SpecDrone
Präzisionsgesteuerte Drohnen im Paarflug zur mobilen spektroskopischen Methandetektion im offenen Pfad.
Ausgangssituation
Die Entwicklung von Drohnen hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und zählt zu den am schnellsten wachsenden Technologien des Jahrzehnts. Als mobile Sensorplattformen haben Drohnen messtechnische Anwendungen revolutioniert, insbesondere in den Bereichen Inspektion, Überwachung und Umweltmonitoring. Insbesondere optische Sensortechnologien werden häufig zur Detektion schädlicher Gase eingesetzt. Methan ist nach CO2 der zweitgrößte Verursacher des Treibhauseffekts und wird intensiv erforscht. Hauptquellen sind die Öl- und Gasindustrie sowie Deponien. Die Identifizierung und Bewertung dieser Quellen erfordern die Untersuchung großer Flächen, was mit herkömmlichen punktförmigen Sensoren ineffizient ist. Die Open-Path-Spektroskopie ermöglicht die Detektion der gewünschten Gase über große Entfernungen (-50m) und wird üblicherweise in stationären Anwendungen eingesetzt.
Überblick
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Beschreibung:
Ziel des Projekts ist es, die Einsatzmöglichkeiten von Drohnen zu erweitern, indem die Flugpräzision verbessert und Schwarmalgorithmen zur kooperativen Steuerung und Orientierung von Drohnen implementiert werden. Diese Entwicklungen werden den Einsatz von Gassensoren auf der Grundlage der Open-Path-Spektroskopie ermöglichen, um große Gebiete effektiv nach Emissionsquellen wie Methan zu scannen.
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Fördergeber:
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Laufzeit:
01.11.2023 - 31.10.2025
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Projektleitung:
Prof. (FH) PD Dr. Mario Döller
FH-Rektor
Projektziel
Das Projektziel ist die Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten von Drohnen durch die Verbesserung der Flugpräzision und Realisierung von Schwarmalgorithmen zur kooperativen Steuerung und Ausrichtung von Drohnen. Diese Entwicklungen ermöglichen den Einsatz von Gassensoren basierend auf Spektroskopie im offenen Pfad zur effektiven Untersuchung großer Flachen nach Emissionsquellen wie Methan.
Durch die Fusion aus präzisem Paarflug zweier Drohnen und Spektroskopie am offenen Pfad werden neben der Methandetektion zukünftig zahlreiche Anwendungen wie Brandgasdetektion, Untersuchung von Industrieemissionen oder Detektion von Landminen ermöglicht, welche jeweils auf die Identifikation von (umwelt-)schädlichen Emissionsquellen zur Verbesserung der Luftqualität und Reduktion der Umweltverschmutzung abzielen.
Lösungsansätze
Für die Zielerreichung werden konkret folgende Entwicklungen angestrebt:
- Entwurf und Instrumentierung von Kommunikationsschnittstellen zwischen Drohnen für die Realisierung von koordiniertem Paarflug.
- Entwicklung von innovativen Schwarmalgorithmen für die kooperative Steuerung und Ausrichtung der Drohnen.
- Integration einer Stabilisierungsplattform (Gimbal) und die Entwicklung der notwendigen Regelalgorithmen, welche mit den Regelstrategien der Drohne fusioniert agieren.
- Integration und Instrumentierung von geeigneten Elektronikkomponenten inklusive einer zentralen Recheneinheit (Embedded Computer) und einem DAQ System als Hardwarebasis für die Ausführung der entwickelten Regelstrategien.
- Adaption einer Drohnenplattform zur Integration der notwendigen Systemkomponenten unter Einhaltung der maximalen Zuladung von 6 kg und maximalem Fokus auf Energieeffizienz aller Komponenten.
- Entwicklung eines Methandetektors basierend auf Absorptionsspektroskopie im nahen infraroten Spektralbereich, welcher als open path Aufbau eine Mindestreichweite von 50m und eine Nachweisgrenze von 10 ppm*m erreicht.
