DE102015205092A1

DE102015205092A1 - Drohnenbasisstation für den öffentlichen Raum und eine entsprechend erweiterte Verkehrssignalanlage

Info

Publication number: DE102015205092A1
Application number: DE102015205092.0A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Krüger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft im Wesentlichen eine Drohnenbasisstation bzw. eine erweiterte Verkehrssignalanlage mit mindestens einer Oberfläche zum Verweilen, Starten und Landen mindestens einer Drohne, mit einem Befestigungsmittel zur mechanischen Befestigung an einem Masten einer Verkehrssignalanlage, mit einer Energieversorgungseinrichtung durch die mindestens eine auf der Oberfläche befindliche Drohne mit Energie versorgbar ist, und mit einer Informationsaustauscheinrichtung durch die zwischen der mindestens einen Drohne und eines Steuergeräts einer Verkehrssignalanlage ein Informationsaustausch durchführbar ist. Vorteilhafterweise ist hiermit meist eine vorhandene Ampelinfrastruktur im weiten Umfang nutzbar und stellt eine kostengünstige, weitgehend ausfallsichere Lösung dar, die in vielerlei Hinsicht eine akzeptable Integration von Drohnenstationen im Städtischen Raum ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Basisstation zum Verweilen bzw. Parken, Starten und Landen von einem unbemannten Flugkörper bzw. Luftfahrzeug, einer sogenannten „Drohne“, die eine Energie- und/oder eine Informationsversorgung eines solchen gelandeten Luftfahrzeugs ermöglicht.
In zunehmenden Maß wird für eine wirkungsvolle Steuerung von Verkehr- und Verwaltungsaufgaben in Städten über den Einsatz von sogenannten Drohnen nachgedacht. Drohnen im urbanen Raum haben das Potential verschiedene Abläufe durch Automatisierung zu optimieren, z.B. Messung des Verkehrsfluss, Parkraumüberwachung, Notfalldienste etc., siehe z.B. http://www.tudelft.nl/en/current/latest-news/article/detail/ambulance-drone-tu-delft-vergroot-overlevingskans-bij-hartstilstand-drastisch/.
Ein ungelöstes Problem für den Einsatz von Drohnen im urbanen Raum ist deren Energiemanagement, z.B. eine nachhaltige Energieversorgung, und eine Anbindung an ein ausfallsicheres Steuerungssystem.
Stand der Technik für nachhaltige Energieversorgung von Drohnen sind Austauschstationen für Batterien. Es existieren Berichte über Forschungsaktivitäten für Austauschstationen für Batterien, siehe z.B.

• „Autonomous battery-exchange platform for drones (Lego Mindstorms)" https://www.youtube.com/watch?v=5iQnnXwnk2s,
• Automated Battery Swap and Recharge to Enable Persistent UAV Missions, Toksoz et al, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139 http://acl.mit.edu/papers/infotech-recharge-2011.pdf

Das US-amerikanische Unternehmen Skycatch https://www.skycatch.com/technology hat ein entsprechendes System zur Marktreife gebracht und adressiert vor allem den privaten Sektor, z.B. industrielle Drohnen für die Überwachung von Baustellen. Das System besteht unter anderem aus einer Bodenstation, die als Batterieaustauschstation für Drohnen dient.
Allen existierenden Stationen ist jedoch gemeinsam, dass es sich dabei um Bodenstationen handelt, die nur bedingt geeignet für den Einsatz im öffentlichen Raum sind und die keine ausreichend ausfallsichere Anbindung an vorhandene Steuerungssysteme aufweisen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Drohnenstation und eine entsprechend erweiterte Verkehrssignalanlage anzugeben, bei der die oben genannten Nachteile möglichst vermieden werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Basisstation durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der erweiterten Verkehrssignalanlage durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft im Wesentlichen eine Drohnenbasisstation bzw. eine erweiterte Verkehrssignalanlage mit mindestens einer Oberfläche zum Verweilen, Starten und Landen mindestens einer Drohne, mit einem Befestigungsmittel zur mechanischen Befestigung an einem Masten einer Verkehrssignalanlage, mit einer Energieversorgungseinrichtung durch die mindestens eine auf der Oberfläche befindliche Drohne mit Energie versorgbar ist, und mit einer Informationsaustauscheinrichtung durch die zwischen der mindestens einen Drohne und eines Steuergeräts einer Verkehrssignalanlage ein Informationsaustausch durchführbar ist. Vorteilhafterweise ist hiermit meist eine vorhandene Ampelinfrastruktur im weiten Umfang nutzbar und stellt eine kostengünstige, weitgehend ausfallsichere Lösung dar, die in vielerlei Hinsicht eine akzeptable Integration von Drohnenstationen im Städtischen Raum ermöglicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung ist beispielhaft eine über einer Basisstation S schwebende Drohne D gezeigt, wobei die Basisstation S eine Oberfläche zum Verweilen, Starten und Landen der Drohne D aufweist und über ein Befestigungsmittel B mit einem Masten M einer Verkehrssignalanlage A mechanisch verbunden ist, wobei die Drohne D über die Basisstation S mit Energie E versorgbar ist und wobei über die Basisstation S ein Informationsaustausch I zwischen einem Steuergerät C der Verkehrssignalanlage und der Drohne durchführbar ist. Darüber weist das Steuergerät C typischerweise eine Verbindung zum Informationsaustausch mit einem Verkehrsleitsystem V auf.
Ein Beispiel für ein solches Steuergerät stellt das Verkehrssteuergerät Sitraffic C940ES von SIEMENS dar. http://www.mobility.siemens.com/mobility/global/SiteCollectio nDocuments/de/road-solutions/urban/infrastructure/sitraffic-c940es-controllers-de.pdf
Eine Drohnenstation wird typischerweise in Form eines Aufsteckmoduls an der Mastspitze von meist bereits vorhandenen üblichen Signalmasten befestigt. Bei geraden Masten M erfolgt also eine Montage am Mastkopf. Bei sogenannten Peitschenmasten hingegen erfolgt eine seitliche Montage, um auch hier eine im Wesentlichen horizontale Landefläche für die Drohne D zu ermöglichen. Bei beiden Ausführungsvarianten finden entsprechende Klemmhalter, Stützhalter sowie Schellenverbindungen Verwendung, um eine windsichere Montage sicherzustellen. Mastbohrungen werden hierbei vorteilhafterweise weitestgehend vermieden, da die entsprechenden Leitungen durch die oberen Mastöffnungen geführt und an der Drohnenstation befestigt werden.
Die Drohnenstation wird vorteilhafterweise oberhalb der Kopf- und auch der Greifhöhe von Passanten bzw. für Menschen ohne weitere Hilfsmittel nicht leicht zugänglich, also typischerweise höher als 3 Meter montiert. Eine Konstruktion der Drohnenstation bspw. in 3–4 Meter Höhe trägt entscheidend zur Lebensdauer und Instandhaltung der Drohnenstation bei. Durch die Nutzung der vorhandenen Ampelinfrastruktur werden Zusatznutzen wie kosteneffiziente Montage sowie eine höhere Akzeptanz erwirkt, da sich die Drohnenstationen besser ins Stadtbild einfügen.
Die Energieversorgung der Drohne D erfolgt über die Basisstation S mit integrierter Ladefunktionalität für Batterien, wobei diese mit Energie E versorgt wird, die typischerweise aus dem Steuergerät C aus der Verkehrssignalanlage stammt. Die Energiezuführung kann dabei bspw. induktiv von der Basisstation S auf die Drohne D bzw. deren Ladeeinrichtung für die Batterien übertragen werden oder auch aber auch in Form einer an sich bekannten integrierte Batterieaustauschstation erfolgen, wobei die Batterieaustauschstation typischerweise auch vom Steuergerät C mit Energie versorgt wird. Eine Anbindung an die Stromversorgung der Signalanlage sorgt hierbei für eine unterbrechungssichere und nachhaltige Energieversorgung.
Durch eine informationstechnische Anbindung der Drohne an die Steuerungssoftware der Signalanlage bzw. des Verkehrssteuergerätes C kann das Steuergerät von der Signalanlage selbst generierte Steuersignale an die Drohne übertragen und eine Drohne ihre ermittelten Daten aus dem Feld dem Steuergerät zur Verfügung stellen. Durch die informationstechnische Anbindung ist auch eine Anbindung der Drohne an Backendsysteme möglich, wobei zwischen der Drohne D und dem Verkehrsleitsystem V bspw. Steuerungsinformationen und Daten aus dem Feld übermittelbar sind.
Die Anbindung an die Steuerungssoftware für Signalanlagen ermöglicht vorteilhafterweise die ausfallsichere Übermittlung von Steuersignalen an die Drohne, wobei die meist bereits vorhandene Steuerungssoftware vorteilhafterweise mit nur leichten Modifikationen, bspw. in Form von Updates, weiterverwendet werden kann.
Diese Steuersignale sind typischerweise mindestens eine Geoposition zu der eine Drohne autark fliegen soll, eine Verweildauer an der Geoposition und mindestens eine durchzuführende Aktion, z.B. Sensordaten erheben, Foto aufnehmen etc.
Als eine Implementierungsvariante kann eine Speichereinheit Teil der Steuerungssoftware des Steuergeräts C sein, so dass die Drohne D Daten an die Steuerungssoftware übermitteln kann und diese Daten dort zur weiteren Verwendung zwischengespeichert werden können.
Die Anbindung an Verkehrsleitsysteme V unter Ausnutzung der vorhandenen Infrastruktur ermöglicht die Übermittlung von Steuerungssignalen an die Drohnen aus existierenden Verkehrsleitzentralen. Die meist bereits vorhandene Software kann auch hier mit nur leichten Modifikationen, bspw. in Form von Updates, weiterverwendet werden.
Als Implementierungsvariante kann die Steuerungssoftware des Steuergeräts C gespeicherte Daten der Drohne D an die Verkehrsleitzentrale V übermitteln.
Als weitere Variante können von Steuerungssoftware des Steuergeräts C gespeicherte Daten optional an konfigurierbare Softwaresysteme, z.B. in der Cloud, übermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://www.tudelft.nl/en/current/latest-news/article/detail/ambulance-drone-tu-delft-vergroot-overlevingskans-bij-hartstilstand-drastisch/ [0002]
„Autonomous battery-exchange platform for drones (Lego Mindstorms)“ https://www.youtube.com/watch?v=5iQnnXwnk2s [0004]
Automated Battery Swap and Recharge to Enable Persistent UAV Missions, Toksoz et al, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139 http://acl.mit.edu/papers/infotech-recharge-2011.pdf [0004]
https://www.skycatch.com/technology [0005]
http://www.mobility.siemens.com/mobility/global/SiteCollectio nDocuments/de/road-solutions/urban/infrastructure/sitraffic-c940es-controllers-de.pdf [0012]

Claims

Drohnenbasisstation (S) – mit mindestens einer Oberfläche zum Verweilen, Starten und Landen mindestens einer Drohne (D), – mit einem Befestigungsmittel (B) zur mechanischen Befestigung an einem Masten (M) einer Verkehrssignalanlage (A), – mit einer Energieversorgungseinrichtung (E) durch die mindestens eine auf der Oberfläche befindliche Drohne (D) mit Energie versorgbar ist, und – mit einer Informationsaustauscheinrichtung (I) durch die zwischen der mindestens einen Drohne (D) und eines Steuergeräts (C) einer Verkehrssignalanlage ein Informationsaustausch durchführbar ist.
Drohnenbasisstation (S) nach Anspruch 1, die als Modul zum Aufstecken am Mastkopf des Mastens (M) ausgebildet ist, wobei durch das Aufstecken eine mechanische Verbindung mit dem Masten und eine Informations- und Energieübertragung bewirkbar sind.
Drohnenstation nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Energieversorgungseinrichtung (E) in Form einer Batterieaustauschstation ausgebildet ist, die vom Steuergerät (C) mit Energie versorgt wird und auf Vorrat mindestens eine Ersatzbatterie bereitstellt.
Drohnenbasisstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine informationstechnische Anbindung der mindestens einen Drohne (D) an eine Steuerungssoftware des Steuergerätes (C) derart vorhanden ist, dass von der Signalanlage selbst generierte und/oder von einer Verkehrsleitzentrale (V) stammende Steuersignale an die jeweilige Drohne und von der jeweiligen Drohne ihre ermittelten Daten aus dem Feld an das Steuergerät und/oder an die Verkehrsleitzentrale (V) übertragbar sind.
Drohnenbasisstation nach Anspruch 4, bei dem die Steuerungssoftware des Steuergerätes (C) derart vorhanden ist, dass von der jeweiligen Drohne ermittelten Daten aus dem Feld im Steuergerät zwischenspeicherbar und auf Abruf durch Verkehrsleitzentrale V an diese übertragbar sind.
Drohnenbasisstation nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Steuersignale mindestens eine Geoposition zu der eine jeweiligen Drohne autark fliegen soll, eine Verweildauer an der Geoposition und mindestens eine von der jeweiligen Drohne durchzuführende Aktion enthalten.
Erweiterte Verkehrssignalanlage mit mindestens einer Drohnenbasisstation (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich die mindestens eine Drohnenstation auf oder am Mast (M) der Verkehrssignalanlage in einem die Sicht auf die Verkehrsampel (A) nicht behindernden Bereich in einer Höhe von mindestens ca. 3 Meter über Grund befindet, bei der das Steuergerät (C) der Verkehrssignalanlage derart erweitert ist, dass hiermit eine Energieversorgung der mindestens Drohnenbasisstation (S) und ein Informationsaustausch zwischen dieser und dem erweiterten Steuergerät (C) durchführbar ist.