Drohnenschwärmen zum sicheren Betrieb im Luftraum verhelfen

Forschende entwickeln eine automatisierte Strategie zur Flugwegplanung und Kollisionsvermeidung für Drohnenschwärme im europäischen Luftraum.

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Der Sektor für Drohnen in Europa wächst rasant und bietet Dienstleistungen in unterschiedlichsten Umgebungen, insbesondere in Stadtgebieten. Das Gemeinsame Unternehmen für die Forschung zum Flugverkehrsmanagementsystem für den einheitlichen europäischen Luftraum (SESAR) – die technologische Säule der EU-Initiative „Einheitlicher europäischer Luftraum“ – prognostiziert, dass bis 2035 rund 200 000 kommerzielle und staatliche Drohnen und bis 2050 sogar 395 000 Drohnen im Einsatz sein werden. Doch wie werden Staus und Kollisionen von Drohnen verhindert und bewältigt, sobald die Zeit gekommen ist, in der mehrere Drohnen zugleich den Luftraum über uns nutzen?

Mit Blick auf eine solche Zukunft haben Forschende im Rahmen des EU-finanzierten Projekts LABYRINTH eine Strategie zur Flugwegplanung und Kollisionsvermeidung für Systeme mit mehreren Drohnen in 3D-Umgebungen entwickelt, ausgeführt und analysiert. „Das Projekt zielt in erster Linie darauf ab, einen gewissen Automatisierungsgrad zu erreichen, damit eine bedienende Person eine kleine Flotte von bis zu zehn Drohnen von einer einzigen Bodenstation aus steuern kann“, erklärt der Koordinator des Projekts LABYRINTH, Luis E. Moreno von der Universität Carlos III zu Madrid (UC3M) in einer auf der Website „Space War“ veröffentlichten Pressemitteilung. „Die Idee besteht darin, dass die betreibende Person den Auftrag angibt (z. B. die Überwachung des Verkehrs in einem bestimmten Gebiet) und das System diesen Auftrag automatisch in eine Reihe von Flugrouten umwandelt, denen jede Drohne folgen muss, wobei bei Bedarf automatisch alternative Routen berechnet werden.“

Zonen, Routen und Verkehrseinschränkungen

Das Forschungsteam entwarf zunächst ein 3D-Modell, das eine städtische Umgebung simuliert, in der zwei Start- und Landezonen eingerichtet wurden, um eine Strategie für die Flugwegplanung und die Vermeidung von Kollisionen von Drohnenschwärmen zu erarbeiten. Die Drohnen wurden daraufhin so programmiert, dass sie Hin- und Rückflüge zu und von zufällig ausgewählten Orten ausführen. Mit einem Planungsalgorithmus namens „Fast Marching Square“, der problemlos auch andere Verkehrseinschränkungen berücksichtigt, wurden für die Luftfahrzeuge reibungslose, optimale Wege (sowohl in Bezug auf die Entfernung als auch auf die Zeit) berechnet.

Zu den genannten Einschränkungen gehörten die Festlegung von unterschiedlichen Flughöhen, um einen gewissen Sicherheitsabstand zwischen den Drohnen zu gewährleisten, und ein besonderes Verkehrsmanagement in der Nähe von Start- und Landezonen sowie in der Nähe von Auftragsorten. Abstandsprüfungen zur Konflikterkennung und eine prioritätsbasierte Geschwindigkeitskontrolle wurden genutzt, um Konflikte zu lösen, die mit diesen Maßnahmen nicht zu bewältigen waren.

Die Studie LABYRINTH (UNMANNED TRAFFIC MANAGEMENT 4D PATH PLANNING TECHNOLOGIES FOR DRONE SWARM TO ENHANCE SAFETY AND SECURITY IN TRANSPORT) wurde in der Zeitschrift „Sensors“ veröffentlicht. Die beschriebene Strategie wird als Teil von U-Space entwickelt, einem neuen System, das einen sicheren, effizienten und geschützten Zugang zum Luftraum für eine große Anzahl von Drohnen unterstützt. Ziel ist es, die Voraussetzungen für einen sicheren Betrieb von bemannten und unbemannten Luftfahrzeugen zu schaffen und Kollisionen zwischen Drohnen und anderen Luftfahrzeugen zu verhindern. Francisco Valera, ebenfalls von der UC3M, erläutert: „Fluglotsinnen und Fluglotsen nutzen das Flugverkehrsmanagement, um den Verkehr von Verkehrsflugzeugen sicher zu regeln. Die Entwicklung eines ähnlichen Systems für das Verkehrsmanagement von unbemannten Luftfahrzeugen, das es Drohnen ermöglicht, den Luftraum mit anderen Drohnen und Flugzeugen zu teilen, ist zwingend erforderlich.“

Weitere Informationen:
LABYRINTH-Projektwebsite

Schlüsselbegriffe

LABYRINTH, Drohne, Drohnenschwarm, Verkehr, Transport, Flugzeug, Kollisionsvermeidung