EFRE UAV

SongBird: Flächenflugzeugs- und Multirotorkombinationsdrone

Das UAS (Unmaned Aircraft System / Unbemanntes Flugsystem) SongBird stellt die Trägerplattformkomponente eines Drohnen-gestützten Aufnahmesystem der Arbeitsgruppe Geologische Fernerkundung des Institutes für Geowissenschaften der Universität Potsdam dar. Dieses dient zur Erstellung von hochaufgelösten Punktwolken und Luftbildern der Erdoberfläche und der Vegetationsbedeckung. Mit dem UAS werden Vermessungen der Veränderung der Erdoberfläche, inklusive Naturkatastrophen und Biomassebestimmung durchgeführt. Insbesondere durch die Drohnen und Sensorkombination im Gesamtsystem werden neue Forschungsmöglichkeiten und Anwendungen erschlossen.

Drei Bilder der EFRA-finanzierten Fixed-Wing Drohne.

Die Drohne erfüllt durch die Kombination eines Senkrechtstarters mit einem Flächenflügler die Anforderung langer Flugstrecken, mit hoher Flächenabdeckung, bei mit vernünftiger maximaler Zulast (2 kg), zu bewerkstelligen. Durch diese hohe Nutzlast wird der Einsatz hochspezialisierter Sensoren wie LiDAR (light detection and ranging) und geometrisch-hochauflösenden Mittelformatluftbildkameras möglich, was eine nahezu Echtzeitableitung der Topografie ermöglicht. Derzeit wird die Drohne mit der 100 Megapixel Mittelformatluftbildkamera ixM-100 der Firma PhaseOne Industrial und einem VLP-32 C UltraPuck der Firma Velodyne, einem 32-kanaligen LiDAR, das bis zu 1,2 Millionen Punkte generieren kann, geflogen. Der SongBird kann mittels vier Rotoren autonom senkrecht starten und es erfolgt ein Übergang in den Gleitflug bei ausreichender Flughöhe.

Die Bauweise ermöglicht die flexible Montage weiterer und/oder zusätzlicher Sensoren (z.B. Thermal- oder Hyperspektralkameras). Durch die robuste Bauform aus Glas- und Kohlefaser ist sie auch unter schwierigen Witterungskonditionen, wie starkem bis leicht böigem Wind (bis 19 m/s), Hitze, Kälte und leichtem Niederschlag einsetzbar. Die Drohne ist darüber hinaus in Modulen gefertigt, diese sind in wenigen Arbeitsschritten steckbar, was einen schnellen Aufbau (~10 Minuten) ohne Werkzeugeinsatz und eine hohe Transportfähigkeit ermöglicht.

Die Eigenschaft des Senkrechtstarts ermöglicht Untersuchungen in Untersuchungsgebieten die mit Kopter oder nur mit Flächenflüglern nicht untesucht werden könnten, wie stark relieferte Gebiete oder Gebiete mit vielen topographischen Hindernissen (Bäume, Bebauung oder ähnliches).

Der SongBird ist mit einem hochpräzisen GNSS-IMU-Trägheitssensor (Applanix APX 20) kompatibel und ausgestattet. Dies inertiale Messeinheit (IMU) erlaubt einerseits die hochpräzise Aufzeichnung der Winkelgeschwindigkeit in Grad/Sekunde in den drei Achsen X, Y und Z misst die Rotationsgeschwindigkeit mittels Drehratensensor (Gyroskop) in Kombination mit einer Realzeit Positionsbestimmung in 100 Hz. Durch diese IMU und durch die sehr stabilen Flugeinschaften, wird die hoch genau Ableitung der des Reliefs (im cm Bereich) erst möglich. Eine optionale Lagekorrektur mittels am Boden fix installierter GNSS Basisstationen bringt eine weitere Erhöhung der Lagegenauigkeit und in Folge einer weiteren Erhöhung der Präzision der mit der Sensorik gewonnenen Messdaten; hierzu dienen uns als Bodenkomponente zwei GNSS-Empfänger der Firma Trimble (SPS 855). Nachstehend werden wichtige technische Parameter der Drohne tabellarisch aufgelistet:

 

Spezifikation

Wert

Flügelpannweite:

3,10 m

Materialzusammensetzung:

Glas- und Kohlefasersandwich

Maximale Nutzlast:

2 kg

Höchstgeschwindigkeit:

45 m/s (160 km/h)

Max. Windgeschwindigkeit:

19 m/s (Windstärke 8)

Flugzeit bei Standardkonfiguration:

> 60 min

 

Tabelle 1: Auszug relevanter technischer Spezifikationen, Quelle: Technical Manual for SONGBIRD v3 (2019), Manual Version 1., Revision Date: March 12, 201, S. 2-3.

Datenblatt: https://germandrones.com/songbird/