WO2019042997A1 - System zur überwachung, exploration und inspektion mittels drohnen - Google Patents

System zur überwachung, exploration und inspektion mittels drohnen Download PDF

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WO2019042997A1
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Andreas Rheinländer
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Rheinlaender Paul
Rheinlaender Andreas
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Definitions

  • the invention relates to a system for monitoring, exploration and inspection by means of drones, in particular in mining, tunneling and civil engineering or of objects, in particular of buildings, rooms, tunnel systems or cave systems.
  • Drones are used in the civilian sector for both private and commercial purposes.
  • drones are used, in particular, to provide image or other data, the procurement of which would entail higher costs or higher costs in other ways, or the procurement of which would otherwise not have been possible. Examples of this are aerial photographs, which were previously only possible with helicopters, complex film technology and a corresponding cost, or even recordings in confined spaces or difficult to access terrain.
  • data whose procurement was previously only possible under threat to human life or because of the possible threat to human life, can nowadays often be obtained through the use of drones.
  • the possibility of using drones to deliver goods, for example is also being discussed.
  • the use of drones in the civilian area is expanding steadily.
  • a disadvantage of the known fixed systems is that they are expensive to purchase, because depending on the size of the monitored area a variety of sensors must be installed, on the other hand, the sensors are tied to the fixed points.
  • a spontaneous insight in points not detectable by the sensors is not possible via a permanently installed system.
  • drones are already being used for surveillance, inspection and exploration in the commercial and industrial sectors. The drones are usually only used for a limited time and do not serve permanent monitoring. In particular, they currently do not replace permanently installed monitoring systems, but at the most complement these systems. These are usually single drones, which must be controlled by one person over the duration of their mission. However, it would be desirable if drones could be used efficiently and cost effectively as a replacement for fixed systems, such as a permanent surveillance, inspection or exploration system.
  • a further object of the invention is to provide a monitoring, inspection and / or exploration system which is suitable for forwarding the data captured by the drones to a storage and / or data processing system. It is also an object of the invention to provide a monitoring, inspection and / or exploration system which is suitable for use in mining and civil engineering.
  • An inventive system for monitoring, inspection and exploration comprises at least a first number of drones with at least one sensor, a second number of docking stations, a further processing point and a control unit.
  • a drone in the sense of this invention is understood to mean any unmanned aerial vehicle which can be controlled from the ground via a remote control by a human or a computer.
  • the drones to be used in the system according to the invention are preferably so-called multicopters, in particular quadrocopters.
  • the invention is not limited to such a type of drone.
  • the drones in the system according to the invention comprise at least one sensor which can be selected according to the respective application. All kinds of sensors are possible here, such as mechanical, thermoelectric, resistive, piezoelectric, capacitive, inductive, optical, magnetic, optoelectronic, electrochemical, temperature, distance, pressure, gas or even biosensors.
  • the drones are equipped with at least one distance sensor and at least one further sensor for data collection.
  • another sensor may also be a laser or an RF sensor (an electromagnetic sensor).
  • these sensors allow you to accurately measure the environment, helping to create a three-dimensional image of the space in which the drone is moving. This is advantageous, for example, everywhere where, depending on the possibly also changing premises, the machines working there have to be realigned.
  • the drones comprise at least one memory element in which the data recorded via the sensors can be stored at least temporarily.
  • a storage element is optional depending on the application request.
  • the acquired data is preferably transmitted to a subsequent receiver system.
  • a subsequent receiver system is designed in a preferred embodiment both for receiving and for transmitting data.
  • a subsequent receiver system can be, for example, a docking station, a relay station or a further processing station. The person skilled in the art chooses the most suitable system for his purpose.
  • the systems according to the invention comprise drones which themselves have relay stations. It is advantageous that the so equipped drones can very flexibly extend the existing network of relay stations.
  • the first number of drones may be larger, smaller than or equal to the second number of docking stations. In a preferred embodiment, the first number of drones in the system smaller than the second number of docking stations.
  • not all fixed observation points namely in the present case the docking stations, are simultaneously occupied by a monitoring unit, namely in the present case a drone. It is sufficient in many applications that fixed observation points are occupied only as needed with a monitoring unit, as further explained in the examples. Since the monitoring units are expensive to buy, their reduction leads to a high cost savings. If the first number of drones in the system is greater than the second number of docking stations, for example, resting places of the type described below can be provided for the surplus drones.
  • a processing point in the sense of this invention is a point to which data are transmitted and in which the data can be stored if necessary.
  • the transmission of the data can be done by the drones directly or by the docking stations.
  • the processing unit may include an electronic data processing system (EDP) for further processing of the data and a memory.
  • EDP electronic data processing system
  • a further processing point in the sense of this invention may also be a further data store which optionally has a relay station.
  • the processor has wireless and possibly wired communication systems. The communication systems are used for communication between further processing point and drone and / or for communication between further processing point and docking station.
  • the processing unit has further communication systems, by means of which it can be controlled by a higher-level system.
  • a docking station in the sense of this invention provides the drones with a landing pad where the drone can be without flight movements.
  • the Docking stations have wireless and possibly wired communication systems.
  • the communication systems are used to communicate the docking stations with each other, for communication between docking station and drone and / or for communication between docking station and processing point and / or control systems for controlling the drones, for the different types of communication different or even the same systems can be used.
  • the docking stations are at the same time relay stations.
  • a relay station in the sense of this application is a transmission element which forwards received signals.
  • a relay station in the sense of this application may in particular be a suitably equipped docking station, a suitably equipped drone or a processing station.
  • the drones in the system according to the invention comprise at least one wireless communication system.
  • the communication system may be used to communicate and / or transmit data from the drones to each other, to communicate and / or transmit data between the drone and the docking station, and to communicate and / or transmit data between the drone and the processing station Transmission paths different or even the same communication systems can be used.
  • the docking stations are connected to each other at least in terms of power supply via cable.
  • the drone and docking station each comprise a docking element, via which they can be connected to one another.
  • the docking element may comprise a magnetic and / or mechanical element.
  • Embodiments are conceivable in which the docking elements of drone and docking station function according to the key-lock principle, but embodiments are also conceivable in which essentially only the drone or only the docking station has a corresponding docking element. It is important that the drone is only dockable to the docking station, that all necessary contacts and transmission paths between the drone and docking station, for example, for energy and / or data transmission, connected after docking or connectable.
  • At least one of the docking stations includes a charging station for drones.
  • the drones can thus be powered by the charging station of the docking station and so for example charge existing batteries or use the energy transferred for other tasks during the stay in the docking station, for example, for the operation of the sensors or the transmission of data.
  • all docking stations comprise a charging station.
  • the energy transfer between drone and docking station can be wireless or by means of electrical contacts.
  • a wireless energy transmission is preferred, especially in environments in which a rapid contamination of the contacts is to be feared and thus a sufficient energy transfer does not appear guaranteed. This is especially the case in particularly dust-prone environments, as they are known from the mining and civil engineering.
  • the communication between drone and docking station preferably takes place wirelessly.
  • the communication between the docking stations and the processor can take place both wirelessly and wired. Decisive for the decision for a wireless or a wired communication is always the intended use of the system according to the invention.
  • the docking stations are to be particularly mobile, a cordless communication is recommended for the communication of the docking stations since wired systems tend to lose mobility due to the fixed cabling. In addition, cables are generally prone to damage, especially if they need to be relocated more frequently. Limiting for a wireless system can be an insufficient transmitter-receiver range, which can be particularly problematic in mining and civil engineering, if wireless signals due to the special Geometry and geography of the site can only achieve short ranges. In this case, wired communication or relay station communication may be considered.
  • the docking stations are at the same time relay stations.
  • the docking stations in the system according to the invention also serve to control the drones, wherein various control options are conceivable.
  • the docking stations could control the drones in real time, as if using a remote control. It would also be conceivable that the docking stations feed a certain flight path into the drone, which then flies off and then returns to a docking station. It would also be conceivable that the route to be completed by a drone is determined by a specific sequence of docking stations to be attached, with the next docking station in each case on the flight route to be completed emitting a signal followed by the corresponding drone. Corresponding control systems and signal transmissions can also take place, for example, by control systems based on laser technology or RFID (radio-frequency identification), with the docking stations and drones having to include corresponding transmitter and receiver modules.
  • RFID radio-frequency identification
  • the docking stations are connected to a control unit via a wireless or wired communication system.
  • An EDP system may include a control system.
  • the control system provides, for example, flight paths and control parameters for the drones, which are stored in the drones via the docking stations or transmitted via the docking stations to the drones.
  • a docking station which serves to control a drone can also merely be the transmitter of the control information, for example of the EDP system, without being actively involved in the control or the calculation of the flight routes.
  • the control unit may preferably be part of the EDP of the processing unit. Both a plurality of control units and a plurality of processing units are conceivable in the system according to the invention.
  • the system according to the invention may optionally include additional resting places at which the drones can reside essentially without flight movements.
  • Docking at the resting stations can be analogous to docking to one of the docking stations possible, but here are also simpler docking mechanisms conceivable, for example via a magnet, since the resting places essentially do not have the communication and charging systems of the docking station.
  • the resting places can also serve to extend the relay network of the docking stations.
  • the system according to the invention is particularly suitable for use in exploration, inspection and / or monitoring in mining, underground or tunneling or of objects, in particular of buildings, rooms, tunnel systems or cave systems.
  • the system can be used in particular underground.
  • the system according to the invention is thus particularly well suited for longwall construction, since the simultaneous monitoring of only a specific part of the longwall is required in each case. Accordingly, it is possible to distribute the number of drones present in the system as needed to the existing docking stations, as will be further elaborated in the following examples.
  • the system according to the invention has the advantage over the prior art that the realization of the exploration or monitoring device via docking stations and drones is significantly more flexible and less expensive than via a permanently installed system.
  • the number of equipped with sensors drones compared to permanently installed sensors are kept to a minimum, since a single drone equipped with sensors can fly to a variety of docking stations and so can map a much larger area than a single permanently installed Sensor can.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the system 1 according to the invention, which can be used in particular where a wireless data transmission between the docking stations is desirable, but the transmission range is limited, for example in mining or civil engineering.
  • the numbers selected in the exemplary embodiment, in particular of docking stations Ai-AN, relay stations Ri-RN-2 and drones Di-DN / 2, are exemplary and serve only to illustrate the intended application in an area with a low transmission range. Likewise, all dimensions and selected distances between the individual elements of the system are chosen purely for illustrative purposes as shown.
  • the number of drones D in the system depends heavily on the necessary monitoring density.
  • every other docking station is manned by a drone.
  • the drones commute in a determined cycle between the docking stations. Compared to a permanently installed system, this results in a saving of 50% on monitoring sensors.
  • the drones D can also be used flexibly and, if necessary, also detect those areas in the area that could not be detected by a comparable permanently installed system at the attachment points of the docking stations Ai-AN.
  • the docking stations A may have several communication systems to communicate with each other and with the drones. The selection of suitable and the number of communication systems used depend on the intended use of the system.
  • the docking stations A include communication systems for wireless communication with the drones and with each other.
  • the docking station AN comprises a wired communication system to the processing point W. In areas with low transmitter range, it is advisable to equip all docking stations A with additional relay stations R, possibly with the exception of the respective first and last docking station Ai, AN in the chain.
  • a relay station R at the docking station Ai may be unnecessary, since from here no signals must be routed by relay station to another station, a relay station R at the docking AN can be unnecessary, since this is connected via a data cable K to the processing point W and thus from the docking station AN no signals must be forwarded by relay station.
  • the docking stations Ai - AN are connected to a wired energy supply E.
  • the energy supply can take place via the processing unit W optionally supported by a computer.
  • the docking stations A can have a charging station for drones. Depending on the application, it may be useful to equip each docking station A with a charging station, but it may also be useful to equip only as many docking stations with charging stations as drones D are in the system.
  • the docking station AN is connected to a control unit S via a wired communication system.
  • An EDP system may include a control system.
  • the control system S provides, for example, flight paths and control parameters for the drones D, which are stored via the docking stations A in the drones D or transmitted via the docking stations A to the drones D.
  • a docking station A which is to control A drone also serves merely to be the transmitter of the control information, for example of the EDP system, without being actively involved in the control or calculation of the flight routes.
  • the control unit may preferably be part of the EDP of the processing unit.
  • the control of the drones D via the docking stations A occurs.
  • the drones D follow a signal which is sent out by the respective next docking station A.
  • the drone Di oscillates in a cycle to be determined between the docking stations Ai and A2 the drone D2 oscillates in a cycle to be determined between the docking stations A3 and A 4 , etc.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the system 1 according to the invention, which can be used in particular where a wireless data transmission between the docking stations A is desirable and a good transmission range can be achieved.
  • this system is designed for cyclic monitoring of the corresponding area.
  • the numbers selected in the exemplary embodiment, in particular of docking stations A1-AN, relay stations R1-RN-I and drones Di-DN / 2, are exemplary and merely serve to illustrate the planned application. Likewise, all dimensions and selected distances between the individual elements of the system are chosen purely for illustrative purposes as shown.
  • the number of drones D in the system depends heavily on the necessary monitoring density. In the exemplary system, only one drone is used. The drone commutes between the docking stations in a cycle to be determined or as necessary. Compared to a permanently installed system, this results in a saving of 75% in monitoring sensors.
  • the drone D can also be used flexibly and, if necessary, also capture those areas in the area that belong to one comparable fixed system at the fixing points of the docking stations Ai - AN, could not be detected.
  • the docking stations A may have several communication systems to communicate with each other and with the drone. The selection of suitable and the number of communication systems used depend on the intended use of the system. In the preferred embodiment of Figure 2, docking stations A include communication systems for wireless communication with the drone and with each other. Due to the good transmission range, the docking station AN does not include a wired communication system to the processing point W, but communicates with it wirelessly, which leads to a further increase in the flexibility of the system.
  • the docking stations A can be equipped with additional relay stations R.
  • a relay station R at the docking station Ai may be unnecessary, since from here no signals must be routed by relay station to another station, a relay station R at the docking station AN appears useful in this system, as so wireless signals from the processing point W optionally directly can be forwarded to the receiving docking station A.
  • the forwarding of the data of the docking stations A or of the drones D to the further processing point W takes place.
  • the docking stations Ai - AN are connected to a wired energy supply E.
  • the energy supply can take place via the further processing point W, possibly supported by EDP.
  • the docking stations A can have a charging station for drones. Depending on the application, it may be useful to equip each docking station A with a charging station, but it may also be useful, only so many Equip docking stations with charging stations as there are drones D in the system.
  • the docking station AN is connected to a control unit via a wireless communication system.
  • An EDP system may include a control system.
  • the control system provides, for example, flight paths and control parameters for the drones, which are stored in the drones via the docking stations or transmitted via the docking stations to the drones.
  • a docking station which serves to control a drone can also merely be the transmitter of the control information, for example of the EDP system, without being actively involved in the control or the calculation of the flight routes.
  • the control unit may preferably be part of the EDP of the processing unit.
  • the control of the drone D via the docking stations A takes place.
  • the drone D it would be conceivable for the drone D to follow a signal which is emitted by the docking station A to be next applied.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung und Exploration umfassend eine erste Anzahl von Drohnen, eine zweite Anzahl von Andockstationen, mindestens eine weiterverarbeitende Stelle und mindestens ein Steuerungssystem, wobei die Drohnen zumindest einen Sensor und zumindest ein Kommunikationsmittel umfassen und die Andockstationen zumindest ein Kommunikationsmittel umfassen, wobei die Kommunikationsmittel eine Kommunikation zwischen zumindest einigen Andockstationen und zumindest einigen Drohnen miteinander und/oder untereinander ermöglichen. Das System ist insbesondere für den Einsatz im Untertageberg- und Tiefbau geeignet.

Description

System zur Überwachung. Exploration und lnspektion mittels Drohnen Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung, Exploration und Inspektion mittels Drohnen insbesondere im Berg-, Tunnel- und Tiefbau oder von Objekten, insbesondere von Gebäuden, Räumen, Tunnelsystemen oder Höhlensystemen.
Drohnen werden im zivilen Bereich sowohl zu privaten als auch zu gewerblichen Zwecken eingesetzt. Im gewerblichen Bereich dienen Drohnen insbesondere dazu, Bild- oder sonstige Daten zu liefern, deren Beschaffung auf anderem Wege mit höheren Kosten oder einem höheren Aufwand verbunden wäre oder deren Beschaffung auf anderem Wege nicht möglich gewesen wäre. Beispiele hierfür sind Luftaufnahmen, die früher nur mit Hubschraubern, aufwändiger Filmtechnik und einem entsprechenden Kostenaufwand möglich waren, oder auch Aufnahmen in beengten Räumlichkeiten oder schwer zugänglichem Gelände. Auch Daten, deren Beschaffung bisher nur unter Gefährdung menschlichen Lebens möglich oder wegen der möglichen Gefährdung menschlichen Lebens unmöglich war, können heutzutage häufig durch den Einsatz von Drohnen beschafft werden. Zunehmend wird auch die Möglichkeit diskutiert, Drohnen zur Auslieferung beispielsweise von Waren zu nutzen. So erweitert sich der Einsatz von Drohnen im zivilen Bereich stetig.
Im gewerblichen und industriellen Bereich werden derzeit für die Objektüberwachung - auch im Berg- und Tiefbau - insbesondere fest installierte Systeme eingesetzt. Beispiele hierfür, auf die sich die Erfindung jedoch keinesfalls beschränkt, sind der Strebabbau im Bergbau oder der Tunnelbau im Tiefbau. Weitere Beispiele für die Anbringung fest installierter Systeme sind die Überwachung von Gebäuden oder Hallen. An strategisch günstigen Punkten wird jeweils ein Sensor installiert, häufig beispielsweise optische Systeme, die periodisch oder permanent Daten erfassen und diese an weiterverarbeitende Stellen leiten. Die Daten werden in der Regel gespeichert und bei Bedarf sofort oder später ausgewertet. Teils dienen die Datenaufzeichnungen rein dokumentarischen Zwecken.
Nachteilig an den bekannten fest installierten Systemen ist, dass sie zum einen teuer in der Anschaffung sind, denn je nach Größe des zu überwachenden Bereichs müssen eine Vielzahl von Sensoren installiert werden, zum anderen sind die Sensoren an die fest installierten Punkte gebunden. Eine spontane Einsicht in durch die Sensoren nicht erfassbaren Punkte ist über ein fest installiertes System nicht möglich. Teilweise werden bereits heute Drohnen zur Überwachung, Inspektion und Exploration im gewerblichen und industriellen Bereich eingesetzt. Die Drohnen werden hierbei meist nur zeitlich begrenzt eingesetzt und dienen keiner permanenten Überwachung. Sie ersetzen derzeit insbesondere keine fest installierten Überwachungssysteme, sondern ergänzen diese Systeme höchstens. Auch handelt es sich hierbei in aller Regel um Einzeldrohnen, die über die Dauer ihres Einsatzes jeweils von einem Menschen gesteuert werden müssen. Es wäre jedoch wünschenswert, wenn Drohnen effizient und kostensparend als Ersatz für fest installierte Systeme, beispielsweise als permanentes Überwachungs-, Inspektions- oder Explorationssystem, eingesetzt werden könnten.
Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung ein Überwachungs-, Inspektionsund/oder Explorationssystem zur Verfügung zu stellen, das mit Sensoren ausgestattete Drohnen umfasst.
Auch ist es Aufgabe der Erfindung ein Überwachungs-, Inspektions- und/oder Explorationssystem zur Verfügung zu stellen, das weitgehend autark arbeiten kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Überwachungs-, Inspektions- und/oder Explorationssystem zur Verfügung zu stellen, das geeignet ist, die von den Drohnen erfassten Daten an ein Speicher- und/oder Datenverarbeitungssystem weiterzuleiten. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Überwachungs-, Inspektions- und/oder Explorationssystem zur Verfügung zu stellen, das für den Einsatz im Berg- und Tiefbau geeignet ist.
Zudem ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Überwachungs-, Inspektionsund/oder Explorationssystem zur Verfügung zu stellen, das modular aufgebaut und hierdurch kostensparend in der Anschaffung und Erhaltung ist und durch das möglicherweise bereits vorhandene Systeme auch stufenweise austausch- und/oder erweiterbar sind.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
Ein erfindungsgemäßes System zur Überwachung, Inspektion und Exploration umfasst zumindest eine erste Anzahl von Drohnen mit zumindest einem Sensor, eine zweite Anzahl von Andockstationen, eine weiterverarbeitende Stelle und eine Steuerungseinheit.
Die Auswahl der geeigneten Drohne richtet sich primär nach dem geplanten Einsatzzweck. Insofern ist unter einer Drohne im Sinne dieser Erfindung jegliches unbemanntes Luftfahrzeug zu verstehen, das vom Boden aus über eine Fernbedienung durch einen Menschen oder einen Computer steuerbar ist. Bei den in dem erfindungsgemäßen System zu verwendenden Drohnen handelt es sich bevorzugt um sogenannte Multicopter, insbesondere Quadrocopter. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solch einen Drohnentyp beschränkt. Die Drohnen in dem erfindungsgemäßen System umfassen zumindest einen Sensor, der für den jeweiligen Einsatzzweck entsprechend auswählbar ist. Denkbar sind hier alle möglichen Arten von Sensoren wie beispielsweise mechanische, thermoelektrische, resistive, piezoelektrische, kapazitive, induktive, optische, magnetische, optoelektronische, elektrochemische, Temperatur-, Abstands-, Druck-, Gas- oder auch Biosensoren. Vorzugsweise sind die Drohnen mit zumindest einem Abstandssensor und zumindest einem weiteren Sensor zur Datenerhebung ausgestattet. Ein solcher weiterer Sensor kann auch ein Laser oder ein RF-Sensor (ein elektromagnetischer Sensor) sein. Diese Sensoren erlauben beispielsweise eine genaue Vermessung der Umgebung und helfen so, eine dreidimensionale Abbildung des Raumes zu erstellen, in dem sich die Drohne bewegt. Dies ist beispielsweise überall dort vorteilhaft, wo entsprechend den sich gegebenenfalls auch verändernden Räumlichkeiten die dort arbeitenden Maschinen neu ausgerichtet werden müssen.
Die Drohnen umfassen in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest ein Speicherelement, in dem die über die Sensoren erfassten Daten zumindest zeitlich begrenzt speicherbar sind. Ein solches Speicherelement ist jedoch je nach Anwendungsanforderung optional. Die erfassten Daten werden bevorzugt an ein nachfolgendes Empfängersystem übermittelt. Ein nachfolgendes Empfängersystem ist in einer bevorzugten Ausführungsform sowohl zum Empfangen als auch zum Senden von Daten konzipiert. Ein nachfolgendes Empfängersystem kann beispielsweise eine Andockstation, eine Relaisstation oder eine weiterverarbeitende Stelle sein. Der Fachmann wählt das für seinen Zweck am besten geeignete System.
So sind auch Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen die erfindungsgemäßen Systeme Drohnen umfassen, die selbst Relaisstationen aufweisen. Vorteilhaft ist daran, dass die so ausgestatteten Drohnen sehr flexibel das vorhandene Netzwerk an Relaisstationen erweitern können. Die erste Anzahl von Drohnen kann größer, kleiner als oder gleich der zweiten Anzahl von Andockstationen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Anzahl von Drohnen in dem System kleiner als die zweite Anzahl von Andockstationen.
Bei einer solchen bevorzugten Ausführungsform sind entsprechend nicht alle fixen Beobachtungspunkte, nämlich vorliegend die Andockstationen, gleichzeitig mit einer Überwachungseinheit, nämlich vorliegend einer Drohne, besetzt. Es genügt bei vielen Anwendungen, dass fixe Beobachtungspunkte nur nach Bedarf mit einer Überwachungseinheit besetzt werden, wie in den Beispielen weiter erläutert wird. Da gerade die Überwachungseinheiten teuer in der Anschaffung sind, führt deren Reduzierung zu einer hohen Kostenersparnis. Sofern die erste Anzahl von Drohnen in dem System größer ist als die zweite Anzahl von Andockstationen, können für die überzähligen Drohnen beispielsweise Ruheplätze der nachfolgend beschriebenen Art vorgesehen sein.
Eine weiterverarbeitende Stelle im Sinne dieser Erfindung ist eine Stelle, an die Daten übermittelt und in der die Daten gegebenenfalls gespeichert werden können. Die Übermittlung der Daten kann von den Drohnen direkt oder von den Andockstationen erfolgen. Die weiterverarbeitende Stelle kann ein elektronisches Datenverarbeitungssystem (EDV) zur Weiterverarbeitung der Daten und einen Speicher umfassen. Prinzipiell muss in der weiterverarbeitenden Stelle keine Weiterverarbeitung der Daten im Sinne einer Aufbereitung oder Auswertung durchgeführt werden. Prinzipiell kann eine weiterverarbeitende Stelle im Sinne dieser Erfindung auch ein weiterer Datenspeicher sein, der gegebenenfalls über eine Relaisstation verfügt. Die weiterverarbeitende Stelle verfügt über kabellose und gegebenenfalls über kabelgebundene Kommunikationssysteme. Die Kommunikationssysteme dienen zur Kommunikation zwischen weiterverarbeitender Stelle und Drohne und/oder zur Kommunikation zwischen weiterverarbeitender Stelle und Andockstation. Gegebenenfalls verfügt die weiterverarbeitende Stelle über weitere Kommunikationssysteme, über die sie von einem übergeordneten System steuerbar ist. Eine Andockstation im Sinne dieser Erfindung bietet den Drohnen einen Landeplatz, an dem sich die Drohne ohne Flugbewegungen aufhalten kann. Die Andockstationen verfügen über kabellose und gegebenenfalls über kabelgebundene Kommunikationssysteme. Die Kommunikationssysteme dienen zur Kommunikation der Andockstationen untereinander, zur Kommunikation zwischen Andockstation und Drohne und/oder zur Kommunikation zwischen Andockstation und weiterverarbeitender Stelle und/oder für Steuerungssysteme zur Steuerung der Drohnen, wobei für die unterschiedlichen Kommunikationsarten unterschiedliche oder auch gleiche Systeme verwendet werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Andockstationen zugleich Relaisstationen. Eine Relaisstation im Sinne dieser Anmeldung ist ein Übertragungselement, das empfangene Signale weiterleitet. Eine Relaisstation im Sinne dieser Anmeldung kann insbesondere eine entsprechend ausgestattete Andockstation, eine entsprechend ausgestattete Drohne oder eine weiterverarbeitende Stelle sein.
Die Drohnen in dem erfindungsgemäßen System umfassen zumindest ein kabelloses Kommunikationssystem. Das Kommunikationssystem kann zur Kommunikation und/oder Übermittlung von Daten der Drohnen untereinander, zur Kommunikation und/oder Übermittlung von Daten zwischen Drohne und Andockstation und zur Kommunikation und/oder Übermittlung von Daten zwischen Drohne und weiterverarbeitender Stelle dienen, wobei für die unterschiedlichen Kommunikations- und Übermittlungswege unterschiedliche oder auch gleiche Kommunikationssysteme verwendet werden können.
Die Andockstationen sind zumindest hinsichtlich der Stromversorgung über Kabel miteinander verbindbar.
Drohne und Andockstation umfassen jeweils ein Andockelement, über das sie miteinander verbindbar sind. Das Andockelement kann ein magnetisches und/oder mechanisches Element umfassen. Es sind Ausführungsformen denkbar, bei denen die Andockelemente von Drohne und Andockstation nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip funktionieren, es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen im Wesentlichen nur die Drohne oder nur die Andockstation über ein entsprechendes Andockelement verfügt. Wichtig ist dabei, dass die Drohne nur so an die Andockstation andockbar ist, dass alle notwendigen Kontakte und Übertragungswege zwischen Drohne und Andockstation, beispielweise zur Energie- und/oder Datenübertragung, nach dem Andocken verbunden beziehungsweise verbindbar sind.
Zumindest eine der Andockstationen umfasst eine Ladestation für Drohnen. Die Drohnen können somit über die Ladestation der Andockstation mit Energie versorgt werden und so beispielsweise vorhandene Akkus aufladen oder die übertragene Energie für sonstige Aufgaben während des Aufenthalts in der Andockstation nutzen, beispielsweise für den Betrieb der Sensoren oder die Übertragung von Daten. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen alle Andockstationen eine Ladestation.
Die Energieübertragung zwischen Drohne und Andockstation kann drahtlos oder mittels elektrischer Kontakte erfolgen. Bevorzugt ist eine drahtlose Energieübertragung vor allem in Umgebungen, in denen eine schnelle Verunreinigung der Kontakte zu befürchten ist und somit eine ausreichende Energieübertragung nicht gewährleistet erscheint. Dies ist insbesondere in besonders staubanfälligen Umgebungen der Fall, wie man sie aus dem Berg- und Tiefbau kennt.
Die Kommunikation zwischen Drohne und Andockstation findet bevorzugt kabellos statt. Die Kommunikation zwischen den Andockstationen und der weiterverarbeitenden Stelle kann sowohl kabellos als auch kabelgebunden stattfinden. Maßgeblich für die Entscheidung für eine kabellose oder eine kabelgebundene Kommunikation ist immer der geplante Einsatzzweck des erfindungsgemäßen Systems.
Sollen die Andockstationen beispielsweise besonders mobil sein, dann bietet sich für die Kommunikation der Andockstationen untereinander eine kabellose Kommunikation an, da kabelgebundene Systeme durch die feste Verkabelung tendenziell an Mobilität einbüßen. Zudem sind Kabel grundsätzlich anfällig für Beschädigungen, insbesondere wenn diese häufiger neu verlegt werden müssen. Limitierend für ein kabelloses System kann eine unzureichende Sender-Empfänger-Reichweite sein, was insbesondere im Berg- und Tiefbau problematisch sein kann, wenn kabellose Signale aufgrund der besonderen Geometrie und Geografie des Einsatzortes nur kurze Reichweiten erzielen. In diesem Fall kann eine kabelgebundene Kommunikation oder eine Kommunikation über Relaisstationen in Betracht kommen. So sind in einer bevorzugten Ausführungsform die Andockstationen zugleich Relaisstationen. Bevorzugt dienen die Andockstationen in dem erfindungsgemäßen System auch der Steuerung der Drohnen, wobei verschiedene Steuerungsoptionen denkbar sind. Die Andockstationen könnten die Drohnen gleichsam wie mit einer Fernbedienung in Echtzeit steuern. Auch wäre es denkbar, dass die Andockstationen eine bestimmte Flugroute in die Drohne einspeisen, die diese dann abfliegt und anschließend zu einer Andockstation zurückkehrt. Auch wäre es denkbar, dass die von einer Drohne zu absolvierende Flugstrecke durch eine bestimmte Reihenfolge von anzufliegenden Andockstationen bestimmt wird, wobei die jeweils auf der zu absolvierenden Flugroute nächste Andockstation ein Signal aussendet, dem die entsprechende Drohne folgt. Entsprechende Steuerungen und Signalübertragungen können beispielsweise auch durch Leitsysteme basierend auf Lasertechnologie oder RFID (radio- frequency Identification) erfolgen, wobei die Andockstationen und Drohnen entsprechende Sender- und Empfängermodule umfassen müssen.
Die Andockstationen sind über ein drahtloses oder kabelgebundenes Kommunikationssystem mit einer Steuereinheit verbunden. Ein EDV-System kann ein Steuerungssystem umfassen. Das Steuerungssystem stellt beispielsweise Flugrouten und Steuerungsparameter für die Drohnen bereit, die über die Andockstationen in die Drohnen gespeichert oder über die Andockstationen an die Drohnen übermittelt werden. Insofern kann eine Andockstation, die zur Steuerung einer Drohne dient, auch lediglich der Übermittler der Steuerungsinformationen beispielsweise des EDV Systems sein, ohne selbst aktiv an der Steuerung oder der Berechnung der Flugrouten beteiligt zu sein.
Die Steuereinheit kann bevorzugt Teil der EDV der weiterverarbeitenden Stelle sein. Es sind in dem erfindungsgemäßen System sowohl mehrere Steuereinheiten als auch mehrere weiterverarbeitende Stellen denkbar.
Neben den zuvor beschriebenen Andockstationen kann das erfindungsgemäße System optional weitere Ruheplätze umfassen, an denen sich die Drohnen im Wesentlichen ohne Flugbewegungen aufhalten können. Ein Andocken an den Ruhestationen kann analog dem Andocken an eine der Andockstationen möglich sein, es sind hier jedoch auch einfachere Andockmechanismen denkbar, beispielsweise über einen Magneten, da die Ruheplätze im Wesentlichen nicht über die Kommunikations- und Ladesysteme der Andockstation verfügen.
In Systemen, bei denen auch zumindest einige Drohnen Relaisstationen umfassen, können die Ruheplätze auch dazu dienen, das Relaisnetzwerk der Andockstationen zu erweitern.
Das erfindungsgemäße System ist insbesondere zur Verwendung bei der Exploration, Inspektion und/oder Überwachung im Berg-, Tief- oder Tunnelbau oder von Objekten, insbesondere von Gebäuden, Räumen, Tunnelsystemen oder Höhlensystemen, geeignet. Das System kann insbesondere unter Tage eingesetzt werden.
Die Verwendung von Überwachungssystemen im Untertagebergbau und dort insbesondere im Strebbau gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dies liegt daran, dass der Streb im modernen Abbau für den Werkzeugführer oft nur noch schlecht einsehbar ist. Zum einen erreicht der Streb immer größere Höhen von bis zu acht Metern, zum anderen wird auch in immer geringeren Höhen von unter anderthalb Metern abgebaut. Vor allem der Abbau im hohen Streb birgt große Risiken für den Werkzeugführer, wenn er die Begebenheiten im Streb nicht korrekt einzuschätzen vermag. Dabei besteht insbesondere die Gefahr, dass sich große Stücke aus dem Streb lösen, deren Volumen mehrere Kubikmeter betragen kann, und sowohl Maschine als auch Werkzeugführer unter sich begraben. Das erfindungsgemäße System trägt durch eine verbesserte Einsicht somit aktiv zum Arbeitsschutz bei.
Das erfindungsgemäße System eignet sich insofern besonders gut für den Strebbau, da die gleichzeitige Überwachung jeweils nur eines bestimmten Teils des Strebs erforderlich ist. Entsprechend ist es möglich, die Anzahl der im System vorhandenen Drohnen je nach Notwendigkeit auf die vorhandenen Andockstationen zu verteilen, wie in den nachfolgenden Beispielen noch weiter ausgeführt wird.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Systems im Bergbau ist es von Vorteil, das gesamte System, zumindest aber die Drohnen explosionsgeschützt beziehungsweise schlagwettergeschützt auszubilden.
Das erfindungsgemäße System weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass die Realisierung der Explorations- beziehungsweise Überwachungseinrichtung über Andockstationen und Drohnen deutlich flexibler und kostengünstiger ist als über ein fest installiertes System. Insbesondere kann je nach Aufgabenstellung die Anzahl der mit Sensoren ausgestatteten Drohnen gegenüber fest installierten Sensoren auf ein Minimum beschränkt werden, da eine einzelne mit Sensoren ausgestattete Drohne eine Vielzahl von Andockstationen anfliegen kann und so einen deutlich größeren Bereich abzubilden vermag, als dies ein einzelner fest installierter Sensor kann.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren und Anwendungsbeispielen näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und Anwendungsbeispiele besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsvarianten beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Ansprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.
Es zeigen: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems in einer im Bergbau bevorzugt einzusetzenden Variante; eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems in einer in der Inspektion von Tunnelsystemen bevorzugt einzusetzenden Variante.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 1 , das insbesondere dort eingesetzt werden kann, wo eine kabellose Datenübertragung zwischen den Andockstationen wünschenswert ist, die Sendereichweite jedoch eingeschränkt ist, beispielsweise im Berg- oder Tiefbau.
Die in dem Ausführungsbeispiel gewählten Anzahlen insbesondere von Andockstationen Ai - AN, Relaisstationen Ri - RN-2 und Drohnen Di - DN/2 ist beispielhaft und dient lediglich der Veranschaulich der geplanten Anwendung in einem Gebiet mit geringer Sendereichweite. Ebenso sind sämtliche Dimensionen und gewählten Abstände zwischen den einzelnen Elementen des Systems rein aus anschaulichen Zwecken so gewählt wie dargestellt.
Die Anzahl der Drohnen D in dem System hängt stark von der notwendigen Überwachungsdichte ab. In dem beispielhaften System ist jede zweite Andockstation mit einer Drohne besetzt. Die Drohnen pendeln in einem zu bestimmenden Zyklus zwischen den Andockstationen. Im Vergleich zu einem fest installierten System ergibt sich somit eine Einsparung von 50% an Überwachungssensoren. Die Drohnen D können zudem flexibel eingesetzt werden und bei Bedarf auch solche Bereiche in dem Gebiet erfassen, die von einem vergleichbaren fest installierten System an den Festlegungspunkten der Andockstationen Ai - AN, nicht erfasst werden könnten.
Die Andockstationen A verfügen über gegebenenfalls mehrere Kommunikationssysteme, um untereinander und mit den Drohnen kommunizieren zu können. Die Auswahl geeigneter und die Anzahl verwendeter Kommunikationssysteme hängen von dem geplanten Einsatz des Systems ab. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 umfassen die Andockstationen A Kommunikationssysteme zur kabellosen Kommunikation mit den Drohnen und untereinander. Zusätzlich umfasst die Andockstation AN ein kabelgebundenes Kommunikationssystem zur weiterverarbeitenden Stelle W. In Gebieten mit geringer Senderreichweite bietet es sich an, sämtliche Andockstationen A mit zusätzlichen Relaisstationen R auszustatten, gegebenenfalls mit Ausnahme der jeweils ersten und letzten Andockstation Ai , AN in der Kette. Eine Relaisstation R an der Andockstation Ai kann sich erübrigen, da von hier keine Signale per Relaisstation an eine weitere Station geleitet werden müssen, eine Relaisstation R an der Andockstation AN kann sich erübrigen, da diese über ein Datenkabel K mit der weiterverarbeitenden Stelle W verbunden ist und somit von der Andockstation AN keine Signale per Relaisstation weitergeleitet werden müssen.
Über das Datenkabel K erfolgt die Weiterleitung der Daten der Andockstationen A beziehungsweise der Drohnen D.
Zur Sicherstellung der Stromversorgung sind die Andockstationen Ai - AN an eine kabelgebundene Energieversorgung E angeschlossen. Die Energiezufuhr kann über die weiterverarbeitende Stelle W gegebenenfalls gestützt durch eine EDV erfolgen. Die Andockstationen A können über eine Ladestation für Drohnen verfügen. Je nach Einsatzzweck kann es sinnvoll sein, jede Andockstation A mit einer Ladestation auszurüsten, es kann jedoch auch sinnvoll sein, nur so viele Andockstationen mit Ladestationen auszurüsten wie sich Drohnen D in dem System befinden. Die Andockstation AN ist über ein kabelgebundenes Kommunikationssystem mit einer Steuereinheit S verbunden. Ein EDV-System kann ein Steuerungssystem umfassen. Das Steuerungssystem S stellt beispielsweise Flugrouten und Steuerungsparameter für die Drohnen D bereit, die über die Andockstationen A in die Drohnen D gespeichert oder über die Andockstationen A an die Drohnen D übermittelt werden. Insofern kann eine Andockstation A, die zur Steuerung einer Drohne dient, auch lediglich der Übermittler der Steuerungsinformationen beispielsweise des EDV Systems sein, ohne selbst aktiv an der Steuerung oder der Berechnung der Flugrouten beteiligt zu sein. Die Steuereinheit kann bevorzugt Teil der EDV der weiterverarbeitenden Stelle sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Steuerung der Drohnen D über die Andockstationen A erfolgt. Hier wäre es beispielsweise denkbar, dass die Drohnen D einem Signal folgen, das von der jeweils als nächstes anzufliegenden Andockstation A ausgesendet wird. Ebenso wäre es in diesem beispielhaften System vorstellbar, dass die Drohne Di in einem zu bestimmenden Zyklus zwischen den Andockstationen Ai und A2 pendelt, die Drohne D2 in einem zu bestimmenden Zyklus zwischen den Andockstationen A3 und A4 pendelt usw.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 1 , das insbesondere dort eingesetzt werden kann, wo eine kabellose Datenübertragung zwischen den Andockstationen A wünschenswert ist und eine gute Sendereichweite erzielt werden kann. Zusätzlich ist dieses System für eine zyklische Überwachung des entsprechenden Gebiets ausgelegt.
Die in dem Ausführungsbeispiel gewählten Anzahlen insbesondere von Andockstationen A1 - AN, Relaisstationen R1 - RN-I und Drohnen Di - DN/2 ist beispielhaft und dient lediglich der Veranschaulich der geplanten Anwendung. Ebenso sind sämtliche Dimensionen und gewählten Abstände zwischen den einzelnen Elementen des Systems rein aus anschaulichen Zwecken so gewählt wie dargestellt.
Die Anzahl der Drohnen D in dem System hängt stark von der notwendigen Überwachungsdichte ab. In dem beispielhaften System wird nur eine Drohne eingesetzt. Die Drohne pendelt in einem zu bestimmenden Zyklus oder nach Notwendigkeit zwischen den Andockstationen. Im Vergleich zu einem fest installierten System ergibt sich somit eine Einsparung von 75% an Überwachungssensoren. Die Drohne D kann zudem flexibel eingesetzt werden und bei Bedarf auch solche Bereiche in dem Gebiet erfassen, die von einem vergleichbaren fest installierten System an den Festlegungspunkten der Andockstationen Ai - AN, nicht erfasst werden könnten.
Die Andockstationen A verfügen über gegebenenfalls mehrere Kommunikationssysteme, um untereinander und mit der Drohne kommunizieren zu können. Die Auswahl geeigneter und die Anzahl verwendeter Kommunikationssysteme hängen von dem geplanten Einsatz des Systems ab. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 umfassen die Andockstationen A Kommunikationssysteme zur kabellosen Kommunikation mit der Drohne und untereinander. Aufgrund der guten Sendereichweite umfasst die Andockstation AN kein kabelgebundenes Kommunikationssystem zur weiterverarbeitenden Stelle W, sondern kommuniziert mit dieser kabellos, was zu einer weiteren Erhöhung der Flexibilität des Systems führt.
Optional können die Andockstationen A mit zusätzlichen Relaisstationen R ausgestattet werden. Eine Relaisstation R an der Andockstation Ai kann sich erübrigen, da von hier keine Signale per Relaisstation an eine weitere Station geleitet werden müssen, eine Relaisstation R an der Andockstation AN erscheint in diesem System sinnvoll, da so kabellose Signale von der weiterverarbeitenden Stelle W gegebenenfalls direkt an die empfangende Andockstation A weitergeleitet werden können. Über die Andockstation AN beziehungsweise die Relaisstation RN-I erfolgt die Weiterleitung der Daten der Andockstationen A beziehungsweise der Drohnen D an die weiterverarbeitende Stelle W.
Zur Sicherstellung der Stromversorgung sind die Andockstationen Ai - AN an eine kabelgebundene Energieversorgung E angeschlossen. Die Energiezufuhr kann über die weiterverarbeitende Stelle W gegebenenfalls gestützt durch EDV erfolgen.
Die Andockstationen A können über eine Ladestation für Drohnen verfügen. Je nach Einsatzzweck kann es sinnvoll sein, jede Andockstation A mit einer Ladestation auszurüsten, es kann jedoch auch sinnvoll sein, nur so viele Andockstationen mit Ladestationen auszurüsten, wie sich Drohnen D in dem System befinden.
Die Andockstation AN ist über ein drahtloses Kommunikationssystem mit einer Steuereinheit verbunden. Ein EDV-System kann ein Steuerungssystem umfassen. Das Steuerungssystem stellt beispielsweise Flugrouten und Steuerungsparameter für die Drohnen bereit, die über die Andockstationen in die Drohnen gespeichert oder über die Andockstationen an die Drohnen übermittelt werden. Insofern kann eine Andockstation, die zur Steuerung einer Drohne dient, auch lediglich der Übermittler der Steuerungsinformationen, beispielsweise des EDV Systems sein, ohne selbst aktiv an der Steuerung oder der Berechnung der Flugrouten beteiligt zu sein. Die Steuereinheit kann bevorzugt Teil der EDV der weiterverarbeitenden Stelle sein.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Steuerung der Drohne D über die Andockstationen A erfolgt. Hier wäre es beispielsweise denkbar, dass die Drohne D einem Signal folgt, das von der jeweils als nächstes anzufliegenden Andockstation A ausgesendet wird.
Bezuaszeichenliste
A Andockstation
D Drohne
E Energieleitung
EDV Elektronisches Datenverarbeitungssystem
K Kommunikationsleitung
R Relaisstation
S Steuerungssystem
W Weiterbearbeitende Stelle

Claims

Patentansprüche
1 . System zur Überwachung und Exploration umfassend eine erste Anzahl von Drohnen; eine zweite Anzahl von Andockstationen; mindestens eine weiterverarbeitende Stelle und mindestens ein Steuerungssystem, wobei die Drohnen zumindest einen Sensor und zumindest ein Kommunikationsmittel umfassen und die Andockstationen zumindest ein Kommunikationsmittel umfassen, wobei die Kommunikationsmittel eine Kommunikation von Andockstationen und Drohnen miteinander und/oder untereinander ermöglichen.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl der Drohnen kleiner ist als die zweite Anzahl von Andockstationen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohnen und die weiterverarbeitenden Stellen Mittel zur Datenübertragung umfassen.
4. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Andockstation Mittel zur Datenübertragung umfasst, die geeignet sind, Daten von Drohnen zu empfangen und diese Daten an eine weiterverarbeitende Stelle zu übertragen.
5. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Andockstation eine Ladestation für Drohnen umfasst.
6. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Andockstation eine Relaisstation zum Empfang und zur Weiterleitung von Signalen umfasst.
7. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Andockstation eine Relaisstation zum Empfang und zur Weiterleitung von Daten umfasst.
8. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr zu den Andockstationen kabelgebunden ist.
9. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung von der Ladestation einer Andockstation an die Drohne drahtlos ist.
10. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin Ruheplätze für die Drohnen umfasst.
1 1 . System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Drohne eine Relaisstation umfasst.
12. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Drohnen und ein Teil der Andockstationen ein Leitsystem basierend auf Lasertechnologie und/oder RFID umfassen.
13. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Drohnen explosionsgeschützt, insbesondere schlagwettergeschützt sind.
14. Verwendung eines Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Exploration und/oder Inspektion und/oder Überwachung im Untertageberg-, Tief- oder Tunnelbau oder von Objekten, insbesondere von Gebäuden, Räumen, Tunnelsystemen oder Höhlensystemen.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110022474A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 上银科技股份有限公司 光源自动调适方法
CN111862573A (zh) * 2020-08-20 2020-10-30 安徽瑞莱尔仪表有限公司 一种传感器数据传输装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112839206A (zh) * 2021-01-11 2021-05-25 四川泓宝润业工程技术有限公司 一种无人机视频数据传输和存储备份方案
CN116993928B (zh) * 2023-09-27 2023-11-28 山东省国土测绘院 一种基于无人机遥感技术的城市工程测绘方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013055265A1 (en) * 2011-10-12 2013-04-18 Saab Ab SYSTEM AND METHOD FOR LAUNCHING AND LANDING UAVs
US8511606B1 (en) * 2009-12-09 2013-08-20 The Boeing Company Unmanned aerial vehicle base station
US20140081479A1 (en) * 2012-09-19 2014-03-20 The Boeing Company Forestry Management System
EP2974958A2 (de) * 2014-07-16 2016-01-20 Korea Aerospace Research Institute Stützvorrichtung zum Aufnehmen und Laden eines unbemannten Senkrechtstart- und -landeluftfahrzeugs und Verfahren zum Aufnehmen und Laden eines unbemannten Senkrechtstart- und -landeluftfahrzeugs damit
US20160035224A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 SZ DJI Technology Co., Ltd. System and method for enabling virtual sightseeing using unmanned aerial vehicles
US20160209839A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 International Business Machines Corporation Distributed, unmanned aerial vehicle package transport network

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160286135A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 Eslam Abbas Baseuny Surveillance and Tracking Device
US20170110901A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Droneventory Corporation Battery profile translator and remote charging system and method
US20170146990A1 (en) * 2015-11-19 2017-05-25 Caterpillar Inc. Augmented communication and positioning using unmanned aerial vehicles
CN206517444U (zh) * 2015-12-31 2017-09-22 沈玮 用于经由无人驾驶飞行工具促进与车辆通信的系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8511606B1 (en) * 2009-12-09 2013-08-20 The Boeing Company Unmanned aerial vehicle base station
WO2013055265A1 (en) * 2011-10-12 2013-04-18 Saab Ab SYSTEM AND METHOD FOR LAUNCHING AND LANDING UAVs
US20140081479A1 (en) * 2012-09-19 2014-03-20 The Boeing Company Forestry Management System
EP2974958A2 (de) * 2014-07-16 2016-01-20 Korea Aerospace Research Institute Stützvorrichtung zum Aufnehmen und Laden eines unbemannten Senkrechtstart- und -landeluftfahrzeugs und Verfahren zum Aufnehmen und Laden eines unbemannten Senkrechtstart- und -landeluftfahrzeugs damit
US20160035224A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 SZ DJI Technology Co., Ltd. System and method for enabling virtual sightseeing using unmanned aerial vehicles
US20160209839A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 International Business Machines Corporation Distributed, unmanned aerial vehicle package transport network

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110022474A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 上银科技股份有限公司 光源自动调适方法
CN110022474B (zh) * 2018-01-09 2021-01-12 上银科技股份有限公司 光源自动调适方法
CN111862573A (zh) * 2020-08-20 2020-10-30 安徽瑞莱尔仪表有限公司 一种传感器数据传输装置

Also Published As

Publication number Publication date
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