Schlagwort: APMPlane

Autonome Fixed-Wing-Drohne für Wettermessungen

MovingSensors Messsystem
2016 – 2017

Für das Monitoring und die Vermessung von kalbenden Gletschern im Rahmen des ETH-Projekts Sun2Ice in Nordwest-Grönland kamen mehrere Fixed-Wing-Drohnen zum Einsatz. Für die Abschätzung der Machbarkeit der zum Teil sehr langen Flugmissionen von über 200 km waren Informationen zu Windstärke, Windrichtung, Temperatur und Feuchtigkeit zentral.

Da im Projektgebiet diese Informationen nicht zur Verfügung standen, bauten wir eine kleine autonome Fixed-Wing-Drohne mit Messelektronik für Temperatur, Feuchtigkeit und Lichtmenge. Diese Drohne flog autonom bis über die Flughöhe der eigentlichen photogrammetrischen Drohnen und erfasste die notwendigen meteorologischen Parameter.

Beschreibung

In extremen Witterungsbedingungen besteht die Gefahr, dass Mess-Drohnen vereisen und abstürzen. Um die Wetterbedingungen, d.h. die Windgeschwindigkeiten und -richtungen sowie die Temperatur- und Feuchtigkeitswerte, auf der Flughöhe der photogrammetrischen Mess-Drohnen (rund 600 Meter über Grund) zu erfassen, wurde die Wetter-Drohne bis in eine Höhe von 1000 Meter über Grund entsandt. Als Ausgangsort für die Messungen diente die Ortschaft Qeqertat.

Die automatisch geflogene Mission der Wetter-Drohne wurde so ausgelegt, dass sie sich in Kreisen bis in 1000 Meter Höhe hoch- und dann wieder herunterschraubt.

Während dieses Flugs wurden durch die Messelektronik – zusammengebaut aus Elementen von Tinkerforge und der eigens in Python geschriebenen Software – alle 50 Meter die Temperatur, Feuchtigkeit und Lichtintensität gemessen. Durch die geflogenen Kreise und über die gemessenen Luft- und GPS-Geschwindigkeiten konnte die Windgeschwindigkeit und -richtung hergeleitet werden.

Nach der Rückkehr der Wetter-Drohne konnten die registrierten Messwerte ausgelesen und ausgewertet werden. Die so gemessenen Parameter standen als Höhenprofil zu Verfügung und wurden für die weitere Planung der photogrammetrischen Flüge verwendet.

Weiterführende Informationen

Publikation: Langdistanz-UAV für das Monitoring von kalbenden Gletschern in Grönland

Im Rahmen meiner Teilzeitanstellung in der Glaziologie der ETH Zürich zwischen 2012 und 2018 hatte ich die einmalige Chance, an einem UAV-Projekt mitzuarbeiten. Zusammen mit meinem damaligen Arbeitskollegen Guillaume Jouvet entwickelten wir ein UAV-System, das für sehr grossen Flugdistanzen von bis zu 180 km ausgelegt ist.

Diese enorme Reichweite war für das parallele Monitoring mehrerer kalbenden Gletscher im Fjord von Inglefield Bredning in Nordwestgrönland notwendig. Nur deshalb konnten wir während der Expedition im Sommer 2017 mit unseren UAV’s von der Insel und Ortschaft Qeqertat aus während rund zwei Wochen ein Monitoring von fünf kalbenden Gletschern gleichzeitig durchführen.

Die Entwicklung dieser Langdistanz-UAV’s ist jetzt in einem technischen Paper in frontiers in Earth Science publiziert (G. Jouvet, Y. Weidmann, E. van Dongen, M. P. Lüthi, A. Vieli, and J. C. Ryan, “High-Endurance UAV for Monitoring Calving Glaciers: Application to the Inglefield Bredning and Eqip Sermia, Greenland,” Front. Earth Sci., vol. 7, p. 206, 2019.). Das Paper geht dabei auf besonders auf die Konzeption und den Bau ein und beschreibt die Besonderheiten, die es für die erfolgreiche Anwendung in den hohen Breitengraden von Nordgrönland zu beachten galt. Wir hoffen, dass unsere Erkenntnisse damit für weitere Projekte genutzt werden können.

Der Expedition 2017 mit dem Bau und der Anwendung der Langdistanz-UAV ging eine mehrjährige, sehr intensive Arbeit voraus. Während zwei Expeditionen 2015 und 2016 mussten wir uns zuerst das gesamte Rüstzeug erarbeiten. Dass dies nicht immer einfach war, ist in der SRF-Reportage Expedition in die bedrohte Arktis von 2015 dokumentiert. Guillaume Jouvet hat zudem über den ersten Einsatz unseres UAV-Eigenbaus 2016 einen schönen Kurzfilm gedreht. Eine ausführliche Präsentation gibt einen zusätzlichen Gesamteindruck des Projektes.