Kameradrohnen bieten im Bausektor vielfältige Einsatzmöglichkeiten und können eine wesentliche Kosten- und Zeitersparnis darstellen. Relativ einfache, aber effektive Einsatzmöglichkeiten im Bereich Dächer sind beispielsweise:
Im Zusammenhang mit dem Betrieb von Drohnen gibt es verschiedene, wichtige Begriffe und Abkürzungen, zum Beispiel folgende:
Die am häufigsten verbreiteten, kleinen und mittelgroßen Kameradrohnen für private- und gewerbliche Anwendungen sind Quadrocopter. Es handelt sich also um Geräte mit vier Antriebsmotoren mit Propellern, die sowohl für den Auftrieb, als auch für sämtliche Richtungsänderungen verantwortlich sind. Im Gegensatz zu Fluggeräten mit Tragflächen, ist ein Quadrocopter bei Ausfall einer der vier Antriebe nicht mehr steuerbar und nicht mehr flugtüchtig.
Abb.3 Quadrocopter, DJI Mavic 3
Quelle: Appenrodt
Bei Multicoptern erfolgen sämtliche Flugbewegungen und Richtungsänderungen durch Drehzahlunterschiede der einzelnen Antriebsmotoren. So erzeugt eine identische, hohe Drehzahl aller Motoren zum Beispiel einen vertikalen Steigflug. Ist die Drehzahl und der durch die Propeller erzeugte Auftrieb gleich des Eigengewichts der Drohne so befindet sie sich im Schwebeflug, durch niedrigere Drehzahlen erfolgt ein vertikales Sinken. Eine Vorwärtsbewegung wird bei einem Quadrocopter dadurch erzeugt, dass sich die beiden hinteren Antriebe und Propeller schneller drehen, als die beiden vorderen. Drehbewegungen werden ebenfalls durch unterschiedliche Drehzahlen der einzelnen Antriebsmotoren erzeugt.
Da je zwei Propeller im- und zwei Propeller gegen den Uhrzeigersinn drehen, werden die Drehmomente der einzelnen Antriebe ausgeglichen und ein stabiler Schwebeflug ist möglich. Eine Stabilisierung der Fluglage durch genaue Standort- und Lagebestimmung erfolgt bei den meisten Drohnen zusätzlich durch Gyroskope, GNSS, Kompass sowie gegebenenfalls optische Sensoren.
Die Steuerung einer Drohne erfolgt üblicherweise über eine Fernbedienung, die entweder mit dem Bildschirm eines Smartphones oder Tablets verbunden wird oder die einen integrierten Bildschirm besitzt. Die Steuerimpulse werden durch Bewegung der beiden Steuerknüppel der Fernbedienung erzeugt.
Abb.4 Fernsteuerung mit integriertem Display (DJI RC Pro)
Quelle: Appenrodt
Die Steurknüppel können unterschiedlich belegt werden, üblich sind drei verschiedene Modi, je nach Modus erzeugt z. B. eine aufwärstbewegung des linken Steuerknüppels entweder eine aufwärtsbewegung der Drohne oder aber auch eine Abwärtsbewegung oder eine Vorwärtsbewegung.
Die gängigste und häufig voreingestellte Belegung ist der Modus 2.
In diesem Modus werden mit dem linken Steuerknüppel die Bewegungen vertikal auf und vertikal ab sowie Drehung um die Hochachse im Uhrzeigersinn und gegen der Uhrzeigersinn gesteuert. Mit dem rechten Steuerknüppel werden die Bewegungen vorwärts und rückwärst sowie seitlich nach links und seitlich nach rechts gesteuert.
Abb.5 Steuerknüppelbelegung Modus 2
Quelle: Appenrodt
Bevor eine Drohne eingesetzt wird, sollte geprüft werden, welcher Modus eingestellt ist. Zudem empfiehlt es sich nach dem Start die Steuerrichtungen in freier Umgebung kurz zu überprüfen.
Viele Drohnenmodelle können in verschiedenen Flugmodi betrieben werden, die sich mit Hilfe der Fernsteuerung auswählen lassen. Gängige Flugmodi sind N, C und S. Wesentliche Unterschiede zwischen den Modi sind meist die maximalen Geschwindigkeiten der Drohne. Am Beispiel des Modells DJI Mavic 3 unterscheiden sich die Modi zum Beispiel wie folgt:
Abb.6 Schalter zum Einstellen der Flugmodi
Quelle: Appenrodt
Viele moderne Drohnen verfügen über Sensoren (teils sowohl Sichtsensoren als auch Infarotsensoren), die zur Unterstützung eines lagestabilen Flugs beitragen und auch zur automatischen Hinderniserkennung und -Vermeidung verwendet werden können. Dies ist explizit vom jeweiligen Drohnenmodell abhängig. So verfügt die weiter oben abgebildete Drohne (Mavic 3) beispielsweise über Sichtsensoren vorne, hinten, seitlich oben und unten sowie Infrarotsensoren nach unten. Durch die Sensoren ist bei ausreichenden Lichtverhältnissen nicht nur die automatische Hindernisvermeidung möglich, sondern die Drohne kann auch ohne GNSS-Verbindung (z. B. in Innenräumen) stabil Schweben und Fliegen. Voraussetung dafür ist auch eine ausreichend texturierte, abwechslungsreiche Oberfläche. Über Wasser, einfarbigen Flächen oder anderen stark spiegelnden und reflektierenden Flächen, funktionieren die Sensoren nicht optimal oder gar nicht.
Abb.7 DJI Mavic 3, Hindernisvermeidung durch automatisches Umfliegen
Quelle: DJI
Abb.8 DJI Mavic 3, Hindernisvermeidung durch automatisches Anhalten und Schweben
Quelle: DJI
Abb.9 DJI Mavic 3, Hindernisvermeidung deaktiviert
Quelle: DJI
Über die RTH Funktion verfügen ebenfalls viele moderne Drohnen. Die Abkürzung steht für return to home. Es handelt sich um eine automatsiche Rückkehrfunktion in Bezug auf den Homepoint, dies ist der bei normal funktionierendem Positionsbestimmungssystem zuletzt aufgezeichnete Startpunkt. Wie im Bild unten gezeigt, erscheint (je nach Modell und Flugsoftware) ein Hinweis im Display, sobald der Startpunkt (Home Point) registriert wurde. Bei guter Satellitenverbindung ist dies meist unmittelbar nach dem Start der Fall. Auf das Erscheinen der Meldung sollte immer geachtet werden, da sich die Registrierung bei schlechter Satellitenverbindung deutlich verzögern kann und die Drohne dann eventuell schon nicht mehr über ihrem tatsächlichen Startpunkt ist. Dadurch kann der Landepunkt bei einem RTH-Manöver an anderer Stelle liegen, nämlich genau da, wo der imaginäre Home Point registriert wurde.
Abb.10 Meldung im Display „Home Point updated“ (Startpunkt registriert)
Quelle: Appenrodt
Das RTH-Manöver wird bei vielen Modellen zum Beispiel dann automatisch ausgelöst, wenn die Funkverbindung zur Fernbedienung abgebrochen ist oder der Flugakku einen kritischen Ladezustand erreicht hat. Je nach Modell und voreingestellten Parametern folgt die Drohne dann einem von der Flugsoftware festgelegtem, optimalem Rückflugkorridor und landet vollautomatisch auf dem Homepoint.
Abb.11 RTH_Funktion mit eingeblendetem Rückflugkorridor aktiv.
Quelle: Appenrodt
Die automatische Rückkehr kann auch direkt über die Fernbedienung ausgelöst werden. Auch wenn die Drohne vollautomatisch zurück fliegt und landet, darf sie keinesfalls ausser Sicht gelassen werden, und die Fernbedienung sollte unbedingt in der Hand gehalten werden, um die Automatik jederzeit abbrechen zu können. Dies kann zum Beispiel erforderlich werden, wenn die Drohne ein offensichtliches Hindernis voraussichtlich nicht erkennt oder den Startpunkt beim Landen verfehlen würde und der neue Landeplatz nicht geeignet wäre. Eine teils erhebliche Abweichung vom eigentlichen Startpunkt kann z. B. durch GNSS-Störungen verursacht werden.
Der Home Point wird direkt nach dem Start registriert. Nachdem zwei Dachbereiche überprüft wurden, wird die RTH-Funktion aktiviert, sobald der grüne Flugkorridor zu sehen ist, fliegt die Drohne vollautomatisch zum Home Point zurück und landet exakt auf dem ursprünglichen Startplatz.
Video.1_RTH_GNSS_genau
Quelle: Appenrodt
Auch hier wird der Home Point unmittelbar nach dem Start registriert, es erfolgt ebenfalls eine kurze Dachinspektion, dann wird die RTH-Funktion aktiviert. Die Drohne fliegt vollautomatisch zurück, verfehlt aber beim Landen den ursprünglichen Startpunkt um ca. 2 Meter. Grund kann ein unstabiles GNSS Signal aufgrund eines Kp-Indexes von 5 sein.
Video.2_RTH_GNSS_ungenau
Quelle: Appenrodt
Vor jedem Flug muss der Ladestand der Fernbedienung und der Flugakkus geprüft werden. Eine Drohne sollte immer nur mit voll geladenen Akkus gestartet werden. Ein weiterer wichtiger und sicherheitsrelevanter Aspekt ist die Temperatur der Flugakkus. Die Akkus können ihr volle Leistung nur bei einer spezifischen Akkutemperatur abgeben. Je nach Modell und Hersteller liegt diese bei etwa mindestens 20 C°. Schon bei Akkutemperaturen unter 15 C° kommt es zu einer deutlichen Leistungsreduzierung und bei sehr niedrigen Akkutemperaturen kann es zu plötzlichen Leistungsverlusten kommen, die zu einem Absturz der Drohne führen können. Daher sollte insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen darauf geachtet werden, dass die Akkus vor dem Flug ausreichend warm gelagert wurden und die Temperatur vor dem Start im optimalen Bereich liegt. Dies lässt sich häufig über ein Menü in der Flugsoftware überprüfen. Da sich die Akkus auch bei niedrigen Außentemperaturen nach dem Start aufgrund der Energieabgabe leicht erwärmen, ist dann auch ein Flug bei niedrigen Umgebungstemperaturen möglich.
Hinweis: Die nachfolgend gemachten Angaben sind ohne Gewähr und haben rein informativen Charakter ohne Anspruch auf Richtigkeit und Aktualität. Die Rechtslage und die damit verbundenen Gesetze und Verordnungen sind stest individuell für den jweiligen Einsatzzweck, Einsatzort und Anwendungsfall zu prüfen!
Für den Betrieb von Drohnen sind verschiedene Gesetze und Verordnungen auf EU-Ebene und auf nationaler Ebene zu bachten. Zu den wichtigsten zählen dabei:
Grundsätzlich besteht in Deutschland für Betreiber*innen von Drohnen ab einer Abflugmasse von 250 Gramm eine Registrierungspflicht (dies gilt auch für Drohnen unter 250 Gramm, wenn diese mit einer Kamera ausgestattet sind). Die Registrierung erfolgt beim Luftfahrt-Bundesamt (LBA) und ist nur mit Nachweis einer Drohnenhaftpflichtversicherung möglich. Das Luftfahrt-Bundesamt vergibt nach erfolgter Registrierung eine Personen- oder Firmenbezogene UAS Betreibernummer (e-ID), die an jeder Drohne des Betreibers / der Betreiberin angebracht werden muss. Je nach Modell und Hersteller muss zudem die e-id digital in die Flugsoftware eingetragen werden.
Abb.13 am Ausleger angebrachter Aufkleber mit e-ID (Ziffern- und Nummernfolge ausgeblendet)
Quelle: Appenrodt
Abb.14 Muster eines Kompetenznachweises A1/A3
Dieser Kompetenznachweis ist verpflichtend, sobald eine Drohne mit einer Startmasse von 250g oder mehr in der offenen Kategorie betrieben werden soll. Der A1/A3 Kompetenznachweis kann beim LBA mittels online- Training und online-Prüfung erworben werden. Weitere Infos hier.
Abb.15 Muster eines EU-Fernpilotenzeugnisses A2
Das EU-Fernpilotenzeugnis A2 ist zum Beispiel für den Einsatz von C2 Zertifizierten Drohnen in der Unterkategorie A2 erforderlich. Voraussetzung, um das EU-Fernpilotenzeugnis erwerben zu können ist ein gültiger EU-Kompetenznachweis. Weitere Infos hier.
Abb.16 & 17; links: STS-Theorielizenz mit A1/A3 und A2 Nachweis; rechts STS-Praxis Akkreditierung
Quellen: EASA / LBA
STS steht für Standard-Szenario. Seit dem 01.01.2024 können für Drohnenflüge, die in die spezielle Kategorie fallen (z. B. weil bestimmte Rahmenbedingungen der Unerkategorien A1 - A3 nicht eingehalten werden) alternativ zu der bis dato notwendigen Betriebsgenehmigung deutlich unkompliziertere und einfachere Betriebserklärungen des Drohnenbetreibers für den Flug in einem der Standardszenarien beim LBA eingereicht werden. Voraussetzung ist dann in der Regel die STS-Theorielizenz und die STS-Praxislizenz, die bei vom LBA benannten, bzw. anerkannten Stellen (z. B. einige Drohnenschulen) erworben werden können. Es wird in zwei Standard Szenarien unterschieden, STS-01 und STS-02. Ein wesentlicher Unterschied ist, dass der Betrieb der Drohne in STS-01 nach wie vor innerhalb der direkten Sichtweite (VLOS) erfolgt, während der Betrieb in STS-02 außerhalb der direkten Sichtweite (BVLOS) mit Hilfe eines zusätzlichen Luftraumbeobachters erfolgt. Weitere Infos zu den Lizenzen gibt es hier. Weitere Infos zu den Standardszenarien gibt es hier.
Der Betrieb von Drohnen ist gemäß EU-Drohnenverordnung in drei Kategorien unterteilt:
Der Betrieb in der offenen Kategorie ist genehmigungsfrei, sie ist in Bezug auf die Rahmenbedingungen des jeweiligen Fluges in drei Unterkategorien eingeteilt. Zudem werden Drohnen hinsichtlich ihrer Klassifizierung (C-KLassen C0-C4) einer der Unterkategorien zugeordnet. Die Unterkategorien lauten:
Weitere Infos zu den Unterkategorien gibt es auf der dipul-Plattform..
Seit dem 01.01.2024 dürfen neue Drohnen für den Betrieb in der offenen Kategorie nur noch mit C-Klassifizierung in den Verkehr gebracht werden. Für die offene Kategorie sind die Klassen C0 bis C4 mit unterschiedlichen technischen Anforderungen definiert.
Abb.18 C1-Aufkleber an DJI Mavic 3
Quelle: Appenrodt
Nachfolgend einige der technischen Anforderungen der jeweiligen Klassen:
Eine detaillierte Übersicht aller Anforderungen an die jeweilige C-Klasse und weitere Informationen gibt es hier. Bestandsdrohnen ohne Klassifizierung dürfen mit einer Abflugmasse unter 250 g in der Unterkategorie A1 und mit einer Abflugmasse ab 250 g nur noch in der Unterkategorie A3 betrieben werden.
In §21 h der Luftverkehrs-Ordnung (LuftVO) werden geographische Gebiete definiert, in denen ein Drohnenflug grundsätzlich verboten, beschränkt oder nur unter bestimmten Voraussetzungen erlaubt ist. Beispiele für solche geographischen Gebiete sind:
Vor jedem Flug sollte daher geprüft werden, ob gegebenenfalls ein geographsiches Gebiet betroffen ist und welche Vorschriften / Verbote dort gelten. Eine Möglichkeit zur Prüfung ist das online-Kartentool. der dipul Plattform des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr.
Abb.19 Kartenausschnitt des dipul map tools mit verschiedenen gepgraphischen Zonen
Quelle: dipul
Bevor der eigentliche Einsatz mit einer Drohne beginnen kann, müssen verschiedene Dinge geprüft werden. Die Vorflugkontrolle lässt sich in drei wesentliche Bereiche unterteilen:
Abb.21 screenshot uav-forecast: die Wetterbedingungen sind hervorragend, doch der zunehmende kp-Index von 4 und mehr sollte berücksichtigt werden. Ein Flug ist nicht ausgeschlossen, es sollten aber mögliche GNSS und Kompasstörungen einkalkuliert werden.
Quelle: uav forecast
Nachfolgend sind einige Drohnenaufnahmen dargetsellt, die beispielhaft für Dachinspektionen oder Marketingzwecke sind.
Video.3_Gebäudeaufnahmen
Quelle: Appenrodt
Abb.22 Luftbild_Stehfalzeindeckung
Quelle: Appenrodt
Abb.23 Luftbild_Übersichtsfoto der Liegenschaft
Quelle: Appenrodt