Fernerkundung

Erdbeobachtung durch Fernerkundung (Remote Sensing)

Neben der Erfassung und Auswertung klassischer Luft- und Satellitenbilder der unterschiedlichsten Missionen beschäftigt sich eine Arbeitsgruppe am Institut für Softwaresysteme (ISS) mit dem Potential von Unmanned Aerial Systems (UAS, Mikrodrohnen) und Helikite´s in der Umweltüberwachung.

Mikrodrohnen (micro-UAS) sind leichtgewichtige Minihelikopter, ausgestattet mit anwendungsspezifischer Sensorik (Minikamera, Mikrophon, Wärmesensor, Gasdetektoren, etc.) die in Echtzeit Daten aus der Luft geocodiert an eine Bodenstation senden können. Die Einsatzfelder sind vielfältig und reichen von Sicherheitsanwendungen über das Umweltmonitoring bis hin zum Katastrophenmanagement.

Auf dem Gebiet der klassischen Luftbildaufnahmen wird die Flexibilität von Mikrodrohnen durch hochwertige Aufnahmen mittels Helikite ergänzt.

Systeme am Umwelt-Campus

Um auf die Erfordernisse im Bereich der lokalen und regionalen Umweltbeobachtung flexibel und zeitnah reagieren zu können wurde im Jahre 2010/2011, zeitgleich mit der Durchführung eines F&E-Projektes zur Optimierung von Mikrodrohnen für den Katastrophenschutz, ein entsprechendes Equipment zusammen gestellt und in Betrieb genommen.

Zentrale Kriterien beim Aufbau der Systeme waren die aus den unterschiedlichen Anwendungsfeldern resultierende erforderliche Flexibilität im Bereich der Payload (v.a. Sensorik), weitreichende Anforderungen an die Datenkommunikation sowie an die erforderliche Betriebssicherheit.

Bei Interesse an einem Einsatz unserer Systeme in ihrem Anwendungsbereich können sie sich gerne per eMail an uns wenden (iss@umwelt-campus.de).

AscTec Pelican
Experimentalsystem Pelican im Landeanflug

Das Flugsystem Pelican der Firma Ascending Technologies ist ein speziell für Hochschulen bereitgestelltes Experimentalsystem welches viele Ausbau- und Erweiterungsmöglichkeiten bietet. Diese werden am Umwelt-Campus im Rahmen von F&E-Vorhaben, aber auch innerhalb von studentischen Projekten, intensiv genutzt.

Nachfolgend sind einige technische Kennzahlen zu finden:

  • Maximale Nutzlast: 500 g
  • Flugzeit: bis zu 25 Min. ohne Nutzlast (bei voller Nutzlast ca. 10 – 15 Min.)
  • Max. Windlast (für GPS Position Hold):10 m/s
  • Max. Windlast zum Fotografieren (Empf.): 8 m/s
  • Max. Entfernung zum Piloten (Empfohlen): 150 m
  • Maximale Fluggeschwindigkeit: 36 km/h (GPS-); 50 km/h (manueller Modus)
  • Maximale Steiggeschwindigkeit: 1 m/sec (GPS-); 4 m/sec (manueller Modus)
AR Parrot
  • kostengünstiges Fluggerät für Indoor-Einsatz
  • Maße: 53cm x 52cm x 10cm
  • Bürsten/Getriebe Kombination mit Brushless Motoren austauschbar (Geräuschreduzierung)
  • 435g Abfluggewicht + 200g Zuladung
  • Einsatz nur bei ausreichenden Lichtverhältnissen möglich
  • Kontrolle über iDevice oder Laptop
  • Echtzeit Videoübertragung beider Kameras
  • Video und Bilder können aufgezeichnet werden
  • Stabilisierung der Fluglage über Gyroskop
  • Kontrolle und Halten der Position über Front- und Bodenkameras
  • Kontrolle und Steuerung der Höhe über Sonar
  • Die Reichweite der Funkstrecke iDevice/Parrot liegt bei optimalen Verhältnissen bei ~75m; sie kann durch zusätzliches Equipment jedoch problemlos erweitert werden.
Helikite

Bereits 1889 entwickelte Arthur Batut (Frankreich) die Luftbildfotografie mittels Drachen. Er gilt als der moderne Begründer der KAP in Europa (KAP= Kite Aerial Photography).

Ein Helikite ist ein Mix aus Kite und Ballon. Die Vorteile von Helikites sind neben der einfachen Handhabung auch ihre Einsatzmöglichkeit unabhängig von den zum Aufnahmezeitpunkt vorherrschenden Windverhältnissen

Das am Umwelt-Campus eingesetzte System umfasst ein Volumen von 3,3 m³ Helium. Das Tragvermögen bei Windstille beträgt 1,2 kg Nutzlast; bei Windstärke 4 (Bft 4) 6,5 kg. Die Kamera ist auf einer fernsteuerbaren Kamerahalterung (Rig) angebracht und mit einem Fernauslöser versehen.

Sensorik
  • IR– Kamera Optris PI LightWeight:
    • Temperaturbereich -20°....900°C
    • Detektor: UFPA, 382 x 288 Pixel
    • Objektiv (FOV): 15mm Weitwinkel, 38°h, 29°v
    • Netbox mit Intel Atom Prozessor Z530 / 1.60 GHz
    • Festplatte 4 GB SSD
    • RAM: 1 GB DDR2, 533 MHz
  • Video – Kamera:
    • 1/3“ CMOS Sensor mit NTSC Auflösung
    • Funkstrecke auf 850 MHz
    • Reichweite bei Sichtverbindung bis zu 35km
    • Videoübertragung an Bodenstation kann aufgezeichnet werden
    • Nutzung als Vorschaukamera in Verbindung mit der Foto-Kamera
  • Ricoh GX200 Fotokamera
    • 12,1 Megapixel Auflösung
    • 1,8 Fach Telekonverter
    • Fernauslösung für Nutzung in der Luft
    • Bilder werden in Echtzeit an Bodenstation übertragen
  • Dosisleistungsmessgerät GammaScout
    • Handheld Gerät zur Messung von α, β und γ Strahlung (Vorauswahl am Boden)
    • Angabe der Dosisleistung in µSv/h
    • Kompakte Maße (Länge 163 mm x Breite 72 mm x Höhe 30 mm) und Gewicht
    • Übertragung der Messdaten an Bodenstation ein Mal alle 2 Sekunden
    • Kommunikation via Telemetriesystem IRIS
    • Bi-direktionale Kommunikation von beliebigen Daten zwischen Flggerät und Bodenstation möglich
    • Funkstrecke über 433.05 - 434.79 MHz
    • Vielseitige Anschlussmöglichkeiten durch serielle und frei konfigurierbare digitale und analoge Ein- und Ausgänge

Einsatzgebiete

Nachfolgende (unvollständige) Liste von möglichen Anwendungsfeldern verdeutlicht das Potential von Mikro-UAS im zivilen Bereich:

  • Lageklärung bei technischen Katastrophen und Naturkatastrophen sowohl im Freiland als auch innerhalb von Gebäuden
  • Verkehrssteuerung und -überwachung
  • Inspektion von schwerzugänglichen Bauwerken wie bspw. Brücken, Kirchen, Windräder
  • Baufortschrittskontrolle von Immobilienobjekten
  • Erstellung von Luftbildern und Geländemodellen
  • Dokumentation von Raum – Zeit - Phänomena in der Ökosystemforschung
  • Archäologische Aufnahmen
  • Störungsarme Dokumentation gefährdeter Tierarten
  • Echtzeitüberwachung von Umweltereignissen
  • Live Dokumentation von Veranstaltungen aus der Vogelperspektive

Entsprechend hoch wird das wirtschaftliche Potential eingeschätzt. In Fachkreisen wird die Fernerkundung mittels Mikrodrohnen als eine der künftigen Schlüsseltechnologien im Bereich des Remote Sensing angesehen.

Beispiele von Luftaufnahmen mittels Mikrodrohne & Helikite

Galerie
Baufortschrittskontrolle
Event - Dokumentation
Solarkraftwerk am Umwelt-Campus
Umwelt-Campus
Waldökosystem
Agrarökologische Studien
Panorama-Aufnahme
Juveniler Weissstorch im Horst

Experimentalsystem Pelican im Landeanflug