Arten und verfügbaren Detect-and-Avoid-Technologien (DAA) befassen, müssen wir zunächst die Rolle der visuellen Beobachter und die Notwendigkeit ihrer Einbeziehung verstehen.
Zum Beispiel die Bundesluftfahrtbehörde (FAA) In den Vereinigten Staaten werden die betrieblichen Anforderungen festgelegt, die vor dem Betrieb unbemannter Luftfahrtsysteme erfüllt werden müssen. Für alle Drohneneinsätze, für die keine Ausnahmegenehmigung nach Teil 107.33 vorliegt, ist ein visueller Beobachter erforderlich, der folgende Aufgaben übernimmt:
Quelle: https://www.govinfo.gov/content/pkg/CFR-2022-title14-vol2/pdf/CFR-2022-title14-vol2-sec107-31.pdf
Dan erläutert, warum dieser nutzerzentrierte Ansatz sowohl ressourcenintensiv als auch hinsichtlich der kontinuierlichen Überwachung begrenzt sein kann. Er veranschaulicht dies anhand der folgenden Abbildungen:
Im Einsatzgebiet der Drohne könnten sich Objekte befinden, beispielsweise ein kleiner, nicht kooperativer Gleitschirm ohne Motorengeräusche. Es könnte für einen Menschen schwierig sein, dies genau zu erkennen und die Fernsteuerung zu benachrichtigen. Pilot-in-Command (PIC)Die
Dan zitiert außerdem eine Studie der Embry-Riddle Aeronautical University mit dem Titel „Erkennung und Bewertung des Kollisionspotenzials von Flugzeugen und kleinen unbemannten Flugsystemen (sUAS) durch visuelle Beobachter“, in der Folgendes festgestellt wird:
„Bei 26 der Abfangmanöver überschätzten die Teilnehmer die verfügbare Zeit bis zum Abfangen des Flugzeugs durch das unbemannte Luftfahrtsystem…“ Dies war ein etwas beunruhigender Befund, da die Tendenz visueller Beobachter, die verfügbare Reaktionszeit zu überschätzen, zu verzögerten Ausweichmanövern führen kann oder KollisionsvermeidungDie
Eine Studie aus dem Jahr 2009 kam zu dem eindeutigen Ergebnis, dass visuelle Beobachter Entfernungen und Höhen relativ schlecht einschätzen können. Diese Forschung bestätigt die Schlussfolgerung jener Studie zusätzlich. Betreiber kleiner unbemannter Luftfahrtsysteme (UAS) sollten sich bei der Einschätzung von Abständen nicht allein auf visuelle Beobachter verlassen, da die Daten darauf hindeuten, dass die Fähigkeit visueller Beobachter, Entfernungen genau einzuschätzen, äußerst gering ist.„
Quelle: https://commons.erau.edu/ijaaa/vol4/iss4/4/
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Mit der zunehmenden Verbreitung von Drohneneinsätzen steigt der Bedarf an Ressourcen und Personal für die ständige Überwachung des Himmels. Daher ist es unerlässlich, neue Technologien und Innovationen für sichere und effiziente BVLOS-Einsätze (Beyond Visual Line of Sight) zu nutzen, die nicht auf menschliches Sehvermögen angewiesen sind.
Wie können wir diese Herausforderung also bewältigen?
Die Lösung liegt laut Dan in einer KI-gestützten Erkennungs- und Vermeidungstechnologie.
Was ist also ein Detect & Avoid (DAA)-System?
Das System zur Erkennung und Vermeidung von Kollisionen (DAA) ermöglicht es den Bedienern, andere Flugzeuge und Hindernisse selbstständig zu erkennen und ihnen auszuweichen. Diese Systeme nutzen Sensoren wie Radar, Akustik und visuelle Sensoren, um Hindernisse im Luftraum zu erkennen und ihnen auszuweichen.
Mit der DAA-Technologie können Drohnen sicher außerhalb der Sichtweite operieren, wodurch sich ihr Einsatzspektrum und ihre Anwendungsmöglichkeiten erweitern.
Kooperative und nicht-kooperative Flugzeuge
Viele der am Markt erhältlichen DAA-Systeme unterstützen ausschließlich kooperative Flugzeuge. Kooperative Systeme umfassen Flugzeuge, deren Echtzeit-Position und Flugbahn bekannt sind und angezeigt werden können. Die Integration kooperativer Systeme in Ihr Betriebskonzept (Conop) ist vorteilhaft und stärkt Ihre Gesamtsicherheitsstrategie.
Einen A-DSB Die Anzeige kooperativen Verkehrs durch einen Empfänger ist ein positiver Schritt, der die Sicherheit nicht beeinträchtigt. Bei Operationen in größeren Höhen und über große Entfernungen bietet die alleinige Nutzung der kooperativen Erkennung jedoch möglicherweise keine umfassende Abdeckung.
Nicht-kooperative Flüge, denen solche Systeme fehlen, stellen eine Herausforderung dar.
Dan merkt an: „Der genaue Prozentsatz nicht kooperativer Flüge in verschiedenen Lufträumen ist schwer zu ermitteln und variiert zwischen Ländern und Regionen. Einige Schätzungen deuten jedoch darauf hin, dass …“ rund 15% Bei nicht kooperativen Flügen im US-Luftraum kann diese Zahl je nach Standort erheblich schwanken, und in bestimmten ländlichen Gebieten kann die Häufigkeit nicht kooperativer Flugzeuge höher sein. Dies unterstreicht die dringende Notwendigkeit effektiver Technologien zur Erkennung und Vermeidung solcher Flüge, die speziell auf die Erkennung nicht kooperativer Flüge ausgerichtet sind.
Arten von DAA-Systemen
Radar: Eine der bekanntesten Technologien zur Kollisionsvermeidung ist Radar. Radarsysteme senden Radiowellen aus, die von Objekten in der Umgebung reflektiert werden und zum Radarempfänger zurückkehren. Radarsysteme zur Kollisionsvermeidung sind bei allen Wetterbedingungen einsetzbar. Allerdings bestehen Herausforderungen wie teure Ausrüstung, Störungen durch Partikel und niedrig fliegende Störsender, hoher Energiebedarf und zusätzliche behördliche Genehmigungen.
Vorteile
Nachteile
- An Bord oder am Boden
- Nachttauglich, allwettertauglich
- Erfassungsreichweiten von 3-3,5 km
- 120 Grad Azimut, 45 Grad Elevation pro Paneel
- Den Aufsichtsbehörden wohlbekannt
- Teuer
- Herausgefordert durch Feinstaub in der Luft, Störungen in niedrigen Höhen
- Die Erdkrümmung sowie Hindernisse am Boden beeinträchtigen die Sicht von Flugzeugen in niedriger Flughöhe über größere Entfernungen.
- Hoher SWaP-Wert
- Probleme der öffentlichen Akzeptanz
- Zusätzliche Genehmigungen von Aufsichtsbehörden wie der FAA in den USA sind erforderlich.
AkustikDiese Systeme nutzen Mikrofone, um die Geräusche anderer Flugzeuge zu erfassen. Dieser Systemtyp kann Flugzeuge aus bis zu 10 Kilometern Entfernung erkennenDadurch eignet es sich gut zur Ortung über große Entfernungen. Akustische Systeme sind zudem wetterunabhängig und benötigen wenig Strom. Allerdings kann es bei der Positionsbestimmung zu Problemen kommen, und sie können unter Umständen nicht zwischen ankommenden und abfliegenden Flugzeugen unterscheiden.
Vorteile
Nachteile
- An Bord oder am Boden
- Passives System, benötigt keine FCC-Zulassung
- Variable Erfassungsreichweiten von 2-10 km
- 360 Grad FÜR
- Allwettertauglich
- Geringerer Stromverbrauch und weniger Gewicht
- Bessere Akzeptanz in der Öffentlichkeit
- Niedrigerer Preis
- Positionsgenauigkeit
- Eine höhere Lärmbelastung beeinträchtigt die Leistung.
- Am besten geeignet für Betriebe mit geringer Bevölkerungsdichte und geringem Flugverkehr
- Kann Ballons, Segelflugzeuge und Fallschirmspringer nicht erkennen.
Optisch: Diese Systeme nutzen Kameras und andere Sensoren zur visuellen Erkennung anderer Flugzeuge. Sie arbeiten passiv, d. h. sie senden keine Signale aus, die andere Geräte stören könnten. Optische Systeme bieten hohe Präzision und können verschiedene Flugzeugtypen problemlos unterscheiden. Allerdings sind sie wetterabhängig und benötigen eine gewisse Lichtmenge für einen effektiven Betrieb. Zudem ist ihre Reichweite im Vergleich zu Radar begrenzt.
Vorteile
Nachteile
- An Bord oder am Boden
- Passives System, keine FCC-Zulassung erforderlich
- Hohe Erkennungsraten mit der Fähigkeit, mehrere Ziele gleichzeitig zu verfolgen
- Gut geeignet für Ortungen in niedrigen Höhen
- Geringerer Stromverbrauch, geringeres Gewicht als RADAR
- 80 Grad horizontales und 40 Grad vertikales Sichtfeld
- 2,1 km an Bord, 2,8 km bodengebunden
- Bessere Akzeptanz in der Öffentlichkeit
- Präzise Klassifizierungen
- Nur bei Tageslicht (derzeit!)
- Herausgefordert durch schlechteres Wetter
- Es bestehen weiterhin Bedenken hinsichtlich SWaP an Bord
Hier kommt Casia G ins Spiel: Das bodengestützte Erkennungs- und Alarmsystem von Iris Automation.
Basierend auf optischem Sehen, Casia G ist ein bodengestütztes Überwachungssystem von Iris Automation zur kontinuierlichen Überwachung des Luftraums und zur Gewährleistung der Sicherheit von UAS-Operationen vor eindringenden Flugzeugen. Die Sensoren nutzen die patentierte KI- und Computer-Vision-Technologie von Iris, um eine Volloptisch, 360° Sichtfeld zur Erkennung und Meldung von kooperativen oder nicht-kooperativen Flugzeugen innerhalb eines 2 km Radius um den Standort des SensorsIhr System:
- Bereinigt den Luftraum für die Betriebsumgebung von unbemannten Luftfahrtsystemen
- Kann durch die Verwendung mehrerer Knotenpunkte auf unbegrenzte Reichweite erweitert werden.
- Lässt sich nicht langweilen, ermüdet nicht und lässt sich nicht ablenken wie menschliche visuelle Beobachter.
- Reserven UAS-Energie und Nutzlast
Welchen Nutzen hat dieses System für autonome BVLOS-Drohnen-in-einer-Box-Operationen?
Bodengestützte Drohnensysteme zur Kollisionsvermeidung (DAA) wie die Casia G stoßen aufgrund ihrer Einfachheit und der Möglichkeit, Größe, Gewicht und Leistungsaufnahme (SWAP) des Fluggeräts beizubehalten, auf großes Interesse. Sie erfordern keine komplexe Integration in das Flugsteuerungssystem und bieten die notwendige Luftraumdarstellung. Die Überwachungsreichweite der Casia G kann durch Hinzufügen weiterer Einheiten zu einem Netzwerk von Detektionsknoten erweitert werden.
Diese Systeme könnten problemlos neben Drohne in der Box (DIAB)-Lösungen an den entlegensten Standorten ermöglichen autonome, sich wiederholende Operationen in einem kontrollierten Luftraum und vermeiden dabei Kollisionen.
Integration mit FlytBase für sichere ferngesteuerte Drohnenoperationen
FlytBase ist eine Unternehmenssoftwareplattform, die vollautomatische Operationen außerhalb der Sichtweite (BVLOS) ermöglicht. Drohnen-in-einer-Box-Systeme aus entfernten Kommandozentralen.
Durch die Integration mit dem Casia-G-System liefert das FlytBase -Dashboard Echtzeitdaten zu störenden Fluggeräten, einschließlich Typ, Live-Telemetrie und Standort auf der Karte. Drohnenpiloten können so Status und Radius des Casia-G-Sensors überwachen und erhalten sofortige Benachrichtigungen, sobald unbefugte Fluggeräte in ihrem Einsatzgebiet erkannt werden.
Um sichere BVLOS-Flüge zu gewährleisten, bietet FlytBase verschiedene Sicherheitsfunktionen, darunter ausfallsichere Konfigurationen für Notfälle wie Verbindungsverlust zur Fernsteuerung, niedrigen Akkustand oder Internetverbindungsprobleme. In solchen Fällen kehrt die Drohne autonom zur Dockingstation zurück. Darüber hinaus können Betreiber individuelle Konfigurationen erstellen. Flugverbotszonen (NFZ) zur Verhinderung des Eindringens von Drohnen in gesperrte Lufträume und zur Verbesserung der allgemeinen Flugsicherheit und der Einhaltung der Vorschriften
Mehr lesen: https://dronedj.com/2022/11/14/flytbase-bvlos-drone-iris-automation/
BVLOS-Zulassungen mit Erkennungs- und Vermeidungssystemen
Die FAA hat einen klugen Ansatz verfolgt, indem sie in ihre Ausnahmegenehmigungen eine „Abschirmung“ aufgenommen hat und damit anerkennt, dass Flüge innerhalb von 15 Metern über dem Boden oder Gebäuden für andere Flugzeuge wahrscheinlich sicherer sind. Um echte BVLOS-Flüge zu ermöglichen, Die FAA schreibt ein System zur Erkennung und Vermeidung von Ausweichmanövern vor., ob kooperativ oder nicht-kooperativ, in die Abläufe integriert.
Während einige Unternehmen Ausnahmegenehmigungen für Flughöhen bis zu 1.000 Fuß über Grund erhalten haben, kann die Höhenbegrenzung von 50 Fuß für bestimmte Flugoperationen einschränkend und potenziell gefährlich sein. Das Hauptziel beim Einsatz eines DAA-Systems ist es, die 50-Fuß-Grenze zu überwinden, wie es einige Kunden mit Technologien wie der unseren bereits geschafft haben.
Dieses Konzept gilt nicht nur für die FAA, sondern auch für andere Aufsichtsbehörden wie Transport Canada und die EASA. Derzeit werden mehrere Ausnahmegenehmigungen erteilt, die einen neuen Standard für den Einsatz von Kollisionsvermeidungssystemen und -strategien gemäß FAA-Vorschrift 107.31 festlegen.
Es ist außerdem notwendig, die Maßnahmen zu beschreiben, die im Falle eines Ausfalls der Kollisionserkennungs- und Ausweichfähigkeit zum Einsatz kommen. Dies kann die Einrichtung redundanter Systeme oder einen klaren Plan für die Hindernisvermeidung und das Ausweichen anderer Luftfahrzeuge durch die Drohne im Falle eines Ausfalls der Kollisionserkennungs- und Ausweichfähigkeit umfassen. Die Zusammenarbeit mit den Aufsichtsbehörden ist wichtig, um sicherzustellen, dass die vorgeschlagenen Maßnahmen akzeptabel sind und ein angemessenes Sicherheitsniveau gewährleisten.
Kürzlich hat Aerodyne, ein führender Anbieter von Drohnenlösungen für Unternehmen, Mithilfe des Casia G-Erkennungs- und Ausweichsystems und FlytBase -Plattform wurde erfolgreich eine Ausnahmegenehmigung gemäß FAA Part 107.31 erhalten. Drohneneinsätze im P&G-Werk in Lima, Ohio, ohne den Einsatz von visuellen Beobachtern durchzuführen.
Weit voraus
Menschliche Beobachter bleiben zwar wichtig, technologische Lösungen bieten jedoch Skalierbarkeit und erhebliche Vorteile. Diese Lösungen sollten als taktische Maßnahmen zur Risikominderung betrachtet werden, die andere Sicherheitsprotokolle ergänzen. Kameras, Sensoren und fortschrittliche Sicherheitstechnologien ermöglichen höhere Genauigkeit, kontinuierliche Überwachung und Echtzeitreaktionen, erhöhen die Sicherheit von Drohneneinsätzen und eröffnen zukünftig Möglichkeiten für fortschrittlichere Anwendungen.
Kontinuierliche Innovation und Weiterentwicklung der DAA-Technologie werden unerlässlich sein, um komplexe Situationen effektiv zu bewältigen, Risiken zu mindern und Drohnen sicher in die dritte Dimension der Welt zu integrieren.
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