DE102019109127A1

DE102019109127A1 - Drohnenbasiertes Luft- und Kollisionsüberwachungssystem

Info

Publication number: DE102019109127A1
Application number: DE102019109127.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Weimer; Tobias Weimer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2039-04-09
Also published as: DE102019109127B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein drohnenbasiertes System zur Luft- und Kollisionsüberwachung, umfassend eine erste Kommunikationsvorrichtung, welche an einem unbemannten oder bemannten Fluggerät angebracht oder mitgeführt ist und eingerichtet ist, positionsbezogene Daten des Fluggeräts an eine zweite Kommunikationsvorrichtung zu senden, eine mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung verbundene Recheneinheit, welche eingerichtet ist, die positionsbezogenen Daten zu verarbeiten, ein mit der Recheneinheit verbundenes Visualisierungsmittel, welches eingerichtet ist, Informationen betreffend die momentane Position des Fluggeräts darzustellen, eine batteriebetriebene Drohne mit einer dritten Kommunikationsvorrichtung, welche eingerichtet ist, Daten betreffend die momentane Position des Fluggeräts zu empfangen, sowie eine Bodenstation mit einem Sockel zur Aufnahme der Drohne, einer Abdeckung, einer Energieversorgungseinrichtung und einer Batteriewechselvorrichtung, mittels welcher eine Batterie automatisch in einen Batterieaufnahmeschacht der Drohne einbringbar und aus diesem aufnehmbar sowie über die Energieversorgungseinrichtung aufladbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein drohnenbasiertes System zur Luft- und Kollisionsüberwachung mit einer ersten und zweiten Kommunikationsvorrichtung, einer Recheneinheit, einem Visualisierungsmittel sowie einer batteriebetriebenen Drohne und einer Bodenstation für die Drohne.
In den vergangenen Jahren erfolgte ein rasanter Anstieg von zivilen Drohneneinsätzen bzw. Drohnenflügen, was vor allem im zivilen Flugverkehr zunehmend zu Sicherheitsproblemen führt, da Kollisionen mit Drohnen zu ernsthaften Schäden am Flugzeug führen können. So steigt Jahr für Jahr die Zahl von im Bereich von Flughäfen gemeldeten Zwischenfällen im Zusammenhang mit Drohnen. Hierbei ist insbesondere problematisch, dass zivile Drohnen üblicherweise vom Flugradar nicht erkannt werden. Ebenfalls stellen zivile Drohnen ein zunehmendes Sicherheitsrisiko in Bezug auf das Ausspionieren von öffentlichen Einrichtungen, Versorgungsanlagen, Flughäfen, Reaktoren und anderen sensiblen Bereichen und Gebäuden dar.
Eine weitere Herausforderung stellt in diesem Zusammenhang die Abwehr bzw. Verfolgung von Fluggeräten dar, welche sich gesperrten Lufträumen nähern bzw. in diese eindringen. Hier ist ein schnelles Eingreifen und eine Rund-um-die-Uhr-Überwachung vonnöten.
Für Überwachungs- und Aufklärungszwecke sowie für polizeiliche Verfolgungsflüge kommen bereits zunehmend batteriebetriebene unbemannte Drohnen zum Einsatz. Trotz des typischerweise geringen Gewichts und der geringen Größe derartiger Drohnen kann ein Echtzeiteinsatz jedoch nur mit einer gewissen Zeitverzögerung als Reaktion auf ein plötzlich auftretendes Ereignis stattfinden. Zum einen müssen die Drohnen durch Einsatzkräfte zunächst in die Nähe des Einsatzortes gebracht werden oder diese starten von einer bestimmten Einsatzzentrale aus und müssen zunächst eine gewisse Distanz zum Einsatzort zurücklegen. Zum anderen ist der Aktionsradius und die Einsatzzeit solcher Drohnen durch deren Batterielaufzeit begrenzt, sodass die Batterien regelmäßig aufgeladen oder ausgetauscht werden müssen, was Ressourcen bindet und einen zeitnahen, flächendeckenden und autonomen Echtzeiteinsatz erschwert bzw. verhindert.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System bereitzustellen, welches eine Erkennung einer möglichen Kollision eines unbemannten oder bemannten Fluggeräts mit einem am Boden oder in der Luft befindlichen Objekt sowie dessen Eindringen in einen gesperrten Luftraum ermöglicht und gleichzeitig eine zeitnahe Verfolgung und Überwachung des unbemannten Fluggeräts erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein drohnenbasiertes System zur Luft- und Kollisionsüberwachung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß umfasst das System:

• eine erste Kommunikationsvorrichtung, welche an einem unbemannten oder bemannten Fluggerät, insbesondere einer Drohne, mitführbar, anbringbar oder angebracht ist und welche eingerichtet ist, positionsbezogene Daten betreffend die momentane Position des Fluggeräts drahtlos zu senden,
• eine zweite Kommunikationsvorrichtung, mittels welcher positionsbezogene Daten von der ersten Kommunikationsvorrichtung drahtlos empfangbar sind,
• eine Recheneinheit, welche mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung in Verbindung steht und eingerichtet ist, die von ihr empfangenen positionsbezogenen Daten zu verarbeiten,
• ein Visualisierungsmittel, welches mit der Recheneinheit in Verbindung steht und eingerichtet ist, auf Grundlage der positionsbezogenen Daten Informationen betreffend die momentane Position eines mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräts darzustellen,
• eine batteriebetriebene Drohne mit mindestens einer durch einen Motor angetriebenen Luftschraube, einer wiederaufladbaren Batterie, einem Batterieaufnahmeschacht und einer dritten Kommunikationsvorrichtung, wobei die dritte Kommunikationsvorrichtung eingerichtet ist, positionsbezogene Daten bezüglich eines mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräts drahtlos zu empfangen, und
• eine Bodenstation umfassend einen Sockel zur Aufnahme der Drohne, eine automatisch öffen- und schließbaren Abdeckung zum Schutz der Bodenstation, eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung der Bodenstation mit Energie und eine Batteriewechselvorrichtung, wobei mittels der Batteriewechselvorrichtung eine Batterie automatisch in den Batterieaufnahmeschacht der Drohne einbringbar und aus diesem aufnehmbar sowie über die Energieversorgungseinrichtung aufladbar bzw. wiederaufladbar ist.

Das erfindungsgemäße Luft- und Kollisionsüberwachungssystem ermöglicht eine zeitnahe Überwachung der momentanen Positionen der mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräte und somit eine frühzeitige Erkennung einer drohenden Kollision der Fluggeräte mit einem am Boden oder in der Luft befindlichen Objekt oder ein Eindringen in einen gesperrten Luftraum. Die übermittelten positionsbezogenen Datensätze werden zentral erfasst und ermöglichen eine in Echtzeit erfolgende Warnung einer Annäherung eines Fluggeräts an ein Objekt oder einen gesperrten Bereich.
Mittels der erfindungsgemäßen Drohne kann eine sofortige Abwehr bzw. Verfolgung eines sich auf Kollisionskurs befindenden oder in einen gesperrten Luftraum eindringenden bzw. einzudringen drohenden Fluggeräts erfolgen. Über die dritte Kommunikationsvorrichtung empfängt die Drohne Daten betreffend die momentane Position des zu verfolgenden Fluggeräts und vorzugsweise zusätzliche Daten wie beispielsweise eine erwartete Flugroute oder Daten zum Fluggerätetyp und/oder Eigentümer, welche eine Verfolgung des Fluggeräts durch die Drohne ermöglichen. Die Verfolgung kann beispielsweise autonom, durch Fernsteuerung oder eine Kombination, also durch teilautonome Steuerung, erfolgen.
Die erfindungsgemäße Bodenstation ermöglicht durch das automatische Aufladen und Wechseln der Drohnenbatterie einen voll- oder teilautonomen Echtzeiteinsatz der Drohne. Dadurch kann auf ein händisches Auswechseln oder Aufladen der Batterien durch den Menschen verzichtet werden. Darüber hinaus ist es möglich, mehrere der erfindungsgemäßen Bodenstationen in einem bestimmten Gebiet, z.B. in einem Raster innerhalb oder außerhalb eines zu schützenden Gebiets, zu platzieren und somit beispielsweise als Reaktion auf ein drohendes Eindringen eines Fluggeräts oder eine Kollision zeitnah und autonom einen Echtzeiteinsatz mittels mehrerer erfindungsgemäßer Drohnen durchzuführen. Die erfindungsgemäße wetterfeste Bodenstation kann dabei flexibel an einem beliebigen Ort positioniert werden und sorgt für eine permanente Bereitstellung der Drohne(n).
Der Begriff Batterie bezeichnet vorliegend jegliche Energiespeichereinheit, über welche das unbemannte Fluggerät mit Energie versorgt werden kann, insbesondere wiederaufladbare Akkumulatoren (Akkus). Der Begriff Fluggerät bezeichnet ferner jede Art von autonomen oder nichtautonomen unbemannten oder bemannten Fluggeräten. Dabei kann es sich insbesondere um eine Drohne handeln, wobei es sich bei dem die erste Kommunikationsvorrichtung tragenden Fluggerät nicht um die erfindungsgemäße Drohne handelt, sondern um ein externes Fluggerät bzw. eine Fremddrohne.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation ein Fundament umfasst, auf welchem der Sockel um eine vertikale Drehachse drehbar gelagert ist, wobei die Bodenstation eine Antriebseinheit zur Drehung des Sockels um die vertikale Drehachse und eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit umfasst. Dabei umfasst die Bodenstation ferner eine Wettermesseinrichtung, mittels welcher die momentane Windrichtung erfassbar ist, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, zur Minimierung von Windeinflüssen während eines Landevorgangs der Drohne den Sockel durch Drehung abhängig von der gemessenen Windrichtung auszurichten. Dadurch werden Windwiderstände minimiert, sodass die Drohne selbst bei schwierigen Wetterbedingungen, beispielsweise bei starkem Wind, sicher auf der Bodenstation landen kann und plötzlich auftretende Windböen keinen Schaden am Fluggerät verursachen können. Der Sockel richtet sich dabei automatisch gemäß der aktuellen Windrichtung aus.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation einen Windblocker aufweist, wobei die Ausrichtung des Sockels durch die Steuereinheit zur Minimierung des Windeinflusses auf die Drohne derart erfolgt, dass der Windblocker entgegen der Windrichtung ausgerichtet ist. Der Windblocker kann durch die Abdeckung selbst gebildet werden, welche sich beispielsweise für eine maximale Abschirmwirkung vertikal oder im Wesentlichen vertikal ausrichtet. Alternativ oder zusätzlich kann ein separates Windstoppelement vorgesehen sein, welches einen Teil des Windblockers bildet oder diesen darstellt. Ferner kann vorgesehen sein, dass nicht nur die Ausrichtung des gesamten Sockels, sondern auch die Ausrichtung bzw. Stellung des Windblockers relativ zum Sockel von der gemessenen Windrichtung und/oder -stärke abhängt. Hierfür kann ein eigener Aktuator vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drohne mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei Landeschienen und der Sockel der Bodenstation mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei trichterförmige Aufnahmen zur Aufnahme der Landeschienen der Drohne aufweist, wobei die Aufnahmen vorzugsweise eine negative Krümmung aufweisen und negativ gekrümmte Integralflächen bilden. Diese Formgebung ermöglicht eine zuverlässige Aufnahme der Landeschienen der Drohne bei der Ladung selbst bei kritischen Windverhältnissen. Die Landeschienen sind so ausgebildet, dass sie beim Landen präzise in die entsprechenden Aufnahmen eingleiten. Die Aufnahmen sind insbesondere trichterförmig ausgebildet und laufen jeweils auf einen Fußpunkt bzw. Boden zu. Dadurch kann die Drohne nach einem Einsatz und/oder zum Wechseln der Batterie punktgenau und autonom an der Bodenstation andocken bzw. auf dem Sockel landen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass an den Böden bzw. Fußpunkten der Aufnahmen jeweils ein Abfluss bzw. eine Abflussöffnung vorgesehen ist, über welchen sich in der Aufnahme ansammelnde Flüssigkeit, beispielsweise eindringendes Regenwasser, abfließen kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Böden bzw. Fußpunkte der Aufnahmen im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet sind oder eine im Wesentlichen halbkugelförmige Aufnahme umfassen, wobei die Enden bzw. Füße der Landeschienen der Drohne entsprechend bzw. komplementär dazu ausgebildet sind, insbesondere ballig. Durch das Zusammenwirken der halbkugelförmigen Böden bzw. Aufnahmen und der Enden der Landeschienen wird die Drohne am Sockel präzise positioniert.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine der Aufnahmen, vorzugsweise alle Aufnahmen, ein im Bereich des Bodens angeordnetes Federelement, beispielsweise einen Federring, aufweist, welches so ausgebildet ist, dass der Fuß einer Landeschiene der Drohne beim Landen das Federelement kontaktiert, wodurch das Andocken bzw. Eingleiten der Drohne an die Bodenstation gedämpft wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine der Aufnahmen, vorzugsweise alle Aufnahmen, ein im Bereich des Bodens angeordnetes Fixierelement aufweist, in welches das Ende bzw. der Fuß einer Landeschiene reversibel einbringbar, insbesondere einrastbar oder einklickbar, ist, sodass die Drohne nach dem Andocken an die Bodenstation am Sockel präzise positioniert und fixiert ist. Das Fixierelement kann ein Federelement, beispielsweise eine Blattfeder, umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fixierelement einen Verriegelungsmechanismus umfasst, welcher die Landeschiene der Drohne nach Einbringen in das Fixierelement in der Aufnahme verriegelt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine der Aufnahmen, vorzugsweise das Fixierelement, eine Notenergieversorgungseinrichtung aufweist, welche mit der Energieversorgungseinrichtung verbunden ist und mittels welcher die Drohne, insbesondere mindestens eine der Landeschienen der Drohne, während des Auswechselns der Batterie bei Kontakt mit der Aufnahme bzw. dem Fixierelement und/oder induktiv mit Energie versorgbar ist.
Über die Notenergieversorgungseinrichtung kann die Energieversorgung der Drohne während des Wechselns der Batterie oder einer Wartung der Drohne aufrechterhalten werden, sodass eine Neuinitialisierung der Elektronik der Drohne nicht erforderlich ist. Dies ist vorteilhaft, da durch eine Neuinitialisierung beispielsweise die Flugkoordinaten neu eingegeben bzw. übermittelt werden müssten und zudem während des Start-, bzw. Initialisierungsvorgangs typischerweise keine Einsatzfunktionalität der Drohne zur Verfügung steht. Dadurch wird wertvolle Zeit zum Hoch- und Herunterfahren des Systems gespart. Somit wird durch die Notenergieversorgungseinrichtung ein sofortiger weiterer Einsatz der Drohne nach dem Batteriewechsel bzw. nach der Wartung gewährleistet.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation eine Reinigungsvorrichtung zur automatischen Reinigung der mindestens einen Luftschraube der Drohne umfasst. Die Reinigungsvorrichtung kann mit einer Flüssigkeit und/oder einem Gas operieren. Dadurch können beispielsweise Insekten, Schmutz oder sonstige Umwelteinflüsse entfernt werden, welche den Wirkungsgrad der Drohne bzw. der Luftschrauben deutlich herabsetzen können. Idealerweise findet die Reinigung automatisch statt, beispielsweise jedes Mal, wenn die Drohne an den Sockel andockt, oder nur zu bestimmten Zeitpunkten, z.B. nach einer definierten Anzahl an Landungen oder wenn ein entsprechend vorzusehender Sensor eine Verschmutzung feststellt. Die Reinigungsvorrichtung ist vorzugsweise in die Abdeckung integriert bzw. an dieser montiert.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drohne eine Steuerung umfasst, welche eingerichtet ist, die Motoren der Luftschrauben bei einem Landevorgang auf der Bodenstation zu kontrollieren und insbesondere bei Erreichen eines definierten Abstands und/oder einer definierten Orientierung zum Sockel abzuschalten. Die Abschaltautomatik wird aktiviert, wenn die Höhe der Drohne über dem Sockel bzw. die Höhe der Füße der Landeschienen über den Böden der Aufnahmen einen bestimmten Wert, beispielsweise eine Höhe von einigen Zentimetern, unterschreitet.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fundament der Bodenstation mindestens drei höhenverstellbare Füße umfasst, mittels welchen der Sockel horizontal ausrichtbar ist. Es kann hierfür ein Sensor vorgesehen sein, welcher die Ausrichtung des Sockels misst, wobei die Füße Aktuatoren umfassen, welche die Höhenverstellung abhängig von der gemessenen Ausrichtung automatisch vornehmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Höhenverstellung manuell vornehmbar sein. Die Bodenstation kann hierfür eine Libelle zur optischen Assistenz bei der horizontalen Ausrichtung aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation mindestens eine vorzugsweise an der Abdeckung und/oder an der äußeren Hülle der Bodenstation angeordnete Solarzelle aufweist, welche mit der Energieversorgungseinrichtung und/oder einem Energiespeicher und/oder der Batteriewechselvorrichtung verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation ein Stromerzeugungsaggregat, insbesondere Notstromaggregat, zur Versorgung der Energieversorgungseinrichtung und/oder eines Energiespeichers mit Energie umfasst. Dadurch wird ein längerer Einsatz der Bodenstation an einem Ort fern von Energieversorgungsquellen ermöglicht. Das Stromerzeugungsaggregat kann eingerichtet sein, einen Energiespeicher bzw. eine Batterie der Bodenstation automatisch aufzuladen, beispielsweise bei niedriger Spannung der Batterie bzw. des Energiespeichers.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation ein Leuchtmittel zur Assistenz der Drohne beim Anflug bzw. beim Landen umfasst. Dabei kann es sich um ein Landelicht handeln, welches sichtbares Licht aussendet, um die Drohne oder einen die Drohne steuernden Bediener visuell beim Landeanflug zu assistieren, was insbesondere bei schlechten Sichtverhältnissen oder bei einem Ausfall elektronischer Komponenten hilfreich ist. Es kann dabei vorgesehen sein, dass sich das Landelicht automatisch in Richtung der anfliegenden Drohne ausrichtet. Ebenfalls ist es möglich, dass das Leuchtmittel Licht im nicht-sichtbaren Bereich, beispielsweise Infrarotlicht, aussendet, welches von einem entsprechenden Sensor oder einer Kamera der Drohne empfangen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation eine Überwachungsvorrichtung aufweist, welche eine oder mehrere Kameras und/oder einen oder mehrere Sensoren umfasst. Die Überwachungsvorrichtung kann beispielsweise zur Sichtprüfung oder der Überwachung der Bodenstation auf Sabotage oder sonstige Manipulation eingesetzt werden. Zusätzlich kann die Bodenstation eine Alarmanlage aufweisen, welche bei Sabotage oder Manipulation ein optisches und/oder akustisches Warnsignal ausgibt und/oder ein Signal an die Recheneinheit und/oder eine externe Zentrale abgibt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation und/oder die Drohne wenigstens einen Sensor zur Messung von Umgebungsparametern, insbesondere Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Windstärke, Entfernung über Grund und/oder Oberflächenparametern zur Berechnung einer Fallgeschwindigkeit aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung bzw. Lüftungsvorrichtung aufweist. Dadurch kann die Bodenstation bzw. bestimmte Komponenten vor übermäßiger Kälte oder Hitze geschützt werden, sodass ein autarker Einsatz selbst bei extremen Wetterverhältnissen möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine batteriebetriebene Notfalldrohne vorgesehen ist, welche in der Luft mit der Drohne lösbar koppelbar ist und mindestens eine wiederaufladbare Ersatzbatterie umfasst. Die Drohne und die Notfalldrohne sind dabei eingerichtet, in einem in der Luft gekoppelten Zustand einen Batteriewechsel der Drohne durchzuführen, bei dem eine Batterie der Drohne durch die Notfalldrohne aufgenommen und eine Ersatzbatterie in einen Batterieaufnahmeschacht der Drohne eingebracht wird. Bei besagtem Batterieaufnahmeschacht der Drohne kann es sich um den Batterieaufnahmeschacht der Batteriewechselvorrichtung oder um einen eigenen Batterieaufnahmeschacht für den Wechsel mittels der Notfalldrohne handeln, welcher speziell für den On-Air-Batteriewechsel vorgesehen ist. Mittels der Notfalldrohne kann also ein Batteriewechsel der Drohne in der Luft durchgeführt werden, ohne dass die Drohne auf einer Bodenstation landen muss. Dadurch kann beispielsweise ein laufender Einsatz direkt und ohne signifikante Verzögerung fortgesetzt werden. Auch lässt sich die Reichweite der Drohne dadurch erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drohne eine Notfalldrohnenaufnahme zur lösbaren Aufnahme eines Teils der Notfalldrohne aufweist, wobei die Notfalldrohnenaufnahme Arretiermittel zur reversiblen Arretierung der Notfalldrohne an der Drohne umfasst. Dadurch lassen sich die Notfalldrohne und die Drohne in der Luft für einen On-Air-Batteriewechsel miteinander lösbar koppeln. Die Arretierung findet vorzugsweise automatisch statt, beispielsweise bei Unterschreiten eines bestimmten Abstands. Die Notfalldrohnenaufnahme der Drohne kann konisch ausgebildet sein, um das Andocken der Notfalldrohne über einen komplementär dazu ausgebildeten konischen Teil, beispielsweise ein Gestell, der Notfalldrohne zu erleichtern. Bei dem Arretiermittel kann es sich um ein Kugelgelenk handeln, welches Arretierstifte bzw. Passstifte mit Federelementen, z.B. Kugelfedern, umfasst, welche durch Drehung einrasten und die Notfalldrohne an der Drohne reversibel fixieren. Die Arretierstifte bzw. Passstifte können servogesteuert sein.
Die exakte Positionierung der Notfalldrohne relativ zur Drohne kann durch einen oder mehrere Sensoren, beispielsweise durch optische Sensoren oder eine reflektorgesteuerte Messtechnik zur Entfernungs- und/oder Winkelmessung, mit autonomer Lagekorrektur erfolgen. Dadurch kann die Annäherung und/oder der On-Air-Batteriewechsel autonom vorgenommen werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Notfalldrohne eine Ersatzbatteriewechselvorrichtung umfasst, mittels welcher die mindestens eine Ersatzbatterie automatisch in einen Ersatzbatterieaufnahmeschacht der Drohne einbringbar und aus diesem aufnehmbar ist, wobei es sich bei dem Ersatzbatterieaufnahmeschacht um den Batterieaufnahmeschacht der Batteriewechselvorrichtung oder einen eigenständigen Aufnahmeschacht der Drohne handelt. Die Ersatzbatteriewechselvorrichtung ist vorzugsweise nahe dem Schwerpunkt der Notfalldrohne angeordnet. Insbesondere sind zwei Ersatzbatteriewechselvorrichtungen vorgesehen, sodass der On-Air-Batteriewechsel an mindestens zwei Punkten der Drohne nahe ihrem Schwerpunkt durchgeführt wird. Durch einen Motor wird die Ersatzbatterie von der Notfalldrohne an die zu versorgende Drohne übergeben, während gleichzeitig die verbrauchte Batterie der Drohne entnommen wird. Die Notfalldrohne kann ferner eine eigene Notfallenergieversorgungsvorrichtung umfassen, um die Drohne während des On-Air-Batteriewechsels mit Energie zu versorgen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Notfalldrohnenbodenstation vorgesehen ist, an welche die Notfalldrohne andockbar ist, wobei mittels der Notfalldrohnenbodenstation die Batterie und/oder die Ersatzbatterie der Notfalldrohne austauschbar und aufladbar ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine erfindungsgemäße Bodenstation.
Bei der Notfalldrohne kann es sich um ein eigens für diesen Zweck konzipiertes unbemanntes Fluggerät handeln. Alternativ kann es sich auch um eine der erfindungsgemäßen Drohnen handeln, die speziell für den Einsatz als Notfalldrohne eingerichtet ist. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass mehrere erfindungsgemäße Drohnen vorgesehen sind, wobei alle Drohnen gleichzeitig für den Einsatz als Notfalldrohne ausgestattet sind, d.h. jede der Drohnen kann als Notfalldrohne einen On-Air-Batteriewechsel einer der anderen erfindungsgemäßen Drohnen vornehmen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bodenstation und die Drohne jeweils eine Kommunikationsvorrichtung zur drahtlosen Kommunikation miteinander aufweisen. Die Drohne kann dadurch beispielsweise Koordinaten zur Verfolgung eines Ziels von der Bodenstation erhalten. Umgekehrt kann die Drohne die aktuelle Position, Sensordaten, mittels Kameras aufgenommene Bilder oder sonstige Informationen an die Bodenstation übermitteln.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Luftschrauben der Drohne mittels eines Klick-Wechselsystems wechselbar sind. Dadurch ist ein Austausch der Luftschraube schnell und unkompliziert durchführbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass Die Motoren der Luftschrauben der Drohne eine wasserdichte Hülle aufweisen. Vorzugsweise weist die gesamte Drohne eine wasserdichte Hülle auf. Somit kann die Drohne bei nahezu jeder Wetterlage eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Motoren der Luftschrauben der Drohnen eine Kühlvorrichtung, insbesondere eine oder mehrere Kühllamellen, ausweisen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drohne eine Abfangvorrichtung aufweist, mittels welcher Objekte bzw. Fluggeräte in der Luft abfangbar sind. Die Abfangvorrichtung umfasst vorzugsweise eine pyrotechnische Vorrichtung, mittels welcher ein Abfangmittel, beispielsweise ein Abfangnetz, auslösbar bzw. abschießbar ist. Dadurch lässt sich die Drohne nicht nur zur Überwachung und Verfolgung, sondern auch zum Stoppen von Fluggeräten einsetzen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drohne über ein Luftrettungssystem verfügt, vorzugsweise über einen Fallschirm, welches durch eine pyrotechnische Vorrichtung auslösbar bzw. aktivierbar ist. Eine vorherige Notabschaltung der Luftschrauben wird beim Auslösen des Luftrettungssystems automatisch durchgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drohne eine Warnvorrichtung aufweist, mittels welcher ein optisches und/oder akustisches Warnsignal zur Erzwingung einer Landung oder eines Abdrehens eines in der Luft befindlichen Objekts bzw. Fluggeräts abgebbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drohne ein Positionserfassungsmittel, insbesondere GPS-Modul, aufweist, mittels welchem die aktuelle Position der Drohne erfassbar und an die Kommunikationsvorrichtung der Bodenstation und/oder an die Recheneinheit übermittelbar ist. Auf der Grundlage der aufgezeichneten Positionsdaten der Drohne wird vorzugsweise eine Strecken- bzw. Flugroutenaufzeichnung der Drohne vorgenommen und die entsprechenden Daten gespeichert. Gleichzeitig können georeferenzierte Geländeinformationen aufgezeichnet und gespeichert werden, beispielsweise auf Grundlage von oder in Kombination mit Sensordaten und/oder Kameraaufnahmen der Drohne. Alternativ oder zusätzlich werden auch Flugrouten der mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräte aufgezeichnet und gespeichert, ebenfalls vorzugsweise zusammen mit georeferenzierten Geländeinformationen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste und/oder zweite Kommunikationsvorrichtung eine integrierte SIM-Karte umfasst, mittels welcher Daten an die Recheneinheit und/oder das Visualisierungsmittel übermittelbar sind. Bei einem System mit mehreren Drohnen werden alle von den Drohnen übermittelten Daten zentral ausgewertet und gespeichert und dem Visualisierungsmittel zur Verfügung gestellt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die von der ersten Kommunikationsvorrichtung übermittelten positionsbezogenen Daten neben der Position auch das Fluggerät betreffende Informationen umfassen, welche insbesondere eine Identifikation des Fluggeräts und vorzugsweise des Eigentümers erlauben. Dadurch ist es möglich, mittels des erfindungsgemäßen Systems eine lückenlose Dokumentation von Flugbahnen von unbemannten oder bemannten Fluggeräten vorzunehmen und deren Positionen sowie Eigentümer zu erfassen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Recheneinheit eingerichtet ist, auf Grundlage der positionsbezogenen Daten des mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgerüsteten Fluggeräts eine Flugroute, insbesondere eine zu erwartende Flugroute, zu berechnen, wobei das Visualisierungsmittel eingerichtet ist, bei einer drohenden Kollision mehrerer jeweils mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteter Fluggeräte eine Warnung auszugeben. Die positionsbezogenen Daten der Fluggeräte werden durch die Recheneinheit zentral ausgewertet und entsprechende Flugrouten erstellt, welche dem Visualisierungsmittel zur Verfügung gestellt werden. Dadurch lassen sich Kollisionen mehrerer Fluggeräte sowie ein Eindringen bzw. unerlaubtes Annähern eines Fluggeräts an ein gesperrtes Gebiet frühzeitig erkennen und eine entsprechende Warnung ausgeben. In Reaktion darauf kann eine Verfolgung oder ein Abfangen des Fluggeräts bzw. der Fluggeräte mit einer oder mehreren erfindungsgemäßen Drohnen erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Recheneinheit Daten bezüglich für Fluggeräte gesperrte räumliche Bereiche hinterlegt sind und/oder dass mittels eines Eingabemittels Daten bezüglich für Fluggeräte gesperrte räumliche Bereiche in der Recheneinheit hinterlegt werden können, wobei das Visualisierungsmittel eingerichtet ist, bei einem drohenden Eindringen eines mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräts in einen für Fluggeräte gesperrten räumlichen Bereich eine Warnung auszugeben.
Bei der Recheneinheit kann es sich um einen PC, ein mobiles Gerät wie beispielsweise ein Smartphone oder ein Rechnernetz wie z.B. eine Cloud handeln. Bei dem Visualisierungsmittel kann es sich um ein Computerprogramm oder eine Smartphone-App handeln. Das Visualisierungsmittel kann auch eine physische Anzeige, beispielsweise ein Display, bezeichnen, oder es kann für ein Programm / App in Kombination mit einer physischen Anzeige stehen. So kann das erfindungsgemäße System beispielsweise einen zentralen Rechner vorsehen, welcher die erfindungsgemäße Recheneinheit darstellt, welcher mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung verbunden ist oder diese umfasst.
Die Recheneinheit empfängt und verarbeitet alle von den jeweiligen ersten Kommunikationsvorrichtungen übermittelten positionsbezogenen Daten der Fluggeräte und stellt diese dem Visualisierungsmittel zur Verfügung. Hierfür kann eine Smartphone-App vorgesehen sein, mittels welcher sich die Positionen bzw. Flugrouten der Fluggeräte in einem bestimmten, insbesondere frei wählbaren, Umkreis anzeigen lassen. Die App kann vorzugsweise eine Warnung, beispielsweise ein akustisches und/oder optisches Warnsignal, ausgeben, falls eine Kollision mehrerer Fluggeräte oder ein Eindringen in einen gesperrten Bereich droht. Vorteilhafterweise lassen sich durch die App auch die Bodenstationen bzw. Drohnen steuern bzw. aktivieren, beispielsweise um einen Abfang- oder Verfolgungseinsatz zu starten. Idealerweise erfolgt die Verfolgung bzw. das Abfangen der Fluggeräte mittels der mindestens einen erfindungsgemäßen Drohne allerdings automatisch bzw. autonom, zumindest teilautonom. Anstelle von der oder zusätzlich zur App kann ein Computerprogramm vorgesehen sein, welches dieselben Funktionen aufweist und auf einem PC läuft.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Übermittlung der positionsbezogenen Daten durch die erste an die zweite Kommunikationsvorrichtung über ein Handy-Funknetz erfolgt, beispielsweise über GSM-, UMTS-, LTE- und/oder 5G. Die Daten werden dem Visualisierungsmittel bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Übermittlung der positionsbezogenen Daten durch die erste Kommunikationsvorrichtung an die zweite Kommunikationsvorrichtung per WLAN-Signal, insbesondere bei einer Frequenz von 2,4 und/oder 5 GHz, erfolgt. Dies soll insbesondere dann der Fall sein, falls kein Handy-Netz zur Übermittlung zur Verfügung steht oder die Verbindung abreißt. In einem solchen Fall kann zusätzlich oder alternativ zur Übermittlung per WLAN-Signal auch eine Funk-Übertragung per Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) und/oder Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) vorgesehen sein. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Signalübertragung zu jedem Zeitpunkt möglich ist.
Bei der zweiten Kommunikationsvorrichtung kann es sich um die integrierte Kommunikationseinrichtung eines Smartphones handeln, sodass eine direkte Kommunikation zwischen der ersten Kommunikationsvorrichtung und dem Smartphone per Handy-Netz erfolgt. Alternativ kann es sich bei der zweiten Kommunikationsvorrichtung um eine separate, im terrestrischen Bereich eingesetzte Kommunikationseinrichtung handeln, welche die Signale der ersten Kommunikationsvorrichtung per Handy-Netz empfangen kann. Die zweite Kommunikationsvorrichtung kann zusätzlich für einen Empfang und/oder ein Senden von Signalen per WLAN-Signal und/oder DSSS / FHSS eingerichtet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Kommunikationsvorrichtung die von der ersten Kommunikationsvorrichtung empfangenen Daten an das Smartphone per Bluetooth oder WLAN übermittelt bzw. weiterleitet. Das erfindungsgemäße System kann sowohl ein das Visualisierungsmittel umfassendes mobiles Gerät wie beispielsweise ein Smartphone und eine externe zweite Kommunikationsvorrichtung umfassen, wobei die Kommunikation zwischen der ersten Kommunikationsvorrichtung und dem mobilen Gerät vorzugsweise über ein Handy-Funknetz erfolgt. Falls Letzteres nicht zur Verfügung steht oder die Verbindung abreißt, kann hilfsweise eine Datenübertragung von der ersten an die zweite Kommunikationsvorrichtung per WLAN-Signal oder DSSS / FHSS erfolgen, woraufhin die zweite Kommunikationsvorrichtung die Daten an das mobile Gerät weiterleitet, beispielsweise per WLAN-Verbindung oder Bluetooth. Dadurch stehen dem mobilen Gerät und damit dem Visualisierungsmittel / der App die positionsbezogenen Daten des Fluggeräts bzw. der Fluggeräte auch ohne Handyempfang zur Verfügung. Anstelle des mobilen Geräts oder zusätzlich dazu kann ein das Visualisierungsmittel umfassender Rechner / PC vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drohne eingerichtet ist, auf Grundlage der von der dritten Kommunikationsvorrichtung empfangenen positionsbezogenen Daten bezüglich eines mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräts das Fluggerät autonom zu verfolgen und/oder die aktuelle Position des Fluggeräts anzusteuern. Dadurch ist ein autonomer oder teilautonomer Echtzeiteinsatz der Drohne(n) möglich, welche als Air-Hunter fungiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Drohne zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen System zur Luft- und Kollisionsüberwachung sowie eine Bodenstation für eine erfindungsgemäße Drohne. Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für das erfindungsgemäße Luft- und Kollisionsüberwachungssystem, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird. Die obigen Ausführungen hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Luft- und Kollisionsüberwachungssystems gelten daher entsprechend.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

1: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bodenstation mit geöffneter Abdeckung in einer Draufsicht;
2: die Bodenstation gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht;
3: ein Ausführungsbeispiel der Batteriewechselvorrichtung der erfindungsgemäßen Bodenstation in einer schematischen Draufsicht;
4: ein Ausführungsbeispiel des Batterieaufnahmeschachts der erfindungsgemäßen Drohne mit eingelegter Batterie in einer schematischen Ansicht;
5: einen zentralen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Bodenstation bei geschlossenem Deckel in einer Seitenansicht;
6: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drohne in einer perspektivischen Ansicht;
7: einen seitlichen Querschnitt durch den Boden einer Aufnahme des Sockels der erfindungsgemäßen Bodenstation mit eingeklickter Landeschiene einer erfindungsgemäßen Drohne gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8: die Luftschraube eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Drohne in einer perspektivischen Ansicht;
9a: eine schematische Darstellung des Kopplungsprinzips der erfindungsgemäßen Drohne und der erfindungsgemäßen Notfalldrohne bei einem On-Air-Batteriewechsel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht; und
9b: eine schematische Darstellung des Kopplungsprinzips der erfindungsgemäßen Drohne und der erfindungsgemäßen Notfalldrohne bei einem On-Air-Batteriewechsel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht.

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bodenstation 10 in einer Draufsicht gezeigt. Eine perspektivische Ansicht der Bodenstation 10 ist in der 2 und ein seitlicher Schnitt durch die Bodenstation 10 ist in der 5 dargestellt.
Die Bodenstation 10 umfasst einen Sockel 12 mit einer mittig platzierten zentralen Ausnehmung 24 sowie vier um die zentrale Ausnehmung 24 angeordnete Aufnahmen 18, welche sich nach unten verjüngen und im Wesentlichen elliptisch und trichterförmig mit negativ gekrümmten Integralflächen ausgebildet sind. Ferner umfasst die Bodenstation 10 eine Abdeckung 14, welche in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Klappen besteht, die sich zum Öffnen mittels Motoren 38 nach außen verschwenken lassen und umgekehrt. Durch die dicht abschließende Abdeckung 14 ist die Bodenstation 10 inklusive aller Komponenten vor Wettereinflüssen geschützt und kann an beliebigen Orten, auch unter freiem Himmel, platziert werden.
Die Aufnahmen 18 dienen der Aufnahme des Landegestells 52 der erfindungsgemäßen Drohne 50, welche in der 6 als ein Ausführungsbeispiel perspektivisch dargestellt ist. Das Landegestell 52 der Drohne 50 umfasst vier Landeschienen 58, welche im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind wie die vier Aufnahmen 18 des Sockels 12 der Bodenstation 10. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Sockels 12 und der Aufnahmen 18 ermöglicht ein punktgenaues Landen der Drohne 50, indem beim Landen die Landeschienen 58 in die jeweiligen sich verjüngenden Aufnahmen 18 gleiten. Durch die trichterförmige Ausgestaltung der Aufnahmen 18 bzw. durch die negativ gekrümmten Integralflächen wird eine punktgenaue Landung der Drohne 50 auch dann erreicht, wenn deren Position und Ausrichtung relativ zum Sockel 12 abweicht, beispielsweise aufgrund von schwierigen Wetterbedingungen wie starkem Wind oder Ungenauigkeiten bei der Positionsbestimmung.
Der Sockel 12 ist auf einem Fundament 1 um eine vertikale Drehachse drehbar gelagert und mit diesem über eine motorgetriebene Drehlagerung 3 verbunden. Eine Antriebseinheit (nicht gezeigt) dient der Drehung des Sockels 12 relativ zum Fundament 1. An der Abdeckung 14 der Bodenstation 10 ist eine Wettermesseinrichtung 7 in Form mehrerer Sensoren 7 angeordnet, mit welcher sich die momentane Windrichtung und vorzugsweise die momentane Windstärke bestimmen lässt. Ferner umfasst die Bodenstation 10 eine Steuerung, welche die Signale der Wettermesseinrichtung 7 auswertet und in Abhängigkeit der Signale die Antriebseinheit derart ansteuert, dass sich der Sockel 12 abhängig von der aktuellen Windrichtung ausrichtet / dreht.
Um die Windeinflüsse auf eine sich der Bodenstation 10 zum Zwecke einer Landung nähernde Drohne 50 zu minimieren, werden die Abdeckungen 14 der Bodenstation 10 geöffnet und vertikal ausgerichtet, sodass sie als Windblocker fungieren. In der 2 ist eine der hierfür aufgerichteten Abdeckungshälften 14 gestrichelt dargestellt. Die Steuerung richtet den Sockel 12 mitsamt der Abdeckung 14 derart aus, dass die Abdeckung 14 stets gegen den Wind ausgerichtet ist, um den Windeinfluss auf die Landezone zwischen den aufgestellten Abdeckungen 14 zu minimieren. Dadurch kann die Drohne 50 selbst bei schwierigen Windverhältnissen sicher landen und plötzlich auftretende Windböen können keinen Schaden an der Drohne 50 beim Andocken verursachen. Dies wird neben der automatischen Ausrichtung auch durch die spezielle Form der Aufnahmen 18 ermöglicht.
Das Fundament 1 weist mindestens drei höhenverstellbare Füße 2 auf, mittels welchen der Sockel 12 horizontal ausgerichtet werden kann. Dies kann manuell beim Installieren der Bodenstation 10 erfolgen. Hierfür ist am Fundament eine Libelle 9 zur Überprüfung der Ausrichtung des Fundaments vorgesehen.
An den Innenseiten der Abdeckungen 14 der Bodenstation 10 sind Reinigungsvorrichtungen 15 angebracht, mittels welchen sich die Luftschrauben der angedockten Drohne 50 automatisch von Verunreinigungen wie Schmutz oder Insekten befreien lassen. Ferner umfasst der Sockel 12 der Bodenstation 10 mehrere Landelichter 4, welche ein manuelles Landen der Drohne 50 bei schlechter Sicht oder bei einem Ausfall elektronischer Komponenten ermöglichen. Die wetterfeste Bodenstation 10 ist zusätzlich mit einer Kamera 8 zur Sichtprüfung und mit einer Alarmanlage gegen Sabotage, welche einen oder mehrere Sensoren 6 umfasst, versehen.
Die Bodenstation 10 umfasst ferner eine Batteriewechselvorrichtung 16, welche in den Sockel 12 integriert ist. Die Batteriewechselvorrichtung 16 umfasst ein von einem Motor 34 angetriebenes Rundmagazin 26, welches über eine Öffnung mit der zentralen Ausnehmung 24 verbunden ist, und welches vier Aufnahmeeinheiten 28 aufweist, in denen jeweils eine wiederaufladbare Batterie 20 für die Drohne 50 aufgenommen bzw. gelagert werden kann. Eine Draufsicht auf die Batteriewechselvorrichtung 16 ist in der 3 gezeigt, während die 5 einen Querschnitt durch die Mitte des Sockels 12 der Bodenstation 10 zeigt, sodass die Vorderseite des mit der zentralen Ausnehmung 24 durch eine Öffnung verbundenen Rundmagazins 26 mit den vier Aufnahmeeinheiten 28 zu sehen ist.
Jeweils eine Aufnahmeeinheit 28 des Rundmagazins 26 befindet sich in einer Wechselposition (beispielsweise die obere in der 5 dargestellte Aufnahmeeinheit 28), in der eine darin gelagerte Batterie 20 in den Batterieaufnahmeschacht 54 der Drohne 50 geschoben werden kann. Umgekehrt kann eine sich in dem Batterieaufnahmeschacht 54 der Drohne 50 befindliche zu wechselnde Batterie 20 von der Aufnahmeeinheit 28 in der Wechselposition aufgenommen werden. Die Positionen der verschiedenen Aufnahmeeinheiten 28 können durch eine Drehung des Rundmagazins 16 automatisch gewechselt werden, sodass jede der Aufnahmeeinheiten 28 in die Wechselposition verbracht werden kann.
Mittels der Batteriewechselvorrichtung 16 können die in den jeweiligen Aufnahmeeinheiten 28 befindlichen Batterien 20 aufgeladen werden. Dazu umfasst die erfindungsgemäße Bodenstation 10 eine Energieversorgungseinrichtung 13 (nicht dargestellt), welche neben der Energie für die Aufladung der wiederaufladbaren Batterien 20 der Drohne 50 auch die Energieversorgung der übrigen Energieverbraucher der Bodenstation 10 übernimmt. Dabei handelt es sich insbesondere um einen Energiespeicher. Es kann vorgesehen sein, dass sich über elektrische Kontakte (nicht dargestellt) an den Aufnahmeeinheiten 28 selbst oder am Sockel 12 an den jeweiligen Positionen der Aufnahmeeinheiten 28 die darin gelagerten Batterien 20 aufladen lassen, sodass diese nach vollständigem Laden wieder über die Wechselposition in die Drohne 50 eingebracht werden können. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Ladepositionen der Aufnahmeeinheiten 28 vorgesehen sind, in denen die Batterien 20 aufgeladen oder zum Aufladen in einer separaten Ladevorrichtung im bzw. am Sockel 12 abgelegt werden können.
Über an der Abdeckung 14 außen angeordnete Solarzellen 5 wird die Energieversorgungseinrichtung 13 mit Solarenergie versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung kann ferner über eine permanente Leitung mit einer externen Energiequelle verbunden sein. Darüber hinaus weist die Bodenstation ein Notstromaggregat 25 auf, mittels welchem die Energieversorgungseinrichtung 13 mit Energie versorgt bzw. aufgeladen werden kann, falls die Energiezufuhr unterbrochen wird oder falls bei einem Einsatz fernab von Energiequellen keine permanente Verbindung zu einer externen Energiequelle zur Verfügung steht. Dadurch kann die Bodenstation 10 auch an entlegenen Orten eingesetzt werden. Insbesondere umfasst die Energieversorgungseinrichtung einen Energiespeicher, wobei das Notstromaggregat 25 automatisch bei einer niedrigen Spannung des Energiespeichers aktiviert wird, um diesen aufzuladen.
Wie in der 3 dargestellt, weist die Batteriewechselvorrichtung 16 ferner einen als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführten Aktuator 30 auf. Durch Ausfahren des Aktuators 30 wird eine Batterie 20, welche in der Aufnahmeeinheit 28 gelagert ist, die sich in der Wechselposition befindet, automatisch in den Batterieaufnahmeschacht 54 einer an den Sockel 12 angedockten Drohne 50 geschoben. Darüber hinaus ist im Bereich der Batteriewechselvorrichtung 16 eine Kommunikationseinrichtung 32, eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung 36 und ein Motor 38 zum automatischen Öffnen und Schließen der Abdeckklappe(n) 14 angeordnet. Zusätzlich kann ein Signalverstärker und/oder ein GPS-Modul vorgesehen sein (nicht dargestellt).
In der 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Batterieaufnahmeschachts 54 der Drohne 50 dargestellt, in welchem sich eine Batterie 20 befindet, nachdem sie über den Aktuator 30 der Batteriewechselvorrichtung 16 eingeschoben wurde. Diese kann nach Gebrauch durch den Aktuator 56, welcher hier als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt ist, in Wechselwirkung wieder aus dem Batterieaufnahmeschacht 54 in die Aufnahmeeinheit 28 des Rundmagazins 26 geschoben werden. Die elektrische Anbindung der Batterie 20 an die Drohne 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel über Kugelfederkontakte 55 realisiert, während die Fixierung der Batterie 20 mittels Federklemmen (hier nicht dargestellt) erfolgt. Im Flugbetrieb wird die Batterie 20 zudem durch eine Verriegelung gesichert, welche über einen Servomotor 57 gesteuert wird.
Die Kommunikationseinrichtung 32 ist für das Senden und Empfangen von Signalen ausgelegt und ermöglicht eine drahtlose Kommunikation der Bodenstation 10 mit der Drohne 50, beispielsweise zum Übermitteln von Steuerbefehlen an die in der Luft befindliche Drohne 50 oder zum Empfangen von Daten, welche durch die Drohne 50 während eines Einsatzes aufgenommen wurden.
Jede Aufnahme 18 weist am Boden bzw. Fußpunkt ein halbkugelförmiges Fixierelement 64 auf, in welches beim Andocken der Drohne 50 jeweils das Ende bzw. der Fuß einer Landeschiene 58 eingleitet bzw. andockt. Dadurch wird das Landegestell 52 der Drohne 50 am Sockel in einer exakten Position fixiert. Das Fixierelement 64 umfasst einen Federring 65, um das Andocken / Eingleiten der Drohne 50 zu dämpfen bzw. abzufedern. Ein Ausführungsbeispiel des Fixierelements 64 ist in der 7 in einer seitlichen Querschnittsansicht dargestellt.
Jedes Fixierelement 64 umfasst einen Einrastmechanismus 66, welcher die Landeschiene 58 in der Aufnahme 18 bzw. im Fixierelement 64 reversibel verriegelt. Der Einrastmechanismus 66 weist bewegliche Elemente auf, welche durch Federelemente 67, beispielsweise Blattfedern, in die geschlossene Position vorgespannt sind. Beim Landen gleitet der Fuß der Landeschiene 58 in das Fixierelement 64 hinein und schiebt die beweglichen Elemente auseinander. In der verriegelten Position verhindert ein an der Landeschiene 58 angeordnetes Blockierelement, hier in Form eines nach außen abstehenden Keils mit nach unten weisender abgeschrägter und nach oben weisender gerader Seite, dass sich die Landeschiene 58 wieder aus dem Fixierelement 64 selbstständig löst. Es kann vorgesehen sein, dass zum Lösen des Einrastmechanismus 66, um die Drohne 50 wieder freizugeben, die beweglichen Elemente entgegen der Federspannung mittels eines Aktuators in eine Öffnungsposition verschoben werden, in der die Landeschiene 58 aus dem Fixierelement 64 entfernt werden kann. Die Positionierung der Drohne 50 ist durch den Einrastmechanismus 66 millimetergenau gegeben
Die Fixierelemente 64, welche sich in den Fußpunkten der Aufnahmen 18 befinden, weisen jeweils einen Abfluss 63 auf, mittels welchem beim Andocken der Drohne 50 eindringendes Regenwasser abgeleitet wird. Die wetterfeste Bodenstation 10 weist ferner eine Lüftungs- und Heizvorrichtung 36 auf und ist somit bei allen Wetterbedingungen einsatzbereit. Eine alternative Anordnung der Kommunikationseinrichtung 32 und der Lüftungs- und Heizvorrichtung 36 ist in der 5 gezeigt.
Nachdem beim Andocken der Drohne 50 eine bestimmte Höhe, beispielsweise eine Höhe von 5-10 cm über dem Fußpunkt, erreicht wurde, sorgt eine Abschaltautomatik der Drohne 50 für das kontrollierte Abschalten der Luftschrauben.
Mindestens eines der Fixierelemente 64 weist eine mit der Energieversorgungseinrichtung 13 elektrisch verbundene Notenergieversorgungseinrichtung 22 auf, welche durch induktive Stromversorgung über das Landegestell 52 die Notenergieversorgung der Drohne 50 während eines Batteriewechsels aufrechterhält. Das Landegestell 52 ist entsprechend elektrisch leitend ausgestaltet. Durch das Aufrechterhalten der Energieversorgung der Drohne 50 während des Batteriewechsels kann auf eine Neuinitialisierung verzichtet werden, so dass keine Einsatzdaten, wie beispielsweise ein vorab definierter Flugkorridor, verloren gehen und Zeit eingespart werden kann. Hierdurch wird wertvolle Zeit zum Hoch- und Herunterfahren des Systems eingespart. Ein sofortiger erneuter Einsatz nach der Wartung der Drohne 50 bzw. nach einem Batteriewechsel ist somit gewährleistet.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum autonomen Wechseln der Batterie 20 der erfindungsgemäßen Drohne 50 mittels der Batteriewechselvorrichtung 16 der erfindungsgemäßen Bodenstation 10 beschrieben. Zunächst landet die Drohne 50 auf dem Sockel 12 der Bodenstation 10. Durch die Notenergieversorgungseinrichtung 22 wird induktiv eine Energieversorgung der Drohne 50 hergestellt. Anschließend wird die Verriegelung / Abdeckung des Batterieaufnahmeschachts 54 geöffnet. Mittels des Aktuators 56 wird die zu wechselnde Batterie 20 aus dem Batterieaufnahmeschacht 54 in eine leere Aufnahmeeinheit 28 des Rundmagazins 26 geschoben, welche sich in der Wechselposition befindet. Während sich keine Batterie 20 in der Drohne 50 befindet, wird deren Energieversorgung über die Notenergieversorgungseinrichtung 22 von der Energieversorgungseinrichtung 13 der Bodenstation 10 aufrechterhalten. Nun dreht sich das Rundmagazin 26 um eine Einheit, sodass sich eine andere Aufnahmeeinheit 28, welche eine aufgeladene Batterie 20 enthält, in der Wechselposition befindet. Mittels des Aktuators 30 wird die aufgeladene Batterie 20 in den leeren Batterieaufnahmeschacht 54 der Drohne 50 geschoben, sodass nun wieder eine batteriebasierte Energieversorgung der Drohne 50 zur Verfügung steht. Die ausgewechselte leere Batterie 20 wird nun über die Batteriewechselvorrichtung 16 aufgeladen. Für einen weiteren Einsatz kann anschließend die Verriegelung / Abdeckung des Batterieaufnahmeschachts 54 geschlossen werden und die Drohne 50 vom Sockel 12 der Bodenstation 10 abheben.
In der 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Drohne 50 dargestellt, welche hier als Quadrocopter mit vier motorgetriebenen Luftschrauben ausgeführt ist. Die Drohne 50 weist ein Landegestell 52 mit vier Landeschienen 58 auf. Der Batterieaufnahmeschacht 54 der Drohne 50 befindet sich im zentralen unteren Bereich, welcher nach der Landung auf dem Sockel 12 der erfindungsgemäßen Bodenstation 10 von der zentralen Ausnehmung 24 aufgenommen ist. Die Drohne 50 ist für einen autonomen Einsatzbetrieb vorgesehen, beispielsweise für eine autonome Zielverfolgung über bewegte Bildpunkte wie Personen, Fahrzeuge oder Fluggeräte. Allerdings ist ein manuelles Steuern bzw. Eingreifen in den Betrieb der Drohne 50 jederzeit möglich. Die Drohne 50 weist vorzugsweise einen Durchmesser von über einem Meter auf, was hinsichtlich der Flugstabilität vorteilhaft ist, sowie eine Traglast von vorzugsweise über 20 kg. Die Drohne 50 weist ferner ein wasserdichtes Gehäuse auf.
Die 8 zeigt eine Luftschraube der erfindungsgemäßen Drohne 50. Der Motor der Luftschraube wird durch ein wasserdichtes bzw. wetterfestes Gehäuse 60 gegen Feuchtigkeit geschützt und kann somit bei nahezu jeder Wetterlage eingesetzt werden. Das Gehäuse 60 weist ferner mehrere Kühllamellen 61 auf. Die Luftschraube wird durch den unterhalb angeordneten Motor über eine Stange rotatorisch angetrieben. Die Stange weist Verbindungsmittel 62 in Form einer Klickverbindung auf. Durch das Klick-Wechselsystem 62 können die Luftschrauben der Drohne 50 einfach und schnell ausgetauscht werden.
Es sei angemerkt, dass die in den 5 und 6 gezeigten Anordnungen des Batterieaufnahmeschachts 54 und des Rundmagazins 26 nicht maßstabsgetreu sind, sondern lediglich schematisch der Veranschaulichung dienen. Selbstverständlich sind Batterieaufnahmeschacht 54 und Rundmagazin 26 so angeordnet, dass sie nach dem Andocken der Drohne 50 am Sockel 12 einander gegenüber liegen. Die genaue Anordnung kann je nach Ausführungsform variieren. So kann beispielsweise ein zwischen den Landeschienen 58 angeordnetes Batteriegestell 69 wie in der 9 gezeigt vorgesehen sein, welches mindestens einen Batterieaufnahmeschacht 76 umfasst.
Des Weiteren ist eine Notfalldrohne 70 vorgesehen, mittels welcher die bzw. eine Batterie 20 der Drohne 50 in der Luft gewechselt werden kann (sog. On-Air-Batteriewechsel). Die 9a zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drohne 50 und ein Ausführungsbeispiel einer sich daran von unten zum Zwecke eines On-Air-Batteriewechsels annähernden Notfalldrohne 70.
Die Notfalldrohne 70 weist im oberen Bereich ein Kopplungsteil mit einem Kugelgelenk 72 auf, welches zum Zwecke einer lösbaren Kopplung mit der Drohne 50 in ein entsprechendes Kopplungsteil (nicht dargestellt) im unteren Bereich der Drohne 50 in Eingriff kommt. Im Bereich des Kugelgelenks 72 sind mehrere servogesteuerte Passstifte mit Kugelfedern angeordnet, welche nach erfolgreicher Kopplung durch Drehung eine lösbare Verriegelung der Notfalldrohne 70 an der Drohne 50 herbeiführen.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Drohne 50 im unteren Bereich zwischen den Landeschienen 58 ein Batteriegestell 69 auf, welcher mindestens zwei Batterieaufnahmeschächte 76 umfasst. Die Notfalldrohne 70 weist eine Ersatzbatteriewechselvorrichtung 74 auf, mittels welcher eine Batterie 20 aus einem Batterieaufnahmeschacht 76 der Drohne 50 entnehmbar und eine von der Notfalldrohne 70 bereitgestellte, aufgeladene Ersatzbatterie in den Batterieaufnahmeschacht 76 einbringbar ist. In der 9a ist die Ersatzbatteriewechselvorrichtung 74 bzw. das Prinzip des Batteriewechsels schematisch dargestellt. Das Batteriegestell 69 und die Ersatzbatteriewechselvorrichtung 74 sind hier jedoch lediglich schematisch angedeutet und dienen der Veranschaulichung.
In diesem Ausführungsbeispiel sind mindestens zwei Ersatzbatteriewechselvorrichtungen 74 vorgesehen, wobei der On-Air-Batteriewechsel nahe dem Schwerpunkt der Drohne 50 durchgeführt wird. Durch einen Motor wird die geladene Batterie 20 der zu versorgenden Drohne 50 übergeben, während zeitgleich die bzw. eine verbrauchte Batterie 20 entnommen wird. Durch den Einsatz der Notfalldrohne 70 kann die Einsatzreichweite und -dauer der Drohne 50 drastisch erhöht werden.
Um die Energieversorgung der Drohne 50 im Flug während des Batteriewechsels aufrecht zu erhalten, werden die beiden Batterien 20 durch die beiden Ersatzbatteriewechselvorrichtungen 74 nacheinander gewechselt, sodass stets mindestens eine Batterie 20 für die Energieversorgung der Drohne 50 zur Verfügung steht. Alternativ oder zusätzlich, insbesondere falls nur eine einzige Ersatzbatteriewechselvorrichtung 74 vorgesehen ist, kann eine Notfalldrohnenenergieversorgungseinrichtung vorgesehen sein, welche über einen elektrischen Kontakt oder, wie bei der erfindungsgemäßen Bodenstation 10, durch induktive Energieübertragung der Drohne 50 Energie zur Verfügung stellt. Die entsprechenden Bauteile können im Bereich des Kugelgelenks 72 angeordnet sein.
Die 9b zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Notfalldrohne 70 und der Drohne 50 bei einem On-Air-Batteriewechsel, bei dem das Batteriegestell 69 an der Oberseite der Drohne 50 angeordnet ist. Die Ersatzbatteriewechselvorrichtung 74 der Notfalldrohne 70 befindet sich hier entsprechend an deren Unterseite. Des Weiteren weist die Notfalldrohne 70 mehrere als Passstifte ausgebildete Arretiermittel 73 auf welche nach erfolgreicher Kopplung eine lösbare Verriegelung der Notfalldrohne 70 an der Drohne 50 herbeiführen
Für die Notfalldrohne 70 ist eine eigene Notfalldrohnenbodenstation vorgesehen, mittels welcher die Batterien 20 der Notfalldrohne 70 sowie die der Drohne 50 entnommenen Batterien 20 aufgeladen werden können. Die Notfalldrohnenbodenstation ist vorzugsweise eine erfindungsgemäße Bodenstation 10.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Überwachung und Verhinderung von bzw. Warnung vor Kollisionen mit unbemannten oder bemannten Fluggeräten (nachfolgend: „Fluggerät“) wie beispielsweise Drohnen sowie dem Eindringen von Fluggeräten in gesperrte Gebiete bzw. Lufträume. Zu diesem Zweck umfasst das erfindungsgemäße Luft- und Kollisionsüberwachungssystem mindestens eine erste Kommunikationsvorrichtung, welche an einem Fluggerät angebracht werden kann oder an dem Fluggerät angebracht ist. Bei der ersten Kommunikationsvorrichtung handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um eine KVS-SE-Box (Kollisionsvermeidungssystem-Sender-Empfänger-Box), welche ein GPS-Modul zur Erfassung der momentanen Position, insbesondere 3D-Position, des Fluggeräts umfasst.
Ferner ist eine Recheneinheit vorgesehen, bei der es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um ein Smartphone handelt. Anstelle des Smartphones oder zusätzlich dazu kann aber auch ein PC vorgesehen sein. Die KVS-SE-Box übermittelt positionsbezogene Daten, welche die momentane Position des mit der KVS-SE-Box ausgestatteten Fluggeräts betreffen (z.B. UTM oder GPS-Koordinaten), drahtlos über ein Handy-Funknetz (d.h. beispielsweise per GSM, UMTS, LTE oder 5G) an die KVS-ES-Box. Dies kann kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen erfolgen. Die positionsbezogenen Daten enthalten vorzugsweise zusätzlich Informationen, die es ermöglichen, den Fluggerätetyp und/oder den Eigentümer zu identifizieren.
Durch die Kommunikation von KVS-SE-Box und Smartphone wird letzterem also fortlaufend die aktuelle Position des Fluggeräts übermittelt. Eine Smartphone-App (nachfolgend: „App“) ist eingerichtet, die Position des Fluggeräts bzw. aller Fluggeräte, die eine erfindungsgemäße KVS-SE-Box aufweisen, in einem frei zu definierenden / wählbaren Umkreis von z.B. 0 bis ca. 1000 km anzuzeigen und vor einer Kollision und/oder einem Eindringen in gesperrte Bereiche zu warnen. Hierzu ist die App eingerichtet, auf Grundlager der bisher übermittelten positionsbezogenen Daten die Flugrouten zu berechnen und darüber hinaus die zu erwartenden Flugrouten zu ermitteln, um frühzeitig vor möglichen Kollisionen bzw. einem Eindringen in gesperrte Bereiche warnen zu können. Hierzu kann ein akustisches und/oder optisches Warnsignal durch das Smartphone erfolgen.
Neben den Positionsdaten der mit einer KVS-SE-Box ausgestatteten unbemannten oder bemannten Fluggeräte können der App auch positionsbezogene Daten von anderen bemannten Fluggeräten, beispielsweise von zivilen Passagiermaschinen, zur Verfügung gestellt werden, sodass die App vor einer Kollision eines bemannten Fluggeräts mit einem mit einer KVS-SE-Box ausgestatteten Fluggerät warnen kann. Die Daten können ferner einem externen Rechnernetz, beispielsweise einer Cloud, übermittelt werden, sodass die Daten und eine mögliche Warnung nicht nur dem Smartphone-Benutzer, sondern auch anderen Benutzern wie beispielsweise den Piloten der bemannten Fluggeräte oder einer Einsatzzentrale zur Verfügung stehen.
Die Nutzung des Kollisionsüberwachungssystems kann als zusätzliches System in der bemannten Luftfahrt (Segelflug, Reisemotorsegler, UL-Flugzeuge, Motorflugzeuge, Motorgleitschirme, Gyrocopter, usw.) eingesetzt werden.
Ferner hat die App Zugriff auf eine Datenbank mit für den zivilen Luftverkehr gesperrten Bereichen, um auf Grundlage der positionsbezogenen Daten vor einem Eindringen eines Fluggeräts in einen solchen Bereich warnen zu können. Bei den gesperrten Bereichen handelt es sich insbesondere um über Notam gesperrte Sektoren. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein entsprechend autorisierter Benutzer einen Bereich / Sektor direkt über die App sperren kann. Auch kann vorzugsweise eine Anmeldung einer Flugroute in einem definierten Luftraumsektor im Vorfeld durch einen professionellen Anwender über die App erfolgen. Anstelle der oder zusätzlich zur App kann die Benutzereingabe auch über einen PC erfolgen, welcher mit dem Smartphone in Verbindung steht. Wie oben bereits angesprochen, kann alternativ auch ein rein PC-basiertes System ohne den Einsatz von Smartphones zum Einsatz kommen.
Die App bzw. ein entsprechendes auf einem PC laufendes Programm verfügt vorzugsweise über die folgenden Funktionen:

- Abruf / Anzeige von Notam-Informationen;
- Anzeige von über Notam gesperrten Lufträumen;
- Anzeige von topografischem Kartenmaterial mit Lage- und Höheninformationen;
- Anzeige von Lufträumen / Sektoren;
- Abruf von Wetterdaten und Übermittlung von Thermikinformationen sowie visuelle Darstellung im elektronischen Kartenmaterial;
- Eingabe von Flugrouten (Zeit, Flugplan, usw.);
- vorherige (georeferenzierte) Angabe von Flugradien, in denen Flugobjekte und/oder Drohnen geflogen werden;
- vorheriger (georeferenzierter) Abruf der Flugrouten-Frequentierung fremder Flugobjekte;
- Abgabe eines akustischen und/oder optischen Warnsignals beim Einfliegen von Fluggeräten in beschränkte bzw. gesperrte Lufträume;
- akustische Warnung per Sprachausgabe, z.B. beim Verdacht auf Kollision;
- sprachgesteuerte Höhenangabe des Fluggeräts;
- autonome Datenerfassung von Start und Landung (vorzugsweise Zeit und Position) in einem elektronischen Flugbuch mit Erfassung der personenbezogenen Fluggerätenummer;
- bei Fluggeräten < 1 kg: Angabe von Ort und Zeit des geplanten Flugeinsatzes.

Neben dem Smartphone (welches zur Kommunikation mit der KVS-SE-Box des Fluggeräts per Handy-Netz selbstverständlich eine eigene Kommunikationsvorrichtung umfasst) ist eine weitere terrestrisch eingesetzte KVS-ES-Box (Kollisionsvermeidungssystem-Empfänger-Sender-Box) vorgesehen, welche eingerichtet ist, die positionsbezogenen Daten von der KVS-SE-Box über eine 2,4 GHz / 5 GHz WLAN-Frequenz oder 2,4 GHz DSSS/FHSS-Hybride Modellbau-Frequenz zu empfangen. Selbstverständlich muss auch die KVS-SE-Box für die Übermittlung der Daten über diese Frequenzen entsprechend eingerichtet sein. Diese Art der Kommunikation sorgt dafür, dass die von der KVS-SE-Box übermittelten positionsbezogenen Daten auch dann empfangen werden können, wenn kein Handy-Funknetz zur Verfügung steht oder die Verbindung abreißt bzw. keine ausreichende Qualität der Datenübertragung zulässt. Die KVS-ES-Box leitet die von der KVS-SE-Box empfangenen positionsbezogenen Daten dann an das Smartphone weiter, beispielsweise per WLAN-Signal oder Bluetooth. Somit sind auch ohne Handyempfang die Koordinaten und somit die momentane Position des Fluggeräts bzw. aller mit einer KVS-SE-Box ausgestatteten Fluggeräte bekannt.
Bei den gesperrten Bereichen kann es sich um Bereiche rund um Flughäfen, Atomkraftwerke, öffentliche oder militärische Einrichtungen, Wasserversorgungsanlagen oder sonstige sensible Bereiche wie bspw. schützenswerte Gebäude handeln. Bei einem drohenden Eindringen eines Fluggeräts kann direkt ein Einsatz einer oder mehrerer erfindungsgemäßer Drohnen 50 erfolgen, welche das Fluggerät ansteuern und verfolgen / abfangen. Durch die wetterfeste und autonome Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bodenstation 10 und der Drohne 50 ist eine Installation im Bereich sensibler, für den zivilen Luftverkehr gesperrter Bereiche problemlos möglich, sodass im Falle eines Eindringens eines Fluggeräts zeitnah reagiert und eine drohende Gefahr abgewendet werden kann. Der Einsatz der Drohne 50 erfolgt autonom und liefert automatisch entsprechendes Bildmaterial über eine oder mehrere an der Drohne installierte Kameras. Durch die Installation mehrerer erfindungsgemäßer Bodenstationen 10 (jeweils mitsamt Drohne 50) in einem zu überwachenden Gebiet (oder um das Gebiet herum) kann eine lückenlose Verfolgung eines Objekts / Fluggeräts durch mehrere miteinander kommunizierende Drohnen 50 erfolgen. Die Drohnen 50 fungieren also als Air-Hunter mit dynamischer Zielverfolgung.
Die Drohnen 50 können neben der Luftabwehr ferner zur Verfolgung terrestrischer Objekte (z.B. bei der Unterstützung von Polizei- oder Feuerwehreinsätzen) eingesetzt werden, entweder autonom oder durch manuelle Steuerung. Für die Kommunikation der Drohnen 50 werden die Kommunikationseinrichtungen 32 verwendet. Denkbar wäre auch eine Pflichtinstallation des erfindungsgemäßen Systems bzw. der KVS-SE-Box bei allen Drohnen bzw. Fluggeräten, wie auch schon geschehen bei der namentlichen Pflichtkennzeichnung von Fluggeräten.
Bezugszeichenliste

1: Fundament
2: Fuß
3: Drehbare Lagerung
4: Landelicht
5: Solarzelle
6: Sensor
7: Wettermesseinrichtung
8: Kamera
9: Libelle
10: Bodenstation
12: Sockel
13: Energieversorgungseinrichtung
14: Abdeckung
15: Reinigungsvorrichtung
16: Batteriewechselvorrichtung
18: Aufnahme
20: Batterie
22: Notenergieversorgungseinrichtung
24: Ausnehmung
25: Notstromaggregat
26: Rundmagazin
28: Aufnahmeeinheit
30: Aktuator
32: Kommunikationseinrichtung
34: Motor
36: Heiz- und/oder Kühlvorrichtung
38: Motor
50: Drohne
52: Landegestell
54: Batterieaufnahmeschacht
55: Kugelfederkontakt
56: Aktuator
57: Servomotor
58: Landeschiene
60: Gehäuse
61: Kühllamelle
62: Verbindungsmittel
63: Abfluss
64: Fixierelement
65: Federring
66: Verriegelungsmechanismus
67: Federelement
69: Batteriegestell
70: Notfalldrohne
72: Arretiermittel
73: Arretiermittel
74: Ersatzbatteriewechselvorrichtung
76: Batterieaufnahmeschacht

Claims

Drohnenbasiertes System zur Luft- und Kollisionsüberwachung, umfassend: - eine erste Kommunikationsvorrichtung, welche an einem unbemannten oder bemannten Fluggerät anbringbar oder angebracht ist und welche eingerichtet ist, positionsbezogene Daten betreffend die momentane Position des Fluggeräts drahtlos zu senden, - eine zweite Kommunikationsvorrichtung, mittels welcher positionsbezogene Daten von der ersten Kommunikationsvorrichtung drahtlos empfangbar sind, - eine Recheneinheit, welche mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung in Verbindung steht und eingerichtet ist, die von ihr empfangenen positionsbezogenen Daten zu verarbeiten, - ein Visualisierungsmittel, welches mit der Recheneinheit in Verbindung steht und eingerichtet ist, auf Grundlage der positionsbezogenen Daten Informationen betreffend die momentane Position eines mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräts darzustellen, - eine batteriebetriebene Drohne (50) mit mindestens einer durch einen Motor angetriebenen Luftschraube, einer wiederaufladbaren Batterie (20), einem Batterieaufnahmeschacht (54) und einer dritten Kommunikationsvorrichtung, wobei die dritte Kommunikationsvorrichtung eingerichtet ist, positionsbezogene Daten bezüglich eines mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräts drahtlos zu empfangen, und - eine Bodenstation (10) mit einem Sockel (12) zur Aufnahme der Drohne (50), einer automatisch offen- und schließbaren Abdeckung (14) zum Schutz der Bodenstation (10), einer Energieversorgungseinrichtung (13) zur Versorgung der Bodenstation (10) mit Energie und einer Batteriewechselvorrichtung (16), wobei mittels der Batteriewechselvorrichtung (16) eine Batterie (20) automatisch in den Batterieaufnahmeschacht (54) der Drohne (50) einbringbar und aus diesem aufnehmbar sowie über die Energieversorgungseinrichtung (13) aufladbar ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) ein Fundament (1) umfasst, auf welchem der Sockel (12) um eine vertikale Drehachse drehbar gelagert ist, wobei die Bodenstation (10) eine Antriebseinheit zur Drehung des Sockels (12) um die vertikale Drehachse und eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit umfasst, wobei die Bodenstation (10) eine Wettermesseinrichtung (7) umfasst, mittels welcher die momentane Windrichtung erfassbar ist, und wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, zur Minimierung von Windeinflüssen während eines Landevorgangs der Drohne (50) den Sockel (12) durch Drehung abhängig von der gemessenen Windrichtung auszurichten.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) einen Windblocker aufweist, welcher durch die Abdeckung (14) oder einen Teil der Abdeckung (14) und/oder ein Windstoppelement gebildet wird, wobei die Ausrichtung des Sockels (12) durch die Steuereinheit zur Minimierung des Windeinflusses auf die Drohne (50) derart erfolgt, dass der Windblocker entgegen der Windrichtung ausgerichtet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (50) mindestens zwei Landeschienen (58) und der Sockel (12) der Bodenstation (10) mindestens zwei trichterförmige Aufnahmen (18) zur Aufnahme der Landeschienen (58) der Drohne (50) aufweist, wobei die Aufnahmen (18) vorzugsweise eine negative Krümmung aufweisen.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Böden der Aufnahmen (18) jeweils ein Abfluss (63) vorgesehen ist, über welchen sich in der Aufnahme (18) ansammelnde Flüssigkeit abfließen kann.
System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Aufnahmen (18) ein im Bereich des Bodens angeordnetes Fixierelement (64) aufweist, in welches das Ende einer Landeschiene (58) reversibel einbringbar, insbesondere einrastbar, ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (64) einen Verriegelungsmechanismus umfasst, welcher die Landeschiene (58) der Drohne (50) nach Einbringen in das Fixierelement (64) in der Aufnahme (18) verriegelt.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Aufnahme (18) eine Notenergieversorgungseinrichtung (22) aufweist, welche mit der Energieversorgungseinrichtung (13) verbunden ist und mittels welcher die Drohne (50) während des Auswechselns der Batterie (20) bei Kontakt mit der Aufnahme (18) und/oder induktiv mit Energie versorgbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) eine Reinigungsvorrichtung (15) zur automatischen Reinigung der mindestens einen Luftschraube der Drohne (50), insbesondere mittels einer Flüssigkeit oder einem Gas, umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (50) eine Steuerung umfasst, welche eingerichtet ist, die Motoren der Luftschrauben bei einem Landevorgang auf der Bodenstation (10) zu kontrollieren und insbesondere bei Erreichen eines definierten Abstands und/oder einer definierten Orientierung zum Sockel (12) abzuschalten.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fundament der Bodenstation (10) mindestens drei höhenverstellbare Füße umfasst, mittels welchen der Sockel (12) horizontal ausrichtbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) mindestens eine vorzugsweise an der Abdeckung (14) angeordnete Solarzelle (5) aufweist, welche mit der Energieversorgungseinrichtung (13) und/oder einem Energiespeicher und/oder der Batteriewechselvorrichtung (16) verbunden ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) ein Stromerzeugungsaggregat (25) zur Versorgung der Energieversorgungseinrichtung (13) und/oder eines Energiespeichers mit Energie umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) ein Leuchtmittel (4) zur Assistenz der Drohne (50) beim Landeanflug umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) eine Überwachungsvorrichtung aufweist, welche eine oder mehrere Kameras (8) und/oder einen oder mehrere Sensoren (6) umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) und/oder die Drohne (50) wenigstens einen Sensor zur Messung von Umgebungsparametern, insbesondere Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Windstärke, Entfernung über Grund und/oder Oberflächenparametern zur Berechnung einer Fallgeschwindigkeit aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (36) aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine batteriebetriebene Notfalldrohne (70) vorgesehen ist, welche in der Luft mit der Drohne (50) lösbar koppelbar ist und mindestens eine wiederaufladbare Ersatzbatterie umfasst, wobei die Drohne (50) und die Notfalldrohne (70) eingerichtet sind, im gekoppelten Zustand in der Luft einen Batteriewechsel durchzuführen, bei dem eine Batterie (20) der Drohne (50) durch die Notfalldrohne (70) aufgenommen und eine Ersatzbatterie in einen Batterieaufnahmeschacht der Drohne (50) eingebracht wird.
System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (50) eine Notfalldrohnenaufnahme zur lösbaren Aufnahme eines Teils der Notfalldrohne (70) aufweist, wobei die Notfalldrohnenaufnahme Arretiermittel (72) zur reversiblen Arretierung der Notfalldrohne (70) an der Drohne (50) umfasst.
System nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Notfalldrohne (70) eine Ersatzbatteriewechselvorrichtung (74) umfasst, mittels welcher die mindestens eine Ersatzbatterie automatisch in einen Ersatzbatterieaufnahmeschacht der Drohne (50) einbringbar und aus diesem aufnehmbar ist, wobei es sich bei dem Ersatzbatterieaufnahmeschacht um den Batterieaufnahmeschacht (54) oder einen eigenständigen Aufnahmeschacht der Drohne (50) handelt.
System nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Notfalldrohnenbodenstation vorgesehen ist, an welche die Notfalldrohne (70) andockbar ist, wobei mittels der Notfalldrohnenbodenstation die Batterie (20) und/oder die Ersatzbatterie der Notfalldrohne (70) austauschbar und aufladbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (10) und die Drohne (50) jeweils eine Kommunikationsvorrichtung (32) zur drahtlosen Kommunikation miteinander aufweisen.
System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (50) ein Positionserfassungsmittel, insbesondere GPS-Modul, aufweist, mittels welchem die aktuelle Position der Drohne (50) erfassbar und an die Kommunikationsvorrichtung (32) der Bodenstation (10) und/oder an die Recheneinheit übermittelbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Kommunikationsvorrichtung eine integrierte SIM-Karte umfasst, mittels welcher Daten an die Recheneinheit und/oder das Visualisierungsmittel übermittelbar sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der ersten Kommunikationsvorrichtung übermittelten positionsbezogenen Daten neben der Position auch das Fluggerät betreffende Informationen umfassen, welche insbesondere eine Identifikation des Fluggeräts und/oder des Eigentümers erlauben.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit eingerichtet ist, auf Grundlage der positionsbezogenen Daten eine Flugroute, insbesondere eine zu erwartende Flugroute, zu berechnen, wobei das Visualisierungsmittel eingerichtet ist, bei einer drohenden Kollision mehrerer jeweils mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteter Fluggeräte eine Warnung auszugeben.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinheit Daten bezüglich für Fluggeräte gesperrte räumliche Bereiche hinterlegt sind und/oder dass mittels eines Eingabemittels Daten bezüglich für Fluggeräte gesperrte räumliche Bereiche in der Recheneinheit hinterlegt werden können, wobei das Visualisierungsmittel eingerichtet ist, bei einem drohenden Eindringen eines mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräts in einen für Fluggeräte gesperrten räumlichen Bereich eine Warnung auszugeben.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (50) eingerichtet ist, auf Grundlage der von der dritten Kommunikationsvorrichtung empfangenen positionsbezogenen Daten bezüglich eines mit der ersten Kommunikationsvorrichtung ausgestatteten Fluggeräts autonom das Fluggerät zu verfolgen und/oder die aktuelle Position des Fluggeräts anzusteuern.
Drohne (50) zum Einsatz in einem System zur Luft- und Kollisionsüberwachung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bodenstation (10) für eine Drohne (50) nach Anspruch 29.