Drohnen, UAVs & Copter - Grundlagen - Copterlab Kiel
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Drohnen, UAVs & Copter Grundlagen
Inhalt 1. Drohnen, UAVs & Copter 2 1.1 Drohnen, UAVs & Copter 3 1.2 Einsatz 5 1.3 Quadro, Hexa, Octo 6 1.4 Komponenten 7 1.5 Kameratechnik 9 Impressum 10
1. Drohnen, UAVs & Copter
Das Copterlab-Kiel ist ein Projekt des dienprojekte mit externen Partnern
Instituts für angewandte Publizistik zur Verfügung. Darüber hinaus bietet
(ifap) am Fachbereich Medien der das Copterlab in Kooperation mit der
Fachhochschule Kiel. Im Rahmen des J-School Kiel Workshops und Fortbil-
Copterlab-Kiel beschäftigen sich Stu- dungen zum Einsatz von Video-Coptern
dierende und Lehrende der FH Kiel mit für Journalismus, PR, Corporate Video
den Möglichkeiten von Multicoptern und viele weitere Einsatzbereiche.
(„Drohnen“) für die Erstellung von au-
diovisuellen Inhalten. In theoretischer Die vorliegenden Veröffentlichungen
Forschung und praktischer Anwendung sind im Rahmen eines geförderten
werden die Möglichkeiten, die UAVs Projektes durch die freundliche Un-
(Unmanned Aerial Vehicles) bieten, un- terstützung der Medienstiftung Ham-
tersucht und experimentell erprobt. burg-Schleswig-Holstein ermöglicht
Neben den reinen Luftaufnahmen worden.1
steht auch das Zusammenspiel von
Video-Coptern, Actioncams (wie zum
Beispiel GoPros©) und herkömmlichen
Kameras im Mittelpunkt der Forschung
und Anwendung.
Das Copterlab-Kiel erforscht dabei
technische, rechtliche, ästhetische und
narrative Aspekte des Einsatzes von
Video-Coptern. Ergebnisse werden in Copterlab Kiel
loser Folge auf dem Blog www.copter- Institut für angewandte Publizistik (ifap)
lab-kiel.de veröffentlicht. Begleitet wird
Fachhochschule Kiel | Fachbereich Medien
das Copterlab-Kiel durch regelmäßige
Lehrveranstaltungen und Gastvorlesun- Grenzstr. 3 | 24149 Kiel
gen am Fachbereich Medien der FH Kiel.
@ info@copterlab-kiel.de
Das Team und Equipment des Copter- copterlab-kiel.de
labs stehen für studentische Projek-
te aller Fachbereiche sowie für Stu- facebook.com/copterlab.kiel
Stand der Informationen ist April 2017, (Online-) Aktualisierungen werden entsprechend kenntlich gemacht.
11.1 Drohnen, UAVs & Copter
Seit einigen Jahren haben „Drohnen“ verlangte ein umfassendes Wissen und
zur Anfertigung von Videoaufnahmen viel Übung. Zwar gibt es zunehmend
aus der Luft Hochkonjunktur. Das Vo- auch Modellflieger, die eine Live-Bil-
kabular ist dabei immer noch etwas dübertragung aus dem Cockpit des
uneinheitlich. So werden dieselben Modellflugzeugs nutzen3, hierbei steht
Fluggeräte unter anderem als „Droh- aber immer noch das Flugerlebnis im
nen“, Multicopter (je nach Zahl der Ro- Vordergrund. Auch Multicopter werden
toren Quad-, Hexa- oder Octocopter), zu Modellflug- oder Sportzwecken ein-
UAV (Unmanned Aerial Vehicle), UAS gesetzt, dies ist aber – noch – eher ein
(Unmanned Aircraft System), Remotely Nischenthema. Hauptsächlich geht es
Piloted Aircraft System (RPAS), unbe- beim Einsatz von Multicoptern um das
manntes Luftfahrtsystem (ULS) oder Erstellen von Bildmaterial, was auch in
Flugmodell bezeichnet.2 dieser Schriftenreihe im Vordergrund
stehen soll.
Während bei „Drohnen“ die Assoziation
eines militärischen Einsatzes nahe liegt Multicopter bieten für den filmerischen
und die Abkürzungen UAS, UAV oder Einsatz den Vorteil, dass sie – anders als
ULS noch nicht allgemein gebräuch- Modellflugzeuge – in der Luft stehen
lich sind, hat sich die Bezeichnung und dank moderner GPS-Technologie
„Multicopter“ als neutral und trenn- und Gyroskopen ihre Position trotz
scharf erwiesen, weswegen diese in Wind selbstständig halten können. Die
den Veröffentlichungen des Copter- Bedienung ist zunehmend einfach und
lab-Kiel Verwendung findet. Gemeint intuitiv. Zudem sind sie für eine gewisse
sind damit vier- oder mehrrotorige, Zuladung – meist Kameras – konzipiert,
ferngelenkte Fluggeräte, die vor allem sodass der (modell-) fliegerische Aspekt
für das Erstellen von Filmaufnahmen in den Hintergrund tritt. Multicopter
aus der Luft genutzt werden. dienen also eher als Mittel zum Zweck.
Auch rechtlich gibt es Unterschiede
Aus dem Flugmodellbau kommend zwischen dem Betrieb eines Flugmo-
gibt es seit jeher ferngelenkte Flug- dells und dem Einsatz von Multicoptern,
zeug- und Hubschraubermodelle für die nicht zu Zwecken des Sports oder
die Freizeitnutzung. Hierbei stand und der Freizeitgestaltung betrieben wer-
steht jedoch vor allem das (fernge- den (unbemannte Luftfahrtsysteme).4
lenkte) Fliegen im Vordergrund und
2
Zu den rechtlichen der Bezeichnungen siehe Kap. „Copter-Recht”.
3
FPV – First Person View.
03 4
Siehe auch § 1 Abs. 2 Luftverkehrsgesetz (LuftVG).Multicopter
(auch „Drohnen“ oder Unmanned Aerial Vehicles,
kurz UAVs) sind mehrrotorige Fluggeräte, die
autonom bzw. automatisiert ohne eine an Bord
befindliche Besatzung durch einen Computer oder
vom Boden über eine Fernsteuerung betrieben
und navigiert werden können.
Sie dienen einer Vielzahl verschiedener Zwecke,
darunter sehr häufig dem Erstellen von Film- und
Fotoaufnahmen aus der Luft.
Das Potential – auch wirtschaftlich einer Verzehnfachung der Nachfrage
– der zivilen Nutzung scheint dabei gegenüber dem Jahr 2015.5
bei Weitem noch nicht ausgeschöpft
zu sein. Laut einer aktuellen Studie
des US-Marktforschungsunterneh-
mens Tractica wurden in diesem Jahr
weltweit 10,2 Millionen Drohnen für
den privaten Gebrauch verkauft. Bis
2021 soll der Absatz auf rund 68
Millionen steigen. Das entspräche
5
https://de.statista.com/infografik/5935/entwicklung-des-weltweiten-drohnen-marktes-fuer-endverbraucher/
04Gleichzeitig führt die Eroberung des auf rund 1,2 Millionen verdreifachen
Massenmarktes auch zu einem ge- wird.6
stiegenen Regulierungsbedarf des
Einsatzes von Multicoptern (siehe Kap. Auf Bundesebene ist am 7. April 2017
„Copter-Recht“). In der Kritik stehen eine „Bundesdrohnenverordnung“ in
„Drohnen“ häufig aufgrund von mög- Kraft getreten. In ihr werden unter an-
lichen Verletzungen der Privatsphäre, derem eine Kennzeichnungspflicht für
der Störung der bemannten Luftfahrt alle Copter sowie ein „Drohnen-Füh-
oder der möglichen Gefahr der Zwe- rerschein“ vorgesehen und es gibt eine
ckentfremdung als ferngelenkte Waffe. Reihe von Einschränkungen für den
Laut Deutscher Flugsicherung (DFS) Betrieb von UAVs. Gleichzeitig ist für
gab es in den ersten zehn Monaten Copter unter 5kg Gewicht keine Auf-
des Jahres 2016 61 Fälle, bei denen stiegserlaubnis mehr notwendig.
Drohnen den regulären Flugverkehr
behindert haben. In der gleichen Zeit- Zudem sind eine Reihe von Nebenbe-
spanne des Vorjahres hatte es erst stimmungen zu beachten. Die weiteren
zwölf solcher Vorfälle gegeben. Schät- rechtlichen Entwicklungen sind dabei
zungen zufolge sind in Deutschland sehr dynamisch und unterliegen häufi-
ca. 400.000 Drohnen im privaten und gen Änderungen und einigen Unsicher-
kommerziellen Einsatz. Die DFS rech- heiten in der Praxis.
net damit, dass sich die Zahl bis 2020
6
Online unter: www.dfs.de/dfs_homepage/de/Presse/Pressemitteilungen/2016/15.11.2016.-%20DFS%20
05 bringt%20bemannte%20und%20unbemannte%20Luftfahrt%20zusammen/drohnen_infografiken.pdf1.2 Einsatz
Während vor allem die Nutzung von und Kamera sowie die Auswirkungen
Multicoptern für Film- und Fotoaufnah- von Technik und Copter-Manövern auf
men – ob professionell oder als Hobby Bildästhetik und Narration. Vor- und
– im Bewusstsein ist, können sie für nachgelagert spielen auch die recht-
eine Reihe weiterer Zwecke verwandt lichen Rahmenbedingungen für den
werden: etwa als (live-) bildgebendes Einsatz von Multicoptern sowie die
Instrument bei der Feststellung des Anforderungen an die Postproduktion
Schadens bei Naturkatastrophen oder des erstellen Videomaterials, das bis
Unfällen, bei der Wartung und Begut- zu einer Auflösung von 4K möglich ist,
achtung von Gebäuden und Bauwerken eine große Rolle.
wie Brücken oder Windenergieanlagen,
der (teil-) autonomen Überwachung Für Filmaufnahmen schließen Copter
von Grenzanlagen oder landwirt- zum einen eine Lücke zwischen Kran
schaftlichen Flächen, dem Erstellen und Hubschrauber und ermöglichen
von Immobilienanzeigen für Makler, so neuartige Aufnahmen bei gleich-
der Trainingsauswertung bei Mann- zeitiger Kostensenkung. Zum anderen
schaftssportarten oder Polizeieinsätzen,
lassen sich auch unterhalb großer
dem Abwerfen von Werbemitteln und Höhen traditionelle und aufwändige
vielem mehr. Einige Versanddienst- Produktionstechniken wie Kran- oder
leister experimentieren derzeit mit Dolly-Fahrten einfach mithilfe von
der Zustellung von Paketen mittels Coptern ersetzen. Das Verlegen von
„Drohnen“– ob dies jemals Aussicht aufDolly-Schienen oder der Transport von
Erfolg hat und in Deutschland rechtlich
Kran-Equipment kann dabei überflüssig
möglich sein wird, wird sich zeigen. werden, denn Multicopter ermöglichen
Auch das Aufspüren von Rehkitzen vor einen Einsatz auch wenige Dezimeter
der Grünfuttermahd durch luftgestützteüber dem Boden und bewegen sich
Infrarotkameras wird derzeit erprobt. dank Flugstabilisatoren und „Gimbals“
zum Ausgleich von Bewegungen „wie
Das Copterlab-Kiel am Fachbereich auf Schienen“.
Medien der FH Kiel befasst sich vor
allem mit dem Einsatz von Coptern für
Film- und Fotoaufnahmen für Journa-
lismus, Film und Fernsehen sowie PR,
betrachtet aber auch weitere Einsatz-
möglichkeiten. Im Vordergrund steht
jedoch das Zusammenspiel von Copter
061.3 Quadro, Hexa, Octo
Grundsätzlich unterscheidet man Verschiedene Firmen bieten seit ei-
Multicopter zunächst nach der Zahl nigen Jahren Multicopter vorkonfigu-
ihrer Rotoren: Quadrocopter mit riert zum sofortigen Einsatz an. Den
vier Rotoren, Hexacopter mit sechs, aufwändigen Eigenkonstruktionen,
Octocopter entsprechend mit acht die ein hohes Maß an technischem
usw. Der Vortrieb wird durch die Sachverstand und handwerklichen
Neigung des Copters erreicht . Ingenieursfähigkeiten erforderten,
Diese entsteht, wenn die beiden in folgten COTS-Paketlösungen (com-
Flugrichtung hinteren Rotoren mit merical off-the-shelf) zu vertretba-
höherer Drehzahl als die beiden ren Preisen.
vorderen drehen. Je höher die
Zahl der Rotoren, die gegen- Branchenprimus im semi- bis pro-
läufig rotieren und somit einen fessionellen Bereich ist heute der
Heckrotor wie bei Hubschraubern chinesische Anbieter DJI © mit den
unnötig machen, desto stabiler Serien Phantom und Inspire. Die aus
die Flugeigenschaften und höher der Actioncam-Branche bekannte
die Ausfallsicherheit. Während US-amerikanische Firma GoPro© hat
man beim Ausfall eines einzelnen 2016 mit dem Modell Karma einen
Rotors bei einem Quadrocopter eigenen Multicopter vorgestellt.7 Das
von einem Absturz ausgehen kann, ebenfalls chinesische Unternehmen
lassen sich Hexa- und Octocopter Yuneec© stellt den jüngsten Neuzu-
auch mit ausgefallenen Rotoren unter gang auf dem Markt dar. Daneben
U m s t ä n d e n n o c h ko n t r o l l i e r t gibt es eine Reihe weiterer Anbieter,
landen. Bei kommerziellen Anbietern die sich zwischen Spielzeug und
und im semi-professionellen Bereich hochspezialisiertem Equipment für
beherrschen derzeit Quadrocopter professionelle Anbieter bewegen.
den Markt.
7
Die GoPro Karma wurde zunächst nach Problemen mit der Verriegelung des Akkus zurückgerufen, ist aber
nach Behebung dieser Probleme im Frühjahr 2017 wieder in den Verkauf gegangen. (www.heise.de/foto/
07 meldung/Karma-GoPro-verkauft-zurueckgerufene-Drohne-wieder-3616593.html)1.4 Komponenten
Neben den Rotoren und der dazugehörigen Steuereinheit bestehen alle Copter
– vereinfacht dargestellt – aus
• einem Sensor, der Neigung, Geschwindigkeit etc. erfasst (Gyroskop),
• Rotoren samt ihren Motoren, die gegenläufig drehen und dadurch dafür
sorgen, dass Multicopter keinen Heckrotor benötigen,
• einer Steuereinheit, die die Rotordrehzahl steuert und so für die Bewegung
der Copter sorgt,
• einem GPS-Empfänger zur Ermittlung und dem Halten von Position und
Höhe sowie deren Darstellung auf einer Karte,
• Akkus für den Flugbetrieb,
• einer Sender-/Empfängereinheit zur Steuerung der Flugfunktionen mittels
Fernbedienung,
• einer Kamera mit Aufzeichnungsmöglichkeit,
• ein Gimbal, der von Elektromotoren gesteuert dafür sorgt, dass die Bewegun-
gen des Copters ausgeglichen werden und das Kamerabild so stabil bleibt,
• sowie idealerweise einer Sendeeinheit, die ein Livebild der Kamera an
den Boden übermittelt.
Optional können Copter natürlich mit Ein möglicher Nachteil ist die geringere
einer Vielzahl von weiteren Elementen Möglichkeit, die Copter nach eigenen
ausgestattet werden, wie etwa Infra- Wünschen zu konfigurieren.
rot-Kameras oder Vorrichtungen zum
Ziehen oder dem Abwurf von Werbe- Auch die Fernbedienungen (Controller)
mitteln. unterscheiden sich je nach Modell.
Hauptunterschiede lassen sich beim
Während in der Vergangenheit Multi- Display und der Zahl der Controller
copter vor allem in Eigenarbeit entwi- festmachen. Als Display dienen meist
ckelt und gebaut wurden, gibt es heute Smartphones oder Tablets, die über
eine Reihe von Serienmodellen, die eine passende App die Kommunikation
den unkomplizierten Einstieg und die mit dem Copter erlauben. Hier sind
professionelle Nutzung ermöglichen. Befestigungsmöglichkeiten und Dis-
Ein großer Vorteil bei Paketlösungen playgröße Unterscheidungsmerkmale.
ist – neben der Tatsache, dass kein Einige Copter, beispielsweise die DJI
Eigenbau erforderlich ist -, dass alle Inspire, bieten auch die Möglichkeit der
Bauteile aufeinander angestimmt sind. Steuerung mit zwei Controllern, wobei
08ein Controller (Master) den Copter und und Bewegungen der Kamera kontrol-
der andere (Slave) die Bewegungen der liert. Um diesen Vorteil auszunutzen
Kamera steuert. Dies hat den Vorteil, sind allerdings immer zwei Personen
dass der Steuerer sich voll auf den notwendig – die sich dazu auch noch
Flug konzentrieren kann, während der über Flugmanöver und gewünschte
Kamera-Operator die Einstellungen Bildausschnitte verständigen müssen.
1.5 Kameratechnik
So gut wie alle kommerziell ange- Wechsel von Objektiven.
botenen Copter sind heutzutage
serienmäßig mit einer Kamera aus- Über die App und den Controller kön-
gestattet, die sowohl Foto- als auch nen die Einstellungen der Kamera ein-
Videoaufnahmen machen kann. Die schließlich Frame-Rate, Belichtung,
meisten Kameras erlauben dabei eine Shutter und Fokus geändert werden.
Ultra-HD Video-Auflösung (4K) bei 30 Die Aufnahme erfolgt meist auf eine
Frames per Second (fps) oder eine microSD-Karte in der Kamera selbst.
Full-HD Auflösung (1080p) bei 60 Die Übertragung des Live-Bildes zum
oder mehr fps. Für Filmaufnahmen ist Controller erfolgt per Funk in niedrige-
vor allem von Belang, ob die Kamera rer Qualität. Sollte die Bildübertragung
fest verbaut ist oder ein Wechsel der aufgrund einer weiten Entfernung oder
Kamera und/oder Objektive möglich sonstiger Funkstörungen abbrechen,
ist. Hierbei gilt die Faustregel, dass wird die eigentliche Aufnahme in un-
bei zunehmender Größe – und Kos- veränderter Qualität dennoch auf der
ten – der Copter auch zunehmend Speicherkarte im Copter fortgesetzt.
Variationsmöglichkeiten bei der Ka-
meraeinheit zulässt. Für Sportzwecke und bei fortschreiten-
der technischer Entwicklung möglicher-
Während beispielsweise die DJI Phan- weise auch für andere Einsätze, können
tom mit einer fest verbauten Kamera auch VR-Brillen (Virtual Reality-Brillen)
ausgestattet ist, nutzt die GoPro Karma zum Einsatz kommen, die ein subjek-
das Zusammenspiel des Copters mit ei- tives Kamerabild (FPV) ermöglichen,
ner GoPro-Hero Kamera, die gewechselt um so den Flug quasi als Pilot miter-
werden kann. Bei der Inspire erlaubt DJI leben zu können. Auch der Einsatz von
den Tausch der Kamera samt Gimbal Infrarot-Kameras ist technisch möglich
und beim System Zenmuse X5 (dank und wird beispielsweise zur Ortung von
Micro Four Thirds-Standard) auch den Tieren genutzt.
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