EP4695918A1 - Steuerungsvorrichtung, system und verfahren für eine vielzahl von unbemannten luftfahrzeugen - Google Patents

Steuerungsvorrichtung, system und verfahren für eine vielzahl von unbemannten luftfahrzeugen

Info

Publication number
EP4695918A1
EP4695918A1 EP24703939.9A EP24703939A EP4695918A1 EP 4695918 A1 EP4695918 A1 EP 4695918A1 EP 24703939 A EP24703939 A EP 24703939A EP 4695918 A1 EP4695918 A1 EP 4695918A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
unmanned aircraft
liquid leak
sensor
location
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24703939.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian FECHER
Eugenio SCIONTI
Rajkiran Kumar
Paschalia STEFANIDOU-VOZIKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EOn SE
Original Assignee
EOn SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EOn SE filed Critical EOn SE
Publication of EP4695918A1 publication Critical patent/EP4695918A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18502—Airborne stations
    • H04B7/18506—Communications with or from aircraft, i.e. aeronautical mobile service
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography

Definitions

  • the present disclosure relates to a control device, a system and a method for a plurality of unmanned aircraft.
  • the present disclosure relates to a control device, a system and a method for a plurality of unmanned aircraft, with the aid of which gas and/or liquid leaks can be determined based on satellite data.
  • An unmanned aerial vehicle also known as a "drone” is an aircraft that is controlled without a human pilot. It is controlled remotely, for example, or by a computer program that executes predetermined flight routes and maneuvers. Drones are used in many fields, can be manufactured in different sizes and shapes, and can be equipped with various sensors and equipment.
  • US 10,633,115 B2 discloses a system that uses a satellite to detect and track lightning, which is then transmitted to a control center for a fleet of SUAVs (small unmanned aerial vehicles) and ACSs (autonomous control systems).
  • SUAVs small unmanned aerial vehicles
  • ACSs autonomous control systems
  • Image recognition software on the SUAV is used to determine if there is a fire at the site and, if so, its extent and intensity.
  • the SUAV reports this information to the control center and, if necessary, further information about the extent and intensity of the fire.
  • CN 105491564 B relates to a technique for establishing secure communication links in a multi-unmanned aircraft environment.
  • a dynamic group network and network security technology is proposed for use in unmanned aircraft systems where the nodes in the network are constantly moving and the Randomly leave or join the network, resulting in changes in the relationships between nodes.
  • Satellite-based data acquisition systems can collect information about the condition of critical infrastructure over a very large area. However, the granularity of such information is limited to superficial spatial measurements, making it impossible to determine the exact locations of anomalies or their causes.
  • the present disclosure is based on the object of providing a control device, a system and a method for a plurality of unmanned aerial vehicles, with the aid of which gas and/or liquid leaks, such as pipeline leaks in a gas or hydrogen pipeline, can be determined, in particular automatically determined, based on satellite data.
  • a control device for a plurality of unmanned aircraft which comprises the following: a first communication device which is configured to receive data generated by a satellite, wherein the data generated by the satellite includes a location of a possible gas and/or liquid leak, a second communication device which is configured to communicate with the plurality of unmanned aircraft and/or stations of the plurality of unmanned aircraft, and a processing device which is configured to select, based on the data generated by the satellite, one of the plurality of unmanned aircraft which is closest to the location of the possible gas and/or liquid leak, and to instruct, i.e.
  • the control device can also be referred to as a control center (master).
  • the present disclosure relates to gas and/or liquid leaks, such as leaks in a gas and/or liquid generation system, a gas and/or liquid storage system (e.g. a tank) and/or a gas and/or liquid distribution system (e.g. a piping system).
  • the present disclosure also relates to pipeline leaks in a gas or hydrogen pipeline.
  • the gas is in particular natural gas. When gas or hydrogen is mentioned below, the other of gas and hydrogen is always also meant.
  • the gas and/or liquid leak can also be an oil leak, for example a leak in an oil pipeline.
  • the unmanned aircraft can be any type of unmanned aircraft that can fly to a specific location, for example controlled from a base station, such as quadcopters, hexacopters, multicopters, fixed-wing drones, mini-drones or hybrid drones.
  • the unmanned aircraft can take off from a station.
  • the station may be a so-called "port" which comprises a take-off and landing site for a plurality of unmanned aircraft, a protected cargo space for the plurality of unmanned aircraft, a controller for the plurality of unmanned aircraft and/or charging stations for the plurality of unmanned aircraft.
  • the station may be stationary or movable.
  • the station may further comprise a communication device which is configured to communicate with the second communication device of the central control device.
  • the station may contain sensor equipment for weather data, occupancy data, data on the charge state of a battery and computer or IT equipment for processing the data on site before it is transmitted, for example, to the communication device.
  • the satellites can be those that can detect leaks, for example gas leaks in pipelines. Such satellites use various sensors and instruments to detect and measure gases in the atmosphere.
  • An example of a satellite that can detect gas leaks is the Sentinel-5P satellite, which is equipped with a Tropomi instrument that can detect a variety of gases including methane. Methane is a potent greenhouse gas and is often used as a tracer to detect gas leaks in pipelines.
  • Other satellites that can detect gas leaks are GOSAT (Greenhouse gases Observing SATellite) and OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory- 2), both of which are equipped with instruments that can measure methane and carbon dioxide in the atmosphere with high precision.
  • the data generated by the satellite includes a location of a possible gas and/or liquid leak, for example a pipeline leak in a gas or hydrogen pipeline.
  • the location can be specified by location coordinates or ranges of location coordinates in the form of geographic coordinates (latitude and longitude).
  • the location can also be specified as location-based ECEF (Earth-Centered, Earth-Fixed) coordinates.
  • the data generated by the satellite can also indicate areas with anomalies, such as gas and/or water leaks, overgrown vegetation or suspicious human activities such as crowds of people near a pipeline. Since satellites are usually unable to determine the exact location of a leak, such as a leak in a gas/hydrogen pipeline, they can usually only indicate that there is a leak near a specific pipeline, for example.
  • the unmanned aerial vehicle is used to determine the exact location of a leak, for example in a pipeline. In addition to precisely locating a leak, causes of the leak, which can be derived from other sensor data such as images, point clouds and georeferences, can also be determined. This also allows the leak to be classified.
  • the first communication device can be a base station that is configured to wirelessly receive the data generated by the satellite.
  • the satellite can communicate with the first communication device via radio waves.
  • a Protocol Data Unit (PDU) based telecommunications protocol can be used for this purpose.
  • the communication between satellites and the first communication device takes place using antennas that are used in the satellite and the first communication device.
  • the antenna of the satellite sends signals to the antenna of the first communication device, which receives the signal and forwards it to the processing device.
  • the first communication device is further configured to locate the satellite and track its position so that it is always able to receive signals from it.
  • an integration of an Application Programming Interface (API) into a Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) system can be used to integrate with modern software-based and other leak detection techniques (e.g. flow or pressure changes, etc.) while an existing system activates the satellite drone system to validate and/or determine the extent, exact physical location and cause of the leak.
  • API Application Programming Interface
  • SCADA Supervisory Control and Data Acquisition
  • Such a system can be combined with IT systems and software solutions, such as SCADA, Asset Management Systems (EAMs), and Enterprise Resource Planning Systems (ERPs).
  • the second communication device is configured to communicate wirelessly with the plurality of unmanned aircraft and/or stations of the plurality of unmanned aircraft directly or via a satellite.
  • the second communication device and the plurality of unmanned aircraft or stations can use a Protocol Data Unit (PDU) based telecommunications protocol.
  • PDU Protocol Data Unit
  • the processing device can be, for example, a processor or computer unit that is configured to receive the satellite data from the first communication device, process it, and, based on the processing result, forward control commands for the plurality of unmanned aircraft or stations to the second communication device.
  • the control commands can be instructions that instruct unmanned aircraft when to fly to which location.
  • the instructions can also include a flight route, a flight time, a flight altitude, and/or a flight speed.
  • the control commands can include information about what the unmanned aircraft should do at the destination, e.g. which measurements should be taken at the destination.
  • the processing device knows the current location of the plurality of unmanned aircraft and stations so that the processing device can select one of the plurality of unmanned aircraft that is closest to the location of the possible gas and/or liquid leak based on the data generated by the satellite.
  • the processing device can also be configured to select several of the plurality of unmanned aircraft that are closest to the location of the possible gas and/or liquid leak.
  • the selected unmanned aircraft can also be located in the different stations.
  • those (two or more) of the plurality of unmanned aircraft can be selected that are suitable for the intended measurement task.
  • unmanned aerial vehicles with different measurement sensors can be selected so that the
  • the data recorded by the unmanned aircraft includes exact location coordinates of the possible leak.
  • the exact location coordinates can be determined, for example, using a Global Positioning System (GPS) sensor attached to the unmanned aircraft and include geographical coordinates (latitude and longitude).
  • GPS Global Positioning System
  • the plurality of unmanned aircraft are configured to each detect one of physical, chemical and visual environmental properties
  • the processing device is configured to select more than one (for example two or three) of the plurality of unmanned aircraft that are configured to each detect different ones of the physical, chemical and visual environmental properties based on the data generated by the satellite, and to instruct the selected unmanned aircraft to fly to the location of the possible gas and/or liquid leak and to detect the physical, chemical and/or visual environmental properties
  • the second communication device is configured to receive the detected data from the selected unmanned aircraft or the station(s) of the selected unmanned aircraft. It is thus conceivable that the second communication device communicates directly with the unmanned aircraft or via the station(s) with the unmanned aircraft. It is also possible to combine the detection of certain features normally required for the classification/detection of a gas in order to minimize the use of unmanned aircraft.
  • a first unmanned aircraft may be configured to detect physical environmental properties at the location of a possible pipeline leak
  • a second unmanned aircraft may be configured to detect chemical environmental properties at the location of a possible pipeline leak
  • a third unmanned aircraft may be configured to detect visual environmental properties at the location of a possible pipeline leak.
  • the physical environmental properties may be, for example, a gas temperature
  • the chemical environmental properties may be
  • the leak may be a chemical reaction of a gas with an electrode in contact with an electrolyte
  • the visual environmental properties may be a camera image, for example.
  • Appropriate sensors for detecting or recording the physical, chemical and/or visual environmental properties at the location of the possible gas and/or liquid leak may be provided in the respective unmanned aerial vehicles.
  • each of the plurality of unmanned aerial vehicles may comprise one of an electrochemical sensor, an infrared sensor, a catalytic sensor, a laser-induced plasma sensor, a light detection and ranging (LIDAR) sensor, an optical sensor, an electromagnetic field sensor, a photoluminescence detector, and a laser rangefinder
  • the processing device is configured to, based on the data generated by the satellite, determine a first unmanned aerial vehicle comprising one of an electrochemical sensor, an infrared sensor, a catalytic sensor, a laser-induced plasma sensor, a LIDAR sensor, an optical sensor, an electromagnetic field sensor, a photoluminescence detector, and a laser rangefinder
  • a second unmanned aerial vehicle comprising another of an electrochemical sensor, an infrared sensor, a catalytic sensor, a laser-induced plasma sensor, a LIDAR sensor, an optical sensor, an electromagnetic field sensor, a photoluminescence detector, and a laser rangefinder, and to instruct, i.e., to control, the
  • an electrochemical sensor uses an electrochemical reaction to detect the presence of gas.
  • a Infrared sensor uses the absorption of infrared radiation by gas particles to detect their presence.
  • a catalytic sensor uses a catalytic reaction to detect the presence of gas.
  • a laser-induced plasma sensor uses a laser beam to generate a plasma that is brought into contact with the gas. An interaction between the plasma and the gas is used to determine the presence and concentration of the gas. It should be noted that each sensor can only detect certain gases and therefore multiple sensors may be required to accurately detect escaping gas. The same applies to escaping hydrogen.
  • the processing device can further be set up to instruct the second unmanned aircraft, i.e. to control it, to fly to the location of the possible gas and/or liquid leak only after the first unmanned aircraft has determined the exact location of the possible gas and/or liquid leak.
  • the second unmanned aircraft can only take off when the first unmanned aircraft has determined the exact location of the possible gas and/or liquid leak (for example with the aid of an infrared sensor and a GPS sensor).
  • the second unmanned aircraft can also only take off when the first unmanned aircraft has returned to its station or when the first unmanned aircraft has completed its detection task. This makes it possible to avoid the second unmanned aircraft having to wait in the air to start its measurements until the first unmanned aircraft has determined the exact location of the possible gas and/or liquid leak.
  • the processing device can also be set up to process the data received from the second communication device and to determine whether a gas and/or liquid leak exists by comparing the received data with predetermined data. For example, the processing device has thermal images of a known pipeline leak available and compares newly recorded thermal images at the location of the possible pipeline leak with the known thermal images. If the image comparison (e.g. a threshold method) exceeds a threshold value, it is assumed that a pipeline leak actually exists.
  • a threshold method e.g. a threshold method
  • control device may comprise a machine learning module which is configured to Comparison result of the comparison to optimize the accuracy of future comparisons.
  • the comparison result of the comparison of the two thermal images described above can be used by the machine learning module as training data to optimize the accuracy of future comparisons of thermal images.
  • the processing device may also be configured to automatically send a message with the exact location coordinates of the gas and/or liquid leak to an inspection operations center upon determining the existence of a gas and/or liquid leak.
  • automatically sending the message with the exact location coordinates of the gas and/or liquid leak the time required for an inspection team to arrive at the location of the gas and/or liquid leak can be reduced.
  • the first communication device can be configured to receive data generated by a plurality of satellites, wherein the data generated by the plurality of satellites comprises locations of a possible gas and/or liquid leak, for example a pipeline leak of a gas or hydrogen pipeline, and the processing device is configured to determine a location to fly to for the unmanned aircraft from the locations of the possible gas and/or liquid leak of the plurality of satellites.
  • the first communication device is configured to receive data from the Sentinel-5P satellite and the OCO-2 satellite.
  • the object set out at the outset is also achieved by a system for a plurality of unmanned aircraft, which comprises a control device as described above and a plurality of unmanned aircraft, wherein the selected unmanned aircraft is configured to fly down a pipeline towards the possible gas and/or liquid leak and to determine the exact location of the gas and/or liquid leak, and to send the exact location of the gas and/or liquid leak to the control device, the station of the selected unmanned aircraft and/or another unmanned aircraft.
  • the selected unmanned aerial vehicle may be configured to determine the exact location of the gas and/or liquid leak, for example a pipeline leak, using an infrared sensor.
  • the selected unmanned aircraft can be configured to send the exact location of the gas and/or liquid leak directly, or via a station, to another unmanned aircraft, wherein the other unmanned aircraft is configured to fly to the exact location of the gas and/or liquid leak and to collect data at the exact location of the gas and/or liquid leak using an electrochemical sensor, a catalytic sensor, a laser-induced plasma sensor, a LIDAR sensor, an optical sensor, an electromagnetic field sensor, a photoluminescence detector and/or a laser rangefinder.
  • an electrochemical sensor a catalytic sensor
  • a laser-induced plasma sensor e.g., a laser-induced plasma sensor
  • LIDAR sensor e.g., a laser-induced plasma sensor
  • an optical sensor e.g., a laser-induced plasma sensor
  • an electromagnetic field sensor e.g., a photoluminescence detector and/or a laser rangefinder.
  • the additional unmanned aircraft can be configured to only start the flight to the exact location of the gas and/or liquid leak after receiving the exact location of the gas and/or liquid leak.
  • the type of sensor to be used can also be taken into account before selecting an additional unmanned aircraft.
  • the selected unmanned aerial vehicle can also be configured to mark the exact location of the gas and/or liquid leak for an inspection crew and/or to circle over the exact location of the gas and/or liquid leak until an inspection crew arrives.
  • the selected unmanned aerial vehicle can, for example, be configured to spray a red paint marker onto the exact location of a pipeline leak.
  • several unmanned aerial vehicles can take turns in time. If accessible and enabled by the control system, local stations can also send out one or more unmanned aerial vehicles for autonomous permanent or immediate temporary repair/fixation of the leak, e.g. with an epoxy seal or a mechanical cuff.
  • the processing device can be configured to send one of the plurality of unmanned aircraft for autonomous permanent or immediate temporary repair or fixation of the gas and/or liquid leak, in particular with an epoxy seal or a mechanical cuff.
  • Natural gas is odorless and colorless and is harmful to human health.
  • Hydrogen is a very flammable gas and can be present in air mixtures in a range of 4.0 to 74% before it explodes. It has a very low ignition temperature and can be ignited by a temperature increase of just a few hundred degrees Celsius.
  • the selected unmanned aerial vehicle can include a loudspeaker and be set up to issue a warning message using the loudspeaker at the exact location of the gas and/or liquid leak.
  • the object set out at the outset is also achieved by a method for controlling a plurality of unmanned aircraft, the method comprising the following steps: receiving the data generated by a satellite, the data generated by the satellite comprising a location of a possible gas and/or liquid leak, selecting, based on the data generated by the satellite, one of the plurality of unmanned aircraft that is closest to the location of the possible gas and/or liquid leak, and instructing (i.e. controlling) the selected unmanned aircraft to fly to the location of the possible gas and/or liquid leak and to record data relating to the possible gas and/or liquid leak, and receiving, from the selected unmanned aircraft or a station of the selected unmanned aircraft, the data relating to the possible gas and/or liquid leak.
  • the method can in particular be carried out by one of the control devices described above.
  • a controller may execute an optimization algorithm that initiates an optimized deployment of unmanned aerial vehicles based on resource distribution and constraints.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a system for a plurality of unmanned aircraft, wherein all unmanned aircraft are located in stations;
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the embodiment of Fig. 1, wherein a first unmanned aerial vehicle is in use;
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the embodiment of Fig. 1, with a second unmanned aerial vehicle in use;
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the embodiment of Fig. 1, wherein two unmanned aerial vehicles are in use;
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the embodiment of Fig. 1, with three unmanned aerial vehicles in use;
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a second embodiment of a system for a plurality of unmanned aerial vehicles, wherein data concerning a possible pipeline leak is received from two satellites.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a system for a plurality of unmanned aerial vehicles.
  • the system comprises a control device 10, a first station 30 for a plurality of unmanned aircraft 21, 22 and 23 and a second station 40 for a plurality of unmanned aircraft 24, 25 and 26.
  • the number of stations 30, 40 and unmanned aircraft 21, 22, 23, 24, 25, 26 is only shown as an example.
  • the unmanned aircraft 21, 22 and 23 are stationed in station 30, ie they take off and land in station 30 and are loaded or refueled there. The same applies to the unmanned aircraft 24, 25 and 26 and station 40.
  • Each of the unmanned aerial vehicles 21, 22, 23, 24, 25, 26 comprises at least one sensor for detecting a gas leak.
  • the unmanned aerial vehicle 21 comprises an infrared sensor and a GPS sensor.
  • the unmanned aerial vehicle 22 comprises an electrochemical sensor for detecting natural gas and a GPS sensor.
  • the unmanned aerial vehicle 23 comprises a LIDAR sensor and a GPS sensor.
  • the unmanned aerial vehicles 24, 25 and 26 can comprise corresponding sensors as the unmanned aerial vehicles 21, 22 and 23.
  • the unmanned aerial vehicles 21, 22, 23, 24, 25, 26 can also comprise further or other sensors, such as a catalytic sensor, a laser-induced plasma sensor, an optical sensor, an electromagnetic field sensor, a photoluminescence detector and/or a laser rangefinder.
  • the first station 30 comprises a controller 31 for wirelessly controlling the unmanned aerial vehicles 21, 22 and 23 and a communication device 32 for communicating with the control device 10.
  • the second station 40 comprises a controller 41 for wirelessly controlling the unmanned aerial vehicles 24, 25 and 26 and a communication device 42 for communicating with the control device 10.
  • Fig. 1 shows a satellite 60, a pipeline inspection operations center 70 and a gas pipeline 50 in which a leak 55 occurs.
  • the satellite is the Sentinel-5P satellite.
  • the gas pipeline 50 has a length of 50 km.
  • a plurality of stations 30, 40 with unmanned aerial vehicles 21, 22, 23, 24, 25, 26 are stationed along the gas pipeline 50 (not shown in Fig. 1).
  • the satellite 60 generates data including a location of a possible pipeline leak 55 of the gas pipeline 50.
  • the location is specified by location coordinates or ranges of location coordinates in the form of geographic coordinates (latitude and longitude).
  • the control device 10 comprises a first communication device 11, a second communication device 12, a processing device 13 and an optional machine learning module 14. Further components and elements not shown in Fig. 1 can be provided in the control device 10.
  • the first communication device 11 is configured to receive data generated by the satellite 60 concerning the location of the possible pipeline leak 55 of the gas pipeline 50.
  • the second communication device 12 is configured to communicate with the stations 30 and 40.
  • the processing device 13 is configured to select, based on the data generated by the satellite 60, one of the plurality of unmanned aircraft 21, 22, 23, 41, 42, 43 that is closest to the location of the possible leak 55, and to instruct the selected unmanned aircraft to fly to the location of the possible leak 55 and to record data concerning the possible leak 55.
  • the second communication device 12 is further configured to receive the data concerning the possible leak 55 from the station of the selected unmanned aircraft.
  • the processing device 13 determines that the station 30 is closest to the location of the possible leak 55 of the gas pipeline 50. The processing device 13 further determines that the location coordinates received from the satellite 60 probably only approximately indicate the location of the possible leak 55 of the gas pipeline 50, so that an accurate determination of the location of the possible leak 55 of the gas pipeline 50 is necessary. Therefore, the processing device 13 selects the unmanned aircraft 21 with the infrared sensor from the unmanned aircraft 21, 22 and 23 to determine the exact location of the anomaly of the gas pipeline 50. Accordingly, the processing device 13 sends control commands for the unmanned aircraft 21 to the controller 31 of the station 30 via the second communication device 12 and the communication device 32. The controller 31 of the station 30 then controls the unmanned aircraft 21 based on the control commands of the processing device 13.
  • the controller 31 controls the unmanned aerial vehicle 21 such that it takes off from the station 30 and flies along the gas pipeline 50 to the possible leak 55, as determined by the data from the satellite 60. specified, flies.
  • the unmanned aircraft 21 flies as close as possible to the gas pipeline 50 and uses the infrared sensor to measure whether gas is actually escaping from the gas pipeline 50 and, if so, at which point in the gas pipeline 50 the most gas is escaping.
  • the measurement data ie the strength of the gas leak with the associated location coordinates, are sent in real time by the unmanned aircraft 21 to the station 30. There they are evaluated by the controller 31.
  • the controller 31 controls the flight of the unmanned aircraft 21 in order to determine the exact location of the leak 55.
  • the measurement data of the unmanned aerial vehicle 21 with the exact location of the leak 55 are then sent from the communication device 32 in the station 30 to the second communication device 12 in the control device 10 and analyzed there by the processing device 13.
  • the processing device 13 determines, based on the received measurement data, that a more detailed analysis of the leak 55 is necessary and instructs the controller 31 to fly the unmanned aerial vehicle 22 with the electrochemical sensor for detecting natural gas to the leak 55.
  • the unmanned aircraft 22 flies along the gas pipeline 50 to the location of the leak 55 determined by the unmanned aircraft 21. Once there, the unmanned aircraft 22 uses the electrochemical sensor to measure the natural gas flowing out of the gas pipeline 50. The unmanned aircraft 22 sends the measurement data together with the associated location coordinates to the communication device 32 in the station 30 in real time.
  • the communication device 32 sends the measurement data on to the second communication device 12 in the control device 10. There, the measurement data is analyzed by the processing device 13. Based on the analysis result, the processing device 13 comes to the conclusion that a further analysis of the leak 55 is necessary. In particular, the processing device 13 comes to the conclusion that a visual analysis is necessary to determine whether there is any optically visible damage to the gas pipeline 50, for example due to an explosion.
  • the processing device 13 then instructs the controller 31 to fly the unmanned aerial vehicle 23 with the LIDAR sensor to the leak 55.
  • the unmanned aircraft 23 flies along the gas pipeline 50 to the location of the leak 55 determined by the unmanned aircraft 21.
  • the unmanned aircraft 22 uses the LIDAR sensor to measure the area surrounding the leak 55 in three dimensions.
  • the unmanned aircraft 23 sends the measurement data together with the associated location coordinates to the communication device 32 in the station 30 in real time.
  • the communication device 32 sends the measurement data to the second communication device 12 in the control device 10. There, the measurement data is analyzed by the processing device 13. Based on the analysis result, the processing device 13 comes to the conclusion that an explosion has occurred at the leak 55. The processing device 13 then sends a message with the exact location coordinates of the pipeline leak 55 to the pipeline inspection operations center 70. From there, a pipeline inspection team is then sent to the location of the leak 55 to inspect or repair the gas pipeline 50.
  • the unmanned aircraft 22 circles over the leak 55 so that the pipeline inspection crew can more easily find the leak 55.
  • the unmanned aircraft 23 has marked the location of the leak 55 with red spray paint.
  • the unmanned aircraft 22 further includes a loudspeaker with which the aircraft 22 issues acoustic warnings to alert the population.
  • another unmanned aircraft 24 is sent from the station 40 to the leak.
  • the unmanned aircraft 24 includes an even more precise gas sensor, so that although the station 40 is further away from the leak 55 than the station 30, the flight of the unmanned aircraft 24 from the station 40 to the leak 55 makes sense. Accordingly, the unmanned aircraft 24 sends the data measured at the leak 55 to the communication device 42, which in turn forwards it via the second communication device 12 to the processing device 13, where this measurement data is processed together with the other measurement data.
  • the determination of whether a pipeline leak exists is made by the processing device 13 by evaluating the data from the second Communication device 12 processes the data received and determines whether a pipeline leak 55 is present by comparing the received data with predetermined data.
  • the comparison can be optimized using the machine learning module 14.
  • the machine learning module 14 can be hosted on a cloud platform such as Microsoft Azure, for example.
  • the machine learning module 14 is configured to optimize a result accuracy of future comparisons based on a comparison result of the comparison. For example, a comparison result of a comparison of two thermal images can be used by the machine learning module 14 as training data in order to optimize a result accuracy of future comparisons of thermal images.
  • the first communication device 11 is designed to receive data generated by two satellites 60 and 65.
  • the same reference numerals refer to the same elements, so that a repeated description of these elements is omitted.
  • the data generated by the satellites 60 and 65 include locations of a possible pipeline leak 55 of the gas pipeline 50.
  • the processing device 13 is designed to determine a location to which the unmanned aircraft 21 should fly from the locations of the possible pipeline leak 55 of the two satellites 60 and 65. Since the location data comes from two satellites 60 and 65, a more precise location determination can be made, which reduces the flight or search time of the unmanned aircraft 21 to the possible pipeline leak 55.
  • a method for controlling a plurality of unmanned aerial vehicles 21, 22, 23, 24, 25, 26, which is characterized by the steps shown in Figs. 1 to 5, comprises the following method steps: receiving the data generated by the satellite 60, wherein the data generated by the satellite 60 includes a location of a possible pipeline leak 55 of the gas pipeline 50, selecting, based on the data generated by the satellite 60, one of the plurality of unmanned aircraft 21, 22, 23, 24, 25, 26 that is closest to the location of the possible pipeline leak 55, instructing the selected unmanned aircraft to fly to the location of the possible pipeline leak 55 and to record data relating to the possible pipeline leak 55, and receiving, from the selected unmanned aircraft or a station of the selected unmanned aircraft, the data relating to the possible pipeline leak 55.
  • the embodiments described above relate to pipeline leaks in a gas or hydrogen pipeline.
  • these embodiments can accordingly include leaks in a gas and/or liquid generation system, a gas and/or liquid storage system (e.g. a tank) and/or a gas and/or liquid distribution system (e.g. a piping system).
  • the leak can also be an oil leak, for example a leak in an oil pipeline.

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Abstract

Es wird eine Steuerungsvorrichtung (10) für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26) beschrieben, die umfasst: eine erste Kommunikationsvorrichtung (11), die dazu eingerichtet ist, von einem Satelliten (60) erzeugte Daten zu empfangen, wobei die von dem Satelliten (60) erzeugten Daten einen Ort eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) umfassen, eine zweite Kommunikationsvorrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, mit der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 41, 42, 43) und/oder Stationen (30, 40) der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26) zu kommunizieren und eine Verarbeitungsvorrichtung (13), die dazu eingerichtet ist, basierend auf den von dem Satelliten (60) erzeugten Daten eine der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26), die sich am Nächsten zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) befindet, auszuwählen, und das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug zu instruieren, zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu fliegen und Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck (55) aufzunehmen, wobei die zweite Kommunikationsvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, die Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck (55) von dem ausgewählten unbemannten Luftfahrzeug oder der Station des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs zu empfangen.

Description

Steuerungsvorrichtung, System und Verfahren für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuerungsvorrichtung, ein System und ein Verfahren für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Steuerungsvorrichtung, ein System und ein Verfahren für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen, mit deren Hilfe Gas- und/oder Flüssigkeitslecks basierend auf Satellitendaten bestimmt werden können.
HINTERGRUND
Ein unbemanntes Luftfahrzeug, auch bekannt als „Drohne", ist ein Fluggerät, das ohne menschlichen Piloten gesteuert wird. Es wird beispielsweise ferngesteuert oder von einem Computerprogramm gesteuert, das vorher festgelegte Flugrouten und - manöver ausführt. Drohnen werden in vielen Bereichen eingesetzt, können in verschiedenen Größen und Formen hergestellt werden und können mit verschiedenen Sensoren und Ausrüstungen ausgestattet sein.
Die US 10,633,115 B2 offenbart ein System, das einen Satelliten verwendet um Blitze zu erkennen und zu verfolgen, die dann an eine Steuerzentrale für eine Flotte von SUAVs (kleine unbemannte Luftfahrzeuge) und ACSs (autonome Steuerungssysteme) übermittelt werden. Nach Erhalt von Informationen über einen Blitzschlag wird ein nächstgelegenes SUAV gestartet, um das Gebiet zu erkunden und den Standort mit einer Wärmebildkamera zu inspizieren. Eine Bilderkennungssoftware des SUAV wird verwendet, um festzustellen, ob es an dem Standort ein Feuer gibt und falls ja, dessen Ausmaß und Intensität. Der SUAV meldet diese Information an die Steuerzentrale und, falls erforderlich, weitere Informationen über das Ausmaß und die Intensität des Feuers.
Die CN 105491564 B betrifft eine Technik zum Aufbau sicherer Kommunikationsverbindungen in einer Umgebung mit mehreren unbemannten Flugzeugen. Es wird ein dynamisches Gruppennetzwerk und eine Netzwerksicherheitstechnologie für den Einsatz in unbemannten Luftfahrtsystemen vorgeschlagen, bei denen sich die Knoten im Netzwerk ständig bewegen und das Netzwerk nach dem Zufallsprinzip verlassen oder ihm beitreten, was zu Änderungen in den Beziehungen zwischen den Knoten führt.
Satellitengestützte Datenerfassungssysteme können Informationen über den Zustand kritischer Infrastrukturen in einem sehr großen Bereich erfassen. Die Granularität solcher Informationen ist jedoch auf oberflächliche räumliche Messungen beschränkt, so dass weder die genauen Orte des Auftretens von Anomalien noch deren Ursachen ermittelt werden können.
KURZER ABRISS
Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungsvorrichtung, ein System und ein Verfahren für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen bereitzustellen, mit deren Hilfe Gas- und/oder Flüssigkeitslecks, wie beispielsweise Rohrleitungs-Lecks einer Gas- oder Wasserstoff- Rohrleitung, basierend auf Satellitendaten bestimmt, insbesondere automatisch bestimmt, werden können
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Steuerungsvorrichtung für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen vorgeschlagen die Folgendes umfasst: eine erste Kommunikationsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, von einem Satelliten erzeugte Daten zu empfangen, wobei die von dem Satelliten erzeugten Daten einen Ort eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks umfassen, eine zweite Kommunikationsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, mit der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen und/oder Stationen der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen zu kommunizieren und eine Verarbeitungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, basierend auf den von dem Satelliten erzeugten Daten eine der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen, die sich am Nächsten zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks befindet, auszuwählen, und das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug zu instruieren, d.h. zu steuern, zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu fliegen und Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck aufzunehmen, wobei die zweite Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck von dem ausgewählten unbemannten Luftfahrzeug oder der Station des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs zu empfangen. Die Steuerungsvorrichtung kann auch als Kontrollzentrum (Master) bezeichnet werden. Die vorliegende Offenbarung betrifft Gas- und/oder Flüssigkeitslecks, wie beispielsweise Lecks in einem Gas- und/oder Flüssigkeitserzeugungssystem, einem Gas- und/oder Flüssigkeitsspeichersystem (z. B. einem Tank) und/oder einem Gas- und/oder Flüssigkeitsverteilungssystem (z. B. einem Leitungssystem). Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner Rohrleitungs-Lecks einer Gas- oder Wasserstoff-Rohrleitung. Bei dem Gas handelt es sich insbesondere um Erdgas. Wenn im Folgenden von Gas oder Wasserstoff gesprochen wird, so ist immer auch das Andere von Gas und Wasserstoff gemeint. Es kann sich bei dem Gas- und/oder Flüssigkeitsleck auch um ein Ölleck, beispielsweise ein Leck in einer Ölleitung, handeln.
Bei den unbemannten Luftfahrzeugen kann es sich um jede Art von unbemannten Fluggeräten handeln, die, beispielsweise von einer Basisstation gesteuert, an einen bestimmten Ort fliegen können, wie z. B. Quadrocopter, Hexacopter, Multicopter, Fixed-Wing-Drohnen, Mini-Drohnen oder Hybrid-Drohnen. Die unbemannten Luftfahrzeuge können von einer Station starten. Bei der Station kann es sich um einen sogenannten „Port" handeln, der einen Start- und Landeplatz für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen, einen geschützten Laderaum für die Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen, eine Steuerung für die Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen und/oder Ladestationen für die Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen umfasst. Die Station kann ortsfest oder bewegbar sein. Die Station kann ferner eine Kommunikationsvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung der zentralen Steuerungsvorrichtung zu kommunizieren. Die Station kann Sensorausrüstung für Wetterdaten, Belegungsdaten, Daten über den Ladezustand einer Batterie und Computer- bzw. IT- Ausrüstung für die Verarbeitung der Daten vor Ort enthalten, bevor sie z. B. an die Kommunikationsvorrichtung übermittelt werden.
Bei den Satelliten kann es sich um Satelliten handeln, die Lecks, beispielsweise Gaslecks in Rohrleitungen (Pipelines), erkennen können. Solche Satelliten verwenden verschiedene Sensoren und Instrumente, um Gase in der Atmosphäre zu erkennen und zu messen. Ein Beispiel für einen Satelliten, der Gaslecks erkennen kann, ist der Sentinel-5P-Satellit, der mit einem Tropomi-Instrument ausgestattet ist, das eine Vielzahl von Gasen einschließlich Methan erkennen kann. Methan ist ein potentes Treibhausgas und wird häufig als Tracer zur Erkennung von Gaslecks in Rohrleitungen verwendet. Andere Satelliten, die Gaslecks erkennen können, sind GOSAT (Greenhouse gases Observing SATellite) und OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory- 2), die beide mit Messinstrumenten ausgestattet sind, die Methan und Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre mit hoher Präzision messen können.
Die von dem Satelliten erzeugten Daten umfassen einen Ort eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks, beispielsweise eines Rohrleitungs-Lecks einer Gas- oder Wasserstoff-Rohrleitung. Der Ort kann durch Ortskoordinaten oder Bereiche von Ortskoordinaten in Form von geografischen Koordinaten (Breiten- und Längengrad) angegeben werden. Der Ort kann auch als ortsbezogene ECEF-Koordinaten (Earth- Centered, Earth-Fixed) angegeben werden.
So können die von dem Satelliten erzeugten Daten auch Gebiete mit Anomalien anzeigen, wie beispielsweise Gas- und/oder Wasserleckagen, überwucherte Vegetation oder verdächtige menschliche Aktivitäten wie z. B. Menschenansammlungen in der Nähe einer Rohrleitung. Da Satelliten in der Regel nicht in der Lage sind, die genaue Position eines Lecks, wie beispielsweise eines Lecks einer Gas-/Wasserstoff-Rohrleitung, zu bestimmen können sie meist nur anzeigen, dass ein Leck in der Nähe beispielsweise einer bestimmten Rohrleitung vorliegt. Um die genaue Position eines Lecks beispielsweise einer Rohrleitung zu bestimmen, wird das unbemannte Luftfahrzeug eingesetzt. Neben einer genauen Lokalisierung eines Lecks, können auch Ursachen des Lecks, die aus anderen Sensordaten wie Bildern, Punktwolken und Georeferenzen abgeleitet werden können, bestimmt werden. So kann auch eine Klassifizierung des Lecks erfolgen.
Bei der ersten Kommunikationsvorrichtung kann es sich um ein Basisstation handeln, die dazu eingerichtet ist, die von dem Satelliten erzeugten Daten drahtlos zu empfangen. Der Satellit kann mit der ersten Kommunikationsvorrichtung über Funkwellen kommunizieren. Dazu kann beispielsweise ein Protocol Data Unit (PDU) basiertes Telekommunikationsprotokoll verwendet werden. Die Kommunikation zwischen Satelliten und erster Kommunikationsvorrichtung erfolgt mithilfe von Antennen, die in dem Satelliten und der ersten Kommunikationsvorrichtung verwendet werden. Die Antenne des Satelliten sendet Signale an die Antenne der ersten Kommunikationsvorrichtung, die das Signal empfängt und an die Verarbeitungsvorrichtung weiterleitet. Die erste Kommunikationsvorrichtung ist ferner dazu eingerichtet, den Satelliten zu orten und seine Position zu verfolgen, damit sie immer in der Lage ist, Signale von ihm zu empfangen. Ferner kann eine Integration eines Application Programming Interfaces (API) in ein Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)-System verwendet werden, um eine Einbindung in moderne softwarebasierte und andere Leckerkennungstechniken (z. B. Durchfluss- oder Druckveränderungen usw.) zu ermöglichen, während ein vorhandenes System das Satellitendrohnensystem aktiviert, um das Ausmaß, den genauen physischen Ort und die Ursache des Lecks zu validieren und/oder zu bestimmen. Ein solches System kann mit IT-Systemen und Softwarelösungen, wie SCADA, Asset Managementsystemen (EAMs), und Enterprise Resource Planning-Systemen (ERPs), kombiniert werden.
Die zweite Kommunikationsvorrichtung ist dazu eingerichtet, direkt oder über einen Satelliten drahtlos mit der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen und/oder Stationen der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen zu kommunizieren. Dazu können die zweite Kommunikationsvorrichtung und die Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen bzw. Stationen ein Protocol Data Unit (PDU) basiertes Telekommunikationsprotokoll verwenden.
Bei der Verarbeitungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Prozessoroder Computereinheit handeln, die dazu eingerichtet ist, die Satellitendaten von der ersten Kommunikationsvorrichtung zu empfangen, diese zu verarbeiten und basierend auf dem Verarbeitungsergebnis Steuerungsbefehle für die Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen bzw. Stationen an die zweite Kommunikationsvorrichtung weiterzuleiten. Bei den Steuerungsbefehlen kann es sich um Instruktionen handeln, die unbemannte Luftfahrzeuge anweisen, wann sie zu welchem Ort fliegen sollen. Die Instruktionen können auch eine Flugroute, eine Flugzeit, eine Flughöhe und/oder eine Fluggeschwindigkeit umfassen. Ferner können die Steuerungsbefehle Informationen umfassen, was die unbemannten Luftfahrzeuge an dem Zielort machen sollen, z. B. welche Messungen an dem Zielort vorgenommen werden sollen. Zum Erzeugen der Steuerungsbefehle ist der Verarbeitungsvorrichtung der aktuelle Ort der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen und Stationen bekannt, so dass die Verarbeitungsvorrichtung basierend auf den von dem Satelliten erzeugten Daten eine der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen, die sich am Nächsten zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks befindet, auswählen kann.
Die Verarbeitungsvorrichtung kann auch dazu eingerichtet sein, mehrere der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen auszuwählen, die sich am Nächsten zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks befinden. So können sich die ausgewählten unbemannten Luftfahrzeuge auch in den verschiedenen Stationen befinden. Insbesondere können solche (zwei oder mehr) der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen ausgewählt werden, die für die vorgesehene Messaufgabe am Besten geeignet sind. Beispielsweise können unbemannte Luftfahrzeuge mit verschiedenen Messsensoren ausgewählt werden, so dass sich die
Messergebnisse der verschiedenen Drohnen synergetisch ergänzen.
Da Satelliten meist nur einen ungefähren Ort eines möglichen Lecks bestimmen können umfassen die von dem unbemannten Luftfahrzeug aufgenommenen Daten exakte Ortskoordinaten des möglichen Lecks. Die exakten Ortskoordinaten können beispielsweise mit Hilfe eines an dem unbemannten Luftfahrzeug angebrachten Global Positioning System (GPS) Sensors bestimmt werden und geografischen Koordinaten (Breiten- und Längengrad) umfassen.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Offenbarung ist die Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen dazu eingerichtet, jeweils eine von physikalischen, chemischen und visuellen Umgebungseigenschaften zu erfassen, die Verarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet, basierend auf den von dem Satelliten erzeugten Daten mehr als eine (beispielsweis zwei oder drei) der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen, die dazu eingerichtet sind, jeweils verschiedene der physikalischen, chemischen und visuellen Umgebungseigenschaften zu erfassen, auszuwählen, und die ausgewählten unbemannten Luftfahrzeuge zu instruieren, zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu fliegen und die physikalischen, chemischen und/oder visuellen Umgebungseigenschaften zu erfassen, und die zweite Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet, die erfassten Daten von den ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugen oder der/den Stationen der ausgewählten unbemannten Luftfahrzeuge zu empfangen. So ist es denkbar, dass die zweite Kommunikationsvorrichtung direkt mit den unbemannten Luftfahrzeugen oder über die Station(en) mit den unbemannten Luftfahrzeugen kommuniziert. Es ist auch möglich, die Erfassung bestimmter Merkmale, die normalerweise für die Klassifizierung/Detektion eines Gases erforderlich sind, zu kombinieren, um den Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen zu minimieren.
So kann beispielsweise ein erstes unbemanntes Luftfahrzeug dazu eingerichtet sein, physikalische Umgebungseigenschaften am Ort eines möglichen Rohrleitungs-Lecks zu erfassen, ein zweites unbemanntes Luftfahrzeug dazu eingerichtet sein, chemische Umgebungseigenschaften am Ort eines möglichen Rohrleitungs-Lecks zu erfassen, und ein drittes unbemanntes Luftfahrzeug dazu eingerichtet sein, visuelle Umgebungseigenschaften am Ort eines möglichen Rohrleitungs-Lecks zu erfassen. Bei den physikalischen Umgebungseigenschaften kann es sich beispielsweise um eine Gastemperatur handeln, bei den chemischen Umgebungseigenschaften kann es sich beispielsweise um eine chemische Reaktion eines Gases mit einer Elektrode, die in Kontakt mit einem Elektrolyten steht, handeln, und bei den visuellen Umgebungseigenschaften kann es sich beispielsweise um ein Kamerabild handeln. Entsprechende Sensoren zum Detektieren bzw. Aufnehmen der physikalischen, chemischen und/oder visuellen Umgebungseigenschaften am Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks können in den jeweiligen unbemannten Luftfahrzeugen vorgesehen sein.
Insbesondere kann jede der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen eine von einem elektrochemischen Sensor, einen Infrarotsensor, einen katalytischen Sensor, einen Laser-induzierten Plasmasensor, einen Light Detection and Ranging, LIDAR, Sensor, einen optischen Sensor, einen Elektromagnetfeldsensor, einen Photolumineszenz-Detektor und einen Laser-Abstandsmesser umfassen, wobei die Verarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, basierend auf den von dem Satelliten erzeugten Daten ein erstes unbemanntes Luftfahrzeug, das einen von einem elektrochemischen Sensor, einen Infrarotsensor, einen katalytischen Sensor, einen Laser-induzierten Plasmasensor, einen LIDAR-Sensor, einen optischen Sensor, einen Elektromagnetfeldsensor, einen Photolumineszenz-Detektor und einen Laser- Abstandsmesser umfasst, und ein zweites unbemanntes Luftfahrzeug, das einen anderen von einem elektrochemischen Sensor, einen Infrarotsensor, einen katalytischen Sensor, einen Laser-induzierten Plasmasensor, einen LIDAR-Sensor, einen optischen Sensor, einen Elektromagnetfeldsensor, einen Photolumineszenz- Detektor und einen Laser-Abstandsmesser umfasst, auszuwählen, und das erste und zweite unbemannte Luftfahrzeug zu instruieren, d.h., zu steuern, zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu fliegen und dort mit den Sensoren Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck zu erfassen, und die zweite Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die erfassten Daten von den ersten und zweiten unbemannten Luftfahrzeugen oder der/den Stationen der ersten und zweiten unbemannten Luftfahrzeuge zu empfangen. So kann beispielsweise das erste unbemannte Luftfahrzeug einen LIDAR-Sensor und das zweite unbemannte Luftfahrzeug einen elektrochemischen Sensor umfassen. Die ersten und zweiten unbemannten Luftfahrzeuge können dazu eingerichtet sein, die von den Sensoren erfassten Daten direkt oder über die zugehörige Station an die zweite Kommunikationsvorrichtung zu senden.
Es gibt verschiedene Sensoren, die zur Gaserkennung und Wasserstofferkennung verwendet werden können. Ein elektrochemischer Sensor nutzt beispielsweise eine elektrochemische Reaktion, um das Vorhandensein von Gas zu erkennen. Ein Infrarotsensor nutzt die Absorption von Infrarotstrahlung durch Gaspartikel, um deren Vorhandensein zu erkennen. Ein katalytischer Sensor nutzt eine katalytische Reaktion, um das Vorhandensein von Gas zu erkennen. Ein Laser-induzierte Plasmasensor nutzt einen Laserstrahl, um ein Plasma zu erzeugen, das mit dem Gas in Kontakt gebracht wird. Eine Interaktion zwischen dem Plasma und dem Gas wird verwendet, um das Vorhandensein und die Konzentration des Gases zu bestimmen. Es ist zu beachten, dass jeder Sensor nur bestimmte Gase erkennen kann und daher mehrere Sensoren erforderlich sein können, um ausströmendes Gas präzise erkennen zu können. Entsprechendes ergibt sich bei ausströmendem Wasserstoff.
Die Verarbeitungsvorrichtung kann ferner gemäß einer Ausführungsform dazu eingerichtet sein, das zweite unbemannte Luftfahrzeug zu instruieren, d.h., zu steuern, erst nach einer Bestimmung des exakten Ortes des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks durch das erste unbemannte Luftfahrzeug zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu fliegen. Insbesondere kann der Start des zweiten unbemannten Luftfahrzeugs erst dann erfolgen, wenn das erste unbemannte Luftfahrzeug den exakten Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks bestimmt hat (beispielsweise mit Hilfe eines Infrarotsensors und eines GPS Sensors). Der Start des zweiten unbemannten Luftfahrzeugs kann auch erst dann erfolgen, wenn das erste unbemannte Luftfahrzeug in seine Station zurückgekehrt ist oder wenn das erste unbemannte Luftfahrzeug seine Detektionsaufgabe erledigt hat. Dadurch kann vermieden werden, dass das zweite unbemannte Luftfahrzeug zum Start seiner Messungen in der Luft warten muss, bis das erste unbemannte Luftfahrzeug den exakten Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks bestimmt hat.
Die Verarbeitungsvorrichtung kann des Weiteren dazu eingerichtet sein, die von der zweiten Kommunikationsvorrichtung empfangenen Daten zu verarbeiten und mit Hilfe eines Vergleichs der empfangenen Daten mit vorgegebenen Daten zu bestimmen, ob ein Gas- und/oder Flüssigkeitsleck existiert. Beispielsweise hat die Verarbeitungsvorrichtung Wärmebilder eines bekannten Rohrleitungs-Lecks zur Verfügung und verglicht am Ort des möglichen Rohrleitungs-Lecks neu aufgenommene Wärmebilder mit den bekannten Wärmebildern. Überschreitet der Bildvergleich (z. B. ein Schwellenwertverfahren) einen Schwellenwert, so wird davon ausgegangen, dass tatsächlich ein Rohrleitungs-Leck vorliegt.
Um noch bessere Vergleichsergebnisse zu erhalten kann die Steuerungsvorrichtung ein Maschinenlernmodul umfassen, das dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Vergleichsergebnis des Vergleichs eine Ergebnisgenauigkeit zukünftiger Vergleiche zu optimieren. Beispielsweise kann das Vergleichsergebnis des vorstehend beschriebenen Vergleichs der zwei Wärmebilder von dem Maschinenlernmodul als Trainingsdaten verwendet werden, um eine Ergebnisgenauigkeit zukünftiger Vergleiche von Wärmebildern zu optimieren.
Die Verarbeitungsvorrichtung kann auch dazu eingerichtet sein, bei Bestimmung einer Existenz eines Gas- und/oder Flüssigkeitslecks automatisch eine Nachricht mit den genauen Ortskoordinaten des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks an eine Inspektions-Einsatzzentrale zu senden. Durch das automatische Senden der Nachricht mit den genauen Ortskoordinaten des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks kann die Zeit reduziert werden, die ein Inspektionsteam zum Eintreffen am Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks benötigt.
Um genauere Orte eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu erhalten, wodurch das erste unbemannte Luftfahrzeug weniger Zeit zum Bestimmen des exakten Ortes des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks benötigt, kann die erste Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet ist, von einer Vielzahl von Satelliten erzeugte Daten zu empfangen, wobei die von der Vielzahl von Satelliten erzeugten Daten Orte eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks, beispielsweise eines Rohrleitungs-Lecks einer Gas- oder Wasserstoff-Rohrleitung, umfassen, und die Verarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, aus den Orten des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks der Vielzahl von Satelliten einen anzufliegenden Ort für das unbemannte Luftfahrzeug zu bestimmen. Beispielsweise ist die erste Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet, Daten von dem Sentinel-5P-Satelliten und dem OCO-2-Satelliten zu empfangen.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch ein System für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen gelöst, welches eine vorstehend beschriebe Steuerungsvorrichtung und eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen umfasst, wobei das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet ist, eine Rohrleitung hin zu dem möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitsleck abzufliegen und den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu bestimmen, und den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks an die Steuerungsvorrichtung, die Station des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs und/oder ein weiteres unbemanntes Luftfahrzeug zu senden. Das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug kann dazu eingerichtet sein, den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks, beispielsweise eines Rohrleitungs-Lecks, mit Hilfe eines Infrarotsensors zu bestimmen.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Offenbarung kann das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet sein, den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks direkt, oder über eine Station, an ein weiteres unbemanntes Luftfahrzeug zu senden, wobei das weitere unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet ist, zu dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu fliegen und an dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks mit Hilfe eines elektrochemischen Sensors, eines katalytischen Sensors, eines Laser-induzierten Plasmasensors, eines LIDAR-Sensors, eines optischen Sensors, eines Elektromagnetfeldsensors, eines Photolumineszenz-Detektors und/oder eines Laser- Abstandsmessers Daten zu erfassen. Somit arbeiten zwei unbemannte Luftfahrzeuge zusammen, um optimale Ergebnisse zum Bestimmen eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu erhalten. Des Weiteren ist es denkbar, dass mehr als zwei unbemannte Luftfahrzeuge eingesetzt werden.
Für eine noch effektivere Bestimmung eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks kann das weitere unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet sein, erst nach Empfang des exakten Orts des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks den Flug zu dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu starten. Auch die Art des zu verwendenden Sensors kann berücksichtigt werden, bevor ein weiteres unbemanntes Luftfahrzeug ausgewählt wird.
Das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug kann auch dazu eingerichtet sein, den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks für einen Inspektionstrupp zu markieren und/oder bis zum Eintreffen eines Inspektionstrupps über dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu kreisen. Zur Markierung kann das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine rote Farbmarkierung auf den exakten Ort eines Rohrleitungs-Lecks zu sprühen. Hinsichtlich des Kreisens über dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks können sich mehrere unbemannte Luftfahrzeuge zeitlich nacheinander ablösen. Falls zugänglich und vom Steuerungssystem freigegeben, können lokale Stationen auch ein oder mehrere unbemannte Luftfahrzeuge zur autonomen permanenten oder sofortigen temporären Reparatur / Fixierung des Lecks, z.B. mit einer Epoxidabdichtung oder einer mechanischen Manschette, aussenden. So kann die Verarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, eine der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen für eine autonome permanente oder sofortige temporäre Reparatur bzw. Fixierung des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks, insbesondere mit einer Epoxidabdichtung oder einer mechanischen Manschette, auszusenden.
Erdgas ist geruch- und farblos und für Menschen gesundheitsschädlich. Wasserstoff ist ein sehr brennbares Gas und kann in Luftgemischen in einem Bereich von 4,0 bis 74% vorliegen, bevor es explodiert. Es hat eine sehr niedrige Zündtemperatur und kann bereits bei einer Temperaturerhöhung um einige hundert Grad Celsius entzündet werden. Zum Schutz der Bevölkerung kann das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug einen Lautsprecher umfassen und dazu eingerichtet sein, an dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks mit Hilfe des Lautsprechers eine Warnmeldung auszugeben.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Steuern einer Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen der von einem Satelliten erzeugten Daten, wobei die von dem Satelliten erzeugten Daten einen Ort eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks umfassen, Auswählen, basierend auf den von dem Satelliten erzeugten Daten, einer der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen, die sich am Nächsten zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks befindet, und Instruieren (d.h. Steuern) des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs, zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks zu fliegen und Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitslecks aufzunehmen, und Empfangen, von dem ausgewählten unbemannten Luftfahrzeug oder einer Station des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs, der Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck. Das Verfahren kann insbesondere von einer der vorstehend beschriebenen Steuerungsvorrichtungen ausgeführt werden. Ferner kann eine Steuerungsvorrichtung einen Optimierungsalgorithmus ausführen, der auf der Grundlage von Ressourcen Verteilung und -beschränkungen einen optimierten Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen initiiert.
Die oben beschriebenen Aspekte und Varianten können kombiniert werden, ohne dass dies explizit beschrieben ist. Jede der beschriebenen Ausgestaltungsvarianten ist somit optional zu jeder Ausgestaltungsvariante oder Kombinationen davon zu sehen. Die vorliegende Offenbarung ist somit nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen und Varianten in der beschriebenen Reihenfolge oder einer bestimmten Kombination der Aspekte und Ausgestaltungsvarianten beschränkt. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Vorrichtungen, Systeme und Verfahren ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Figuren.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen, wobei sich alle unbemannten Luftfahrzeuge in Stationen befinden;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1, wobei sich ein erstes unbemanntes Luftfahrzeug im Einsatz befindet;
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1, wobei sich ein zweites unbemanntes Luftfahrzeug im Einsatz befindet;
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1, wobei sich zwei unbemannte Luftfahrzeuge im Einsatz befinden;
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1, wobei sich drei unbemannte Luftfahrzeuge im Einsatz befinden; und
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen, wobei Daten betreffend ein mögliches Rohrleitungs-Leck von zwei Satelliten empfangen werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Systems für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen.
Das System umfasst eine Steuerungsvorrichtung 10, ein erste Station 30 für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen 21, 22 und 23 und eine zweite Station 40 für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen 24, 25 und 26. Die Anzahl der Stationen 30, 40 und unbemannten Luftfahrzeuge 21, 22, 23, 24, 25, 26 ist nur beispielhaft gezeigt. Die unbemannten Luftfahrzeugen 21, 22 und 23 sind in der Station 30 stationiert, d.h., starten und landen in der Station 30 und werden dort geladen bzw. betankt. Entsprechendes gilt für die unbemannten Luftfahrzeugen 24, 25 und 26 und die Station 40.
Jedes der unbemannten Luftfahrzeuge 21, 22, 23, 24, 25, 26 umfasst mindestens einen Sensor zum Detektieren eines Gaslecks. So umfasst das unbemannte Luftfahrzeug 21 einen Infrarotsensor und einen GPS Sensor. Das unbemannte Luftfahrzeug 22 umfasst einen elektrochemischen Sensor zum Detektieren von Erdgas und einen GPS Sensor. Das unbemannte Luftfahrzeug 23 umfasst einen LIDAR-Sensor und einen GPS Sensor. Die unbemannten Luftfahrzeuge 24, 25 und 26 können entsprechende Sensoren wie die unbemannten Luftfahrzeuge 21, 22 und 23 umfassen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die unbemannten Luftfahrzeuge 21, 22, 23, 24, 25, 26 auch weiter oder andere Sensoren umfassen, wie beispielsweise einen katalytischen Sensor, einen Laser-induzierten Plasmasensor, einen optischen Sensor, einen Elektromagnetfeldsensor, einen Photolumineszenz- Detektor und/oder einen Laser-Abstandsmesser.
Die erste Station 30 umfasst eine Steuerung 31 zum drahtlosen Steuern der unbemannten Luftfahrzeuge 21, 22 und 23 und eine Kommunikationsvorrichtung 32 zum Kommunizieren mit der Steuerungsvorrichtung 10. Entsprechend umfasst die zweite Station 40 eine Steuerung 41 zum drahtlosen Steuern der unbemannten Luftfahrzeuge 24, 25 und 26 und eine Kommunikationsvorrichtung 42 zum Kommunizieren mit der Steuerungsvorrichtung 10.
Ferner zeigt die Fig. 1 einen Satelliten 60, eine Rohrleitungsinspektions- Einsatzzentrale 70 und eine Gas-Rohrleitung 50, an der ein Leck 55 auftritt. Bei dem Satelliten handelt es sich um den Sentinel-5P-Satelliten. Die Gas-Rohrleitung 50 hat eine Länge von 50 km. Entlang der Gas-Rohrleitung 50 ist eine Vielzahl von Stationen 30, 40 mit unbemannten Luftfahrzeugen 21, 22, 23, 24, 25, 26 stationiert (in Fig. 1 nicht gezeigt).
Der Satellit 60 erzeugt Daten, die einen Ort eines möglichen Rohrleitungs-Lecks 55 der Gas-Rohrleitung 50 umfassen. Der Ort ist durch Ortskoordinaten oder Bereiche von Ortskoordinaten in Form von geografischen Koordinaten (Breiten- und Längengrad) angegeben. Die Steuerungsvorrichtung 10 umfasst eine erste Kommunikationsvorrichtung 11, eine zweite Kommunikationsvorrichtung 12, eine Verarbeitungsvorrichtung 13 und ein optionales Maschinenlernmodul 14. Weitere, in der Fig. 1 nicht gezeigte Komponenten und Elemente, können in der Steuerungsvorrichtung 10 vorgesehen sein.
Die erste Kommunikationsvorrichtung 11 ist dazu eingerichtet ist, von dem Satelliten 60 erzeugte Daten betreffend den Ort des möglichen Rohrleitungs-Lecks 55 der Gas- Rohrleitung 50 zu empfangen. Die zweite Kommunikationsvorrichtung 12 ist dazu eingerichtet ist, mit den Stationen 30 und 40 zu kommunizieren. Die Verarbeitungsvorrichtung 13 ist dazu eingerichtet ist, basierend auf den von dem Satelliten 60 erzeugten Daten eine der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen 21, 22, 23, 41, 42, 43, die sich am Nächsten zu dem Ort des möglichen Lecks 55 befindet, auszuwählen, und das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug zu instruieren, zu dem Ort des möglichen Lecks 55 zu fliegen und Daten betreffend das mögliche Leck 55 aufzunehmen. Die zweite Kommunikationsvorrichtung 12 ist ferner dazu eingerichtet ist, die Daten betreffend das mögliche Leck 55 von der Station des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs zu empfangen.
Beispielsweise bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung 13 nach Auswertung der von dem Satelliten 60 empfangenen Ortskoordinaten, dass die Station 30 am Nächsten zu dem Ort des möglichen Lecks 55 der Gas-Rohrleitung 50 liegt. Die Verarbeitungsvorrichtung 13 bestimmt weiter, dass die von dem Satelliten 60 empfangenen Ortskoordinaten wohl nur ungefähr den Ort des möglichen Lecks 55 der Gas-Rohrleitung 50 angeben, so dass eine genaue Bestimmung des Orts des möglichen Lecks 55 der Gas-Rohrleitung 50 notwendig ist. Daher wählt die Verarbeitungsvorrichtung 13 von den unbemannten Luftfahrzeugen 21, 22 und 23 das unbemannte Luftfahrzeug 21 mit dem Infrarotsensor aus, um den genauen Ort der Anomalie der Gas-Rohrleitung 50 zu bestimmen. Entsprechend sendet die Verarbeitungsvorrichtung 13 über die zweite Kommunikationsvorrichtung 12 und die Kommunikationsvorrichtung 32 an die Steuerung 31 der Station 30 Steuerungsbefehle für das unbemannte Luftfahrzeug 21. Die Steuerung 31 der Station 30 steuert sodann basierend auf den Steuerungsbefehlen der Verarbeitungsvorrichtung 13 das unbemannte Luftfahrzeug 21.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist steuert die Steuerung 31 das unbemannte Luftfahrzeug 21 derart, dass es von der Station 30 abhebt und entlang der Gas- Rohrleitung 50 zu dem möglichen Leck 55, wie durch die Daten des Satelliten 60 angegeben, fliegt. Im Bereich des möglichen Lecks 55 angekommen fliegt das unbemannte Luftfahrzeug 21 möglichst nahe an die Gas-Rohrleitung 50 und misst mit Hilfe des Infrarotsensors, ob tatsächlich Gas aus der Gas-Rohrleitung 50 entweicht, und wenn ja, an welchem Ort der Gas-Rohrleitung 50 am meisten Gas entweicht. Die Messdaten, d.h. die Stärke der Gasentweichung mit jeweils zugehörigen Ortskoordinaten, werden von dem unbemannten Luftfahrzeug 21 in Echtzeit an die Station 30 gesendet. Dort werden diese von der Steuerung 31 ausgewertet. Basierend auf der Auswertung steuert die Steuerung 31 den Flug des unbemannten Luftfahrzeugs 21 um den genauen Ort der Lecks 55 zu bestimmen. Die Messdaten des unbemannten Luftfahrzeugs 21 mit dem genauen Ort des Lecks 55 werden dann von der Kommunikationsvorrichtung 32 in der Station 30 an die zweite Kommunikationsvorrichtung 12 in der Steuerungsvorrichtung 10 gesendet und dort von der Verarbeitungsvorrichtung 13 analysiert.
Die Verarbeitungsvorrichtung 13 bestimmt sodann basierend auf den empfangenen Messdaten, dass eine genauere Analyse des Lecks 55 notwendig ist und instruiert die Steuerung 31, das unbemannte Luftfahrzeug 22 mit dem elektrochemischen Sensor zum Detektieren von Erdgas zu dem Leck 55 fliegen zu lassen.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, fliegt das unbemannte Luftfahrzeug 22 entlang der Gas-Rohrleitung 50 zu dem von dem unbemannten Luftfahrzeug 21 bestimmten Ort des Lecks 55. Dort angekommen misst das unbemannte Luftfahrzeug 22 mit dem elektrochemischen Sensor das aus der Gas-Rohrleitung 50 ausströmende Erdgas. Das unbemannte Luftfahrzeug 22 sendet in Echtzeit die Messdaten zusammen mit zugehörigen Ortskoordinaten an die Kommunikationsvorrichtung 32 in der Station 30.
Die Kommunikationsvorrichtung 32 sendet die Messdaten weiter an die zweite Kommunikationsvorrichtung 12 in der Steuerungsvorrichtung 10. Dort werden die Messdaten von der Verarbeitungsvorrichtung 13 analysiert. Basierend auf dem Analyseergebnis kommt die Verarbeitungsvorrichtung 13 zu dem Schluss, dass eine weitere Analyse des Lecks 55 notwendig ist. Insbesondere kommt die Verarbeitungsvorrichtung 13 zu dem Schluss, dass eine visuelle Analyse notwendig ist, ob eine optisch sichtbare Beschädigung der Gas-Rohrleitung 50, beispielsweise durch eine Explosion, vorliegt.
Die Verarbeitungsvorrichtung 13 instruiert sodann die Steuerung 31, das unbemannte Luftfahrzeug 23 mit dem LIDAR-Sensor zu dem Leck 55 fliegen zu lassen. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, fliegt das unbemannte Luftfahrzeug 23 entlang der Gas-Rohrleitung 50 zu dem von dem unbemannten Luftfahrzeug 21 bestimmten Ort des Lecks 55. Dort angekommen misst das unbemannte Luftfahrzeug 22 mit dem LIDAR-Sensor dreidimensional die Umgebung des Lecks 55. Das unbemannte Luftfahrzeug 23 sendet in Echtzeit die Messdaten zusammen mit zugehörigen Ortskoordinaten an die Kommunikationsvorrichtung 32 in der Station 30.
Die Kommunikationsvorrichtung 32 sendet die Messdaten weiter an die zweite Kommunikationsvorrichtung 12 in der Steuerungsvorrichtung 10. Dort werden die Messdaten von der Verarbeitungsvorrichtung 13 analysiert. Basierend auf dem Analyseergebnis kommt die Verarbeitungsvorrichtung 13 zu dem Schluss, dass an dem Leck 55 eine Explosion stattgefunden hat. Die Verarbeitungsvorrichtung 13 sendet sodann eine Nachricht mit den genauen Ortskoordinaten des Rohrleitungs- Lecks 55 an die Rohrleitungsinspektions-Einsatzzentrale 70. Von dort wird anschließend ein Rohrleitungsinspektionstrupp an den Ort des Lecks 55 geschickt um die Gas-Rohrleitung 50 zu inspizieren bzw. zu reparieren.
Vor Eintreffen des Rohrleitungsinspektionstrupps kreist das unbemannte Luftfahrzeug 22 über dem Leck 55, sodass der Rohrleitungsinspektionstrupp das Leck 55 einfacher finden kann. Zusätzlich hat das unbemannte Luftfahrzeug 23 den Ort des Lecks 55 mit einer roten Sprühfarbe markiert. Das unbemannte Luftfahrzeug 22 umfasst ferner einen Lautsprecher, mit dessen Hilfe das Luftfahrzeug 22 akustische Warnungen zur Warnung der Bevölkerung ausgibt.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wird im Anschluss an das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 eine weiteres unbemanntes Luftfahrzeug 24 von der Station 40 zu dem Leck geschickt. Das unbemannte Luftfahrzeug 24 umfasst einen noch präziseren Gassensor, sodass, obwohl sich die Station 40 weiter entfernt als die Station 30 von dem Leck 55 befindet, der Flug des unbemannten Luftfahrzeugs 24 von der Station 40 zu dem Leck 55 Sinn macht. Entsprechend sendet das unbemannte Luftfahrzeug 24 die an dem Leck 55 gemessenen Daten an die Kommunikationsvorrichtung 42, welche diese wiederum über die zweite Kommunikationsvorrichtung 12 an die Verarbeitungsvorrichtung 13 weiterleitet, wo diese Messdaten zusammen mit den anderen Messdaten verarbeitet werden.
Die Bestimmung, ob ein Rohrleitungs-Leck existiert, erfolgt durch die Verarbeitungsvorrichtung 13 indem sie die von der zweiten Kommunikationsvorrichtung 12 empfangenen Daten verarbeitet und mit Hilfe eines Vergleichs der empfangenen Daten mit vorgegebenen Daten bestimmt, ob ein Rohrleitungs-Leck 55 vorliegt. Der Vergleich kann mit Hilfe des Maschinenlernmoduls 14 optimiert werden. Das Maschinenlernmodul 14 kann beispielsweise auf einer Cloud-Plattform, wie Microsoft Azure, gehostet sein. Das Maschinenlernmodul 14 ist dazu eingerichtet, basierend auf einem Vergleichsergebnis des Vergleichs eine Ergebnisgenauigkeit zukünftiger Vergleiche zu optimieren. Beispielsweise kann ein Vergleichsergebnis eines Vergleichs von zwei Wärmebildern von dem Maschinenlernmodul 14 als Trainingsdaten verwendet werden, um eine Ergebnisgenauigkeit zukünftiger Vergleiche von Wärmebildern zu optimieren.
Gemäß einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der Figs. 1 bis 5 ist, wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 gezeigt, die erste Kommunikationsvorrichtung 11 dazu eingerichtet ist, von zwei Satelliten 60 und 65 erzeugte Daten zu empfangen. Die gleichen Bezugszeichen betreffen die gleichen Elemente, so dass auf eine erneute Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Die von den Satelliten 60 und 65 erzeugten Daten umfassen Orte eines möglichen Rohrleitungs-Lecks 55 der Gas-Rohrleitung 50. Die Verarbeitungsvorrichtung 13 ist dazu eingerichtet ist, aus den Orten des möglichen Rohrleitungs-Lecks 55 der beiden Satelliten 60 und 65 einen anzufliegenden Ort für das unbemannte Luftfahrzeug 21 zu bestimmen. Da die Ortsdaten von zwei Satelliten 60 und 65 stammen kann eine genauere Ortsbestimmung vorgenommen werden, was die Flug-bzw. Suchzeit des unbemannten Luftfahrzeugs 21 zu dem möglichen Rohrleitungs-Leck 55 verringert.
Ein Verfahren zum Steuern einer Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen 21, 22, 23, 24, 25, 26, welches durch die in den Figs. 1 bis 5 gezeigte Steuerungsvorrichtung 10 ausgeführt werden kann, umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Empfangen der von dem Satelliten 60 erzeugten Daten, wobei die von dem Satelliten 60 erzeugten Daten einen Ort eines möglichen Rohrleitungs-Lecks 55 der Gas- Rohrleitung 50 umfassen, Auswählen, basierend auf den von dem Satelliten 60 erzeugten Daten, einer der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen 21, 22, 23, 24, 25, 26, die sich am Nächsten zu dem Ort des möglichen Rohrleitungs-Lecks 55 befindet, Instruieren des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs, zu dem Ort des möglichen Rohrleitungs-Lecks 55 zu fliegen und Daten betreffend das mögliche Rohrleitungs-Leck 55, aufzunehmen, und Empfangen, von dem ausgewählten unbemannten Luftfahrzeug oder einer Station des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs, der Daten betreffend das mögliche Rohrleitungs-Leck 55. In den vorgestellten Beispielen sind unterschiedliche Merkmale und Funktionen der vorliegenden Offenbarung getrennt voneinander sowie in bestimmten Kombinationen beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass viele dieser Merkmale und Funktionen, wo dies nicht explizit ausgeschlossen ist, miteinander frei kombinierbar sind. So betreffen die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele Rohrleitungs- Lecks einer Gas- oder Wasserstoff-Rohrleitung. Diese Ausführungsbeispiele können jedoch entsprechend Lecks in einem Gas- und/oder Flüssigkeitserzeugungssystem, einem Gas- und/oder Flüssigkeitsspeichersystem (z. B. einem Tank) und/oder einem Gas- und/oder Flüssigkeitsverteilungssystem (z. B. einem Leitungssystem) umfassen. Es kann sich bei dem Leck auch um ein Ölleck, beispielsweise ein Leck in einer Ölleitung, handeln

Claims

ANSPRÜCHE
1. Steuerungsvorrichtung (10) für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26), umfassend eine erste Kommunikationsvorrichtung (11), die dazu eingerichtet ist, von einem Satelliten (60) erzeugte Daten zu empfangen, wobei die von dem Satelliten (60) erzeugten Daten einen Ort eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) umfassen, eine zweite Kommunikationsvorrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, mit der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26) und/oder Stationen (30, 40) der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26) zu kommunizieren und eine Verarbeitungsvorrichtung (13), die dazu eingerichtet ist, basierend auf den von dem Satelliten (60) erzeugten Daten eine der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26), die sich am Nächsten zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) befindet, auszuwählen, und das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug zu instruieren, zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu fliegen und Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck (55) aufzunehmen, wobei die zweite Kommunikationsvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, die Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck (55) von dem ausgewählten unbemannten Luftfahrzeug oder der Station des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs zu empfangen.
2. Steuerungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die aufgenommenen Daten exakte Ortskoordination des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) umfassen.
3. Steuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26) dazu eingerichtet ist, jeweils eine von physikalischen, chemischen und visuellen Umgebungseigenschaften zu erfassen, die Verarbeitungsvorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, basierend auf den von dem Satelliten (60) erzeugten Daten mehr als eine der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26), die dazu eingerichtet sind, jeweils verschiedene der physikalischen, chemischen und visuellen Umgebungseigenschaften zu erfassen, auszuwählen, und die ausgewählten unbemannten Luftfahrzeuge (21, 22, 23, 24, 25, 26) zu instruieren, zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu fliegen und die physikalischen, chemischen und/oder visuellen Umgebungseigenschaften zu erfassen und die zweite Kommunikationsvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, die erfassten Daten von den ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26) oder der/den Stationen (30, 40) der ausgewählten unbemannten Luftfahrzeuge zu empfangen.
4. Steuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26) eine von einem elektrochemischen Sensor, einen Infrarotsensor, einen katalytischen Sensor, einen Laser-induzierten Plasmasensor, einen Light Detection and Ranging, LIDAR, Sensor, einen optischen Sensor einen Elektromagnetfeldsensor, einen Photolumineszenz-Detektor und einen Laser-Abstandsmesser umfasst, und die Verarbeitungsvorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, basierend auf den von dem Satelliten (60) erzeugten Daten ein erstes unbemanntes Luftfahrzeug, das einen von einem elektrochemischen Sensor, einen Infrarotsensor, einen katalytischen Sensor, einen Laser-induzierten Plasmasensor, einen Light Detection and Ranging, LIDAR, Sensor, einen optischen Sensor, einen Elektromagnetfeldsensor, einen Photolumineszenz-Detektor und einen Laser-Abstandsmesser umfasst, und ein zweites unbemanntes Luftfahrzeug, das einen anderen von einem elektrochemischen Sensor, einen Infrarotsensor, einen katalytischen Sensor, einen Laser-induzierten Plasmasensor, einen Light Detection and Ranging, LIDAR, Sensor, einen optischen Sensor, einen Elektromagnetfeldsensor, einen Photolumineszenz-Detektor und einen Laser-Abstandsmesser umfasst, auszuwählen, und das erste und zweite unbemannte Luftfahrzeug zu instruieren, zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu fliegen und dort mit den Sensoren Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck (55) zu erfassen, und die zweite Kommunikationsvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, die erfassten Daten von den ersten und zweiten unbemannten Luftfahrzeugen oder der/den Stationen der ersten und zweiten unbemannten Luftfahrzeuge zu empfangen.
5. Steuerungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die Verarbeitungsvorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, das zweite unbemannte Luftfahrzeug zu instruieren, erst nach einer Bestimmung des exakten Ortes des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) durch das erste unbemannte Luftfahrzeug zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu fliegen.
6. Steuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungsvorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, die von der zweiten Kommunikationsvorrichtung (12) empfangenen Daten zu verarbeiten und mit Hilfe eines Vergleichs der empfangenen Daten mit vorgegebenen Daten zu bestimmen, ob ein Gas- und/oder Flüssigkeitsleck existiert.
7. Steuerungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Verarbeitungsvorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, bei Bestimmung einer Existenz eines Gas- und/oder Flüssigkeitsleck automatisch eine Nachricht mit den genauen Ortskoordinaten des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks an eine Inspektions- Einsatzzentrale (70) zu senden.
8. Steuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kommunikationsvorrichtung (11) dazu eingerichtet ist, von einer Vielzahl von Satelliten (60, 65) erzeugte Daten zu empfangen, wobei die von der Vielzahl von Satelliten (60, 65) erzeugten Daten Orte eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) einer Gas- oder Wasserstoff-Rohrleitung (50) umfassen, und die Verarbeitungsvorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, aus den Orten des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) der Vielzahl von Satelliten (60, 65) einen anzufliegenden Ort für das unbemannte Luftfahrzeug zu bestimmen.
9. Steuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungsvorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, eine der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26) für eine autonome permanente oder sofortige temporäre Reparatur bzw. Fixierung des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55), insbesondere mit einer Epoxidabdichtung oder einer mechanischen Manschette, auszusenden.
10. System für eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26) umfassend eine Steuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26), wobei das von der Verarbeitungsvorrichtung (13) ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet ist, eine Rohrleitung (50) hin zu dem möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitsleck (55) abzufliegen und den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu bestimmen, und den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) an die Steuerungsvorrichtung (10), die Station (30, 40) des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs und/oder ein weiteres unbemanntes Luftfahrzeug (21, 22, 23, 24, 25, 26) zu senden.
11. System nach Anspruch 10, wobei das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet ist, den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) mit Hilfe eines Infrarotsensors zu bestimmen.
12. System nach Anspruch 11, wobei das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet ist, den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) direkt oder über eine Station (30, 40) an ein weiteres unbemanntes Luftfahrzeug zu senden, wobei das weitere unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet ist, zu dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu fliegen und an dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) mit Hilfe eines elektrochemischen Sensors, eines katalytischen Sensors, eines Laser-induzierten Plasmasensors, eines LIDAR-Sensors, eines optischen Sensors, eines Elektromagnetfeldsensors, eines Photolumineszenz- Detektors und/oder eines Laser-Abstandsmesser Daten zu erfassen.
13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das weitere unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet ist, erst nach Empfang des exakten Orts des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) einen Flug zu dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu starten.
14. System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug dazu eingerichtet ist, den exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) für einen Inspektionstrupp zu markieren und/oder bis zum Eintreffen eines Rohrleitungsinspektionstrupps über dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu kreisen.
15. System nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das ausgewählte unbemannte Luftfahrzeug einen Lautsprecher umfasst und dazu eingerichtet ist, an dem exakten Ort des Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) mit Hilfe des Lautsprechers eine Warnmeldung auszugeben.
16. Verfahren zum Steuern einer Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26), umfassend
Empfangen von von einem Satelliten (60) erzeugten Daten, wobei die von dem Satelliten (60) erzeugten Daten einen Ort eines möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) umfassen,
Auswählen, basierend auf den von dem Satelliten (60) erzeugten Daten, einer der Vielzahl von unbemannten Luftfahrzeugen (21, 22, 23, 24, 25, 26), die sich am Nächsten zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) befindet,
Instruieren des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs, zu dem Ort des möglichen Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) zu fliegen und Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitslecks (55) aufzunehmen und
Empfangen, von dem ausgewählten unbemannten Luftfahrzeug oder einer Station des ausgewählten unbemannten Luftfahrzeugs, der Daten betreffend das mögliche Gas- und/oder Flüssigkeitsleck (55).
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