Messung von Luftqualitätsparametern mit einer neuartigen Drohnennutzlast - Air-Q-Drone
Im Projekt Air-Q-Drone wird eine kommerzielle Drohne mit Messtechnik zur Erfassung partikelförmiger Luftschadstoffe, wie PM 10, PM2.5 und ultrafeiner Partikel ausgestattet und im Flug unter stark schwankenden atmosphärischen Bedingungen wie Temperatur, Feuchte und Wind betrieben und charakterisiert. Im Gegensatz zu bisherigen Systemen wird hier der gesamte Bereich von 10 nm bis 10 μm erfasst. Vorherige Projekte konnten den Bereich unter 300 nm häufig nur abschätzen, was große Unsicherheiten der Messungen zur Folge hatte.
Das Projekt Air-Q-Drone ist Teil eines DFG Schwerpunktprogramms (SPP 2433 - Messtechnik auf fliegenden Plattformen), das sich mit dem stetig steigenden Bedarf der Gesellschaft und der Industrie an Mess- und Sensorsystemen für flexible und mobile Messsysteme beschäftigt. Beispielsweise um die Auswirkung nicht vorhersehbarer Umwelteinflüsse auf Gebäude, Anlagen und Pflanzen zu verstehen, und für die Durchführung von Wartungsaufgaben. Von besonderem Interesse ist dabei der bodennahe Raum bis ca. 500 m, den der Mensch bewohnt, intensiv gestaltet und bewirtschaftet. Dabei stellt sich stets die Frage, mit welchem Messsystemträger schnelle, ressourcenschonende und hochqualitative Messungen möglich sind? Und wie gelingen Messungen in großen Höhen und schwer zugänglichen Orte wie z.B. bei Offshore-Windenergieanlagen, ohne dass sich ein Mensch Gefahren aussetzen muss?
Das Schwerpunktprogramm zielt deshalb auf die Exploration neuer Messfähigkeiten und die Klärung der Messgüte bei Messtechnik auf fliegenden Plattformen ab. Damit ist es ein einmaliger Verbund von 19 interdisziplinären Forschungsprojekten, der die Grundlagen zukünftiger mobiler messtechnischer Systeme legen wird.
Tatsächlich bieten sogenannte Drohnen (engl.: uncrewed aerial vehicle, UAV) für den Einsatz als mobile Messsystemträger ein noch unerforschtes Potential, weil die zivile Drohnentechnologie im Vergleich zu anderen mobilen Systemen noch sehr jung ist und fortlaufend technologische Fortschritte verzeichnet. Ein ganz entscheidender Punkt dabei ist, dass bislang eher qualitative Informationen insbesondere auch mit künstlicher Intelligenz aus Bilddaten extrahiert werden, während es kaum quantitative Messungen mit Messunsicherheiten gibt. Wenn aber z. B. eine Aussage über die Tragkraft einer beschädigten Brücke oder die strukturelle Integrität des Rotorblatts einer Windenergieanlage benötigt wird, so können nur Messwerte mit Unsicherheitsangaben zu einer verlässlichen Aussage führen. Dabei ist mit eng limitierten Ressourcen hinsichtlich Gewicht, Bauraum, Energie und Zeit umzugehen, und drohnen- sowie umweltbedingte, teils unvorhersehbare Einflüsse stören die Messung. Im Zentrum der gemeinsamen Forschungsanstrengungen stehen daher die Klärung und Minimierung der für verschiedene Messgrößen erreichbare Messgüte sowie eine vereinheitlichte Bewertung der Messqualität in Verbindung mit den eingesetzten Ressourcen.