So halten Drohnen Einzug in unser Leben – Teil 1 der Serie “Leben mit Drohnen”

Das Weihnachtsgeschäft naht und schon findet man sie überall in den Einkaufszentren und an exponierter Stelle in Elektronikmärkten: unbemannte Flugsysteme, im Volksmund auch als “Drohnen” bezeichnet.

Die bereits abgesetzten und die prognostizierten Stückzahlen der Marktführer ( DJI und Parrot ) zeigen: Hier ist ein wahrer Hype ausgebrochen – die Systeme ” erobern die Herzen von Hobbyfliegern und beflügeln die Fantasie von Firmen “.

Natürlich ist es nicht so, dass wir ständig von unbemannten Flugsystemen umgeben wären. Man kann jedoch den Eindruck gewinnen, dass es nicht mehr lange hin ist, bis sich eine solche Situation einstellt. Zusätzlich hören und lesen wir bald täglich von Beinahe-Unfällen mit Drohnen und von ” völlig neuen Geschäftsmodellen “, die auf der Nutzung von Drohnen basieren.

Bei dieser medialen Präsenz des Themas scheint es an der Zeit zu sein, sich einmal näher mit diesen Technologieplattformen auseinanderzusetzen. Das soll jetzt nicht die soundsovielte Erfolgsgeschichte werden oder ein Bericht darüber, wie man ein System baut oder pimpt, sondern ich möchte das Thema in drei Teilen eher fachlich und sachlich angehen.

Teil 1: Aktuelle Anwendungsfelder und Geschäftsmodelle

Teil 2: Entwicklungsbedarf – was geht (noch) nicht

Teil 3: Was tun gegen Drohnen

Eine kleine Drohnenlehre

Ich darf voraussetzen, dass Sie eine ungefähre Vorstellung davon haben, was unter dem Begriff “Drohne” zu verstehen ist. Dennoch: Bevor ich Anwendungsszenarien und entsprechende Geschäftsmodelle genauer vorstelle, möchte ich eine kleine “Drohnenlehre” vorausschicken. Sie soll verständlich machen, worin der Unterschied zwischen professionell eingesetzten und privat genutzten Systemen besteht, um sie auch mit Blick auf die zu erwartende neue Gesetzeslage ab 2017/2018 besser einordnen zu können.

Fangen wir mit den verschiedenen Bezeichnungen an: Der Begriff “Drohne” war in der Vergangenheit eher negativ besetzt, da man mit ihm fast ausnahmslos die militärische Nutzung dieser unbemannten Systeme verbunden hat. Insofern gab es vor allem in Deutschland Bemühungen, die zivil genutzten Flugsysteme schon rein sprachlich von militärischen Systemen abzugrenzen. Es tauchten Kürzel wie “UA” (Unmanned Aircraft), “UAV” (Unmanned Aerial Vehicle) oder “UAS” (Unmanned Aerial System) auf.

In der Zwischenzeit aber ist der Begriff “Drohne” gesellschaftlich weitgehend akzeptiert, nicht mehr negativ besetzt und wird auch im offiziellen Sprachgebrauch der Behörden und in Gesetzesvorlagen verwendet.

Im internationalen Raum hat sich das Kürzel “RPAS” (Remotely Piloted Aircraft Systems) durchgesetzt und findet sich ebenfalls im offiziellen Sprachgebrauch beispielsweise der entsprechenden EU-Kommissionen.

In meinem Artikel verwende ich “Drohne” und “RPAS” synonym, wohlwissend um die inhaltlichen Unterschiede der beiden Begriffe.

Zu einem unbemannten Flugsystem im Allgemeinen gehören zunächst alle Komponenten, die für den eigentlichen Betrieb der fliegenden Komponente notwendig sind. Das sind beispielsweise die Antriebe und Energiespeicher sowie Steuer- und Regeleinrichtungen (flight control) und die Elektronik zur Navigation und Positionierung. Zusätzlich sind Anbauvorrichtungen zur Aufnahme der jeweiligen Nutzlast notwendig, die im Wesentlichen aus Sensorik, in bislang seltenen Fällen auch aus Aktorik (beispielsweise Lastaufnahmen oder Sprühvorrichtungen) besteht.

©Prof. Dr.-Ing. Uwe Meinberg

Zu einem System gehören auch bodengebundene Komponenten, die aus rechtlicher Sicht (etwa Kontrollstation oder Fernsteuerung) oder bauartbedingt (beispielsweise Startvorrichtung) notwendig sind. Weiterhin werden Hilfsvorrichtungen zur Verpackung und zum Transport der Flugsysteme dazugezählt.

Wenn Sie zur Gruppe derer gehören, die Drohnen selber bauen , sind Ihnen alle diese Komponenten bestens vertraut.

Sind Sie der Gruppe zuzuordnen, die “ready-to-fly”-Systeme aus dem Shop nutzt, besteht das System aus dem Fluggerät, in der Regel inklusive Kamera, und der Fernsteuerung.

Die weitaus überwiegende Zahl der privat oder geschäftlich genutzten RPAS sind sogenannte Multikopter. Das sind Drehflügler, die über vier, sechs oder acht waagerecht angeordnete Rotoren verfügen und damit Flugeigenschaften aufweisen, die die Voraussetzung für eine Vielzahl der nachfolgend dargestellten Anwendungsszenarien sind.

Private Nutzer interessiert vor allem, dass sich diese Systeme sehr einfach bedienen lassen, so dass der Flugspaß “out-of-the-box” nahezu garantiert ist.

Im professionellen Bereich kommen – selten – auch Starrflügler zum Einsatz, die vollständig andere Leistungsparameter als Drehflügler aufweisen, insbesondere im Zusammenhang mit der Operationszeit, und damit für spezielle Anwendungen interessant sind.

Noch seltener werden “Leichter-als-Luft”-Systeme genutzt; sie haben zwar eine lange Tradition (etwa zur Wetterbeobachtung), bieten aber nur sehr eingeschränkte Steuerungsmöglichkeiten und sind daher nur für sehr wenige Anwendungsfälle relevant.

Was unterscheidet die “Hobbydrohne” von der “Profidrohne”?

Schauen wir uns die im Internet oder in entsprechenden (Fach-)Geschäften angebotenen Drohnen an, stellen wir sehr schnell fest: Alle können fliegen, haben (mehr oder weniger) gute Kameras an Bord und sind mit allerlei nützlichen oder mindestens interessanten (” Selfie-Drohnen “) Funktionen ausgestattet.

Schnell ist man bei diesen Systemen in vierstelligen Preisregionen und hat den Eindruck, dass das bereits recht üppig für ein RPAS ist. Aber: Da geht noch was – Drohnen für den professionellen Einsatz liegen preislich im unteren bis mittleren fünfstelligen Bereich und können vollausgestattet schnell auch die 100.000-Euro-Grenze überschreiten.

Drohnen für die gewerbliche Nutzung sind hochspezialisierte Arbeitsmittel, die zum Teil sehr individuell an die jeweiligen Anforderungen der Missionen angepasst sind. Entscheidende Faktoren sind hierbei u.a.:

• Operationsdauer – die Mission soll/kann nicht durch häufige Akkuwechsel unterbrochen werden
• Maximale Nutzlast – payload, hochwertige Sensorik wie Spezialkameras haben ein hohes Eigengewicht
• Operationsgenauigkeit – GPS und RTK sind für einige Anwendungen, etwa in der Inspektion, nicht ausreichend
• Operationspräzision – wie genau ist eine einmal durchgeführte Mission wiederholbar
• Operationsspezifische Sensoren – Laser, Ultraschall, Radar etc. (siehe Genauigkeit und Präzision)
• Missionsspezifische Sensorausstattung – Tageslicht-, Wärmebild-, Korona-, pmd-Kamera, Laser, Radar, Bioradar, Gasdetektor etc. inklusive der jeweils notwendigen präzisen(!) Aufhängung (Gimbal)
• Kommunikation – Steuerkanäle, Datenkanäle, gesicherte Datenübertragung
• Werkzeuge zur Missionsplanung (nicht zu verwechseln mit der Wegpunktplanung!) und zur automatisierten Missionsauswertung

Die hohen Anforderungen der gewerblichen Nutzung lassen sich gerade auch vor dem Hintergrund der erwarteten hohen Qualität der mit den RPAS erfassten Daten und der notwendigen Einsatz- und Auswertungseffizienz in der Regel nicht mit den konventionellen Systemen erfüllen.

Anwendungsszenarien

Auch wenn in den Medien bereits viel über Drohnen und ihre weltverändernde Bedeutung berichtet wird, können wir festhalten, dass sich der Markt insbesondere in Deutschland noch in seiner frühen Hochlaufphase befindet. Dafür gibt es nachvollziehbare Gründe, die einerseits auf die aktuelle Rechtslage und andererseits auf technische Restriktionen (siehe Teil 2) zurückzuführen sind.

©Prof. Dr.-Ing. Uwe Meinberg

Ohne auf die Rechtslage näher einzugehen, sei an dieser Stelle festgehalten, dass die diesbezüglichen Hemmnisse für eine dynamische Marktentwicklung auf der EU-Ebene erkannt wurden. In 2017 sind neue Rechtsvorlagen seitens der zuständigen EU-Kommission zu erwarten, die, nach der Überführung in nationales Recht, dem Markt einen gewaltigen Auftrieb geben werden – sicher zum Leidwesen der privaten Nutzer, die mit erheblichen Einschränkungen ihres Fliegerhobbys zu rechnen haben.

Einen ersten diesbezüglichen Eindruck vermittelt das in diesem Monat ergangene gerichtliche Verbot der Nutzung kamerabestückter Drohnen in Schweden!

Ungeachtet dieser Situation kann man dennoch den Eindruck gewinnen, dass es keine Branche gibt, die künftig ohne den Einsatz von RPAS auskommen wird. Von Architekturbüros über die Medienwirtschaft bis hin zu Zustellbetrieben erfahren wir täglich von neuen Nutzungspotenzialen. Ich möchte daher versuchen, eine Kategorisierung von Anwendungsszenarien vorzunehmen.

Drohnen sind, wie bereits ausgeführt, Arbeitsmittel. Insofern ist es aus unserer Sicht nicht zielführend, die Systeme hinsichtlich ihrer technischen Auslegung, sondern hinsichtlich ihres Anwendernutzens zu kategorisieren. Diese Überlegung führt – unabhängig vom Typ des eingesetzten Systems (Rotor- oder Flächenflügler) – zu folgenden Kategorien:

• Entertainment/Werbung
• Inspektion/Monitoring/Dokumentation
• Überwachung
• Transport/SAR
• Kommunikation

Anhand dieser Einordnung wird deutlich, dass nicht nur die Systeme unterschiedlich konfiguriert und mit unterschiedlicher Sensorik ausgestattet sein müssen, sondern dass auch die Anforderungen an den Bediener (Piloten) – so lange er gesetzlich noch vorgeschrieben ist – sehr unterschiedlich ausgeprägt sind. Will heißen: Jemand, der tolle Videos von Flusslandschaften mit seiner Drohne produziert, ist nicht zwingend dazu geeignet, hochgenaue Inspektionsflüge in einem Chemiewerk durchzuführen.

Wenn sich die Gesetzeslage wie erwartet ändert, werden ab 2017/2018 unpilotierte Flüge möglich sein. Dann kommen ganz neue Anforderungen an die Missionsplanung hinzu, auf die ich im nächsten Teil der Artikelserie im Zusammenhang mit künstlicher Intelligenz eingehen werde.

Geschäftsmodelle

Bevor wir zu Geschäftsmodellen kommen, ist ein Blick auf die Wertschöpfungskette, die mit RPAS und ihrer Nutzung verbunden ist, hilfreich. Die Abbildung zeigt, dass sehr verschiedene Akteure im Drohnenmarkt auftreten:

©Prof. Dr.-Ing. Uwe Meinberg

Eine zentrale Rolle nehmen natürlich die Hersteller ein, deren Geschäftsmodell im Verkauf der Systeme besteht. Während wir es im privaten Sektor mit großen Unternehmen (DJI, Parrot usw.) zu tun haben, die tausende Systeme pro Jahr in den Markt bringen, sind die Hersteller im professionellen Markt eher klein. Sie stellen zum Teil hoch individualisierte Systeme in kleinen Stückzahlen (unterer dreistelliger Bereich) her. Dies führt dazu, dass gerade diese Hersteller oft auch gleichzeitig als Dienstleister auftreten.

Der positive Effekt ist, dass auf diese Weise Marktanforderungen unmittelbar in die (Weiter)Entwicklung der Flugplattformen einfließen.

Der negative Aspekt dabei ist, dass die Systeme weiter proprietär sind und dass gerade vor dem Hintergrund, dass diese Unternehmen typischerweise sehr klein sind, eine deutliche Spezialisierung auf die Anwendungsfelder sichtbar werden muss.

Der Zuliefermarkt sowohl für die Plattformen als auch für die missionsspezifische Sensorik ist aktuell noch nicht entwickelt. Es gibt nur wenige Unternehmen, die sich in diesem Bereich bereits auf die spezifischen Merkmale der Nutzung von Komponenten in oder an Drohnen fokussiert haben. Mit den zu erwartenden Marktentwicklungen ab 2018 wird es hier sicher auch Bewegung geben.

Ebenfalls im Zusammenhang mit den anstehenden Gesetzesänderungen sind die Geschäftsmodelle für Berater, Ausbilder, Zertifizierer und Versicherungen zu sehen. Es gibt bereits einige Unternehmen, die hier aktiv sind, aber auch diese werden auf die rechtliche Klärung warten müssen, bevor sich ihr Geschäft zügig entwickelt.

Last but not least schließt die Wertschöpfungskette mit der Dienstleistung der Datenauswertung ab. In diesem Bereich ist künftig das größte Wachstumspotenzial zu sehen. Drohnen bieten uns die Möglichkeit, Daten zu erheben, die wir zuvor nie hatten und die überdies noch in einer hohen Granularität vorliegen.

In diesem Bereich, gerade dann, wenn die Entwicklung bzw. die Anforderungen weiter in Richtung der automatisierten Auswertung gehen, werden wir in naher Zukunft sehr viel mit Big-Data-Anwendungen und –Methoden konfrontiert werden – ein Eldorado für Softwareentwickler.

Alle Unternehmen, die künftig Drohnen in Anwendungsszenarien wie Inspektion/Monitoring/Dokumentation, Überwachung oder Transport einsetzen wollen, müssen sich darüber im Klaren sein, dass mit der Nutzung dieser Technologieträger eine Änderung ihrer konventionellen Geschäftsabläufe einhergeht.

Man kann sich auch als Laie gut vorstellen, dass beispielsweise die Inspektion eines Sendemastes, die heute den Einsatz von Industriekletterern bedingt und zu subjektiv wahrgenommenen Inspektionsergebnissen führt, künftig anders abläuft und detailliertere Erkenntnissen bringt, wenn eine Drohne den Sendemasten automatisch abscannt und dank ihrer Intelligenz ein umfassenderes Bild über den technischen Zustand in Verbindung mit einer automatisiert erzeugten Wartungsempfehlung liefert.

Alle Geschäftsmodelle leiden derzeit noch darunter, dass sämtliche am Markt verfügbaren Systemplattformen proprietärer Natur sind und somit zueinander inkompatibel.

Das bedeutet, dass ein Unternehmen, das sich einmal für einen Hersteller entschieden hat, aufgrund der nicht unbedeutenden Vorlauf-Investitionen in Gerät und Ausbildung kaum einen Systemwechsel vornehmen kann, falls beispielsweise ein spezifischer Anwendungsfall mit dem verfügbaren System nicht oder nur unzureichend unterstützt werden kann.

Dieses Thema hat zur Gründung der CURPAS geführt, einer Organisation, die sich vornehmlich mit dieser Problematik auseinandersetzt. Eine entsprechende Arbeitsgruppe wurde im UAV DACH initiiert.

Ausblick auf Teil 2: Entwicklungsbedarf

Drohnen werden – wie letztlich die Computer – in sehr naher Zukunft einfach ein Mittel zum Zweck sein. Wir werden nicht überall mit ihnen konfrontiert sein, aber doch an vielen Stellen im täglichen Leben.

Die rechtlichen Grundlagen für eine intensive wirtschaftliche Nutzung werden gerade auf der EU-Ebene vorbereitet und ab 2018 zu einem deutlich wahrnehmbaren Marktwachstum führen.

Welche technisch/technologischen Aufgabenstellungen auf dem Weg dahin noch zu lösen sind, wird Thema des 2. Teils – Entwicklungsbedarf – was geht (noch) nicht – sein.