DROHNEN

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Zu dem Paket gehören folgende Themen, zu denen Sie hier kurze Infos erhalten. Sobald Sie ausführlichere Informationen wünschen, können Sie das Gesamtpaket erwerben.

Drohnen, auch unbemannte Luftfahrzeuge genannt, sind Fluggeräte die ohne menschliche Besatzung an Bord agieren. Sie werden entweder vom Boden aus gesteuert oder führen Aktionen autonom durch. Ihre Größe reicht von einigen Millimetern hin bis zu mehreren Metern. Die meisten Drohnen verfügen über eine Kamera, wobei immer kleinere und leichtere Sensoren neue Anwendungen ermöglichen (Dharmawan et al. 2016; Klemas 2015). Des Weiteren profitieren sie von den Fortschritten in der Robotik, der künstlichen Intelligenz und dem autonomen Fahren.

1.1
Pflanzenbeobachtung

Aufgrund ihrer Flexibilität und hochauflösenden Sensoren eignen sich Drohnen hervorragend zur Beobachtung von Pflanzen. Mit ihnen können auch abgelegene oder für Menschen unerreichbare Gebiete überwacht werden. Drohnen eignen sich auf Grund ihrer geringen Kosten, hohen Flexibilität und guten Sensoreigenschaften optimal für die Überwachung und Wäldern. Sie können Schäden erkennen, Waldbrände verfolgen und Lücken im Blätterdach aufspüren. Dafür sind keine Bodenmannschaften mehr erforderlich und die zeitliche und räumliche Auflösung sind deutlich höher (Näsi et al. 2015; Tang und Shao 2015).

1.2
Drohnensteuerung

Da sich der Pilot bei Drohnen nicht an Bord befindet, muss er Situation auf andere Weise beurteilen können. In der Regel übertragen Kameras die zur Steuerung nötigen Bilder. Zusätzliche Sensoren unterstützen durch das Erstellen eines Höhenprofils oder die Messung der Windgeschwindigkeit. Zunehmend agieren Drohnen auch autonom, fliegen Ziele selbständig an und landen automatisch.

1.3
Interaktion mit Drohnen

Interagieren Drohnen mit ihrer Umgebung und nehmen beispielsweise einen Gegenstand auf, verändern sich Gewicht und Schwerpunkt. Die Steuerung muss an diese neuen Gegebenheiten angepasst werden. Für die Kommunikation mit dem Piloten ist eine schnelle und intuitive Interaktion wichtig. Drohnen werden immer stärker Teil des alltäglichen Lebens. Um sie vollständig zu integrieren sind intuitive und sichere Interaktionsschnittstellen wie Sprache, Gesten oder Körperhaltung nötig (Fernandez et al. 2016). Die Rückmeldung der Drohne kann durch die Modellierung von Emotionen unterstützt werden. Beispielsweise reagiert das Gerät bei gefährlichen Flugmanövern verzögert oder wird langsamer, wenn die Akkuleistung abnimmt (Cauchard et al. 2016).

1.4
Flugcharakteristika

Während Abschnitt 4.2 die Steuerung der Drohnen untersucht, enthält dieser Aspekt Artikel zur Umsetzung dieser Steuerung. Die Drohnen müssen ständig die Ungenauigkeiten der Sensoren ausgleichen, den Flug stabilisieren und gegebenenfalls ihren Platz in einer Formation halten.  Für bestimmte Anwendungen ist es von Vorteil eine Gruppe von Drohnen einzusetzen, denn sie erfüllen Aufgaben schneller und zuverlässiger als eine Einzelne. Dabei ist die Formation von entscheidender Bedeutung. Mit fortgeschrittenen Steuerungsmethoden lassen sich dynamische Formationen bilden und die Leistungsfähigkeit der Drohnen erhöhen (Rajasree und Jisha 2015).

1.5
Umweltüberwachung

Dieser Aspekt ergänzt die Anwendungen aus Abschnitt 4.1 zur Überwachung der Umwelt. Drohnen können große Flächen vergleichsweise schnell und kostengünstig überwachen. Drohen bieten eine kostengünstige und flexible Methode um auf Erdrutsche zu reagieren. Sie liefern hochauflösende Bilder um Personen- und Sachschäden zu identifizieren. Durch die regelmäßige Beobachtung des Geländes lassen sich auch die Risiken für einen Erdrutsch ermitteln (Al-Rawabdeh et al. 2016; Liu et al. 2015a). Drohen können in der Landwirtschaft einzelne Pflanzen zielgenau ansteuern und die gewünschte Menge an Pestiziden ausbringen. Im Vergleich zu konventionellen Methoden reduziert sich die benötigte Menge an Pestiziden und somit auch die Umweltbelastung und die laufenden Kosten (Ay und Ince 2015).

1.6
Pfadfindung

Die Pfadfindung ist insbesondere für autonome Drohnen von Bedeutung. Sie legt die Route fest, sorgt für Ausweichmanöver bei Hindernissen und koordiniert das Flugverhalten bei mehreren Drohnen. Eine gute Pfadfindung ist Grundvoraussetzung für zuverlässige und sichere Drohnen. Der Ameisenkolonie-Algorithmus bietet solch eine solide Basis für die Steuerung mehrerer Drohnen (Zhang et al. 2016d). Neben der allgemeinen Pfadfindung müssen Drohen auch Hindernissen ausweichen können. Dabei orientiert man sich am Verhalten von Flüssigkeiten, die um ein Objekt herumfließen, um ein sanftes Ausweichmanöver durchzuführen (Wang et al. 2015b).

1.7
Militärische Drohnenanwendungen

Drohnen finden in militärischen Einsätzen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Sie dienen der Aufklärung, verfügen über Waffensysteme und transportieren Fracht. Der Pilot ist dabei stets in sicherer Entfernung. 

1.8
Drohnen-Bildaufnahmen

Die meisten Drohnen nutzen Kameras um ihre Umgebung zu untersuchen und dem Piloten Informationen zur Verfügung zu stellen. Zusätzliche Sensoren wie beispielsweise ein Radarsystem erweitern die Fähigkeiten und Einsatzmöglichkeiten der Drohne. Radarsysteme ergänzen die sensorischen Fähigkeiten von Drohnen, insbesondere für die Erkennung von Bewegungen. Dies erweitert die Anwendungsmöglichkeiten der Geräte (Nakata et al. 2016). Drohnen eignen sich durch ihre Flexibilität und Sensoren hervorragend für die Untersuchung von Bauwerken und anderen Objekten. Mit ihnen können Stromleitungen, Straßenbeläge, Brücken und Schiffe effizient auf Beschädigungen und Manipulationen hin überprüft werden (Ellenberg et al. 2016; Ortiz et al. 2016; Zakeri et al. 2016; Zhou et al. 2016).

1.9
Technische Drohnenanwendungen

Dieser Aspekt enthält Artikel zu verschiedenen technischen Anwendungen von Drohnen. Dazu gehören beispielsweise die Lokalisierung von Unregelmäßigkeiten und die Bildung von beweglichen Sensornetzwerken. Durch ihre hohe Beweglichkeit können Drohnen verschiedene Unregelmäßigkeiten lokalisieren. Beispielsweise lassen sich radioaktive Strahlungsquellen oder Störsender in großen Gebieten effizient aufspüren (Micconi et al. 2015; Perkins et al. 2015). Mit Drohnen kann ein bewegliches Sensornetzwerk gebildet werden, mit dem auch unzugängliche Regionen erreicht werden (Rashed und Soyturk 2015). Die fortschreitende Entwicklung des Internets der Dinge wird durch die flexible Positionierung der Sensoren weiter unterstützt.