DE102024003619B3 - Method and device for water column profile measurement - Google Patents
Method and device for water column profile measurementInfo
- Publication number
- DE102024003619B3 DE102024003619B3 DE102024003619.9A DE102024003619A DE102024003619B3 DE 102024003619 B3 DE102024003619 B3 DE 102024003619B3 DE 102024003619 A DE102024003619 A DE 102024003619A DE 102024003619 B3 DE102024003619 B3 DE 102024003619B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- measuring probe
- measuring
- drone
- probe
- base station
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/08—Adaptations of balloons, missiles, or aircraft for meteorological purposes; Radiosondes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
- G01C13/008—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal measuring depth of open water
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
- G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
- G01K1/022—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers for recording
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
- G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
- G01K13/026—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving liquids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
- G01N33/1886—Water using probes, e.g. submersible probes, buoys
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/02—Instruments for indicating weather conditions by measuring two or more variables, e.g. humidity, pressure, temperature, cloud cover or wind speed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U10/00—Type of UAV
- B64U10/10—Rotorcrafts
- B64U10/13—Flying platforms
- B64U10/14—Flying platforms with four distinct rotor axes, e.g. quadcopters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/35—UAVs specially adapted for particular uses or applications for science, e.g. meteorology
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U80/00—Transport or storage specially adapted for UAVs
- B64U80/80—Transport or storage specially adapted for UAVs by vehicles
- B64U80/84—Waterborne vehicles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K2213/00—Temperature mapping
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Ecology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Ein Verfahren und eine Einrichtung zur Wassersäulenprofilmessung weisen folgende Merkmale auf:
• das Verfahren verwendet eine Messanordnung mit einer Flugdrohne (10), einem Eintauchkabel (20) und einer Messsonde (30) zur Messung physikalischer Größen, derart, dass ein Ende des Eintauchkabels (20) mit der Flugdrohne (10) und ein anderes Ende des Eintauchkabels (20) mit der Messsonde (30) verbunden sind, mit den Schritten:
• Hinflug der Flugdrohne (10) mit dem Eintauchkabel (20) und der Messsonde (30) von einer Basisstation zu mindestens einer Meeresmessposition,
• an jeder der mindestens einen Meeresmessposition erfolgen die Schritte:
▪ Absenken der Flugdrohne (10) und damit einhergehendes Absinken der Messsonde (30) in dem Meer unter Erfassung von Messdaten mit der Messsonde (30),
▪ Emporsteigen der Flugdrohne (10) und damit einhergehendes Hochtauchen der Messsonde (30) im Meer unter fakultativer Erfassung von Messdaten mit der Messsonde (30),
• Rückflug der Flugdrohne (10) mit dem Eintauchkabel (20) und der Messsonde (30) zur Basisstation und Absetzen der Messsonde (30) auf der Basisstation.
Die Messsonde, das Eintauchkabel und die Flugdrohne sind wiederverwendbar. Das Meer wird nicht mit Müll belastet. Es können Messungen in flachen Gewässern durchgeführt werden.
A method and device for water column profile measurement have the following features:
• the method uses a measuring arrangement with a flying drone (10), a submersible cable (20) and a measuring probe (30) for measuring physical quantities, such that one end of the submersible cable (20) is connected to the flying drone (10) and another end of the submersible cable (20) is connected to the measuring probe (30), with the steps:
• Flight of the drone (10) with the immersion cable (20) and the measuring probe (30) from a base station to at least one marine measuring position,
• At each of the at least one marine measurement position, the following steps are carried out:
▪ Lowering the drone (10) and the associated lowering of the measuring probe (30) into the sea while recording measurement data with the measuring probe (30),
▪ Ascent of the drone (10) and the concomitant submersion of the measuring probe (30) in the sea with optional recording of measurement data with the measuring probe (30),
• Return flight of the drone (10) with the immersion cable (20) and the measuring probe (30) to the base station and placing the measuring probe (30) on the base station.
The measuring probe, submersible cable, and drone are reusable. The ocean is not polluted with debris. Measurements can be taken in shallow waters.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Wassersäulenprofilmessung physikalischer Größen.The invention relates to a method and a device for water column profile measurement of physical quantities.
Die
Die
Aus einem Prospekt (CTD60Mc - ultra deep Sea, Online and Memory Probe up to 11 000 m der Fa. Sea & Sun Technology) ist eine Messsonde mit der Form eines länglichen Zylinders bekannt.A measuring probe in the shape of an elongated cylinder is known from a brochure (CTD60Mc - ultra deep Sea, Online and Memory Probe up to 11 000 m from Sea & Sun Technology).
Die
Weiteren Stand der Technik zeigen die nachfolgend zitierten Dokumente:
- -
.RANGAN, Srinivasan [et al.]: A study on drone stability on lifting and hovering with the CTD sensor and instrumentation payload for ocean observation applications. Juli 2021 - -
.RANGAN, Srinivasan [et al.]: A customized drone for ocean and atmospheric measurements and its performances. In: Maritime technology „and research, Vol. 6, Juli-September 2024, No. 3, Art.-Nr. 267638, 13 S. - ISSN 2651-205X - -
.RANGAN, Srinivasan [et al.]: Adapting the drone technology for marine applications - a high resolution water quality measurement system using drone (part 3). In: Marine engineers review India, Vol. 16, 2022, No. 12, S. 23-26. ISSN 2250-1967 - -
.RANGAN, Srinivasan [et al.]: Adapting the drone technology for marine applications - a high resolution water quality measurement system using drone (part 2). In: Marine engineers review India, Vol. 16, 2022, No. 10, S. 14-21. - ISSN 2250-1967 - -
.KOPARAN, Cengiz (et al.]: Temperature profiling of waterbodies with a UAVintegrated sensor subsystem. In: Drones, Vol. 4, 2020, No. 3, Art.-Nr. 35, 10 S. - I_SSN 2504- 446X - -
.KOPARAN, Cengiz [et al.]: Autonomous in situ measurements of noncontaminant water quality indicators and sample collection with a UAV. In: Water, Vol. 11, 2019, No. 3, Art.-Nr. 604, 15 S. - ISSN 2073-4441 - -
.CHUNG, Michaella (et al.]: Obtaining the thermal structure of lakes from the air. In: Water, Vol. 7, 2015, No.11, S. 6467-6482. -ISSN 2073-4441 - -
.POULSEN, Ebbe [et al.]: Uncrewed aerial vehicle with onboard winch system for rapid, cost-effective, and safe oceanographic profiling in hazardous and inaccessible areas. In: HardwareX, Vol. 18, 2024, Art.-Nr. e00518, 21 S. - ISSN 2468-0672 - -
US 2017 / 0 328 814 A1 - -
.SEA & SUN Technology GmbH: CTD60Mc - ultra deep sea. Online and memory probe up to 11000 m. Trappenkamp, 2018. 2 S. - Firmenschrift - -
WO 2024 / 132 529 A1
- -
.RANGAN, Srinivasan [et al.]: A study on drone stability on lifting and hovering with the CTD sensor and instrumentation payload for ocean observation applications. July 2021 - -
.RANGAN, Srinivasan [et al.]: A customized drone for ocean and atmospheric measurements and its performances. In: Maritime technology "and research, Vol. 6, July-September 2024, No. 3, Art. No. 267638, 13 pp. - ISSN 2651-205X - -
.RANGAN, Srinivasan [et al.]: Adapting the drone technology for marine applications - a high resolution water quality measurement system using drone (part 3). In: Marine engineers review India, Vol. 16, 2022, No. 12, pp. 23-26. ISSN 2250-1967 - -
.RANGAN, Srinivasan [et al.]: Adapting the drone technology for marine applications - a high resolution water quality measurement system using drone (part 2). In: Marine engineers review India, Vol. 16, 2022, No. 10, pp. 14-21. - ISSN 2250-1967 - -
.KOPARAN, Cengiz (et al.]: Temperature profiling of waterbodies with a UAV integrated sensor subsystem. In: Drones, Vol. 4, 2020, No. 3, Art. No. 35, 10 pp. - I_SSN 2504- 446X - -
.KOPARAN, Cengiz [et al.]: Autonomous in situ measurements of noncontaminant water quality indicators and sample collection with a UAV. In: Water, Vol. 11, 2019, No. 3, item no. 604, 15 pp. - ISSN 2073-4441 - -
.CHUNG, Michaella (et al.]: Obtaining the thermal structure of lakes from the air. In: Water, Vol. 7, 2015, No.11, pp. 6467-6482. -ISSN 2073-4441 - -
.POULSEN, Ebbe [et al.]: Uncrewed aerial vehicle with onboard winch system for rapid, cost-effective, and safe oceanographic profiling in hazardous and inaccessible areas. In: HardwareX, Vol. 18, 2024, Art. No. e00518, 21 pp. - ISSN 2468-0672 - -
US 2017 / 0 328 814 A1 - -
.SEA & SUN Technology GmbH: CTD60Mc - ultra deep sea. Online and memory probe up to 11000 m. Trappenkamp, 2018. 2 p. - company publication - -
WO 2024 / 132 529 A1
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren und eine alternative Einrichtung zur Wassersäulenprofilmessung zu schaffen.The invention is based on the object of creating an alternative method and an alternative device for water column profile measurement.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des auf ein Verfahren gerichteten Anspruches 1 und durch die Merkmale des auf eine Einrichtung gerichteten Anspruches 7 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1 directed to a method and by the features of claim 7 directed to a device.
Die Vorteile der Erfindung liegen in der Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit der Messanordnung. Zudem soll diese Erfindung auch eine Messung im sehr flachen Küstengebiet ermöglichen, in das Schiffe nicht einfahren können.The advantages of the invention lie in the sustainability and environmental compatibility of the measuring setup. Furthermore, this invention should also enable measurements in very shallow coastal areas where ships cannot enter.
Die erfinderische Idee des Verfahrens oder der Einrichtung zur Wassersäulenprofilmessung liegt in der Verwendung einer Flugdrohne, einem Eintauchkabel und einer Messsonde. Die Einheit aus Flugdrohne, Eintauchkabel und Messsonde fliegt von einer Basisstation zu mindestens einem Meeresmesspunkt. An jedem Meeresmesspunkt sinkt die Flugdrohne ab. Weil ein Ende des Eintauchkabels mit der Flugdrohne und ein anderes Ende des Eintauchkabels mit der Messsonde verbunden sind, folgt die Messsonde der Absinkbewegung der Flugdrohne und erfasst Messdaten des Meeres. Steigt die Flugdrohne empor, taucht auch die Messsonde hoch und tritt aus dem Meer heraus. Sind von allen Meeresmesspunkten die Messdaten erfasst, fliegt die Flugdrohne zur Basisstation zurück und setzt die Messsonde ab. Die Messsonde, das Eintauchkabel und die Flugdrohne werden wiederverwendet. Das Meer wird nicht mit Müll belastet. Insbesondere verbleiben keine Kabel in den Meeren, in denen sich Meeressäuger oder Fische verfangen können. Die Wassersäulenprofilmessung erfolgt nachhaltig und umweltverträglich. Beim Absinken der Messsonde über einen mittigen Einströmungskanal strömt von unten frisches Meerwasser in einen sich anschließenden, ebenfalls mittigen Messraum, in dem die Messdaten erfasst werden. Über radiale, nach oben geneigte Abführkanäle strömt das Meerwasser wieder heraus. Die Messdaten werden im Messraum erfasst. Der Staudruck am Einströmungskanal beim Absinken der Messsonde bewirkt, dass der Messraum immer mit Meerwasser der aktuellen Wassertiefe durchströmt wird. Die Messsonde 30 weist einen zylindrischen Sondenkern 32 auf, der am Fuß Einzelsensoren 31a, 31b und 31c aufweist.The inventive idea of the method or device for water column profile measurement lies in the use of an aerial drone, a submersible cable, and a measuring probe. The unit consisting of the aerial drone, submersible cable, and measuring probe flies from a base station to at least one ocean measuring point. At each ocean measuring point, the drone descends. Because one end of the immersion cable is connected to the drone and the other end of the immersion cable is connected to the measuring probe, the measuring probe follows the drone's descent and records ocean measurement data. As the drone ascends, the measuring probe also submerges and emerges from the ocean. Once the measurement data has been recorded from all ocean measuring points, the drone returns to the base station and deploys the measuring probe. The measuring probe, the immersion cable, and the drone are reused. The ocean is not polluted with waste. In particular, no cables are left in the oceans where marine mammals or fish can become entangled. The water column profile measurement is carried out in a sustainable and environmentally friendly manner. As the measuring probe descends through a central inflow channel, fresh seawater flows from below into an adjoining, also centrally located measuring chamber, where the measurement data is recorded. The seawater flows out again via radial, upwardly inclined discharge channels. The measurement data is recorded in the measuring chamber. The dynamic pressure at the inflow channel as the measuring probe descends ensures that the measuring chamber is always perfused with seawater at the current water depth. The measuring probe 30 has a cylindrical probe core 32, which has individual sensors 31a, 31b, and 31c at its base.
Überraschend einfach ist die konstruktive Ausbildung, da die Verlängerung des Einströmungskanals 35 der Messraum 36 ist und die Aufnahme des zylindrischen Sondenkerns 32 die Verlängerung des Messraumes 36 bildet.The structural design is surprisingly simple, since the extension of the inflow channel 35 is the measuring chamber 36 and the receptacle of the cylindrical probe core 32 forms the extension of the measuring chamber 36.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird beim Absetzen der Messsonde auf der Basisstation das Eintauchkabel von der Flugdrohne ausgeklinkt. Das Ausklinken des Eintauchkabels verhindert, dass sich das Eintauchkabel beispielsweise in den Rotoren der Flugdrohne verfängt.According to an advantageous embodiment of the invention, the immersion cable is released from the drone when the measuring probe is placed on the base station. This release prevents the immersion cable from becoming entangled, for example, in the drone's rotors.
Alternativ zum Ausklinken des Eintauchkabels wird eine Flugdrohne mit einer antreibbaren Haspel verwendet. Vor dem Absetzen der Messsonde auf der Basisstation wird das Eintauchkabel von der antreibbaren Haspel aufgewickelt, um ein Verheddern des Eintauchkabels mit beweglichen Teilen der Flugdrohne zu verhindern.As an alternative to unhooking the immersion cable, a drone with a driven reel is used. Before the measuring probe is placed on the base station, the immersion cable is wound up from the driven reel to prevent it from becoming entangled with moving parts of the drone.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Absinken der Messsonde im Meer unter Erfassung von Messdaten bei einer Sinkgeschwindigkeit von 7 m/s ± 2m/s erfolgt. Dieser Bereich ist ein Kompromiss der Parameter der benötigten Zeit und der Genauigkeit der Messung.According to a further advantageous embodiment of the invention, the measuring probe sinks into the sea and collects measurement data at a sinking speed of 7 m/s ± 2 m/s. This range represents a compromise between the parameters of the required time and the accuracy of the measurement.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die erfassten Messdaten drahtgebunden zur Flugdrohne und über Funk von der Flugdrohne zur Basisstation übertragen. Die Messdaten können somit unmittelbar nach ihrer Erfassung ausgewertet werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the acquired measurement data is transmitted wired to the drone and wirelessly from the drone to the base station. The measurement data can thus be evaluated immediately after acquisition.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfasst die Messsonde Messdaten der Leitfähigkeit, der Temperatur und der Wassertiefe. Eine Wassersäulenprofilmessung mit diesen physikalischen Messdaten sorgt dafür, dass mit Hilfe dieser Messdaten die Genauigkeit von Sonarverfahren erhöht wird, da damit die Schallgeschwindigkeit in der Wassersäule sehr präzise angegeben werden kann.According to a further advantageous embodiment of the invention, the measuring probe records measurement data of conductivity, temperature, and water depth. A water column profile measurement using this physical measurement data ensures that the accuracy of sonar methods is increased, as it allows the speed of sound in the water column to be determined very precisely.
Die Unteransprüche 8 bis 12 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Vorteile der Verfahrens-Unteransprüche gelten für die jeweiligen Einrichtungs-Unteransprüche entsprechend.Subclaims 8 to 12 relate to advantageous embodiments of the device according to the invention. The advantages of the method subclaims apply accordingly to the respective device subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen als stark vereinfachte Prinzipskizzen:
-
1 eine Messanordnung mit einer Flugdrohne, einem Eintauchkabel und einer Messsonde, in einer perspektivischen Darstellung; -
1a eine alternative Flugdrohne gegenüber der in1 gezeigten Flugdrohne; -
2 die in1 gezeigte Messsonde der Messanordnung, in einer vergrößerten Schnittdarstellung; -
3a bis 3e jeweils die in1 gezeigte Messanordnung zu aufeinander folgenden Zeitpunkten illustrierend einzelne Verfahrensschritte, jeweils in einer Vorderansicht.
-
1 a measuring arrangement with a flying drone, an immersion cable and a measuring probe, in a perspective view; -
1a an alternative drone to the one in1 shown flying drone; -
2 which in1 shown measuring probe of the measuring arrangement, in an enlarged sectional view; -
3a to 3e each in1 The measuring arrangement shown at successive points in time illustrates individual process steps, each in a front view.
Die Einrichtung ist zur Durchführung der folgenden Schritte ausgebildet:
- • Hinflug der Flugdrohne 10 mit dem Eintauchkabel 20 und der Messsonde 30 von einer Basisstation zu mindestens einer Meeresmessposition,
- • an jeder der mindestens einen Meeresmessposition erfolgen die Schritte:
- ◯ Absenken der Flugdrohne 10 und damit einhergehendes Absinken der Messsonde 30 im Meer 40 unter Erfassung von Messdaten mit der Messsonde 30,
- ◯ Emporsteigen der Flugdrohne 10 und damit einhergehendes Hochtauchen der Messsonde 30 im Meer 40 unter fakultativer Erfassung von Messdaten mit der Messsonde 30,
- • Rückflug der Flugdrohne 10 mit dem Eintauchkabel 20 und der Messsonde 30 zur Basisstation und Absetzen der Messsonde 30 auf die Basisstation.
- • Outward flight of the drone 10 with the immersion cable 20 and the measuring probe 30 from a base station to at least one marine measuring position,
- • At each of the at least one marine measurement position, the following steps are carried out:
- ◯ Lowering the drone 10 and the concomitant lowering of the measuring probe 30 into the sea 40 while recording measurement data with the measuring probe 30,
- ◯ Ascent of the drone 10 and the concomitant submersion of the measuring probe 30 in the sea 40 with optional recording of measurement data with the measuring probe 30,
- • Return flight of the drone 10 with the immersion cable 20 and the measuring probe 30 to the base station and setting down the measuring probe 30 on the base station.
Die Einrichtung weist eine Ausklinkvorrichtung 15 auf, um beim Absetzen der Messsonde 30 auf der Basisstation das Eintauchkabel 20 von der Flugdrohne 10 auszuklinken.The device has a release device 15 for releasing the immersion cable 20 from the drone 10 when the measuring probe 30 is placed on the base station.
Das Eintauchkabel 20 ist beispielhaft 120 m lang. Mit dieser Länge kann die Messsonde 30 beim Absinken im Meer 40 eine Meerestiefe von 100 m erreichen. Die Flugdrohne 10 befindet sich dabei noch in einem Sicherheitsabstand von 20 m oberhalb des Meeresspiegels. Da Teile der Nordsee und die Ostsee weniger als 100 m tief sind, genügt oftmals die vorgenannte Länge des Eintauchkabels zur Wassersäulenprofilmessung. Außerdem werden damit geltende Bestimmungen zum Flugbetrieb von Drohnen nicht verletzt. Auf offener See können auch längere Kabel verwendet werden, um größere Meerestiefen zu.erreichen.The immersion cable 20, for example, is 120 m long. With this length, the measuring probe 30 can reach a depth of 100 m when sinking into the sea 40. The drone 10 is still at a safe distance of 20 m above sea level. Since parts of the North Sea and the Baltic Sea are less than 100 m deep, the aforementioned length of the immersion cable is often sufficient for water column profile measurements. Furthermore, it does not violate applicable regulations regarding drone flight operations. Longer cables can also be used on the open sea to reach greater depths.
Die Messsonde 30 weist eine stromlinienförmige Verkleidung 31 auf, um beim Absinken der Messsonde 30 im Meer 40 Messdaten bei einer Sinkgeschwindigkeit von 7 m/s zu erfassen.The measuring probe 30 has a streamlined fairing 31 in order to collect measurement data as the measuring probe 30 sinks in the sea 40 at a sinking speed of 7 m/s.
Die Messsonde 30 weist, betrachtet man die Messsonde 30 in der Stellung des Absinkens, einen unteren, längsaxialen Einströmungsskanal 35 auf. Über die Öffnung des längsaxialen Einströmungsskanals 35 strömt beim Absinken der Messsonde 30 frisches Meerwasser in einen sich anschließenden Messraum 36, in dem die Messdaten erfasst werden. Über radiale, nach oben geneigte Abströmungskanäle 34 wird das Meerwasser aus dem Messraum 36 wieder abgeleitet.When viewed in the lowering position, the measuring probe 30 has a lower, longitudinally axial inflow channel 35. As the measuring probe 30 descends, fresh seawater flows through the opening of the longitudinally axial inflow channel 35 into an adjacent measuring chamber 36, where the measurement data is recorded. The seawater is drained from the measuring chamber 36 via radial, upwardly inclined outflow channels 34.
Die Messsonde 30 weist einen zylindrischen Sondenkern 32 auf, der am Fuß Einzelsensoren 31a, 31b und 31c aufweist. Überraschend einfach ist die konstruktive Ausbildung, da die Verlängerung des Einströmungskanals 35 der Messraum 36 ist und die Aufnahme des zylindrischen Sondenkerns 32 die Verlängerung des Messraumes 36 bildet.The measuring probe 30 has a cylindrical probe core 32, which has individual sensors 31a, 31b, and 31c at its base. The design is surprisingly simple, since the extension of the inflow channel 35 forms the measuring chamber 36, and the receptacle of the cylindrical probe core 32 forms the extension of the measuring chamber 36.
Die Messsonde 30 ist eine CTD (Conductivity-Temperature-Depth)-Messsonde 30. Ihre Einzelsensoren 31a, 31b und 31c erfassen Messdaten der Leitfähigkeit, der Temperatur und der Wassertiefe. Die Wassertiefe ist aus dem Druck ableitbar.The measuring probe 30 is a CTD (Conductivity-Temperature-Depth) measuring probe. Its individual sensors 31a, 31b, and 31c record measurement data for conductivity, temperature, and water depth. The water depth can be derived from the pressure.
Aus Gründen einer einfachen Montage ist die Verkleidung 31 in Längsrichtung zweigeteilt und weist ein Kopfteil 31a und ein Fußteil 31b auf.For ease of assembly, the panel 31 is divided into two parts in the longitudinal direction and has a head part 31a and a foot part 31b.
In dem Eintauchkabel 20 ist ein Datenkabel integriert, um drahtgebunden die erfassten Messdaten zur Flugdrohne 10 zu übertragen. Die Flugdrohne 10 weist eine Funkeinrichtung mit einer Antenne 39 auf, um die Messdaten über Funk von der Flugdrohne 10 zur Basisstation zu übertragen.A data cable is integrated into the immersion cable 20 for transmitting the acquired measurement data to the drone 10 via a wired connection. The drone 10 has a radio device with an antenna 39 for transmitting the measurement data via radio from the drone 10 to the base station.
Nachfolgend wird der Ablauf einer Messkompanie einer Wassersäulenprofilmessung beschrieben.
- - Ein Schiff stellt die Basisstation dar.
- - Das Schiff transportiert eine Messanordnung umfassend eine Flugdrohne 10, ein Eintauchkabel 20 und eine Messsonde 30.
- - Die Flugdrohne 10 wird gestartet und nach oben bewegt. Dabei wird das Eintauchkabel 20 mit in die Höhe gezogen.
- - Erreicht die Flugdrohne 10 eine Höhe entsprechend der Kabellänge, hebt sich die Messsonde 30.
- - Die Flugdrohne 10 weist ein Navigationssystem auf und fliegt zum ersten Meeresmesspunkt.
- - Es erfolgen die Einzelschritte:
- - Absenken der Flugdrohne 10 und damit einhergehendes Absinken der Messsonde 30 im Meer 40 unter Erfassung von Messdaten mit der Messsonde 30.
3a illustriert den Beginn des Absinkens, wobei die Messsonde 30 gerade eintaucht.3b illustriert das Ende des Absinkens, wobei die Messsonde gerade auf den Meeresboden auftrifft. Ein Aufschlagsensor erkennt einen Kontakt mit dem Meeresboden und liefert diese Information ebenfalls über das vorgenannte Datenkabel an die Flugdrohne 10. - - Emporsteigen der Flugdrohne 10 und damit einhergehendes Hochtauchen der Messsonde 30 im Meer 40 unter fakultativer Erfassung von Messdaten mit der Messsonde 30.
3c illustriert den Zeitpunkt, zu dem die Messsonde 30 das Meer 40 verlässt. - - Weitere Meeresmesspunkte werden angeflogen. An jedem Meeresmesspunkt werden die vorgenannten Einzelschritte durchgeführt.
- - Dann erfolgt der Rückflug der Flugdrohne 10 mit dem Eintauchkabel 20 und der Messsonde 30 zur Basisstation, illustriert in
3d , und das Absetzen der Messsonde 30 auf der Basisstation, illustriert in3e . - - Aufgrund der hohen Kabellänge pendelt die Messsonde 30 bei Seegang. Der Absetzvorgang der Messsonde 30 vereinfacht sich durch eine Verwendung einer Ausklinkvorrichtung 15. Ist, wie
3e zeigt, die Messsonde 30 auf der Basisstation abgelegt, wird das Eintauchkabel 20 von der Flugdrohne 10 gelöst, damit sich die Rotoren der Flugdrohne 10 nicht im Eintauchkabel 20 verfangen. - - Alternativ zur Ausklinkvorrichtung 15 kann eine antreibbare Haspel 14 an der. Drohne 10 verwendet werden. Die antreibbare Haspel 14 erleichtert nicht nur den Landevorgang, sondern auch den Startvorgang. Denn die antreibbare Haspel erlaubt es auch, erst am Meeresmessposition das Eintauchkabel 20 auf eine Länge einer vorgesehenen Wassersäule abzuwickeln.
- - A ship represents the base station.
- - The ship transports a measuring arrangement comprising an aerial drone 10, a submersible cable 20 and a measuring probe 30.
- - The drone 10 is launched and moved upwards. The immersion cable 20 is pulled upwards.
- - When the drone 10 reaches a height corresponding to the cable length, the measuring probe 30 lifts.
- - The drone 10 has a navigation system and flies to the first marine measurement point.
- - The individual steps are:
- - Lowering the drone 10 and the concomitant lowering of the measuring probe 30 into the sea 40 while recording measurement data with the measuring probe 30.
3a illustrates the beginning of the descent, with the measuring probe 30 just immersed.3b Illustrates the end of the descent, with the measuring probe just touching the seabed. An impact sensor detects contact with the seabed and transmits this information to the drone 10 via the aforementioned data cable. - - Ascent of the aerial drone 10 and concomitant submersion of the measuring probe 30 in the sea 40 with optional recording of measurement data with the measuring probe 30.
3c illustrates the time at which the measuring probe 30 leaves the sea 40. - - Additional marine measurement points are flown to. The aforementioned individual steps are carried out at each marine measurement point.
- - Then the drone 10 returns with the immersion cable 20 and the measuring probe 30 to the base station, illustrated in
3D , and placing the measuring probe 30 on the base station, illustrated in3e . - - Due to the long cable length, the measuring probe 30 swings in rough seas. The lowering process of the measuring probe 30 is simplified by using a release device 15. If, as
3e shows, the measuring probe 30 is placed on the base station, the immersion cable 20 is detached from the drone 10 so that the rotors of the drone 10 do not get caught in the immersion cable 20. - - As an alternative to the release device 15, a drivable reel 14 can be used on the drone 10. The drivable reel 14 not only facilitates the landing process, but also the takeoff process. The drivable reel also allows the submersible cable 20 to be unwound to a length corresponding to the specified water column at the sea measurement position.
Abweichungen oder Ergänzungen zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen sind beispielsweise wie folgt möglich:
- ▪ Die Sinkgeschwindigkeit beträgt im Ausführungsbeispiel 7 m/s. Die Sinkgeschwindigkeit könnte auch einen hiervon abweichenden Wert aufweisen, der im Bereich von 7m/s ± 2m/s liegt.
- ▪ Die Messsonde 30 könnte über die Einzelsensoren 33a, 33b, 33c der CTD-Messsonde hinaus noch weitere Einzelsensoren aufweisen.
- ▪ Die Messdaten der Messsonde 30 könnten auch an der Basisstation ausgelesen werden.
- • Die Flugdrohne 10 ist ein Multicopter. Abweichend zur Darstellung könnte die Flugdrohne auch mehr als vier Rotoren aufweisen
- ▪ In dem Eintauchkabel 20 könnte ferner ein Stromkabel zur Stromversorgung der Messsonde integriert sein.
- ▪ The descent rate in the example is 7 m/s. The descent rate could also have a different value, ranging from 7 m/s ± 2 m/s.
- ▪ The measuring probe 30 could have further individual sensors in addition to the individual sensors 33a, 33b, 33c of the CTD measuring probe.
- ▪ The measurement data from the measuring probe 30 could also be read out at the base station.
- • Drone 10 is a multicopter. Unlike the illustration, the drone could also have more than four rotors.
- ▪ A power cable for supplying power to the measuring probe could also be integrated into the immersion cable 20.
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 1010
- Flugdrohneflying drone
- 1414
- Haspelreel
- 1515
- AusklinkvorrichtungRelease device
- 2020
- EintauchkabelImmersion cable
- 3030
- Messsondemeasuring probe
- 3131
- Verkleidungcladding
- 31a31a
- Kopfteil der VerkleidungHeadboard of the panel
- 31b31b
- Fußteil der VerkleidungFoot part of the cladding
- 3232
- SondenkernProbe core
- 33a, 33b, 33c33a, 33b, 33c
- jeweils ein Einzelsensorone individual sensor each
- 3434
- Abströmungskanaloutflow channel
- 3535
- EinströmungskanalInflow channel
- 3636
- Messraummeasuring room
- 3939
- Antenneantenna
- 4040
- Meersea
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024003619.9A DE102024003619B3 (en) | 2024-11-04 | 2024-11-04 | Method and device for water column profile measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024003619.9A DE102024003619B3 (en) | 2024-11-04 | 2024-11-04 | Method and device for water column profile measurement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102024003619B3 true DE102024003619B3 (en) | 2025-09-25 |
Family
ID=96947496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102024003619.9A Active DE102024003619B3 (en) | 2024-11-04 | 2024-11-04 | Method and device for water column profile measurement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102024003619B3 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170328814A1 (en) * | 2016-05-16 | 2017-11-16 | Hatch Ltd. | Apparatus connecting a water sample bottle to an unmanned aerial vehicle (uav) in order to collect water samples from below the surface of a water body |
| WO2024132529A1 (en) * | 2022-12-19 | 2024-06-27 | IFP Energies Nouvelles | Airborne system and method for characterising and collecting water |
-
2024
- 2024-11-04 DE DE102024003619.9A patent/DE102024003619B3/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170328814A1 (en) * | 2016-05-16 | 2017-11-16 | Hatch Ltd. | Apparatus connecting a water sample bottle to an unmanned aerial vehicle (uav) in order to collect water samples from below the surface of a water body |
| WO2024132529A1 (en) * | 2022-12-19 | 2024-06-27 | IFP Energies Nouvelles | Airborne system and method for characterising and collecting water |
Non-Patent Citations (9)
| Title |
|---|
| CHUNG, Michaella [et al.]: Obtaining the thermal structure of lakes from the air. In: Water, Vol. 7, 2015, No. 11, S. 6467-6482. – ISSN 2073-4441. URL: https://doi.org/10.3390/w7116467 * |
| KOPARAN, Cengiz [et al.]: Autonomous in situ measurements of noncontaminant water quality indicators and sample collection with a UAV. In: Water, Vol. 11, 2019, No. 3, Art.-Nr. 604, 15 S. – ISSN 2073-4441. URL: https://doi.org/10.3390/w11030604 [abgerufen am 17.06.2025] * |
| KOPARAN, Cengiz [et al.]: Temperature profiling of waterbodies with a UAV-integrated sensor subsystem. In: Drones, Vol. 4, 2020, No. 3, Art.-Nr. 35, 10 S. – ISSN 2504-446X. URL: https://doi.org/10.3390/drones4030035 [abgerufen am 17.06.2025] * |
| POULSEN, Ebbe [et al.]: Uncrewed aerial vehicle with onboard winch system for rapid, cost-effective, and safe oceanographic profiling in hazardous and inaccessible areas. In: HardwareX, Vol. 18, 2024, Art.-Nr. e00518, 21 S. – ISSN 2468-0672. URL: https://doi.org/10.1016/j.ohx.2024.e00518 * |
| RANGAN, Srinivasan [et al.]: A customized drone for ocean and atmospheric measurements and its performances. In: Maritime technology and research, Vol. 6, Juli-September 2024, No. 3, Art.-Nr. 267638, 13 S. – ISSN 2651-205X. URL: https://doi.org/10.33175/mtr.2024.267638 [Publiziert online am 22.01.2024] * |
| RANGAN, Srinivasan [et al.]: A study on drone stability on lifting and hovering with the CTD sensor and instrumentation payload for ocean observation applications. Juli 2021.URL: http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.30532.76163 * |
| RANGAN, Srinivasan [et al.]: Adapting the drone technology for marine applications – a high resolution water quality measurement system using drone (part 2). In: Marine engineers review India, Vol. 16, 2022, No. 10, S. 14-21. – ISSN 2250-1967. URL: https://www.researchgate.net/profile/R-Srinivasan-7/publication/364320528_Adapting_the_Drone_Technology_for_Marine_Applications_Part_2/links/6347b05c2752e45ef6b2928d/Adapting-the-Drone-Technology-for-Marine-Applications-Part-2.pdf [abgerufen am 17.06.2025] * |
| RANGAN, Srinivasan [et al.]: Adapting the drone technology for marine applications – a high resolution water quality measurement system using drone (part 3). In: Marine engineers review India, Vol. 16, 2022, No. 12, S. 23-26. ISSN 2250-1967.URL: https://www.researchgate.net/publication/365299696_Adapting_the_Drone_Technology_for_Marine_Applications_Part_3 * |
| SEA & SUN Technology GmbH: CTD60Mc - ultra deep sea. Online and memory probe up to 11000 m. Trappenkamp, 2018. 2 S. - Firmenschrift. URL: https://www.sea-sun-tech.com/wp-content/uploads/2018/10/datasheet_CTD60Mc-ultra-deep-sea_opt.pdf [abgerufen am 2025-03-12] * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2988991B1 (en) | Autonomous submersible vehicle and method for pulling in same | |
| EP2547903B1 (en) | Method for diagnosing the structural condition of wind generators | |
| DE212019000025U1 (en) | In-situ long-term observation device for an engineering geological environment of a deep seabed | |
| DE102013205004B4 (en) | Black box, airplane with black box and method for reading flight data from a black box | |
| DE102013104278B4 (en) | Floating work platform with a lifting system and method for performing underwater work | |
| DE102024003619B3 (en) | Method and device for water column profile measurement | |
| DE2109532C3 (en) | Underwater measuring winch system | |
| DE202019104860U1 (en) | Rescue drone and rescue system for drowning people | |
| DE102007012911A1 (en) | Method for navigating an underwater vehicle | |
| DE69205432T2 (en) | PORTABLE STATION FOR MEASURING AND REGULATING THE MAGNETIC SIGNATURE OF A WATER VEHICLE. | |
| Marouchos et al. | A profiling acoustic and optical system (pAOS) for pelagic studies; Prototype development and testing | |
| CN116659935B (en) | Intertidal zone surface sediment sampling method based on unmanned aerial vehicle platform | |
| DE2143116C1 (en) | ||
| DE102023102820B3 (en) | Sonar measuring device | |
| EP3256380B1 (en) | Underwater glider, control station, and monitoring system, in particular tsunami warning system | |
| Du Bois et al. | System for high-frequency simultaneous water sampling at several depths during sailing | |
| WO2018087300A1 (en) | Docking station | |
| DE102016107558B4 (en) | Device for releasably connecting a wire and method for discharging the device into a body of water with the device | |
| DE2109165A1 (en) | Oceanographic measuring mast system for recording oceanographic parameters, e.g. in shelf seas | |
| EP4424580A1 (en) | Inspection of critical underwater infrastructure | |
| DE212023000388U1 (en) | Remote-controlled sampling device for taking environmental samples | |
| de Oliveira et al. | Drone survey provides preliminary insights into the biological aspects of Bryde’s whales in southeastern Brazil | |
| DE202017100070U1 (en) | Kitebar with display | |
| DE2540646C2 (en) | System for measuring the bending line and the contact point of pipelines during underwater installation | |
| DE2252838C3 (en) | Device for monitoring the condition of a pipe to be laid under water |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division |