Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Als Beitrag für den Anwendungsbereich Infrastrukturüberwachung ist »Drones4Energy« mit wesentlichen Beiträgen von Fraunhofer IMS ein innovatives Drohnenprojekt, das zu den neuesten Technologien der Elektro- und Nachrichtentechnik beiträgt, um ein völlig autonomes Drohnensystem aufzubauen, das sich über Freileitungskabel aufladen kann. Das Projekt verspricht die Lieferung eines kollaborativen Drohnensystems, das das Stromnetz auf hocheffiziente Weise inspizieren kann. Das Projekt wird im Innen- und Außenbereich konzipiert und getestet.
Ziel des Projekts ist es, die Stromkabel an Freileitungen kostengünstig und automatisiert überwachen zu können. Mit verschiedenen Sensoren wie Kameras und Lidar-Sensoren wird die Überwachung dieser Infrastruktur durchgeführt. Eine Steuerungssoftware basierend auf KI-Algorithmen soll einen autonomen Betrieb sowie die Synchronisation mit anderen Drohnen im Schwarm ermöglichen. Somit entfallen für die Infrastrukturüberwachung aufwendige Hubschrauberflüge.
Eine besondere Anforderung ist eine möglichst lange Flugzeit zu erreichen, um den autonomen Betrieb effizient nutzen zu können. Da sich die Akku-Kapazität in Gewicht niederschlägt, soll das Leiterseil als Energiequelle dienen, um die Drohnen mittels induktivem Harvester zwischendurch nachzuladen. Die Drohne hängt sich mit dem Harvester an die Hochspannungsleitung und lädt die Batterie der Drohne. Somit wird eine deutliche Gewichtsreduktion erreicht.
Ein hochmodernes Drohnen-Steuerungssystem wird vom »Unmanned Aerial-Systems Center« (UAS) der Universität Süddänemark entwickelt, um die Drohne in der Nähe eines aktiven Kabels zu stabilisieren und den Harvester am Kabel zu halten und gleichzeitig die magnetischen Störungen zu überwinden. Eine Kombination aus Präzisionsnavigationssystemen, LiDARs und magnetischen Sensoren wird in der Drohne installiert und mit der Computereinheit verbunden. Das Steuerungssystem analysiert die erfassten Daten und schwebt über der Drohne unter dem Magnetfeld, findet das aktive Kabel, plant einen Weg zu diesem Kabel und führt einen sicheren Ladelandevorgang durch. Sobald die Batterie vollständig geladen ist und das Wetter einen Flug zulässt, führt das Steuersystem den sicheren Start durch. So werden vom »Institute for Mathematics & Computer Science« (IMADA) der Universität Süddänemark Standard-APIs (Application Program Interfaces) entwickelt, um die Drohne mit einem Cloud-Service zu verbinden, der Informationen über das aktuelle und erwartete Wetter, den geplanten Inspektionsweg und den Abrechnungsplan liefert. IMADA wird auch den hochmodernen maschinellen Lernalgorithmus verbessern, um die Inspektionsergebnisse zu optimieren und nur die relevanten Inspektionsdaten zu speichern.
Um die Inspektionszeit zu optimieren und die Genauigkeit zu verbessern, wird ein kollaboratives Drohnensystem gebildet und entlang der Kabel geflogen, um alle Seiten abzudecken. Ein physisches drahtloses Kommunikationsnetzwerk mit geringer Leistung und großer Reichweite, das auf der LoRaWAN-Technologie basiert und vom Projektpartner Develco A/S entwickelt wurde, wird entwickelt und mit der Computereinheit der Drohne verbunden. Das Netzwerk wird eine Inter-Drohnen-Kommunikation zusammen mit der Internet-Kommunikation ermöglichen, um die Drohnen über die Bodenkontrollstation zu überwachen und zu steuern, die die Missionen der Drohnen aktualisiert und die Inspektionsergebnisse sammelt. Softwarealgorithmen für kooperierende Drohnen wie Aufgabenverteilung und Koordination werden von der Universität Aarhus erforscht und entwickelt.
Um das gesamte Drohnensystem zu validieren, werden drei verschiedene Anwendungsfälle definiert, die auf den Erfahrungen des Projektpartners GeoPartner Inspection basieren. Die Use Cases werden in zwei Phasen durchgeführt:
- Indoor im Drohnen Testzentrum am Flughafen Odense und
- Outdoor an einem aktiven Freileitungssegment, das von Versorger EnergiNet bereitgestellt wird.
Das Startup-Unternehmen »Science Venture Danmark« (SVD) wird für die Erstellung und Umsetzung der kommerziellen Roadmap für Drones4Energy verantwortlich sein. Der Businessplan wird parallel zu den technischen Arbeitspaketen im Detail erstellt. Die kommerzielle Strategie konzentriert sich auf die Entwicklung der Drones4Energy-Technologien zu Produkten, die auf allen relevanten Drohnen auf dem Markt und nicht nur für einen Hersteller angeboten werden können.
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