Den Überblick behalten: Integration von LiDAR-Sensoren in Drohnen

Die Erfassung von Gelände aus der Luft hat viele Vorteile und bietet daher in zahlreichen Branchen spannende Anwendungsfälle. Robuste und kleine LiDAR-Sensoren ermöglichen die zentimetergenaue Erfassung von Terrain und geben somit Aufschluss über die Begebenheiten, ohne dass zuständige Personen vor Ort sein müssen.
Den Überblick behalten: Integration von LiDAR-Sensoren in Drohnen

Als die LiDAR-Technologie in den 1960er Jahren entwickelt wurde, waren erste Anwendungsgebiete für die Technologie der Einsatz aus der Luft. Mit LiDAR-Sensoren ausgestattete Helikopter, kleine Flugzeuge oder sogar Satelliten kamen zum Einsatz, um beispielsweise Gebiete zu kartieren oder die Tiefe von Gewässern zu messen. Und auch heute ist dies noch ein wichtiges Anwendungsfeld für die Technologie: So wurden erst letztes Jahr mit Hilfe von LiDAR-Aufnahmen aus der Luft eine Siedlung aus der Maya-Zeit in Mexiko entdeckt – inzwischen vollkommen unter der Vegetation verschwunden.

Wie kann ein LiDAR-Sensor selbst unter Urwald begrabene Ruinen entdecken? In ein Flugobjekt integrierte Sensoren scannen nach unten gerichtet die Erdoberfläche ab und messen so an jeder Stelle, den genauen Abstand zwischen Boden und Sensor. Somit wird jede Erhebung erfasst und eine genaue Karte erstellt, die Höheninformationen jedes Punktes enthält. Dank Funktionen wie Multiple Return, sind die Sensoren zudem in der Lage, durch die Vegetation hindurch, Erhebungen der Erdoberfläche zu erfassen.

LiDAR-Sensoren in Drohnen ermöglichen gemeinsam neue Anwendungen

Mit der Entwicklung von unbemannten Luftfahrzeugen und der Weiterentwicklung von LiDAR-Sensoren, ergeben sich neben diesen etablierten Anwendungsgebieten eine Vielzahl von neuen Anwendungsfeldern, in denen mit LiDAR ausgestattete Flugobjekte einen großen Mehrwert schaffen können. Moderne Drohnen etwa haben das Potential, zahlreiche Branchen zu revolutionieren und beispielsweise Landvermessung zu vereinfachen oder sogar den Warentransport nachhaltig zu verändern. In Kombination mit moderner LiDAR-Technologie, die immer kompakter, leichter und robuster wird und sich daher gut für die Integration in Drohnen eignet, eröffnen sich eine Vielzahl an Anwendungsgebieten.

LiDAR sensor for drones and their industrial applications

Leichte und robuste Sensoren für den Einsatz aus der Luft

Für den Einsatz in Drohnen sollten LiDAR-Sensoren einige Eigenschaften mitbringen. Der wichtigste Faktor sobald es um das Fliegen geht ist das Gewicht. Bei Drohnen zählt jedes Gramm, besonders wenn zusätzlich noch Waren transportiert werden sollen. Außerdem zahlt eine kleine Größe von Sensoren auf ihre Eignung für die Integration in Drohnen ein. Doch auch ihr Stromverbrauch ist entscheidend, da Batterien ebenfalls so klein wie möglich gehalten werden sollten.

Der Einsatz von LiDAR-Sensoren in Drohnen erfordert zudem eine gewisse Robustheit vom Gerät: Zum einen auf der mechanischen Seite, da der Sensor nicht fest installiert ist, sondern beispielsweise Vibrationen problemlos standhalten muss. Und zum anderen auch in der Datenerfassung. Der Sensor ist Witterung und Sonnenlicht ausgesetzt und muss daher über Filtermöglichkeiten für Umgebungslicht sowie Artefakte in der Datensammlung durch Niederschlag verfügen.

LiDAR ermöglicht autonomes Fliegen

LiDAR-Sensoren mit diesen Eigenschaften, können verschiedene Zwecke in Drohnen erfüllen, etwa das komplett autonome Fliegen der Drohnen ermöglichen. Hierzu erfassen sie, ähnlich wie beim autonomen Fahren, das Umfeld der Drohne und detektieren frühzeitig unerwartete Hindernisse in der Flugbahn, sodass diesen ausgewichen werden kann. Eine weitere hilfreiche Funktion, die LiDAR-Sensoren in Drohnen erfüllen, ist die Landeplatzdetektion.

Von Vieh über Container zu Gleisen: Vielseitige Anwendungsbereiche

LiDAR Sensoren können aber auch wertvolle Daten erfassen und dabei helfen große Flächen zu überwachen. Die Betrachtung aus der Luft bringt hier signifikante Vorteile. Der Mensch bewegt sich auf dem Boden langsamer voran und verfügt zudem nicht über den nötigen Überblick. Die Anwendungsfälle für mit LiDAR-Sensoren ausgestattete Drohnen sind vielseitig:

Die Kartierung von Gelände wird mit Hilfe von LiDAR-Erfassung aus der Luft extrem vereinfacht. Bisher wurden Gebiete händisch mit Theodolit und Messstab vermessen. Diese zeitaufwändige Methode wird nun durch einen vollautomatischen Drohnenflug über das Gebiet ersetzt, in dem der LiDAR-Sensor das Gelände vermisst und eine zentimetergenaue digitale Karte des Bereichs erstellt. Diese Art der Erfassung ist somit weniger zeitaufwändig und zudem präziser, als die bisherigen Techniken.

In der Landwirtschaft gibt es gleich mehrere Einsatzbeispiele. So lassen sich aus der Luft beispielsweise Viehherden überwachen: Die Weidefläche wird im Überflug erfasst und die Punktwolke in Echtzeit analysiert. Durch die Definition der Volumina der Tiere lässt sich problemlos feststellen, wie viele Tiere sich auf der Weidefläche befinden. Ebenso lassen sich Futtermittelstände erfassen oder Erträge auf Feldern berechnen. Alles, ohne dass der Landwirt gegebenenfalls weite Strecke bis zum Acker- oder Weideland auf sich nehmen muss. Vielmehr kann alles über eine autonome Drohne mit LiDAR-Sensor an Board automatisiert erfasst werden.

LiDAR-Sensoren in Drohnen für Anwendungen in der Landwirtschaft

In großen Hafengeländen kann durch Drohnenflug erfasst werden, wo sich wie viele Container welcher Größe befinden. Somit kann die Hafenlogistik optimiert und die Lagerfläche effizienter genutzt werden.

Die Wartung von Versorgungsleitungen wie Stromtrassen oder Pipelines sowie von Bahngleisen oder Windrädern ist ebenfalls ein Anwendungsfall, wo Drohnen mit LiDAR-Sensoren großen Mehrwert schaffen können. Um hier Beschädigungen feststellen zu können, werden LiDAR-Sensoren mit hoher Auflösung benötigt, die im Detail den Zustand etwa von Stromleitungen oder Schienen erfassen können. Damit schaffen sie ein enormes Einsparungspotential, wenn Techniker erst persönlich einschreiten müssen, sobald Unregelmäßigkeiten erfasst werden. Darüber hinaus kann die frühzeitige Erkennung von Anzeichen für Schäden zu einer vorausschauenden Wartung führen und so Millionen sparen, indem potenzielle Ausfälle ganz vermieden werden.

 LiDAR sensor for drones to detect damage to utilities

Ein weiteres Beispiel ist der Einsatz von LiDAR-bemannten Drohnen in der Forstarbeit. Die Erfassung des Baumbestandes aus der Luft beschert wertvolle Daten über die Gesundheit des Waldes und kann beispielsweise nach einem Sturm bei der Erfassung der Schäden unterstützen.

Mehrwert für viele verschiedene Bereiche

Diese Beispiele zeigen: Fortschritte in beiden Bereichen – der Drohnen- sowie der LiDAR-Technologie – krempeln bereits ganze Anwendungsfelder um – und werden dies in den nächsten Jahren noch verstärkter tun.

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