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Drohne (UAV)

Eine Drohne ist in technologischer Hinsicht ein unbemanntes Flugzeug. Drohnen sind eher als unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) oder unbemannte Flugzeugsysteme (UASs) bekannt. Im Wesentlichen ist eine Drohne ein Flugroboter , der über softwaregesteuerte Flugpläne in seinen eingebetteten Systemen in Verbindung mit integrierten Sensoren und GPS ferngesteuert oder autonom fliegen kann .In der jüngeren Vergangenheit wurden UAVs am häufigsten mit dem Militär in Verbindung gebracht, wo sie zunächst zum Üben von Flugabwehrzielen, zum Sammeln von Informationen und dann, umstrittener, als Waffenplattformen eingesetzt wurden. Drohnen werden jetzt auch in einer Vielzahl von zivilen Aufgaben eingesetzt, von der Suche und Rettung über Überwachung , Verkehrsüberwachung, Wetterüberwachung und Brandbekämpfung bis hin zu persönlichen Drohnen und Fotografie auf Basis von Geschäftsdrohnen sowie Videografie, Landwirtschaft und sogar Zustelldiensten.

Die Geschichte der Drohnen

Viele verfolgen die Geschichte der Drohnen bis 1849 in Italien, als Venedig für die Unabhängigkeit von Österreich kämpfte. Österreichische Soldaten griffen Venedig mit Heißluft-, Wasserstoff- oder Heliumballons an, die mit Bomben ausgerüstet waren.

Die ersten ferngesteuerten Flugzeuge ohne Piloten wurden im Ersten Weltkrieg eingesetzt. 1918 entwickelte die US-Armee den experimentellen Kettering Bug, ein unbemanntes “fliegendes Bombenflugzeug”, das niemals im Kampf eingesetzt wurde.

Die erste allgemein eingesetzte Drohne erschien 1935 als Umrüstung des Doppeldeckers de Havilland DH82B “Queen Bee” in Originalgröße, der auf dem Rücksitz mit einem Funkgerät und einer servobetätigten Steuerung ausgestattet war. Das Flugzeug konnte konventionell vom Vordersitz aus gesteuert werden, flog jedoch im Allgemeinen unbemannt und wurde im Training von Artilleriegeschützen beschossen. Der Begriff Drohne stammt aus dieser ersten Verwendung, einem Stück nach der “Queen Bee” -Nomenklatur.

Die UAV-Technologie war für das Militär weiterhin von Interesse, für den Einsatz jedoch oft zu unzuverlässig und kostspielig. Nachdem Bedenken hinsichtlich des Abschusses von Spionageflugzeugen aufkamen, ging das Militär erneut auf das Thema unbemannte Luftfahrzeuge ein. Der militärische Einsatz von Drohnen wurde bald ausgeweitet und spielte eine Rolle beim Abwerfen von Flugblättern und als Spionageköder.

Der Einsatz von Militärdrohnen wurde 1982 verstärkt, als die israelische Luftwaffe UAVs einsetzte, um die syrische Flotte mit minimalem Verlust israelischer Streitkräfte auszulöschen. Die israelischen UAVs fungierten als Lockvögel, blockierten die Kommunikation und boten Echtzeit-Videoaufklärung an.Drohnen sind nach wie vor ein wichtiges Standbein des Militärs und spielen eine wichtige Rolle in den Bereichen Geheimdienst, Überwachung und Schutz der Streitkräfte, Artillerie, Zielverfolgung und -erfassung, Kampfschadensermittlung und -aufklärung sowie Waffen.

Moderne Drohnengeschichte

Ein Bericht des Wall Street Journal berichtet, dass der weit verbreitete Einsatz von Drohnen im Jahr 2006 begann, als die US-amerikanische Zoll- und Grenzschutzbehörde UAVs einführte, um die Grenze zwischen den USA und Mexiko zu überwachen.

Ende 2012 zog sich Chris Anderson, Chefredakteur der Zeitschrift Wired, zurück, um sich seiner Drohnenfirma 3D Robotics, Inc. (3DR) zu widmen. Das Unternehmen, das ursprünglich auf Drohnen für Bastler spezialisiert war, vermarktet seine UAVs nun unter anderem an Luftbild- und Filmunternehmen, Bau-, Versorgungs- und Telekommunikationsunternehmen sowie Unternehmen für öffentliche Sicherheit.

Ende 2013 kündigte Amazon-Chef Jeff Bezos einen Plan an, kommerzielle Drohnen für Auslieferungsaktivitäten einzusetzen. Im Juli 2016 setzte sich das in Reno ansässige Startup Flirtey jedoch gegen Amazon durch und lieferte ein Paket über eine kommerzielle Drohne erfolgreich an einen Bewohner in Nevada. Andere Unternehmen sind dem inzwischen gefolgt. Beispielsweise begannen das Virginia Polytechnic Institute und die State University im September 2016 einen Test mit Project Wing, einer Einheit des Google-Inhabers Alphabet, Inc., um Lieferungen durchzuführen, beginnend mit Burritos, die in einem lokalen Chipotle-Restaurant hergestellt wurden. Im Dezember 2016 lieferte Amazon sein erstes Prime Air-Paket im englischen Cambridge aus. Im März 2017 wurde die Lieferung einer Prime Air-Drohne in Kalifornien demonstriert.

Auch die Drohnenerziehung nimmt zu. Die Embry-Riddle Aeronautical University, die lange Zeit eine Ausbildungsstätte für die Luftfahrtindustrie war, bietet nun einen Bachelor of Science in unbemannten Systemen, einen Master of Science in unbemannten Systemen und einen Bachelor in unbemannten Flugsystemen.

Wie Drohnen funktionieren

Während Drohnen einer Vielzahl von Zwecken dienen, wie Freizeit, Fotografie, Handel und Militär, sind ihre beiden Grundfunktionen Flug und Navigation.

Um einen Flug zu erreichen, bestehen Drohnen aus einer Energiequelle wie Batterie oder Treibstoff, Rotoren, Propellern und einem Rahmen. Der Rahmen einer Drohne besteht normalerweise aus leichten Verbundwerkstoffen, um das Gewicht zu verringern und die Manövrierfähigkeit während des Flugs zu erhöhen.

Drohnen erfordern eine Steuerung, die von einem Bediener ferngesteuert zum Starten, Navigieren und Landen verwendet wird. Controller kommunizieren mit der Drohne über Funkwellen, einschließlich Wi-Fi .

Technologie, Merkmale und Komponenten

Drohnen enthalten eine Vielzahl technologischer Komponenten, darunter:

  • Electronic Speed ​​Controllers (ESC), ein elektronischer Schaltkreis, der die Geschwindigkeit und Richtung eines Motors steuert.
  • Fluglotse
  • GPS-Modul
  • Batterie
  • Antenne
  • Empfänger
  • Kameras
  • Sensoren, einschließlich Ultraschallsensoren und Kollisionsvermeidungssensoren
  • Beschleunigungsmesser , der die Geschwindigkeit misst
  • Höhenmesser, der die Höhe misst

Jegliche Diskussion über Drohnenfunktionen ist eng mit dem Typ und dem Anwendungsfall der Drohne verbunden, einschließlich Freizeit-, Foto-, kommerziellen und militärischen Anwendungen. Beispiele für Funktionen sind:

  • Kameratyp, Videoauflösung, Megapixel und Medienspeicherformat
  • Maximale Flugzeit, wie lange die Drohne in der Luft bleiben kann
  • Höchstgeschwindigkeiten, einschließlich Auf- und Abstieg
  • Schwebegenauigkeit
  • Hindernissensorik
  • Höhe halten, wodurch die Drohne auf einer festen Höhe gehalten wird
  • Live-Video-Feed
  • Flugprotokolle
Navigationssysteme wie GPS sind typischerweise in der Nase einer Drohne untergebracht. Das GPS einer Drohne teilt dem Controller seinen genauen Standort mit. Wenn vorhanden, kann ein eingebauter Höhenmesser Höheninformationen übermitteln. Der Höhenmesser hilft auch dabei, die Drohne auf einer bestimmten Höhe zu halten, wenn dies vom Controller angewiesen wird.Drohnen können mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet werden, darunter Abstandssensoren (Ultraschall, Laser, Lidar ), Flugzeitsensoren, chemische Sensoren sowie Stabilisierungs- und Orientierungssensoren. Visuelle Sensoren bieten Standbild- oder Videodaten, wobei RGB- Sensoren standardmäßige visuelle rote, grüne und blaue Wellenlängen und multispektrale Sensoren sichtbare und nicht sichtbare Wellenlängen wie Infrarot und Ultraviolett erfassen. Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Magnetometer, Barometer und GPS sind ebenfalls gängige Drohnenfunktionen.

Beispielsweise können Wärmesensoren in Überwachungs- oder Sicherheitsanwendungen wie der Überwachung von Nutztieren oder der Erkennung von Wärmesignaturen integriert sein. Hyperspektralsensoren können bei der Identifizierung von Mineralien und Vegetation helfen und sind ideal für die Gesundheit von Nutzpflanzen, die Wasserqualität und die Oberflächenzusammensetzung.

Einige Drohnen verwenden Sensoren zur Erkennung von Hindernissen und zur Vermeidung von Kollisionen. Ursprünglich waren die Sensoren darauf ausgelegt, Objekte vor der Fahrt zu erfassen. Einige Drohnen bieten jetzt eine Hinderniserkennung in alle sechs Richtungen: vorne, hinten, unten, oben und von einer Seite zur anderen.

Zur Landung setzen Drohnen visuelle Positionierungssysteme mit nach unten gerichteten Kameras und Ultraschallsensoren ein. Die Ultraschallsensoren bestimmen, wie nah die Drohne am Boden ist.

Arten von Drohnen

Es gibt zwei Haupttypen von Drohnenplattformen: Rotoren, einschließlich Einrotor- oder Mehrrotor-Drohnen (wie Trikopter, Quadrocopter, Hexacopter und Oktocopter) oder Starrflügel-Drohnen, einschließlich der Hybrid-VTOL-Drohnen (vertikales Starten und Landen), die dies nicht tun Landebahnen benötigen.

Drohnen können entweder als Privat / Bastler oder als gewerblich / unternehmerisch eingestuft werden.

Viele persönliche Drohnen sind jetzt für den Endverbraucher erhältlich und bieten HD-Video- oder Standbildkamerafunktionen oder können einfach umherfliegen. Diese Drohnen wiegen oft weniger als ein Pfund bis 10 Pfund.

Stärkere und leistungsfähigere Drohnen sind auch für den Einsatz in kommerziellen Umgebungen verfügbar. Zum Beispiel bietet Insitu, eine Boeing-Firma, den ScanEagle an, der eine Spannweite von 10 Fuß und ein Gewicht von 35 Pfund hat. Das Unternehmen baut auch den Integrator, ein 80-Pfund-Flugzeug mit einer Spannweite von 16 Fuß. Insitu-Drohnen heben nicht wie ein Flugzeug von Landebahnen ab. Vielmehr handelt es sich beim Start um VTOL, die von den SkyHook-Trägern des Unternehmens geborgen werden. Zu den verfügbaren Sensoren gehören elektrooptische Imager, Mittelwellen-Infrarot-Imager, Infrarotmarker und Laser-Entfernungsmesser.

Angebundene Drohnen sind eine weitere Option, mit der offensichtlichen Einschränkung, dass sie physisch an eine Basisstation angebunden sind. Bestimmte angebundene Drohnen können die Herausforderung lösen, der sich viele Drohnen bei der Stromversorgung gegenübersehen, wenn die Anbindung eine direkte Stromversorgung bietet. Die Safe-T-Tethering-Station für Drohnen von Elistair bietet beispielsweise eine Leistung von 2,5 kW und kann mit Datenübertragungsraten von bis zu 200 Mb / s in Höhen von mehr als 200 Fuß fliegen.Kommerzielle Drohnenhersteller sind:

  • 3D Robotik
  • DJI
  • Elistair
  • Hubsan
  • Identifizierte Technologien
  • Vor Ort
  • Messen
  • Papagei
  • PrecisionHawk
  • Yuneec

Kommerzielle und Enterprise-Drohnenanwendungen

Der Einsatz von Drohnen außerhalb des Militärs hat in den letzten zehn Jahren enorm zugenommen. Über Überwachungs- und Bereitstellungsanwendungen hinaus werden UAVs in den Bereichen Drohnenjournalismus , Suche und Rettung, Katastrophenschutz, Schutz von Vermögenswerten, Überwachung von Wildtieren, Brandbekämpfung, Kommunikationsweiterleitung, Gesundheitswesen und Landwirtschaft eingesetzt.

Durch die Integration von Drohnen und der Internet-of-Things- Technologie ( IoT ) sind zahlreiche Anwendungsfälle für Unternehmen entstanden. Drohnen, die mit IoT-Sensornetzen vor Ort arbeiten, können landwirtschaftlichen Unternehmen helfen, Land und Ernten zu überwachen. Energieunternehmen überwachen Stromleitungen und Betriebsmittel; und Versicherungsunternehmen überwachen Immobilien auf Schadensfälle und Policen.

Ein Experiment aus dem Jahr 2015 in Austin, Texas, zeigte, wie Drohnen mithilfe von IoT potenziell “die Punkte verbinden” können. Ein Security-Tech-Unternehmen hat sich mit einem Drohnen-Startup zusammengetan, um nach Zigbee- Beacons zu suchen, um einen Überblick über die Präsenz von IoT-Netzwerken in Wohn- und Geschäftsvierteln der Stadt zu erhalten. Die Unternehmen gaben an, dass die Ergebnisse schnell und aufschlussreich waren.

Von der Logistik über die Landwirtschaft bis zur Sicherheit sind unbemannte Luftfahrzeuge und das Internet der Dinge häufig Teil derselben Diskussion. Angebot einer Komponente für allgegenwärtige Konnektivität und Interaktivität.

Weitere Beispiele für Drohnenanwendungen und -funktionen sind:

  • Drohnen können Landwirten helfen, indem sie die Höhe der Ernte messen und aufzeichnen. Sie verwenden eine Fernerkundungstechnologie namens Lidar, die das Erntegut mit einem Laser beleuchtet und die Entfernung berechnet, indem gemessen wird, was zurückgeworfen wird.
  • Drohnen mit biologischen Sensoren können in unsichere Gebiete fliegen, um dort die Luftqualität zu messen und das Vorhandensein bestimmter Mikroorganismen oder atmosphärischer Elemente zu überprüfen.
  • Bei Waldbränden können Drohnen die Ausdehnung der betroffenen Gebiete überwachen und bestimmen, wie schnell sich die Brände ausbreiten. Aufgenommene Bilder können Einzelheiten zu Schäden in bestimmten Bereichen enthalten.
  • Drohnen werden von Fernsehsportnetzen verwendet, um Sportereignisaufnahmen, wie beispielsweise aufgezeichnetes und Live-Überflugmaterial, zu erfassen, die ansonsten schwer zu beschaffen wären. Der Einsatz von Drohnen muss den Vorschriften der FAA, der Sportligen, des Austragungsortes und der örtlichen Strafverfolgungsbehörden entsprechen.

UAV Empfangs- und Drohnenbestimmungen

Die rasche Einführung von Drohnen in den letzten zehn Jahren hat eine Reihe von Beschwerden und Bedenken in Bezug auf Datenschutz, Sicherheit und Sicherheit ausgelöst. Aus Sicht der Privatsphäre haben Voyeure und Paparazzi Drohnen eingesetzt, um Bilder von Personen in ihren Häusern oder an anderen Orten zu erhalten, die einst als privat galten. Drohnen wurden auch in Gebieten eingesetzt, die als potenziell unsicher gelten, z. B. in städtischen Gebieten und in der Nähe von Flughäfen.

Das Wachstum bei kommerziellen und persönlichen Drohnen hat auch zu Sicherheitsbedenken geführt, nämlich Kollisionen in der Luft und Verlust der Kontrolle über Drohnen. Spezielle Bedenken hinsichtlich Drohnen, die zu nahe an Verkehrsflugzeugen fliegen, haben zu Aufforderungen zur Regulierung geführt.

Während viele Länder UAV-Vorschriften erlassen haben, haben andere dies nicht getan. Da der Einsatz von Drohnen immer beliebter wird, ändern sich die Gesetze ständig. Vor dem kommerziellen oder persönlichen Einsatz einer Drohne ist es wichtig, die Gesetze des Landes zu überprüfen, in dem sie betrieben werden.In China beispielsweise erfordert jede Drohne, die höher als 400 Fuß fliegt, eine Lizenz der Civil Aviation Administration of China (CAAC). Drohnen mit einem Gewicht von mehr als 15 Pfund erfordern ebenfalls eine Lizenz, und Flugverbotszonen müssen eingehalten werden.

In Großbritannien beschränkt die Civil Aviation Authority (CAA) das Fliegen von Drohnen über 500 Fuß. Darüber hinaus muss jede Drohne, die mehr als ein halbes Pfund wiegt, bei der CAA registriert werden. Die Organisation hat auch ihren “Dronecode” veröffentlicht:

  • D on’t in der Nähe von Flughäfen oder Flugplätzen fliegen
  • R emember unter 400 Metern und mindestens 150 Meter entfernt von Gebäuden und Menschen zu bleiben
  • O bserve Ihre Drohne zu allen Zeiten
  • N fliegen immer in der Nähe von Flugzeugen
  • E njoy verantwortungs

Bis 2006 war der Einsatz von kommerziellen Drohnen gemäß den Bestimmungen der US-Luftfahrtbehörde (Federal Aviation Administration, FAA) verboten. Diese besagten, dass nichtkommerzielle Flüge unter 400 Fuß nur zulässig waren, wenn die Betreiber das 1981 veröffentlichte Advisory Circular 91-57 (Model Aircraft Operating Standards) befolgten.

2005 veröffentlichte die FAA ihre ersten Richtlinien für UAVs und später 2006 ihre erste kommerzielle Drohnengenehmigung. 2007 wurde dann eine Drohnenbetriebspolitik veröffentlicht. Später wurde das FAA-Gesetz zur Modernisierung und Reform von 2012 veröffentlicht, das Section 333 enthielt. unter denen der US-Verkehrsminister den Einsatz von kommerziellen Drohnen im Einzelfall genehmigen konnte.

Bis 2014 durften nur zwei Unternehmen in den USA kommerzielle Drohnen betreiben. Im Jahr 2015 wurde eine vorläufige FAA-Richtlinie veröffentlicht, die den Einsatz kleiner Drohnen für bestimmte gewerbliche Zwecke unter 200 Fuß regelt. Die FAA gab bekannt, dass sie mehr als 1.000 Anträge für gewerbliche Drohnen genehmigt hat und weiterhin etwa 50 Anträge pro Woche genehmigt . Im nächsten Jahr lockerte die FAA ihre Beschränkungen weiter und erteilte allein im Jahr 2016 gemäß der Verordnung über unbemannte Kleinflugzeuge, Teil 107, 3.100 Drohnengenehmigungen.

Teil 107 begrenzt den autonomen oder halbautonomen Drohnenbetrieb. Die FAA schreibt unter anderem konkret vor:

  • Unbemanntes Luftfahrzeug muss sich in Sichtweite des befehlshabenden Fernpiloten und der Person, die die Flugsteuerung der kleinen UAS bedient, oder alternativ in Sichtweite des visuellen Beobachters befinden.
  • Drohnen müssen zu jeder Zeit nah genug an dem ferngesteuerten Piloten und der Person sein, die die Flugsteuerung bedient, damit diese Personen das Flugzeug ohne Hilfe eines anderen Geräts als der Korrekturlinse sehen können.
  • UAVs dürfen nicht über Personen betrieben werden, die nicht direkt an dem Vorgang beteiligt sind, unter einer überdachten Struktur oder in einem überdachten stehenden Fahrzeug.
  • Tageslichtbetrieb oder zivile Dämmerung (30 Minuten vor offiziellem Sonnenaufgang bis 30 Minuten nach offiziellem Sonnenuntergang, Ortszeit) mit geeigneter Antikollisionsbeleuchtung;
  • Muss anderen Flugzeugen Vorfahrt gewähren.

Am 5. Oktober 2018 wurde das FAA Reauthorization Act von 2018 unterzeichnet, das neue Bedingungen für den Freizeitgebrauch von Drohnen festlegt. Die FAA-Regeln unterscheiden sich für den persönlichen oder kommerziellen Gebrauch von Drohnen. Zum Beispiel ist ein von der FAA ausgestelltes Fernpiloten-Zertifikat erforderlich, um Drohnen kommerziell zu fliegen, und kommerzielle UAVs müssen registriert und mit oder unter 160 km / h geflogen werden.

Die Gesetze zum Einsatz von Drohnen variieren auch je nach Bundesstaat. Zum Beispiel beschränken die Gesetze von Alaska den Einsatz von Drohnen bei der Strafverfolgung, einschließlich der Frage, wie und ob sie von Drohnen aufgenommene Bilder und Videos speichern können. Städte und Gemeinden mit mehr als einem öffentlichen Park in Arizona müssen die Verwendung von Drohnen in mindestens einem von ihnen zulassen. Ein Gesetz von Minnesota schreibt vor, dass kommerzielle Drohnenbetreiber eine kommerzielle Betriebsgenehmigung bezahlen und eine Drohnenversicherung abschließen müssen.

Zukunftsausblick

Die Prognosen für den Drohnenmarkt sind aggressiv und optimistisch.

In einem Business Insider BI Intelligence-Bericht aus dem Jahr 2016 wurde ein Drohnenumsatz von 12 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 prognostiziert, wobei der Einsatz von Enterprise-Drohnen den Verbraucherdrohnensektor bis 2021 übertraf und weltweit 29 Millionen Sendungen erreichte.

PricewaterhouseCoopers hat den Dienstleistungsmarkt für drohnenbasierte Unternehmen mit über 127 Milliarden US-Dollar bewertet. Die wichtigsten Branchen sind Infrastruktur mit 45,2 Milliarden US-Dollar, Landwirtschaft mit 32,5 Milliarden US-Dollar und Transport mit 13,0 Milliarden US-Dollar.

In Bezug auf die wirtschaftlichen Auswirkungen prognostiziert die Vereinigung für Unmanned Vehicle Systems International (AUVSI), dass die Drohnenindustrie bis 2025 mehr als 100.000 US-Arbeitsplätze schaffen und der US-Wirtschaft 82 Milliarden US-Dollar hinzufügen wird.

Goldman Sachs prognostiziert für die Jahre 2016 bis 2020 einen Markt für Drohnen im Wert von 100 Milliarden US-Dollar. Der größte Teil davon entfällt mit 70 Milliarden US-Dollar auf das Militär. Verbraucherdrohnen werden einen Anteil von 17 Milliarden US-Dollar an diesem Markt haben, wobei der Einsatz von kommerziellen und zivilen Behörden 13 Milliarden US-Dollar ausmacht. Wenn man das zusammenfasst, wird die Bauindustrie voraussichtlich 11,164 Mio. USD für Anwendungen wie Vermessung, Bauinspektion und -überwachung sowie Landwirtschaft auf 5,922 Mio. USD für Anwendungen wie Gesundheitsüberwachung, Bodensuche und Ertragsschätzungen ausgeben. Weitere Top-Branchen sind Versicherungsansprüche, Offshore-Öl und -Gas sowie Raffinerien, US-Polizei, Feuerwehr, Küstenwache und Kunden- und Grenzschutz, Journalismus, Immobilien und Versorgungsunternehmen.

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