Welche Eigenschaften sollten bei einer Brandbekämpfungsdrohne für Waldbrandszenarien vorrangig sein?

Waldbrände breiten sich schneller aus, als die Bodenteams reagieren können, und schaffen eine chaotische Umgebung, in der die Sichtweite gleich Null ist. Wir von SkyRover bauen unsere Drohnen, um diese Lücke zu schließen und sicherzustellen, dass Ihr Team sicher bleibt, während es wichtige Informationen aus der Luft erhält.
Waldbrände breiten sich schneller aus ¹

Um Waldbrände effektiv zu bekämpfen, sollten Drohnen mit hochauflösender Wärmebildtechnik für die Rauchdurchdringung, langer Flugdauer für die kontinuierliche Überwachung und robusten Übertragungssystemen mit großer Reichweite bevorzugt werden. Stellen Sie außerdem sicher, dass das Flugwerk eine hohe Hitzebeständigkeit und eine hohe Nutzlastkapazität aufweist, um aktive Löscharbeiten in unbeständigen Umgebungen zu unterstützen.

Schauen wir uns die spezifischen Merkmale an, die eine Standard-Drohne in ein lebensrettendes Werkzeug für Ihre Abteilung verwandeln.

Wie wichtig ist die Fernübertragung für die Abdeckung großer Waldgebiete?

Ein Signalverlust mitten im Einsatz ist der Albtraum eines jeden Piloten, vor allem, wenn Leben in Gefahr sind. Wenn wir unsere Drohnen in dichten Wäldern testen, wissen wir, dass eine zuverlässige Verbindung den Unterschied zwischen Missionserfolg und Geräteverlust ausmacht.

Die Übertragung über große Entfernungen ist absolut entscheidend, da sich Waldbrände oft über Tausende von Hektar in abgelegenem Gelände mit natürlichen Signalhindernissen erstrecken. Ein robustes System gewährleistet den Betrieb jenseits der Sichtlinie (Beyond Visual Line of Sight, BVLOS) und ermöglicht es den Bedienern, die Grenzen sicher zu kartieren, ohne einen Signalverlust zu riskieren oder die Bodenmannschaften zu gefährden.

Bei der Evaluierung einer Drohne für Waldbrandszenarien ist das Übertragungssystem das Rückgrat Ihrer Operation. Bei der Herstellung von Geräten, die für den Export in die USA und nach Europa bestimmt sind, haben wir festgestellt, dass Standardübertragungsprotokolle für Verbraucher in der rauen Topografie eines Waldbrandes oft versagen. Bäume enthalten Wasser, das Funkfrequenzen absorbiert, und bergiges Gelände blockiert die Sichtverbindung. Daher kann man sich nicht auf einfache Wi-Fi-basierte Übertragungssysteme verlassen.
absorbiert Funkfrequenzen ²

Verstehen von Signalpenetration und Frequenz

Die Frequenz, die Ihre Drohne verwendet, bestimmt, wie gut sie durch dichtes Blätterdach kommunizieren kann. Höhere Frequenzen, wie z. B. 5,8 GHz, übertragen mehr Daten (bessere Videoqualität), haben aber eine schlechte Durchdringungsfähigkeit. Sie prallen an Blättern und Steinen ab. Niedrigere Frequenzen wie 900 MHz oder 2,4 GHz sind viel besser geeignet, um Hindernisse zu überwinden und eine Verbindung über große Entfernungen aufrechtzuerhalten.

Wir von SkyRover empfehlen häufig Dual-Link-Systeme, die je nach Störungsgrad automatisch die Frequenzen wechseln können. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einer Verschlechterung der Videoübertragung die Kontrollverbindung stabil bleibt, so dass der Pilot das Flugzeug nach Hause bringen kann.

Die Notwendigkeit von BVLOS-Fähigkeiten

Waldbrände treten nur selten in der Nähe verkehrsgünstiger Straßen auf. Ihre Bediener werden möglicherweise meilenweit von der aktiven Brandlinie entfernt stationiert, um ihre Sicherheit zu gewährleisten. Dies macht es erforderlich, dass die Drohne außerhalb der Sichtlinie (Beyond Visual Line of Sight, BVLOS) operiert.
Jenseits der visuellen Sichtlinie ³

Eine Standard-Reichweite von 3 bis 5 Meilen ist unter realen Bedingungen oft unzureichend, da diese "maximale Reichweite" von einer flachen, offenen Wüste ausgeht. In einem Wald mit Rauchinterferenzen und Höhenunterschieden kann die effektive Reichweite um 60% sinken. Wir entwickeln unsere industriellen Systeme so, dass sie eine Reichweite von 10 bis 15 km haben, um diese Beeinträchtigung zu kompensieren.

Mesh Networking und Swarm-Fähigkeiten

Eine neuere Technologie, die wir integrieren, ist die Mesh-Vernetzung. Damit können mehrere Drohnen miteinander kommunizieren. Wenn eine Drohne hinter einem Bergkamm fliegt und die Verbindung zur Bodenstation verliert, kann sie ihr Signal über eine andere Drohne weiterleiten, die noch in Sichtweite ist. Diese "Verkettung" von Signalen ist für die Überwachung großer Waldbrände unerlässlich, bei denen ein einziger Ausfallpunkt inakzeptabel ist.
Mesh-Vernetzung ⁴

Vergleich der Übertragungstechnologien

Damit Sie wissen, worauf Sie achten müssen, finden Sie hier eine Aufschlüsselung der in der Branche üblichen Übertragungsarten:

Welche Flugdauer ist für eine kontinuierliche Waldüberwachung realistisch?

Häufige Batteriewechsel zerstören den Schwung während eines Brandes und lassen die Einsatzkräfte im Dunkeln. Unser Entwicklungsteam konzentriert sich stark auf die Maximierung der Sendezeit, weil wir wissen, dass jede Minute, die nicht genutzt wird, eine Minute mit blinden Flecken für den Einsatzleiter ist.

Für eine effektive Waldüberwachung liegt die realistische Flugdauer bei 45 bis 60 Minuten für elektrische Multirotoren, während Hybrid- oder Starrflügler 2 bis 4 Stunden erreichen sollten. Diese Dauer ermöglicht eine umfassende Kartierung und thermische Abtastung großer Sektoren ohne ständige Unterbrechungen zum Aufladen.

Die Flugdauer ist oft der größte Engpass bei Drohneneinsätzen. In einem Waldbrandszenario schwebt die Drohne nicht nur, sondern kämpft auch gegen starke Aufwinde, die durch die Hitze des Feuers verursacht werden, gegen Windböen und trägt schwere Nutzlasten wie Wärmebildkameras oder Laserentfernungsmesser. All diese Faktoren entladen die Batterien schneller, als die Angaben auf der Verpackung vermuten lassen.
Flugausdauer ⁵

Die Realität der "maximalen Flugzeit"

Wenn Sie ein Datenblatt sehen, auf dem "55 Minuten Flugzeit" angegeben sind, denken Sie daran, dass dies normalerweise auf Meereshöhe ohne Wind und ohne Nutzlast getestet wird. In einem echten Feuerszenario sollten Sie etwa 70% dieser Nennflugzeit erwarten. Wenn Sie eine Drohne mit einer Nennflugzeit von nur 20 Minuten kaufen, können Sie möglicherweise nur 12 Minuten über dem Feuer nutzen, bevor Sie die Schwelle für die Rückkehr zum Ausgangspunkt erreichen. Aus diesem Grund raten wir unseren Kunden, nach Plattformen mit einem großen Puffer zu suchen.

Batterie- vs. Hybridsysteme

Für die taktische Kurzstreckenaufklärung sind elektrische Multirotoren hervorragend geeignet. Sie sind leise, einfach einzusetzen und erfordern wenig Wartung. Für die Überwachung eines Feuers, das sich über Tausende von Hektar erstreckt, sind elektrische Batterien jedoch nur bedingt geeignet.

Hier kommen die gas-elektrischen Hybriddrohnen ins Spiel. Diese Geräte verwenden einen kleinen Benzingenerator, der die Elektromotoren antreibt und die Flugzeit auf 3 bis 4 Stunden verlängert. Diese Modelle haben bei den Forstdiensten großen Anklang gefunden, da sie starten, ein ganzes Gebirge kartieren und ohne Boxenstopp zurückkehren können.
gas-elektrische Hybrid-Drohnen ⁶

Fesseldrohnen für dauerhafte Überwachung

Manchmal muss man nicht weit fliegen, sondern nur lange oben bleiben. Wenn es darum geht, eine bestimmte Brandschneise zu überwachen oder ein kritisches Objekt wie einen Kommunikationsturm oder ein Wohnviertel zu schützen, ist eine angebundene Drohne die richtige Lösung.

Diese Drohnen sind über ein dünnes Kabel mit einem Bodenstromaggregat verbunden. Solange der Generator am Boden Treibstoff hat, kann die Drohne 24 Stunden oder länger in der Luft bleiben. Wir liefern sie oft an Kommandozentralen, die ein ständiges "Auge am Himmel" brauchen, um auf Aufflammen oder Windveränderungen zu achten, die die Feuerwehrleute gefährden könnten.

Betriebseffizienz und Gebührenerhebung

Wenn Sie sich für elektrische Standarddrohnen entscheiden, müssen Sie die Logistik des Aufladens berücksichtigen. Im Außeneinsatz werden Sie wahrscheinlich keinen Zugang zu Steckdosen haben. Sie werden leistungsstarke Feldgeneratoren und Schnellladestationen benötigen.

Wir empfehlen ein Mindestverhältnis von 4 Akkusätzen pro Drohne. So kann ein Satz in der Luft sein, ein Satz kühlt ab (Akkus können nicht sofort nach einem heißen Flug geladen werden) und zwei Sätze werden geladen. Dieser Zyklus gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb.

Auswirkungen der Nutzlast auf die Ausdauer

Es ist wichtig, dass Sie sich darüber im Klaren sind, dass es einen Kompromiss gibt zwischen dem, was Sie mit sich führen, und der Dauer Ihres Fluges.

Kann die Wärmebildkamera Hotspots durch dichten Rauch hindurch effektiv erkennen?

Rauch blendet menschliche Piloten, aber er sollte nicht Ihre Daten blenden. Wir integrieren spezielle radiometrische Sensoren in unsere SkyRover-Nutzlasten, um sicherzustellen, dass unsere Kunden die Wärmequelle und nicht nur den grauen Dunst sehen können.

Hochwertige radiometrische Wärmebildkameras können Brandherde durch dichten Rauch hindurch aufspüren, da sie Infrarotstrahlung und nicht sichtbares Licht erfassen. Diese Sensoren machen Temperaturunterschiede sichtbar und ermöglichen es den Feuerwehrleuten, den Brandherd genau zu lokalisieren, Brandherde zu erkennen und die Ausbreitungsmuster zu verfolgen, selbst wenn die Sicht nahezu Null ist.

Die Fähigkeit, durch Rauch hindurchzusehen, ist vielleicht die wichtigste Eigenschaft einer Feuerwehrdrohne. Allerdings sind nicht alle Wärmebildkameras gleich. Wir treffen häufig auf Kunden, die billigere Wärmebilddrohnen der Verbraucherklasse gekauft haben und dann feststellen, dass sie nicht zwischen einem warmen Felsen und einem schwelenden Baumstumpf unterscheiden können.

Radiometrisch vs. Nicht-Radiometrisch

Für die Brandbekämpfung benötigen Sie unbedingt eine radiometrisch Wärmebildkamera. Eine nichtradiometrische Kamera zeigt Ihnen einfach ein Bild mit heißen und kalten Bereichen (hellere und dunklere Pixel). Eine radiometrische Kamera misst die spezifische Temperatur jedes einzelnen Pixels auf dem Bild.

Warum ist das wichtig? Bei einem Waldbrand muss man wissen, ob ein Hotspot 50 °C (Restwärme der Sonne) oder 400 °C (aktive Verbrennung) hat. Mit radiometrischen Daten können Sie Temperaturalarme festlegen. So können Sie die Drohne beispielsweise anweisen, jeden Punkt, der heißer als 200 °C ist, in leuchtendem Rot zu markieren. Dies lenkt das Auge des Piloten sofort auf Brände, die für das bloße Auge unsichtbar oder unter einem dichten Blätterdach verborgen sein könnten.

Auflösung und Objektivoptionen

Die Auflösung ist entscheidend für die Flughöhe. Wenn Sie in einer Höhe von 400 Fuß fliegen, um die Baumgrenze zu überwinden, zeigt eine Wärmebildkamera mit geringer Auflösung (z. B. 160×120 Pixel) ein Feuer als verschwommenen Fleck an. Sie werden nicht genau erkennen können, welcher Baum brennt.

Wir empfehlen eine Mindestauflösung von 640×512 Pixel. Dies bietet genügend Details, um kleine Brandherde aus einer sicheren Höhe zu erkennen. Darüber hinaus ist die Möglichkeit des thermischen Zoomens ein entscheidender Vorteil. Sie ermöglicht es dem Bediener, eine Wärmesignatur zu untersuchen, ohne die Drohne gefährlich nahe an die Flammen heranfliegen zu müssen.

Farbpaletten und Isothermen

Professionelle Wärmebildkameras bieten verschiedene Farbpaletten an. Bei der Brandbekämpfung sind "Ironbow" oder "White Hot" üblich, aber "Isotherms" sind am nützlichsten. Eine Isotherme ermöglicht es Ihnen, einen bestimmten Temperaturbereich zu isolieren.

Stellen Sie sich vor, Sie blicken auf einen Berghang, der von der Sonne erwärmt wird. Mit einer Isotherme, die auf "Feuermodus" eingestellt ist, kann der Bildschirm bei Temperaturen unter 150 °C in Graustufen bleiben, während er bei Temperaturen darüber leuchtend orange wird. Diese kontrastreiche Ansicht durchbricht das visuelle Rauschen und ermöglicht eine schnelle Entscheidungsfindung.

KI und automatisierte Erkennung

Moderne Flugsoftware, die wir für unsere Kunden mitentwickeln, kann diese Thermaldaten nun in Echtzeit verarbeiten. KI-Algorithmen können das Videomaterial scannen und mutmaßliche Brände automatisch einkreisen oder markieren. Dadurch wird die kognitive Belastung des Piloten verringert. Anstatt auf einen Bildschirm zu starren und zu versuchen, graue Flecken zu interpretieren, erhält der Pilot eine Warnung: "Hotspot bei GPS-Koordinaten X, Y entdeckt". Diese Daten können dann sofort an das Bodenpersonal weitergeleitet werden.

Integration von Sensoren

Die besten Ergebnisse erhält man, wenn man die thermischen Daten mit visuellen Daten überlagert.

Ist die Zelle haltbar genug, um großer Hitze und Asche standzuhalten?

Standardkunststoff schmilzt in der Nähe eines Feuers, weshalb wir ihn nicht für kritische Komponenten verwenden. Wir wählen für unsere SkyRover-Rahmen Verbundwerkstoffe in Luft- und Raumfahrtqualität, weil wir wissen, dass Ihre Ausrüstung die starke Hitze und korrosive Asche von Waldbränden überstehen muss.

Langlebigkeit ist nicht verhandelbar; Standarddrohnen versagen oft bei großer Hitze. Bei Drohnen für die industrielle Brandbekämpfung werden Kohlefaserverbundstoffe und Hochtemperaturharze verwendet, um der Strahlungshitze zu widerstehen, während versiegelte Motoren und IP-Schutzklassen die interne Elektronik vor leitfähiger Asche und Spritzwasser bei Löscharbeiten schützen.

Ein Waldbrand ist eine der feindlichsten Umgebungen für jedes Flugzeug. Die Luft ist turbulent, heiß und voller Feinstaub. Wenn wir Drohnen für diesen Bereich entwickeln, müssen wir mehr als nur "gut fliegen" im Sinn haben. Wir müssen an das Überleben denken.

Hitzebeständigkeit und Materialauswahl

Die offensichtlichste Gefahr ist die Hitze. Zwar sollte die Drohne nicht direkt in die Flammen geflogen werden, aber die Strahlungshitze eines Kronenfeuers kann selbst aus der Entfernung sehr stark sein. Kunststoffrahmen, wie sie bei Hobbydrohnen üblich sind, können sich verziehen oder aufweichen, was zu einem katastrophalen Strukturversagen führen kann.

Wir verwenden Kohlefaser und Luftfahrt-Aluminium für die Flugzeugzelle. Kohlefaser ist unglaublich stark und hitzebeständig. Allerdings muss das Harz, das die Kohlefaser zusammenhält, auch für hohe Temperaturen geeignet sein. Auch dem Batteriegehäuse widmen wir große Aufmerksamkeit. Batterien werden schnell unbrauchbar und können sogar explodieren, wenn sie zu heiß werden. Unsere Industriedesigns verfügen oft über eine aktive Kühlung oder hitzeabschirmende Materialien um das Batteriefach herum, um sichere Betriebstemperaturen zu gewährleisten.

Schutz vor Asche und Trümmern

Asche ist ein stiller Killer der Elektronik. Sie ist fein, abrasiv und oft leitfähig. Wenn Asche in das Innere der Drohne gelangt und sich auf dem Flugregler oder den ESCs (Electronic Speed Controllers) ablagert, kann sie Kurzschlüsse verursachen.

Um dem entgegenzuwirken, halten wir uns an strenge IP-Schutzklassen (Ingress Protection). Eine Brandbekämpfungsdrohne sollte mindestens einen Schutzgrad von IP54, Allerdings IP65 bevorzugt wird.

• IP5X: Staubgeschützt.
• IPX4: Spritzwassergeschützt (Regen oder Spritzwasser).
• IPX5: Strahlwasserfest.

Diese Versiegelung stellt sicher, dass weder Asche noch das von der Feuerwehr eingesetzte Wasser/Schaum in die Kernelektronik eindringen kann.

Langlebigkeit des Motors

Die Motoren sind die einzigen beweglichen Teile, die den Elementen ausgesetzt sind. Bei einem Brand ist die Luft mit Ruß gefüllt. Wir verwenden vollständig geschlossene Motoren mit Zentrifugalkühlung. Im Gegensatz zu Motoren mit offener Entlüftung, die zur Kühlung Luft (und Asche) durch die Wicklungen saugen, halten geschlossene Motoren den Schmutz fern und verlängern die Lebensdauer des Antriebssystems erheblich.
Schutzart (IP) ⁷

Wartung und Reparierbarkeit

Auch die härteste Drohne ist nicht vor Strapazen gefeit. Propeller werden durch umherfliegende Trümmer beschädigt, und das Fahrwerk leidet bei unsanften Landungen auf felsigem Gelände.
Isothermen ⁸

Einer der Kritikpunkte, die wir von Kunden hören, ist der Mangel an Ersatzteilen. Eine langlebige Drohne ist auch eine reparaturfähige Drohne. Wir konstruieren unsere Systeme mit modularen Armen und Fahrwerken. Wenn ein Motor ausfällt oder ein Arm bricht, kann er vor Ort mit einfachen Werkzeugen ausgetauscht werden. Sie sollten nicht die gesamte Einheit für eine einfache Reparatur an die Fabrik in China zurückschicken müssen.
radiometrische Wärmebildkamera ⁹

Checkliste Dauerhaftigkeit

Fragen Sie bei der Bewertung eines Anbieters nach diesen spezifischen Haltbarkeitsmerkmalen:

• Schutz gegen Eindringen: Ist die Drohne nach IP54 oder höher eingestuft?
• Betriebstemperatur: Kann es bei Umgebungstemperaturen von bis zu 50°C (122°F) fliegen?
• Windwiderstand: Kann er Böen von 12-15 m/s (Windstärke 6-7) standhalten?
• Korrosionsbeständigkeit: Sind die Steckverbinder vergoldet oder gegen ätzende feuerhemmende Chemikalien versiegelt?

Schlussfolgerung

Um Leben und Wälder zu retten, müssen Sie der radiometrischen Genauigkeit, der Signalreichweite und der Robustheit Priorität einräumen. Wir von SkyRover sind bereit, Ihr Team mit den zuverlässigen Werkzeugen auszustatten, die es braucht, um das Feuer zu bändigen.
Fesseldrohne ¹⁰

Fußnoten

1. Bestätigt die Geschwindigkeit und das chaotische Verhalten von Waldbränden. ︎
   

2. Wissenschaftliche Erklärung, wie Wasser in der Vegetation Funksignale abschwächt. ︎
   

3. Rechtliche und betriebliche Rahmenbedingungen für das Fliegen außerhalb der Sichtlinie. ︎
   

4. Überblick über die drahtlose Mesh-Netzwerktechnologie und ihre Vorteile. ︎
   

5. Erläutert die Faktoren, die die Flugzeit und die Berechnung der Flugdauer von UAVs beeinflussen. ︎
   

6. Details zu Hybrid-Antriebssystemen, die die Flugzeit von Drohnen verlängern. ︎
   

7. Offizielle Normen, die den Schutzgrad von elektrischen Gehäusen festlegen. ︎
   

8. Beschreibt, wie Isothermen den Feuerwehrleuten bei der Visualisierung von Temperaturbereichen helfen. ︎
   

9. Definiert die radiometrische Technologie und ihre Bedeutung für die Temperaturmessung. ︎
   

10. Erläutert die Möglichkeiten und Anwendungsfälle von Fesseldrohnensystemen. ︎