Ausgangslage
Idee
In einem neuen Ansatz sollen Rehkitzen unter Einsatz eines Unmanned Aerial Vehicle (UAV) mit daran montierter Thermalkamera aus der Luft geortet werden. Die dafür benötigten Instrumente und Gerätschaften werden in diesem Abschnitt vorgestellt.
Thermalkamera
Alle Objekte mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt von -273 °C geben elektromagnetische Strahlung an ihre Umwelt ab. In welchem Wellenlängenbereich das Maximum der abgegebenen Strahlung liegt, wird durch die Temperatur des Körpers bestimmt. Die Sonne mit einer Temperatur von ca. 5'600°C gibt vor allem Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts ab und sorgt so für das vom Menschen wahrgenommene Tageslicht. Bei auf der Erde üblichen Umgebungstemperaturen senden Objekte vor allem Strahlung im Bereich des langwelligen Infrarots aus. Die dabei abgegebene Energie ist wesentlich geringer als etwa die der heissen Sonne, so dass sie nur durch hochempfindliche Detektoren registriert werden kann. In einem Thermalbild können warme Objekte, die mehr Infrarotstrahlung aussenden (z.B Rehkitze) von kühleren Objekten mit schwächerer Infrarotstrahlung (z.B. Wiese) unterschieden werden.
Die Thermalkamera Tau 640 des amerikanischen Herstellers FLIR nimmt elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich des langwelligen Infrarots von 7.5 - 13.5 μm auf. Sie zeichnet mit einer Bildrate von 8⅓ Hz Thermalbilder von 640 x 512 Pixel und 8 bit Farbtiefe auf und gibt diese als Analogvideo aus. Eine Möglichkeit zur internen Datenspeicherung besteht nicht. Es handelt sich bei der FLIR Tau 640 um einen sogenannten Kamerakern ohne eigene Bedien-, Anzeige- oder Speichereinheit, der zur Integration in Systeme wie Maschinen oder Fahr- und Flugzeuge vorgesehen ist. Durch die Reduktion der Kamera auf den für die eigentlichen Thermalaufnahmen notwendigen Teil ist sie äusserst kompakt und leicht, was den Einsatz auf einem UAV überhaupt erst möglich macht.
Unmanned Aerial Vehicle
Begriff Unmanned Aerial Vehicle (UAV) bezeichnet ein nicht bemanntes, wiederverwendbares und motorisiertes Luftfahrzeug. Dieses kann durch eine Fernsteuerung gelenkt werden oder autonom navigieren. Das UAV-System Falcon 8 des deutschen Herstellers Ascending Technologies besteht aus dem gleichnamigen Flugobjekt, der Fernbedienung sowie der Steuersoftware AscTec AutoPilot.
Beim Flugobjekt handelt es sich um ein Multirotorsystem mit acht elektrisch angetriebenen Rotoren, das wie ein Helikopter senkrecht startet und landet, einen sogenannten Oktokopter. Der Falcon 8 ist hauptsächlich für die Luftbildfotografie mit Kompaktkameras ausgelegt und daher mit einer neigungskompensierenden Kamerahalterung ausgerüstet. Pro Akku beträgt die Flugzeit des Falcon zwischen 16 und 18 Minuten.
Flugmanöver des Falcon werden einzig durch die unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten der Rotoren gesteuert. Komponenten wie Leitwerke oder Heckrotoren existieren nicht. Dadurch ist das System mechanisch äusserst einfach aufgebaut, erfordert für die Fluglageregelung aber eine ausgeklügelte Steuerlogik, die aus der aktuellen Fluglage des Systems und den Steuerbefehlen des Piloten in rascher Abfolge die notwendige Geschwindigkeit für jeden einzelnen Motor errechnet. Die Fluglage der Falcons wird durch ein Trägheitsnavigationssystem, Magnetfeldsensoren, einen barometrischen Höhenmesser sowie einen GPS-Empfänger ermittelt.
Die Software AscTec Autopilot erlaubt die vollständige Steuerung des fliegenden Oktokopters
an einem per USB-Kabel mit der Fernbedienung verbundenen Laptop. Über einem Orthofoto als Hintergrund kann durch Wegpunkte ein beliebiger Flugpfad definiert werden, den der Falcon anschliessend autonom abfliegt. Der Pilot an der Fernbedienung muss nur noch in Notfällen sowie für Start und Landung eingreifen.
Thermalkamera FLIR Tau 640
Thermalbild einer Kuhherde
Oktokopter AscTec Falcon 8
Steuersoftware AscTec AutoPilot
