Fliegende Unterstützung Drohnen sorgen für gesicherten Überblick im Notfall

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Drohnen unterstützen Rettungskräfte aus der Luft und nutzen dabei immer häufiger Mobilfunk statt nicht-zellularen Funk. Die Gründe liegen in der Zuverlässigkeit, Bandbreite und Reichweite von 4G und 5G. Die technologische Grundlage bilden IoT-Mobilfunk-Router.

Massenunfälle, Großbrände und Überschwemmungen – es gibt Situationen, in denen jede Sekunde zählt. Die wachsende Verbreitung digitaler Technologien bei Rettungsdiensten, Polizei, Feuerwehr und Technischem Hilfswerk geht dabei Hand in Hand mit dem Einsatz von Mobilfunk. Immer öfter wandert der Blick inzwischen auch nach oben: zu speziellen Drohnen, mit deren Hilfe sich Einsatzkräfte einen Überblick über die Lage verschaffen und Maßnahmen vor Ort koordinieren.

Über 430.000 Drohnen waren laut einer Studie allein in Deutschland 2021 im Einsatz. Zwar lag die Anzahl der gewerblich betriebenen Geräte mit knapp 45.000 deutlich niedriger als die der privaten, sie hat sich aber seit 2019 mehr als verdoppelt und soll sich bis 2025 auf über 130.000 verdreifachen.

Hierzulande werden Drohnen vor allem für Vermessungs- und Kartierungsaufgaben genutzt. Auch bei der Inspektion von Gebäuden oder Windkraftanlagen kommen sie zum Einsatz. Neue Einsatzfelder sieht ein Aktionsplan der Bundesregierung beispielsweise in Logistik und Landwirtschaft, der Verkehrsüberwachung zu Lande und zu Wasser, der Erkundung von Landschaften sowie im Katastrophenschutz.

Arbeit unter erschwerten Bedingungen

Für ihre Arbeit benötigen die Einsatzkräfte bei Rettungsdiensten, Polizei, Feuerwehr und Technischem Hilfswerk Zugang zu digitalen Technologien und zu Werkzeugen mit der richtigen Infrastruktur. Nur so können sie die Lage auch in derartigen Extremsituationen richtig einschätzen, ihre eigene Reaktionszeit verkürzen und das Notfall-Management unterstützen.

Bereits jetzt nutzen Ersthelfer eine Vielzahl von widerstandsfähigen Tablets, Computern und Geräten, um schneller reagieren und beispielsweise aus der Ferne auf Straßenkarten zugreifen zu können. Fahrzeugflotten der Rettungskräfte kommen heute nicht mehr ohne konstante Konnektivität über breitbandigen Mobilfunk aus – konkret 4G und, wo vorhanden, 5G.

Daten als Entscheidungsgrundlage

Hier kommen zusätzlich Drohnen ins Spiel: Sie können nicht nur bei der Erkennung von Natur- und menschengemachten Katastrophen helfen, sondern auch dazu beitragen, dass die Einsatzkräfte einen Überblick über das Ausmaß der Schäden erhalten und die Lage unter Kontrolle bringen. Sie sind schneller vor Ort und liefern Informationen für die Einschätzung der Lage, bevor die Teams eintreffen. Dies wiederum trägt dazu bei, dass die Maßnahmen genauer auf den tatsächlichen Bedarf abgestimmt werden können.

Um im Ernstfall Einsätze planen zu können, sind die Verantwortlichen auf aussagekräftige Daten angewiesen. In diesem Zusammenhang können die Fluggeräte von großem Nutzen sein: Sie liefern Daten und Luftbilder, die sich beispielsweise auch vom Einsatzleitfahrzeug vor Ort an eine zentrale Leitstelle weiterleiten lassen. Damit können sich die Rettungskräfte ein aktuelles und präzises Lagebild vor Ort verschaffen und so ihre Hilfsmaßnahmen besser koordinieren – auch in schwer zugänglichem Gelände sowie bei unübersichtlichen und komplexen Schadenslagen: Wo sind Verletzte, wo werden Personen vermutet, wo befinden sich noch Glutnester?

Größere Mobilität, geringeres Risiko

Außerdem bleiben die Fluggeräte über einen deutlich längeren Zeitraum in der Luft und sind daher günstiger und nachhaltiger als Hubschrauber oder Flugzeuge. Langstreckendrohnen können bis zu zehn Stunden lang zur Überwachung und Datenerfassung eingesetzt werden – dreimal länger als ein vollgetankter Helikopter.

Weil sie ferngesteuert werden, können sie sich auch riskanten Situationen wie Hausbränden oder Überflutungsgebieten nähern, ohne Menschenleben zu gefährden. All das macht sie zu einem wertvollen Instrument für das Notfall-Management im Katastrophenschutz. Bei der angesprochenen Flutkatastrophe 2021 beispielsweise fertigten Experten mithilfe von Drohnen Aufnahmen an, die das Ausmaß der durch das Hochwasser angerichteten Verwüstungen verdeutlicht.

Verbindung zur Bodenstation: Zellularer Mobilfunk schließt Lücken

Dazu ist es jedoch notwendig, dass die Einsatzkräfte hochauflösende Bilddaten in Echtzeit empfangen können. Eine Bedienung der Drohne über nicht-zellularen Funk beschränkt nicht nur die Reichweite auf etwa sieben Kilometer, sondern auch die Übertragungsgeschwindigkeit und -qualität der Bilder.

Netze mit den Mobilfunkstandards 4G LTE und 5G können hier Abhilfe schaffen. Dazu werden die Drohnen mit speziellen Routern ausgestattet, die besonders robust und für den IoT-Einsatz konzipiert sind. Diese sind nach gängigen Standards wie MIL-STD 810G, einer US-amerikanischen Norm für Umwelt-Testbedingungen bei militärischer Ausrüstung, und den Schutzklassen IP65 und IP67 zertifiziert. Das heißt, die innen liegende Elektronik ist durch ein robustes Gehäuse und spezielle Bautechniken gegen Stöße, Wasser, Schmutz, große Temperaturunterschiede und Beschädigungen nach Herunterfallen geschützt. Die Geräte, die nur 300 bis 400 Gramm wiegen, stellen eine permanente Mobilfunkverbindung zwischen Drohne und Bodenstation her.

Die Vorteile von 4G LTE und 5G liegen in ihrer größeren Reichweite und der Möglichkeit, hochauflösende Bild- und Videodaten in Quasi-Echtzeit zu übertragen. Aus Sicherheitsgründen haben in Drohnen verwendete Router immer Modems mit zwei, teilweise auch vier SIM-Karten unterschiedlicher Mobilfunk-Netzbetreiber verbaut. Sollte ein Netzwerk ausfallen, leitet der Router ein nahtloses Failover auf das zweite, redundante Netz ein und wechselt auch wieder zurück, wenn das primäre Netz erneut verfügbar ist. So können die Einsatzkräfte schnell reagieren und effektiv kommunizieren, auch in abgelegenen Gebieten oder unter erschwerten Bedingungen.

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Blick jenseits der Sichtweite: Regelungen im Umbruch

Die Verwendung des 4G- und 5G-Mobilfunknetzes zur Steuerung von Drohnen ermöglicht das, was die Regulierungsbehörden als Beyond Visual Line of Sight (kurz: BVLOS) bezeichnen: „Den Betrieb außerhalb der Sichtweite des Steuerers, wenn das Luftfahrtgerät ohne besondere optische Hilfsmittel nicht mehr zu sehen oder eindeutig zu erkennen ist“, wie es die deutsche Luftverkehrsverordnung definiert.

So wurde beispielsweise in Kanada untersucht, wie schnell Drohnen sogenannte „automatisierte externe Defibrillatoren“ an den Ort eines simulierten Herzstillstands bringen können, der sich außerhalb der Sichtweite befand. Das in Zusammenarbeit mit Indro Robotics, Cradlepoint und Ericsson ausgeführte Projekt belegte bei jedem Testflug, dass die Drohnen über sieben Minuten vor den Rettungsfahrzeugen eintreffen können. Zum Einsatz kamen 4G-LTE-Mobilfunkverbindungen; bei den Defibrillatoren handelte es sich um tragbare Geräte, die auch Menschen ohne medizinische Ausbildung anwenden können.

Während derzeit in bestimmten Fällen auf 4G zurückgegriffen wird, soll die Verwendung von 5G bei Steuerung und Nachverfolgung von Drohnen künftig die notwendigen Latenzen liefern, um sie aus großer Entfernung oder außer Sichtweite sicher steuern zu können. 5G bringt jedoch einen Vorteil mit sich, der die Architektur, die Größe, das Gewicht und die Zeit, die eine Drohne in der Luft bleiben kann, verändern wird – und damit auch Anwendungen. Gewicht ist bei Drohnen alles. Bei der 4G-Technologie ist die Latenz bei der Datenübertragung immer noch ein Problem: Ein Großteil der Datenverarbeitung, die die Befehle für die Reaktion der Drohne bereitstellt, muss auf der Drohne selbst stattfinden. Mit den geringeren Latenzzeiten, die 5G bietet, können die Drohnenhersteller alle diese Datenverarbeitungsprozesse in die Cloud verlagern. Wenn es auf jedes Gramm ankommt, kann die Verlagerung des Rechensystems von der Drohne in die Cloud das Gewicht und den Energiebedarf reduzieren, sodass die Drohne länger fliegen kann und neue Anwendungen oder Nutzlasten ermöglicht. Derzeit ist dafür allerdings noch eine bestimmte Gerätegröße erforderlich.

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Blick nach vorn: Mit Technologie in die Zukunft

Damit lassen sich dann beide Aspekte vereinen: Mobilfunk kann neben der Drohnensteuerung auch zur sicheren Kommunikation verwendet werden. Dasselbe Netz eignet sich für die schnelle Übertragung von Videos, Bildern und Kommunikation in hoher Qualität, was für prompte Entscheidungen im Ernstfall unerlässlich ist.

Beim Flug einer Drohne kommt es, genauso wie beim Streamen eines Videos, meist zu Verzögerungen, was die Steuerung aus der Ferne erschwert. In der Regel liegt die Latenz zwischen 0,5 und 1 Sekunde, der größte Teil ist auf die digitale Videocodierung selbst zurückzuführen. Wenn sich das Video jedoch auf eine deterministische, latenzarme und garantierte Verbindung verlassen kann, wie sie ein privates 5G-Netz bietet, sinkt der Gesamtwert auf höchstens 200 Millisekunden.

Mithilfe von neuester Drohnentechnologie in Kombination mit flexiblen, sicheren und leistungsstarken Mobilfunkroutern, können 4G- und 5G-Netze optimal genutzt werden. Dadurch wird sich die Zukunft des Katastrophenschutzes verändern. Einsatzkräfte können dann Informationen nahtlos mit ihren Kollegen austauschen und für eine reibungslose Reaktion auf jeden Notfall sorgen. Es gibt viele Vorteile, die hier zum Tragen kommen – Vorteile, die nicht aus der Luft gegriffen sind.

* Jan Willeke leitet als Area Director Central Europe die zentraleuropäischen Geschäfte bei Cradlepoint.

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