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Medizinische Transporte, Räume vermessen, Inspektions- und Wartungsarbeiten oder Rettungsflüge: Die Einsatzmöglichkeiten unbemannte Luftfahrzeuge (UAS) – auch Drohnen genannt – sind mannigfaltig. Daher ist davon auszugehen, dass die Anzahl kommerzieller Drohnen in Deutschland in den nächsten Jahren kontinuierlich zunehmen wird. Um Kollisionen zu vermeiden und Menschen zu schützen, arbeiten verschiedene mFUND-Projekte an der Integration von UAS in bestehende Luftraumstrukturen, etwa durch eine bessere Umfelderkennung der unbemannten Luftfahrtsysteme.
Rechtsrahmen der EU zum U-Space
Gleichzeitig erfordert insbesondere der hochautomatisierte Betrieb von UAS, insbesondere das Fliegen außerhalb der Sichtweite (BVLOS), ein Regelwerk zur Gewährleistung der Sicherheit. Daher hat die Europäische Kommission bereits im Jahr 2020 eine Durchführungsverordnung über den Rechtsrahmen sogenannter U-Spaces (EU 2021/664) erlassen. Sie regelt die Rahmenbedingungen für das Flugverkehrsmanagementsystem von Drohnen und die Einrichtung von U-Spaces. Gemeint sind damit Gebiete im unteren Luftraum, in denen UAS gemeinsam mit der bereits etablierten Luftfahrt betrieben und koordiniert werden. Dafür sind sogenannte U-Space Service Provider zuständig, die den Luftraum ähnlich eines Towers am Flughafen überwachen.
Das Bundesministerium für Verkehr hat daraufhin einen Leitfaden zur Luftraumplanung und ein Konzept zur Einrichtung von U-Spaces in Deutschland erstellt. In Deutschland sollen diese U-Spaces voraussichtlich ab Sommer 2026 beantragt werden können.
Bildnachweis: Studie zum deutschen Drohnen-, Flugtaxi- sowie Drohnendetektions- und -abwehrmarkt, Verband unbemannte Luftfahrt (BDL und BDLI), 2023, S. 17
„Beim kommerziellen Betrieb von Drohnen geht der Trend langfristig hin zum hochautomatisierten Fliegen“, erklärt Henri Meeß vom mFUND-Projekt ADAM: „Sie werden also fast vollständig ohne Piloten fliegen – sonst skalieren die Geschäftsmodelle nicht.“ Wie beim automatisierten Fahren ist es auch für diesen Business Case erforderlich, dass die Fluggeräte ihr Umfeld zuverlässig erfassen können, um Kollisionen zu vermeiden. Bodennahe Missionen wie das Starten und Landen sind dabei besonders kritisch. „Gleichzeitig ist es häufig nicht sinnvoll, dass die UAS kiloschwere 3D-Sensorik mitführen. Um den praktischen Nutzen zu maximieren, sollten sie kamerabasiert navigieren können“, weiß Henri Meeß.
Hochgenaue semantische 3D-Karten
Daher entwickelt Henri Meeß mit seinem Team Methoden zur maschinenlesbaren Digitalisierung des unteren Luftraums und Erstellung hochgenauer semantischer 3D-Karten. „Je mehr Informationen der autonomen Drohne über ihre dreidimensionale Umgebung vorliegen, desto besser ist ihre Autonomie und desto sicherer ist sie unterwegs“, erläutert er.
Zur Kartierung nutzen die Forschenden unterschiedliche Sensordaten. Sie werten die Daten mithilfe einer Künstlichen Intelligenz aus, um sogenannte Voxelkarten zu erstellen. Voxel sind kleine Würfel, mit denen sich Räume dreidimensional darstellen lassen. Jeder Voxel speichert Informationen über „seinen“ Teil des Raums wie zum Beispiel die Bodenbeschaffenheit oder Hindernisse. Die Voxelkarten sollten eine sichere Flugplanung und -durchführung in Flughöhen unterhalb von 150 Metern garantieren.
U-Space Service Provider können diese Karten zudem optional als Geo-Awareness-Service nutzen. Dabei achten die Forschenden des ADAM-Projekt auf die Homologation der Formate und Methoden, um künftig Standards für einen sicheren und autonomen Drohnenbetrieb zu schaffen.
„Je mehr eine autonome Drohne über ihre dreidimensionale Umgebung weiß, desto besser ist ihre Autonomie und sicherer ist sie unterwegs. Wir entwickeln Methoden zur Erzeugung hochauflösender Kartenmaterialien des unteren Luftraums, damit etwa kleinere Drohnen keine schwere 3D-Sensorik mitführen müssen, sondern kamerabasiert fliegen können.“
Henri Meeß
Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI, mFUND-Projekt „ADAM“
Optimistischer Blick auf erhöhtes Drohnenaufkommen
„Wir stehen an der Schwelle zu ganz neuen Verkehrskonzepten“, freut sich Dr. Jan Dirks von der Projektgruppe „Unbemannte Luftfahrt“ des Bundesministeriums für Verkehr. Er blickt dem erhöhten Drohnenaufkommen optimistisch entgegen. Zwar ließen sich mit Drohnen auf absehbarere Zeit keine Pizzen ausliefern, aber das Leben der Menschen würden sie trotzdem nicht nur erleichtern, sondern auch kostengünstiger gestalten. Insbesondere die medizinischen oder landwirtschaftlichen Anwendungsmöglichkeiten von Drohnen seien immens. Auch Aufgaben zur Anlagensicherung oder Inspektion – beispielsweise von Stromleitungen – sowie Überwachungen von Menschenmengen und Umweltbeobachtungen ließen sich mit Drohnen enorm vereinfachen. Sie seien eine Verkehrslösung, die kostengünstig sei und Staus vermeide.
Dr. Dirks geht davon aus, dass der kommerzielle Drohnenbetrieb im Jahr 2026 weiter stark zunehmen werde. Um die dazu erforderlichen Verwaltungsstrukturen für die Einrichtung von U-Spaces aufbauen zu können, hat das Bundesverkehrsministerium ein entsprechendes Gesetzgebungsverfahren einleitet. „Die Rechtssicherheit von U-Spaces würde die Verfahren zur Genehmigung des Drohnenbetriebs enorm vereinfachen“, erklärt Dr. Dirks. U-Spaces sind in seinen Augen Vorläufer für die sogenannte „Advanced Air Mobility“ mit Flugtaxis und schweren Drohnen.
Herausforderungen beim Drohnenbetrieb sieht Dr. Dirks vor allem in der gesellschaftlichen Akzeptanz, die es herzustellen gelte. Auch seien Kollisionsfreiheit und Gewährleistung der Sicherheit wichtige Faktoren. Sogenannte „Concepts of Operation“ müssen in seinen Augen Notfallszenarien und -pläne beinhalten, die Fragen nach Maßnahmen im Falle eines Verbindungabbruchs zum Mobilfunknetz oder nach der Ladungssicherung beantworten. „Immerhin geht es hier um einen komplett neuen Verkehrsträger, der in bestehende Strukturen integriert werden muss“, resümiert er.
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