WO2025202294A1 - Method and device for forest fire fighting and/or forest fire early detection - Google Patents
Method and device for forest fire fighting and/or forest fire early detectionInfo
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Definitions
- the complex thermal decomposition processes (distillation, pyrolysis, charring, and the oxidation of the resulting gas products during flame combustion) occur simultaneously and often in close proximity to one another.
- the thermal decomposition of fuels occurs in front of and along the fire line, while pockets of intermittent open flame often persist far behind the flame front.
- VOCs volatile Volatile organic compounds
- Flaming combustion only begins at 425°C to 480°C. Flame temperatures of 700°C to 1300°C are most common.
- VSCs volatile sulfur-containing compounds
- Drones have already proven to be a proven aid in detecting wildfires. In the event of a fire, drones are tasked with locating the source of the fire and, if necessary, searching for people. Drones used to locate and suppress wildfires typically have two cameras: a visual image camera and a thermal imaging camera. The visual image camera can observe and detect various situations in real time. The thermal imaging camera searches for fire sources or the heat signature of a person.
- Drones carrying extinguishing agents can be used to additionally combat identified fires, especially in their initial stages when the fire's extent is limited. This can prevent the fire from spreading and thus causing a large-scale forest fire with immense damage to people and nature.
- Another option for detecting forest fires is to install a network of gas sensors directly in the forest. These sensors detect gases released during the development of forest fires, thus enabling early detection of forest fires before they can be detected by optical systems from a distance.
- gases and gas concentrations are produced, making accurate detection very difficult.
- the increasing temperatures during the different phases of forest fire development also result in different gases and gas concentrations.
- the method according to the invention for fighting forest fires and/or early detection of forest fires using a drone comprises four method steps: In the first method step, initial position data of a possible forest fire are received in the navigation unit of the drone.
- a drone as defined in this document is an unmanned aerial vehicle without a crew on board.
- the drone is controlled and navigated either remotely, along a pre-programmed flight path, and/or completely autonomously.
- early forest fire detection refers to the detection of a forest fire and/or, in particular, the detection of a fire source, e.g., a smoldering fire, in the monitored area.
- early forest fire detection includes not only the detection of a forest fire and/or fire source, but also the determination of the location of a forest fire and/or fire source.
- sensor data is collected by the drone to locate the source of the fire.
- the drone is equipped with suitable sensors for this purpose, e.g., a camera in the optical spectral range (visual image) and optionally a camera in the IR range.
- a visible image camera can detect smoke, in particular, while the IR camera can detect the source of the fire based on the heat generated.
- the sensor data is optionally evaluated in the navigation unit.
- the sensor data allows for an accurate determination of the position of the Fire source of less than 10m, preferably less than 5m, particularly preferably less than 2m and especially preferably less than 1m.
- the second drone flies part of its flight route below the treetops.
- the second drone navigates below the forest canopy, particularly during takeoff.
- the second drone optionally navigates its flight route to the fire and/or source of the fire at an altitude above the treetops in order to avoid as few, and ideally no, obstacles as possible during its flight.
- the flight path of the second drone runs below the forest canopy. This enables precise localization of the forest fire and/or source of the fire because the distance between the second drone and the source of the fire is so short that optional sensors arranged in the second drone can detect the source of the fire.
- targeted extinguishing of the forest fire and/or source of the fire is achieved because the more precise localization of the fire and/or source of the fire allows the second drone to efficiently apply the extinguishing agent.
- the second drone carries out firefighting.
- Different extinguishing agents e.g., water, foam
- the first drone continuously updates the location of the fire source, which is then sent to the second drone. Firefighting by the second drone is therefore very efficient.
- the drone is equipped with suitable sensors for locating a forest fire and/or fire source, e.g., a camera with an optical spectral range (visual image) and, optionally, an IR camera.
- a visible image camera can detect smoke, in particular, while the IR camera can detect the fire source based on the heat generated.
- the drone optionally carries extinguishing agents (e.g., water, foam) in suitable containers, which are preferably dropped onto the fire source.
- the forest fire early detection and/or fire suppression system is located directly in the forest.
- the drone's flight path from the drone station to the fire source is The flight time is therefore short, and the flight duration is also short.
- the drone can therefore reach the source of the fire in a very short time, locate the source of the fire, and begin firefighting.
- the forest fire early detection and/or extinguishing system comprises multiple drone stations and/or multiple drones.
- a plurality of drones locates the source of the fire and/or performs extinguishing operations. This allows for more effective and faster localization and, in particular, extinguishing of the source of the fire.
- the drone station and/or drones are arranged below the forest canopy.
- the drone When idle, the drone is parked in the drone station, where it can be serviced and supplied with fuel.
- the drone station is arranged below the forest canopy to allow for maintenance and repairs if necessary.
- the drone's parking position is therefore also generally located below the forest canopy.
- the drone's launch to navigate to the forest fire location data therefore also generally takes place below the forest canopy.
- the object is further achieved with the drone station according to the invention for early detection and/or suppression of forest fires. Further advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.
- the drone station is located below the forest canopy.
- the drone When idle, the drone is parked in the drone station, where it can be serviced and supplied with fuel.
- the drone station is located below the forest canopy to allow for maintenance and repairs if necessary.
- the drone's parking position is therefore also generally located below the forest canopy.
- the drone's launch to navigate to the forest fire location data also generally takes place below the forest canopy.
- the drone station is part of a network of drone stations in this forest.
- the drone stations are optionally connected to each other, e.g., via a mesh network.
- a plurality of drones locates the source of the fire and/or performs extinguishing operations. This enables more effective and faster localization and, in particular, extinguishing of the source of the fire.
- the drone station is part of a forest fire early detection and/or firefighting system with a mesh network.
- a mesh network has a star-shaped architecture in which message packets are exchanged between the first and second drones, and optionally between a network server and the drones, via gateways distributed throughout the forest.
- Such a mesh network is infinitely expandable and resilient to the failure of individual gateways.
- the object is further achieved with the drone according to the invention for early detection and/or suppression of forest fires. Further advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.
- the drone according to the invention for early detection and/or fighting of forest fires is located directly in the forest.
- the drone is in the parking position in the A drone station is located where the drone can be serviced and supplied with fuel.
- the drone's flight path from the drone station to the fire is therefore short, as is the flight time.
- the drone can therefore reach the fire in a very short time, locate the source of the fire, and begin firefighting.
- the drone's parking position is located below the forest canopy.
- the drone When idle, the drone is parked in the drone station, where it can be serviced and supplied with fuel.
- the drone station is located below the forest canopy to allow for maintenance and repairs if necessary.
- the drone's parking position is therefore also generally located below the forest canopy.
- the drone's launch to navigate to the forest fire location data also generally takes place below the forest canopy.
- the drone is part of a network of drones in this forest.
- the drones are optionally connected to each other, e.g., via a mesh network.
- a plurality of drones locates the source of the fire and/or performs extinguishing operations. This allows for more effective and faster localization and, in particular, extinguishing of the fire source.
- Fig. 5 shows an altitude profile of the flight path R4 of the drone 300 launched from the drone station D4 on its way to the fire site BH.
- the drone 300 launches from the drone station D4 in the wooded area W and flies in the section R4a in the Flight altitude H1 below the treetops.
- drone 300 changes its flight altitude from H1 to H3 and flies in section R4b within the wooded area W at an altitude H3 above the treetops.
- drone 300 changes its flight altitude from H3 to H1 and flies in section R4c within the wooded area W at an altitude H1 below the treetops to the fire source BH.
- drone 300 also performs obstacle detection and collision avoidance procedures.
- Fig. 6 and Fig. 7 show an embodiment of the drone 300 launched from the drone station D5, which flies on three different flight routes 5.1, 5.2, 5.3 (Fig. 6) to the fire source BH.
- the drone 300 launches from the drone station D5 in the wooded area W.
- the drone 300 flies in the sub-section R5.1a in the wooded area W at a flight altitude H1 below the treetops.
- the drone 300 changes its flight altitude from H1 to H2 and flies in the sub-section R5.1b at a height H2 at the height of the treetops.
- the drone 300 changes its flight altitude from H2 to H1 and flies in the sub-section R5.1c at a height H1 to the fire source BH.
- the master drone 300 launched from drone station MD does not carry out any fire fighting itself, but locates the source of the fire BH by hovering at a safe height above the source of the fire BH. In addition, it is connected to all other drones 300 launched from drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 as well as to drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 themselves.
- the master drone 300 launched from drone station MD autonomously locates the source of the fire BH with an accuracy of less than 1 m.
- the drone 300 At an altitude H1 below the treetop, the drone 300 carries out methods for obstacle detection and evasive maneuvers, e.g. around the vegetation (trees), whereas at an altitude H3 above the treetop, the drone 300 also carries out methods for obstacle detection, but due to the lack of obstacles, e.g. trees, does not carry out any evasive maneuvers and therefore does not carry out any evasive maneuvers on its flight route.
- obstacles e.g. trees
- drone 300 At the first time t1, drone 300 has just taken off from drone station MD in the non-forested area P and has reached its altitude H3 above the treetop (Fig. 9 a). At the same time t1, drone 300 has also just taken off from drone station D5 in the forested area W and has reached an altitude H1 below the treetop (Fig. 9 b).
- the drone 300 At time t4, which is later than time t3, the drone 300 has started from the drone station MD and is still at height H3 in a position above the The drone 300, launched from drone station D5, has also reached the fire source BH at altitude H1 (Fig. 9 h) and is beginning the extinguishing process. The drone 300, launched from drone station D5, has changed altitude from H3 to H1 over clearing L.
- the fire source BH is located using an initial localization.
- the initial localization is performed autonomously by the ED devices detecting the fire source BH.
- the position of the ED device detecting the forest fire marks the location of the fire source BH.
- the localization is performed using a plurality of ED devices: A plurality of ED devices each detects a signal whose source is the gases generated by the forest fire.
- the signals contain position data of the fire source BH and are forwarded to the network server NS via the mesh gateway network 10.
- the drone 300 has a first forest fire detection sensor S1, which in this exemplary embodiment has four sensors S1.1, S1.2, S1.3, S1.4.
- the sensors S1.1, S1.2, S1.3, S1.4 are arranged at four different positions on the underside of the drone 300.
- the four sensors S1.1, S1.2, S1.3, S1.4 are each identically constructed infrared cameras for detecting the heat of the fire source BH.
- the forest fire detection unit 300 in this exemplary embodiment has a further second forest fire detection sensor S2, which in this exemplary embodiment also has four sensors S2.1, S2.2, S2.3, S2.4.
- the four sensors S2.1, S2.2, S2.3, S2.4 are gas sensors, which are also arranged at different positions on the drone 300.
- the extinguishing agent 313 in this embodiment is a foam extinguishing agent that is filled into a plurality of disposable containers.
- One or more containers are Drone 300 is dropped onto the fire BH to extinguish the fire. Due to the heat generated, the plastic wall of the container bursts, and the extinguishing agent 313 is applied.
- Another option is the use of water-filled containers.
- the drone 300 can be equipped with an acoustic cannon as the extinguishing agent 313, which extinguishes the fire using the air pressure fluctuations caused by the sound pressure.
- the sound waves with a frequency of 30 to 60 Hz, trigger mechanical vibrations in the area surrounding the fire BH, which affect both the burning material and the oxygen supply. Extinguishing the fire using an acoustic cannon is particularly sustainable, produces no waste during extinguishing, requires no water or chemicals that might be harmful to forest soil, and can be carried out as long as the drone 300's energy storage system has power.
- the drone 300 also has a navigation sensor 350 that detects objects in the environment of the drone 300.
- the navigation sensor 350 has one or a plurality of cameras and/or time-of-flight-based sensors (e.g., radar, ultrasound, lidar) that detect obstacles during the flight of the drone 300.
- the obstacles are detected, recognized, and analyzed by the navigation unit 360 arranged in the drone 300 such that the drone 300 automatically avoids the obstacles during its flight. All of these components are connected to a navigation unit 360 of the drone 300 and controlled by the navigation unit 360.
- R5.na, R5.nb, R5.nc Section of the nth alternative flight route of the fifth flight route or section of the fifth flight route at time tn
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Abstract
Description
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR WALDBRANDBEKÄMPFUNG UND/ODER WALDBRANDFRÜHERKENNUNG Method and device for forest fire fighting and/or early forest fire detection
Die Erfindung beschreibt Verfahren zur Waldbrandbekämpfung und/oder Waldbrandfrüherkennung mit einer Drohne mit den Verfahrensschritten Empfang von ersten Positionsdaten eines möglichen Waldbrandes in der Navigationseinheit der Drohne, Berechnen einer ersten Flugroute der Drohne zu den Positionsdaten durch die Navigationseinheit der Drohne, Starten der Drohne, Navigieren der Drohne zu den Positionsdaten, wobei die Flughöhe für einen Teil der berechneten Flugroute unterhalb der Baumkrone des Waldes verläuft, sowie eine Vorrichtung zur Waldbrandbekämpfung und/oder Waldbrandfrüherkennung. The invention describes methods for forest fire fighting and/or early detection of forest fires using a drone, comprising the method steps of receiving first position data of a possible forest fire in the navigation unit of the drone, calculating a first flight route of the drone to the position data by the navigation unit of the drone, starting the drone, navigating the drone to the position data, wherein the flight altitude for part of the calculated flight route runs below the treetop of the forest, as well as a device for forest fire fighting and/or early detection of forest fires.
Stand der Technik State of the art
Je größer ein Waldbrand ist, desto schwieriger ist dessen Ausbreitungsrichtung und Ausbreitungsgeschwindigkeit bestimmbar. Wetter, Wind, die Bodenbeschaffenheit und die Vegetation bestimmen dessen Weg und Ausbreitungsgeschwindigkeit, die sich innerhalb kurzer Zeit wieder ändern kann. Es ist daher sehr wichtig, einen Waldbrand sehr früh zu erkennen, um Schäden gering und den Waldbrand kontrollierbar zu halten bzw. der Feuerwehr einen entscheidenden Zeitvorteil zu gegeben. The larger a forest fire, the more difficult it is to determine its direction and speed of spread. Weather, wind, soil conditions, and vegetation determine its path and speed of spread, which can change within a short period of time. It is therefore very important to detect a forest fire very early in order to minimize damage and keep the fire manageable, as well as to give the fire department a decisive time advantage.
Während eines Waldbrandes laufen die komplexen thermischen Abbauprozesse (Destillation, Pyrolyse, Verkohlung und die Oxidation der entstehenden Gasprodukte bei der Flammenverbrennung) gleichzeitig und oft in unmittelbarer Nähe zueinander ab. Der thermische Abbau von Brennstoffen erfolgt vor und entlang der Feuerlinie, während Enklaven mit intermittierender offener Flamme oft weit hinter der Flammenfront bestehen bleiben. During a wildfire, the complex thermal decomposition processes (distillation, pyrolysis, charring, and the oxidation of the resulting gas products during flame combustion) occur simultaneously and often in close proximity to one another. The thermal decomposition of fuels occurs in front of and along the fire line, while pockets of intermittent open flame often persist far behind the flame front.
Die Flammenverbrennung liegt im Allgemeinen zwischen 800°C - 1200°C. Schwelende Bodenbrände liegen zwischen 300°C - 600°C. Brennbare Gase, insbesondere flüchtige organische Verbindungen (englisch volatile organic compounds, kurz VOC) werden bei Temperaturen über 200°C schneller gebildet und erreichen ihren Höhepunkt bei 320°C. VOC ist die Sammelbezeichnung für organische, kohlenstoffhaltige Stoffe, die bei Raumtemperatur oder höheren Temperaturen durch Verdampfen in die Gasphase übergehen, insbesondere Terpene. Außerdem werden verschiedene organische Verbindungen, z.B. Methanol, und Kohlendioxid sowie Kohlenmonoxid und molekularer Wasserstoff gebildet. Die flammende Verbrennung beginnt erst bei 425°C bis 480°C. Flammentemperaturen von 700°C bis 1300°C sind am häufigsten. In diesem Temperaturbereich werden vor allem Kohlendioxid, Stickoxide und flüchtige schwefelhaltige Verbindungen (VSC), insbesondere Schwefeldioxid, gebildet. Schwelbrände breiten sich langsam aus, ca. 3 cm/h, sie können für mehrere Stunden Bodentemperaturen über 300°C mit Spitzentemperaturen von 600°C erzeugen. Flame combustion is generally between 800°C - 1200°C. Smoldering ground fires are between 300°C - 600°C. Combustible gases, especially volatile Volatile organic compounds (VOCs) are formed more quickly at temperatures above 200°C, reaching their peak at 320°C. VOCs are the collective term for organic, carbon-containing substances that evaporate into the gas phase at room temperature or higher temperatures, particularly terpenes. Various organic compounds are also formed, such as methanol, carbon dioxide, carbon monoxide, and molecular hydrogen. Flaming combustion only begins at 425°C to 480°C. Flame temperatures of 700°C to 1300°C are most common. In this temperature range, carbon dioxide, nitrogen oxides, and volatile sulfur-containing compounds (VSCs), particularly sulfur dioxide, are mainly formed. Smoldering fires spread slowly, at around 3 cm/h, and can produce ground temperatures above 300°C for several hours, with peak temperatures of 600°C.
Eine bereits bewährte Hilfe bei der Erfassung eines Waldbrandes bieten Drohnen. Drohnen haben im Brandfall die Aufgabe, den Brandherd zu lokalisieren und ggf. Personen zu suchen. Drohnen für die Lokalisierung und Bekämpfung von Waldbränden verfügen in der Regel über zwei Kameras, eine Sichtbildkamera und eine Wärmebildkamera. Mit der Sichtbildkamera können verschiedene Situationen in Echtzeit beobachtet und erkannt werden Die Wärmebildkamera sucht nach Brandherden oder nach der Wärmesignatur eines Menschen. Drones have already proven to be a proven aid in detecting wildfires. In the event of a fire, drones are tasked with locating the source of the fire and, if necessary, searching for people. Drones used to locate and suppress wildfires typically have two cameras: a visual image camera and a thermal imaging camera. The visual image camera can observe and detect various situations in real time. The thermal imaging camera searches for fire sources or the heat signature of a person.
Drohnen fliegen niedriger als Hubschrauber, was ein differenzierteres Bild über die Situation vermittelt, und können in engen oder gefährlichen Räumen navigieren. Mit Wärmebildfunktionen können sie Hotspots an einem Brandherd innerhalb von Sekunden lokalisieren und selbst in Bereichen mit dichtem Rauch eingeschlossene Personen erkennen. Dank der von den Drohnen aus der Luft erfassten Informationen können Einsatzleiter angepasste Entscheidungen treffen. Drones fly lower than helicopters, providing a more detailed picture of the situation, and can navigate in confined or dangerous spaces. Thermal imaging capabilities allow them to pinpoint fire hotspots within seconds and detect people trapped even in areas of thick smoke. Thanks to the information collected from the air by drones, incident commanders can make appropriate decisions.
Mit Drohnen, die Löschmittel mit sich führen, können erkannte Brandherde zusätzlich bekämpft werden, insbesondere in dessen Entstehung, in der die Ausdehnung des Brandherdes beschränkt ist. Ein Ausbreiten des Brandherdes und damit ein großflächiger Waldbrand mit immensen Schäden für Mensch und Natur kann so vermieden werden. Eine weitere Möglichkeit zur Detektion von Waldbränden besteht darin, ein Netz aus Gassensoren direkt im Wald zu installieren, die bei der Entstehung von Waldbränden auftretende Gase detektieren und so sehr frühzeitig Waldbrände erkennen zu können, bevor diese durch optische Systeme aus der Entfernung erkennbar werden. Aufgrund des unterschiedlichen Bewuchses von Wäldern und der unterschiedlichen Beschaffenheit von Böden entstehen aber auch unterschiedliche Gase und Gaskonzentrationen, sodass eine fehlerfreie Detektion sehr schwierig ist. Darüber hinaus entstehen schon allein durch die in den unterschiedlichen Phasen der Waldbrandentstehung anwachsenden Temperaturen unterschiedliche Gase und Gaskonzentrationen. Drones carrying extinguishing agents can be used to additionally combat identified fires, especially in their initial stages when the fire's extent is limited. This can prevent the fire from spreading and thus causing a large-scale forest fire with immense damage to people and nature. Another option for detecting forest fires is to install a network of gas sensors directly in the forest. These sensors detect gases released during the development of forest fires, thus enabling early detection of forest fires before they can be detected by optical systems from a distance. However, due to the varying vegetation types and soil composition in forests, different gases and gas concentrations are produced, making accurate detection very difficult. Furthermore, the increasing temperatures during the different phases of forest fire development also result in different gases and gas concentrations.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Waldbrandfrüherkennung- und/oder -bekämpfung bereitzustellen, das eine verbesserte Detektionsgenauigkeit aufweist, beliebig erweiterbar und kostengünstig in Installation und Unterhalt ist. It is therefore an object of the present invention to provide a method for early detection and/or fighting of forest fires which has improved detection accuracy, is expandable as required and is cost-effective to install and maintain.
Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, ein Waldbrandfrüherkennungs- und - bekämpfungssystem bereitzustellen, das eine verbesserte Detektionsgenauigkeit aufweist, beliebig erweiterbar und kostengünstig in Installation und Unterhalt ist. It is also an object of the invention to provide a forest fire early detection and suppression system which has improved detection accuracy, is expandable as required and is cost-effective to install and maintain.
Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, ein Drohnenstation zur Waldbrandfrüherkennung- und/oder -bekämpfung zur verbesserten Versorgung einer Drohne in Parkposition bereitzustellen. It is also an object of the invention to provide a drone station for early detection and/or fighting of forest fires for improved supply of a drone in parking position.
Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, eine Drohne zur Waldbrandfrüherkennung- und/oder -bekämpfung bereitzustellen, mit der eine verbesserte Detektion und Bekämpfung eines Brandherdes ermöglich wird. It is also an object of the invention to provide a drone for early detection and/or fighting of forest fires, which enables improved detection and fighting of a fire source.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Die Aufgabe wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion eines Waldbrandes gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind ebenfalls in den Unteransprüchen dargelegt. Die Aufgabe wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Waldbrandbekämpfung und/oder Waldbrandfrüherkennung mit einer Drohne gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind ebenfalls in den Unteransprüchen dargelegt. This object is achieved by means of the method according to the invention for detecting a forest fire. Advantageous embodiments of the invention are also set forth in the subclaims. This object is achieved by means of the inventive method for forest fire fighting and/or early forest fire detection using a drone. Advantageous embodiments of the invention are also set forth in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Waldbrandbekämpfung und/oder Waldbrandfrüherkennung mit einer Drohne weist vier Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Empfang von ersten Positionsdaten eines möglichen Waldbrandes in der Navigationseinheit der Drohne. The method according to the invention for fighting forest fires and/or early detection of forest fires using a drone comprises four method steps: In the first method step, initial position data of a possible forest fire are received in the navigation unit of the drone.
Eine Drohne (UAV) im Sinne dieser Schrift ist ein unbemanntes Luftfahrzeug ohne eine an Bord befindliche Besatzung. Die Steuerung und Navigation der Drohne erfolgt entweder ferngesteuert, und/oder entlang eines vorprogrammierten Flugwegs und/oder vollständig autonom. A drone (UAV) as defined in this document is an unmanned aerial vehicle without a crew on board. The drone is controlled and navigated either remotely, along a pre-programmed flight path, and/or completely autonomously.
Im Sinne dieser Patentschrift wird unter der Waldbrandfrüherkennung die Erkennung eines Waldbrandes und/oder insbesondere Erkennung eines Brandherdes, z.B. eines Schwelbrandes, im überwachten Gebiet verstanden. Die Waldbrandfrüherkennung beinhaltet in dieser Schrift neben der Detektion eines Waldbrandes und/oder Brandherdes zusätzlich auch die Bestimmung der Position eines Waldbrandes und/oder Brandherdes. For the purposes of this patent specification, early forest fire detection refers to the detection of a forest fire and/or, in particular, the detection of a fire source, e.g., a smoldering fire, in the monitored area. In this specification, early forest fire detection includes not only the detection of a forest fire and/or fire source, but also the determination of the location of a forest fire and/or fire source.
Weiterhin wird im Sinne dieser Patentschrift unter der Waldbrandbekämpfung die Detektion, die Lokalisierung, die Eindämmung und/oder die Löschung eines Waldbrandes verstanden Die Detektion umfasst die Erkennung eines Waldbrandes und/oder Erkennung eines Brandherdes im überwachten Gebiet. Die Lokalisierung von Waldbränden beinhaltet in dieser Schrift neben der Detektion eines Waldbrandes und/oder Brandherdes zusätzlich auch die Bestimmung der Position eines Waldbrandes und/oder Brandherdes. Furthermore, for the purposes of this patent specification, forest fire fighting is understood to mean the detection, localization, containment, and/or extinguishing of a forest fire. Detection includes the recognition of a forest fire and/or the detection of a fire source in the monitored area. In this specification, the localization of forest fires includes not only the detection of a forest fire and/or the fire source, but also the determination of the position of a forest fire and/or the fire source.
Die Navigationseinheit der Drohne erhält Positionsdaten eines möglichen Waldbrandes z.B. durch ein System zur Waldbrandfrüherkennung, z.B. durch ein Satellitensystem, ein Überwachungssystem mittels hochgelegener Überwachungstürme und/oder mittels Drohnen. Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Berechnen einer ersten Flugroute der Drohne zu den Positionsdaten durch die Navigationseinheit der Drohne. Die Flugroute der Drohne berücksichtigt insbesondere den Startpunkt der Drohne und die Position des möglichen Waldbrandes, die der Endpunkt der Flugroute ist. The drone's navigation unit receives position data of a possible forest fire, e.g. from a forest fire early detection system, e.g. from a satellite system, a monitoring system using high-altitude surveillance towers and/or from drones. In the second step, the drone's navigation unit calculates an initial flight path for the drone based on the position data. The drone's flight path takes into account, in particular, the drone's takeoff point and the position of the potential forest fire, which is the end point of the flight path.
Im dritten Verfahrensschritt erfolgt ein Starten der Drohne. Die Drohne ist im Ruhezustand üblicherweise in einem wettergeschützten Bereich, z.B. einer Drohnenstation, angeordnet, in dem die Drohne gewartet und mit Betriebsstoff versorgt werden kann. The third step involves launching the drone. When idle, the drone is typically located in a weather-protected area, such as a drone base, where it can be serviced and supplied with fuel.
Im vierten Verfahrensschritt erfolgt ein Navigieren der Drohne zu den Positionsdaten, wobei die Flughöhe für einen Teil der berechneten Flugroute im Waldgebiet unterhalb der Baumkrone des Waldes verläuft. Insbesondere bewegt sich die Drohne durch Flug zu den Positionsdaten. Die Baumkrone des Waldes im Sinne der Erfindung ist der vom Astwerk gebildeter Teil des Baumes, der als Ganzes eine mehr oder weniger ausladende Form hat. Die Baumkrone weist ebenfalls Blätter bzw. Nadeln auf. Der Baumstamm verbindet Wurzel und Baumkrone. Der Abstand der unteren Grenze der Baumkrone zum Erdboden wird als lichte Höhe bezeichnet. Die Baumkrone selbst weist eine Abmessung in der Vertikalen auf, die als Kronenhöhe bezeichnet wird. Die Baumhöhe in der Vertikalen setzt sich daher aus der lichten Höhe und der Kronenhöhe zusammen. Die Baumkrone des Waldes weist einen gemittelten Abstand (lichte Höhe) der Baumkronen sämtlicher Bäume des Waldes zum Boden auf. Erfindungsgemäß navigiert die Drohne auf einem Teil ihrer Flugroute unterhalb der Baumkrone des Waldes in einem Abstand vom Boden, der geringer ist als der Abstand der unteren Grenze der Baumkrone des Waldes vom Boden. Die Drohne navigiert insbesondere beim Start und/oder optional während des Endanfluges auf die Positionsdaten des Waldbrandes unterhalb der unteren Grenze der Baumkrone des Waldes. In the fourth step, the drone navigates to the position data, with the flight altitude for part of the calculated flight route in the forest area being below the tree canopy of the forest. In particular, the drone moves to the position data by flying. The tree canopy of the forest within the meaning of the invention is the part of the tree formed by the branches, which as a whole has a more or less expansive shape. The tree canopy also has leaves and needles. The tree trunk connects the roots and the tree canopy. The distance from the lower edge of the tree canopy to the ground is referred to as the clear height. The tree canopy itself has a vertical dimension referred to as the crown height. The vertical tree height is therefore composed of the clear height and the crown height. The tree canopy of the forest has an average distance (clear height) of the tree canopy of all trees in the forest to the ground. According to the invention, the drone navigates below the forest canopy for part of its flight path at a distance from the ground that is less than the distance from the lower edge of the forest canopy to the ground. The drone navigates below the lower edge of the forest canopy, particularly during takeoff and/or optionally during the final approach to the forest fire's position data.
Dadurch wird eine genaue Lokalisierung des Waldbrandes und/oder des Brandherdes möglich, weil ein derart geringer Abstand Drohne - Brandherd erreicht wird, dass in der Drohne optional angeordnete Sensoren einen Brandherd erfassen können. Ebenso wird eine gezielte Bekämpfung des Waldbrandes und/oder Brandherdes erreicht, indem durch die genaue Lokalisierung des Brandes und/oder Brandherdes das Löschmittel durch die Drohne effizient aufgebracht werden kann. In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Starten der Drohne im Waldgebiet. Die Drohne benötigt durch die geringe Entfernung zu einem Brandherd für den Flug auf der berechneten Flugroute zu den Positionsdaten des Brandherdes nur eine geringe Zeit, eine effektive Lokalisierung und Bekämpfung des Waldbrandes ist daher möglich. This enables precise localization of the forest fire and/or the source of the fire, as the distance between the drone and the fire is so close that optional sensors installed on the drone can detect the source of the fire. Likewise, targeted extinguishing of the forest fire and/or the source of the fire is achieved, as the drone can efficiently apply the extinguishing agent thanks to the precise localization of the fire and/or the source of the fire. In a further development of the invention, the drone is launched in a forested area. Due to the short distance to the fire source, the drone requires only a short time to fly along the calculated flight path to the fire source's position data, thus enabling effective localization and extinguishing of the forest fire.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt das Starten der Drohne unterhalb der Baumkrone. Die Drohne ist im Ruhezustand in Parkposition üblicherweise in einem wettergeschützten Bereich, z.B. einer Drohnenstation, angeordnet, in dem die Drohne gewartet und mit Betriebsstoff versorgt werden kann. Die Parkposition der Drohne ist daher in aller Regel unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet. Der Start der Drohne, um zu den Positionsdaten des Waldbrandes zu navigieren, erfolgt daher ebenfalls in der Regel unterhalb der Baumkrone des Waldes. In a further aspect of the invention, the drone is launched below the treetop. In its idle state, the drone is usually parked in a weather-protected area, e.g., a drone station, where it can be serviced and supplied with fuel. The drone's parking position is therefore usually located below the forest canopy. The drone's launch to navigate to the forest fire location data also usually takes place below the forest canopy.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung erfolgt das Starten der Drohne autonom. Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung als .autonom' bezeichnet, wenn es ohne menschliche Steuerung oder detaillierte Programmierung ein vorgegebenes Ziel selbstständig und an die Situation angepasst erreichen kann. Autonome Verfahren und/oder Systeme können ohne direkte menschliche Weisung agieren, Entscheidungen treffen, optional eigenständig lernen und auf unvorhergesehene Ereignisse reagieren. Der Start der Drohne, um zu den Positionsdaten des Waldbrandes zu navigieren, erfolgt autonom ohne einen direkten menschlichen Befehl. In an advantageous embodiment of the invention, the drone is launched autonomously. Within the scope of the invention, a method and/or device is referred to as "autonomous" if it can reach a given target independently and adapted to the situation without human control or detailed programming. Autonomous methods and/or systems can operate without direct human instruction, make decisions, optionally learn independently, and react to unforeseen events. The drone is launched autonomously to navigate to the location data of the forest fire, without direct human command.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung werden während des Fluges der Drohne durch die Drohne Verfahren zur Hinderniserkennung durchgeführt. Die Drohne weist dazu optional Navigationssensoren zur Erfassung von Objekten in der Umgebung auf. Die Navigationssensoren erkennen insbesondere Hindernisse, die während einer Bewegung der Drohne auftreten können. In a further embodiment of the invention, obstacle detection methods are performed by the drone during its flight. For this purpose, the drone optionally has navigation sensors for detecting objects in the environment. The navigation sensors detect, in particular, obstacles that may occur during the drone's movement.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden während des Fluges der Drohne durch die Drohne Verfahren zur Kollisionsvermeidung durchgeführt. Die Drohne weist dazu optional Navigationssensoren zur Erfassung von Objekten in der Umgebung auf. Die Navigationssensoren weisen z.B. eine oder eine Mehrzahl von Kameras und/oder auf Laufzeitmessung basierende Sensoren auf, die Hindernisse während der Bewegung der Drohne erkennt. Die Hindernisse werden von einer in der Drohne angeordneten Steuereinheit derart erfasst, erkannt, analysiert und in Steuerbefehle umgewandelt, dass die Drohne während ihres Fluges eine Kollision mit einem erkannten Hindernis vermeidet. In a further embodiment of the invention, collision avoidance procedures are carried out by the drone during its flight. For this purpose, the drone optionally has navigation sensors for detecting objects in the environment. The navigation sensors have, for example, one or a plurality of cameras and/or The drone uses sensors based on time-of-flight measurement to detect obstacles as the drone moves. A control unit located within the drone detects, recognizes, analyzes, and converts these obstacles into control commands so that the drone avoids a collision with a detected obstacle during its flight.
Auf Basis dieser Informationen kann dann, sobald ein Hindernis erkannt wurde, die Kollisionsvermeidung als Konsequenz des erkannten Objektes aktiviert werden. In seiner einfachsten Form sorgt die Hinderniserkennung bei einer sich bewegenden Drohne dafür, dass die Drohne vor dem Hindernis zum Stehen kommt und dieses nicht berührt. Schwebt die Drohne lediglich, so stellt die Kollisionsvermeidung sicher, dass sich die Drohne gar nicht erst in die Richtung des Hindernisses bewegen kann. Dafür sind optional bestimmte Abstände in der Navigationseinheit einstellbar. Based on this information, once an obstacle is detected, collision avoidance can be activated as a consequence of the detected object. In its simplest form, obstacle detection ensures that a moving drone stops in front of the obstacle and does not touch it. If the drone is merely hovering, collision avoidance ensures that the drone cannot move in the direction of the obstacle at all. For this purpose, specific distances can be optionally set in the navigation unit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet das Verfahren zur Kollisionsvermeidung die Berechnung und/oder Ausführung eines Ausweichmanövers um das erkannte Hindernis. Die Drohne weist dazu optional Navigationssensoren zur Erfassung von Objekten in der Umgebung auf. Die Navigationssensoren weisen z.B. eine oder eine Mehrzahl von Kameras und/oder auf Laufzeitmessung basierende Sensoren auf, die Hindernisse während der Bewegung der Drohne erkennt. Die Hindernisse werden von einer in der Drohne angeordneten Steuereinheit derart erfasst, erkannt, analysiert und in Steuerbefehle umgewandelt, dass die Drohne während ihres Fluges den Hindernissen automatisch ausweicht. In a further embodiment of the invention, the collision avoidance method includes calculating and/or executing an evasive maneuver around the detected obstacle. For this purpose, the drone optionally has navigation sensors for detecting objects in the environment. The navigation sensors comprise, for example, one or more cameras and/or time-of-flight sensors that detect obstacles while the drone is moving. The obstacles are detected, recognized, analyzed, and converted into control commands by a control unit arranged in the drone such that the drone automatically avoids the obstacles during its flight.
In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Verfahren zur Kollisionsvermeidung die Berechnung und/oder Ausführung einer neuen Flugroute. Die Drohne verfügt dazu über eine Navigationseinheit, die die Ausweichroute aufgrund der erfassten Hindernisse, derzeitige Position der Drohne und Positionsdaten des Waldbrandes ermittelt. Die Ausbaustufe der Kollisionsvermeidung ist die proaktive Änderung des Flugpfades um das Hindernis herum. Dazu berechnet die Drohne autonom einen neuen Flugweg, der seitlich, über oder unter dem Hindernis vorbeiführt. In a further development of the invention, the collision avoidance method includes calculating and/or executing a new flight route. The drone is equipped with a navigation unit that determines the alternative route based on the detected obstacles, the current position of the drone, and position data of the forest fire. The advanced stage of collision avoidance involves proactively changing the flight path around the obstacle. To do this, the drone autonomously calculates a new flight path that passes to the side, above, or below the obstacle.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung verläuft die Flugroute im Waldgebiet mindestens 5%, bevorzugt mindestens 10% besonders bevorzugt mindestens 15% und insbesondere bevorzugt mindestens 25% und/oder mindestens 5 m, bevorzugt mindestens 10m, besonders bevorzugt mindestens 25m und insbesondere bevorzugt mindestens 50m unterhalb der Baumkrone. Die Drohne navigiert insbesondere beim Start unterhalb der Baumkrone des Waldes. Nach erfolgtem Start navigiert die Drohne auf ihrer Flugroute zum Brand und/oder Brandherd optional in einer Flughöhe über der Baumkrone, um während ihres Fluges möglichst wenig, optimal gar keinen Hindernissen ausweichen zu müssen. Während des Endanfluges auf die Positionsdaten des Waldbrandes verläuft die Flugroute der Drohne optional unterhalb der Baumkrone des Waldes. In a further embodiment of the invention, the flight route runs in the forest area at least 5%, preferably at least 10%, particularly preferably at least 15% and Particularly preferably at least 25% and/or at least 5 m, preferably at least 10 m, particularly preferably at least 25 m, and especially preferably at least 50 m below the treetop. The drone navigates below the forest canopy, particularly during takeoff. After takeoff, the drone optionally navigates its flight path to the fire and/or fire source at a flight altitude above the treetop in order to avoid as few obstacles as possible, or ideally no obstacles at all, during its flight. During the final approach to the position data of the forest fire, the drone's flight path optionally runs below the forest canopy.
Dadurch wird eine genaue Lokalisierung des Waldbrandes und/oder des Brandherdes möglich, weil ein derart geringer Abstand Drohne - Brandherd erreicht wird, dass in der Drohne optional angeordnete Sensoren einen Brandherd erfassen können. Ebenso wird eine gezielte Bekämpfung des Waldbrandes und/oder Brandherdes erreicht, indem durch die genaue Lokalisierung des Brandes und/oder Brandherdes das Löschmittel durch die Drohne effizient aufgebracht werden kann. This enables precise localization of the forest fire and/or the source of the fire, as the distance between the drone and the fire is so close that optional sensors installed on the drone can detect the source of the fire. Likewise, targeted extinguishing of the forest fire and/or the source of the fire is achieved, as the drone can efficiently apply the extinguishing agent thanks to the precise localization of the fire and/or the source of the fire.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt die Annäherung an den Waldbrand auf den letzten 0,5%, bevorzugt auf den letzten 1 %, besonders bevorzugt auf den letzten 5% und insbesondere bevorzugt auf den letzten 10% der Wegstrecke der Flugroute unterhalb der Baumkrone des Waldes. Dadurch wird eine genaue Lokalisierung des Waldbrandes und/oder des Brandherdes möglich, weil ein derart geringer Abstand Drohne - Brandherd erreicht wird, dass in der Drohne optional angeordnete Sensoren einen Brandherd erfassen können. Ebenso wird eine gezielte Bekämpfung des Waldbrandes und/oder Brandherdes erreicht, indem durch die genaue Lokalisierung des Brandes und/oder Brandherdes das Löschmittel durch die Drohne effizient aufgebracht werden kann. In a further embodiment of the invention, the approach to the forest fire occurs within the last 0.5%, preferably within the last 1%, particularly preferably within the last 5%, and especially preferably within the last 10% of the flight path below the forest canopy. This enables precise localization of the forest fire and/or the source of the fire, because the distance between the drone and the source of the fire is so short that optional sensors arranged in the drone can detect the source of the fire. Likewise, targeted extinguishing of the forest fire and/or the source of the fire is achieved, as the exact localization of the fire and/or the source of the fire allows the drone to efficiently apply the extinguishing agent.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden zur Lokalisierung des Brandherdes Sensordaten von der Drohne erfasst. Die Drohne verfügt dafür über geeignete Sensoren, z.B. eine Kamera im optischen Spektralbereich (Sichtbild) sowie optional eine Kamera im IR-Bereich. Mit einer Sichtbild-Kamera kann insbesondere Rauch detektiert werden, mit der IR-Kamera kann der Brandherd aufgrund der entstehenden Wärme detektiert werden. Die Sensordaten werden optional in der Navigationseinheit ausgewertet. In einer Weiterbildung der Erfindung erlauben die Sensordaten eine Genauigkeit der Positionsbestimmung des Brandherdes von kleiner 10m, bevorzugt kleiner 5m, besonders bevorzugt kleiner 2m und insbesondere bevorzugt kleiner 1 m. In a further embodiment of the invention, sensor data is collected by the drone to locate the source of the fire. The drone is equipped with suitable sensors for this purpose, e.g., a camera in the optical spectral range (visual image) and optionally a camera in the IR range. A visible image camera can detect smoke, in particular, while the IR camera can detect the source of the fire based on the heat generated. The sensor data is optionally evaluated in the navigation unit. In a further embodiment of the invention, the sensor data allows for an accurate determination of the position of the Fire source of less than 10m, preferably less than 5m, particularly preferably less than 2m and especially preferably less than 1m.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die Brandbekämpfung durch die Drohne aus einem Abstand kleiner 25m, bevorzugt kleiner 15m, besonders bevorzugt kleiner 10m und insbesondere bevorzugt kleiner 5m zum Brandherd. Dabei können unterschiedliche Löschmittel zum Einsatz kommen. Das Löschmittel kann z.B. ein Schaumlöschmittel sein, das in eine Mehrzahl an abwerfbaren Behältern gefüllt ist. Ein oder mehrere Behälter werden durch die Drohne auf den Brandherd abgeworfen, aufgrund der Hitzeentwicklung platzt die Kunststoffwandung des Behälters und das Löschmittel wird appliziert. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von wassergefüllten Behältern. Alternativ kann die Drohne eine Akustik-Kanone als Löschmittel aufweisen, die mittels der durch den Schalldruck auftretenden Luftdruckschwankungen den Brandherd bekämpft. Je geringer die Entfernung zwischen Drohne und Brandherd im Moment der Brandbekämpfung ist, desto effektiver wird das Löschmittel appliziert, die Wirksamkeit wird erhöht. In a further aspect of the invention, firefighting is carried out by the drone from a distance of less than 25 m, preferably less than 15 m, more preferably less than 10 m, and especially preferably less than 5 m from the source of the fire. Different extinguishing agents can be used. The extinguishing agent can, for example, be a foam extinguishing agent filled in a plurality of droppable containers. One or more containers are dropped by the drone onto the source of the fire; the heat generated causes the plastic wall of the container to burst, and the extinguishing agent is applied. Another possibility is the use of water-filled containers. Alternatively, the drone can have an acoustic cannon as an extinguishing agent, which fights the source of the fire using air pressure fluctuations caused by sound pressure. The shorter the distance between the drone and the source of the fire at the moment of firefighting, the more effectively the extinguishing agent is applied, increasing its effectiveness.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der Flug der Drohne autonom. Die Drohne fliegt ohne direkte Programmierung und ohne direkte menschliche Weisung zu ihrem Ziel, dem Brandherd. Eine direkte Verbindung zu einer zentralen Steuereinheit und/oder einem menschlichen Operator ist daher nicht notwendig. In a further embodiment of the invention, the drone flies autonomously. The drone flies to its target, the fire source, without direct programming and without direct human instructions. A direct connection to a central control unit and/or a human operator is therefore unnecessary.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung erfolgt die Lokalisierung des Brandherdes des Waldbrandes autonom. Die Drohne lokalisiert ohne direkte Programmierung und ohne direkte menschliche Weisung den Brandherd. Eine direkte Verbindung zu einer zentralen Steuereinheit und/oder einem menschlichen Operator ist daher nicht notwendig. In a further embodiment of the invention, the location of the forest fire's source is located autonomously. The drone locates the fire source without direct programming and without direct human instructions. A direct connection to a central control unit and/or a human operator is therefore not necessary.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt die Bekämpfung des Brandherdes des Waldbrandes autonom. Die Drohne bekämpft ohne direkte Programmierung und ohne direkte menschliche Weisung den Brandherd mit einem geeigneten Löschmittel. Eine direkte Verbindung zu einer zentralen Steuereinheit und/oder einem menschlichen Operator ist daher nicht notwendig. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung lokalisiert die Drohne den Brandherd des Waldbrandes. Die Drohne verfügt dafür über geeignete Sensoren, z.B. eine Kamera im optischen Spektral be re ich (Sichtbild) sowie optional eine Kamera im IR-Bereich. Mit einer Sichtbild-Kamera kann insbesondere Rauch detektiert werden, mit der IR-Kamera kann der Brandherd aufgrund der entstehenden Wärme detektiert werden. Die Sensordaten werden optional in der Navigationseinheit ausgewertet. In a further embodiment of the invention, the forest fire is extinguished autonomously. The drone fights the fire with a suitable extinguishing agent without direct programming and without direct human instructions. A direct connection to a central control unit and/or a human operator is therefore unnecessary. In a further embodiment of the invention, the drone locates the source of the forest fire. The drone is equipped with suitable sensors for this purpose, e.g., a camera in the optical spectral range (visual image) and, optionally, an IR camera. A visual image camera can detect smoke, in particular, while the IR camera can detect the source of the fire based on the heat generated. The sensor data is optionally evaluated in the navigation unit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung fliegt die Drohne bei der Lokalisierung des Brandherdes des Waldbrandes oberhalb der Baumkrone. Nach erfolgtem Start navigiert die Drohne auf ihrer Flugroute zum Brand und/oder Brandherd in einer Flughöhe oberhalb der Baumkrone, um während ihres Fluges möglichst wenig oder gar keinen Hindernissen ausweichen zu müssen. Ein Ausweichmanöver um Hindernisse würde die Flugdauer verlängern. In a further embodiment of the invention, the drone flies above the treetops when locating the source of the forest fire. After takeoff, the drone navigates its flight path to the fire and/or source of the fire at an altitude above the treetops in order to avoid as few or no obstacles as possible during its flight. Avoiding obstacles would increase the flight time.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung führt die Drohne die Lokalisierung mit Hilfe eines IR-Sensors durch. Ein in der Drohne angeordneter Sensor empfindlich für IR- Strahlung kann der Brandherd aufgrund der entstehenden Wärme detektiert und lokalisiert werden. In a further embodiment of the invention, the drone performs the localization using an IR sensor. A sensor located in the drone that is sensitive to IR radiation can detect and locate the source of the fire based on the heat generated.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren mit zwei oder mehr Drohnen durchgeführt. Eine Mehrzahl von Drohnen lokalisiert den Brandherd und/oder führt Löschvorgänge durch. Dadurch wird eine effektivere und schnellere Lokalisierung und insbesondere Bekämpfung des Brandherdes erreicht. In an advantageous development of the invention, the method is carried out with two or more drones. A plurality of drones locates the source of the fire and/or performs extinguishing operations. This allows for more effective and faster localization and, in particular, extinguishing of the source of the fire.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung lokalisiert die erste Drohne den Brandherd. Insbesondere lokalisiert die erste Drohne den Brandherd, ohne dass die erste Drohne den Brandherd bekämpft. Stattdessen fliegt die erste Drohne optional in einer für sie sicheren Höhe über dem Brandherd und lokalisiert den Brandherd während des Löschvorgangs durch die zweite Drohne. In a further embodiment of the invention, the first drone locates the source of the fire. In particular, the first drone locates the source of the fire without the first drone actually fighting the fire. Instead, the first drone optionally flies at a safe altitude above the fire and locates the source of the fire while the second drone extinguishes the fire.
Optional fliegt die erste Drohne bei der Lokalisierung des Brandherdes oberhalb der Baumkrone. Nach erfolgtem Start navigiert die Drohne auf ihrer Flugroute zum Brand und/oder Brandherd in einer Flughöhe oberhalb der Baumkrone, um während ihres Fluges möglichst wenig oder gar keinen Hindernissen ausweichen zu müssen. Ein Ausweichmanöver um Hindernisse würde die Flugdauer der Drohne verlängern. Optionally, the first drone flies above the treetop when locating the fire source. After takeoff, the drone navigates its flight path to the fire and/or fire source at a height above the treetop in order to Avoiding obstacles as little as possible, or even none at all. Avoiding obstacles would extend the drone's flight time.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung übermittelt die erste Drohne Positionsdaten des Brandherdes an eine zweite Drohne. Die zweite Drohne erhält Positionsdaten des Brandherdes insbesondere optional permanent während ihres Fluges auf ihrer Flugroute zum Brandherd. Die erste Drohne ist dazu optional direkt mit der zweiten Drohne drahtlos verbunden. In a further embodiment of the invention, the first drone transmits position data of the fire source to a second drone. The second drone receives position data of the fire source, optionally continuously during its flight on its flight route to the fire source. For this purpose, the first drone is optionally directly connected wirelessly to the second drone.
Die Kommunikation zwischen der ersten Drohne und der zweiten Drohne erfolgt optional über ein Mesh-Netzwerk. Ein Mesh-Netzwerk weist eine sternförmige Architektur auf, in der mittels in dem Wald verteilt angeordneter Gateways Nachrichtenpakete zwischen erster und zweiter Drohne sowie optional zwischen einem Netzwerk-Server und den Drohnen ausgetauscht werden. Ein derartiges Mesh-Netzwerk ist beliebig erweiterbar und resilient gegenüber Ausfällen einzelner Gateways. Communication between the first and second drones optionally takes place via a mesh network. A mesh network has a star-shaped architecture in which message packets are exchanged between the first and second drones, and optionally between a network server and the drones, via gateways distributed throughout the forest. Such a mesh network is infinitely expandable and resilient to the failure of individual gateways.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung legt die zweite Drohne einen Teil ihrer Flugroute unterhalb der Baumkrone zurück. Die zweite Drohne navigiert insbesondere beim Start unterhalb der Baumkrone des Waldes. Nach erfolgtem Start navigiert die zweite Drohne auf ihrer Flugroute zum Brand und/oder Brandherd optional in einer Flughöhe über der Baumkrone, um während ihres Fluges möglichst wenig, optimal gar keinen Hindernissen ausweichen zu müssen. Während des Endanfluges auf die Positionsdaten des Waldbrandes verläuft die Flugroute der zweiten Drohne unterhalb der Baumkrone des Waldes. Dadurch wird eine genaue Lokalisierung des Waldbrandes und/oder des Brandherdes möglich, weil ein derart geringer Abstand zweite Drohne - Brandherd erreicht wird, dass in der zweiten Drohne optional angeordnete Sensoren einen Brandherd erfassen können. Ebenso wird eine gezielte Bekämpfung des Waldbrandes und/oder Brandherdes erreicht, indem durch die genauere Lokalisierung des Brandes und/oder Brandherdes das Löschmittel durch die zweite Drohne effizient aufgebracht werden kann. In a further embodiment of the invention, the second drone flies part of its flight route below the treetops. The second drone navigates below the forest canopy, particularly during takeoff. After takeoff, the second drone optionally navigates its flight route to the fire and/or source of the fire at an altitude above the treetops in order to avoid as few, and ideally no, obstacles as possible during its flight. During the final approach to the position data of the forest fire, the flight path of the second drone runs below the forest canopy. This enables precise localization of the forest fire and/or source of the fire because the distance between the second drone and the source of the fire is so short that optional sensors arranged in the second drone can detect the source of the fire. Likewise, targeted extinguishing of the forest fire and/or source of the fire is achieved because the more precise localization of the fire and/or source of the fire allows the second drone to efficiently apply the extinguishing agent.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung führt die zweite Drohne die Brandbekämpfung durch. Dabei können unterschiedliche Löschmittel (z.B. Wasser, Schaum) zum Einsatz kommen, die in Behältern an der zweiten Drohne angeordnet sind. Mittels der ersten Drohne erfolgt die ständig aktualisierte Positionsbestimmung des Brandherdes, die an die zweite Drohne gesendet wird. Die Brandbekämpfung durch die zweite Drohne erfolgt daher sehr effizient. In a further embodiment of the invention, the second drone carries out firefighting. Different extinguishing agents (e.g., water, foam) can be used, which are arranged in containers on the second drone. By means of the first The first drone continuously updates the location of the fire source, which is then sent to the second drone. Firefighting by the second drone is therefore very efficient.
Die Aufgabe wird weiterhin mit dem erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystem gelöst. The problem is further solved with the forest fire early detection and/or fire fighting system according to the invention.
Das erfindungsgemäße Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystem weist eine Drohnenstation und eine Drohne auf, wobei die Drohne geeignet ist, einen Waldbrand zu lokalisieren und/oder zu bekämpfen. Jede Drohnenstation weist mindestens eine Drohne auf. Eine Drohnenstation ist eine witterungsgeschützte Station zur Aufnahme der Drohne. Eine Drohnenstation ist dazu eingerichtet, die Drohne aufzunehmen und weist einen allseitigen Witterungsschutz auf, der öffenbar bzw. verschließbar gestaltet ist. Die Drohnenstation weist eine Energiekonversionsvorrichtung (z.B. mittels Solarzellen) auf. Zusätzlich ist optional ein Energiespeicher (Akku) angeordnet, der durch die Energiekonversionsvorrichtung mit elektrischer Energie geladen wird. The forest fire early detection and/or suppression system according to the invention comprises a drone station and a drone, wherein the drone is suitable for locating and/or suppressing a forest fire. Each drone station comprises at least one drone. A drone station is a weatherproof station for accommodating the drone. A drone station is configured to accommodate the drone and has all-round weather protection that can be opened or closed. The drone station comprises an energy conversion device (e.g., by means of solar cells). Additionally, an energy storage device (battery) is optionally arranged, which is charged with electrical energy by the energy conversion device.
In der Parkposition ist die Drohne mit einer Drohnenstation gekoppelt. Während der Kopplung an der Drohnenstation kann die Drohne mit Löschmittel beladen und betankt werden, Daten und Informationen werden ausgetauscht und ggf. ein Software-Update durchgeführt. Mittels einer in der Drohnenstation angeordneten Energieversorgung kann die Drohne mit elektrischer Energie versorgt werden. In the parked position, the drone is connected to a drone station. While connected to the drone station, the drone can be loaded with extinguishing agent and refueled, data and information can be exchanged, and a software update can be performed if necessary. The drone can be supplied with electrical power via a power supply located in the drone station.
Die Drohne verfügt zur Lokalisierung eines Waldbrandes und/oder Brandherdes über geeignete Sensoren, z.B. eine Kamera im optischen Spektral be re ich (Sichtbild) sowie optional eine Kamera im IR-Bereich. Mit einer Sichtbild-Kamera kann insbesondere Rauch detektiert werden, mit der IR-Kamera kann der Brandherd aufgrund der entstehenden Wärme detektiert werden. Zusätzlich weist die Drohne optional Löschmittel (z.B. Wasser, Schaum) in geeigneten Behältnissen auf, die vorzugsweise auf den Brandherd abgeworfen werden. The drone is equipped with suitable sensors for locating a forest fire and/or fire source, e.g., a camera with an optical spectral range (visual image) and, optionally, an IR camera. A visible image camera can detect smoke, in particular, while the IR camera can detect the fire source based on the heat generated. In addition, the drone optionally carries extinguishing agents (e.g., water, foam) in suitable containers, which are preferably dropped onto the fire source.
Erfindungsgemäß ist das Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystem direkt im Wald angeordnet. Der Flugweg der Drohne von der Drohnenstation zum Brandherd ist daher kurz, ebenso ist die Flugdauer gering. Die Drohne kann daher in sehr kurzer Zeit den Brandherd erreichen, den Brandherd lokalisieren und mit der Brandbekämpfung beginnen. According to the invention, the forest fire early detection and/or fire suppression system is located directly in the forest. The drone's flight path from the drone station to the fire source is The flight time is therefore short, and the flight duration is also short. The drone can therefore reach the source of the fire in a very short time, locate the source of the fire, and begin firefighting.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Waldbrandfrüherkennungs- und/oder - bekämpfungssystem mehrere Drohnenstationen und/oder mehrere Drohnen. Eine Mehrzahl von Drohnen lokalisiert den Brandherd und/oder führt Löschvorgänge durch. Dadurch wird eine effektivere und schnellere Lokalisierung und insbesondere Bekämpfung des Brandherdes erreicht. In a further development of the invention, the forest fire early detection and/or extinguishing system comprises multiple drone stations and/or multiple drones. A plurality of drones locates the source of the fire and/or performs extinguishing operations. This allows for more effective and faster localization and, in particular, extinguishing of the source of the fire.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist die Drohnenstation und/oder die Drohnen unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet. Die Drohne ist im Ruhezustand in Parkposition in der Drohnenstation angeordnet, in dem die Drohne gewartet und mit Betriebsstoff versorgt werden kann. Die Drohnenstation ist unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet, um die Drohnenstation ggf. zu warten und zu reparieren. Die Parkposition der Drohne ist daher ebenfalls in aller Regel unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet. Der Start der Drohne, um zu den Positionsdaten des Waldbrandes zu navigieren, erfolgt daher ebenfalls in der Regel unterhalb der Baumkrone des Waldes. In a further embodiment of the invention, the drone station and/or drones are arranged below the forest canopy. When idle, the drone is parked in the drone station, where it can be serviced and supplied with fuel. The drone station is arranged below the forest canopy to allow for maintenance and repairs if necessary. The drone's parking position is therefore also generally located below the forest canopy. The drone's launch to navigate to the forest fire location data therefore also generally takes place below the forest canopy.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist das Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystem ein Mesh-Netzwerk auf. Ein Mesh-Netzwerk weist eine sternförmige Architektur auf, in der mittels in dem Wald verteilt angeordneter Gateways Nachrichtenpakete zwischen erster und zweiter Drohne sowie optional zwischen einem Netzwerk-Server und den Drohnen ausgetauscht werden. Ein derartiges Mesh-Netzwerk ist beliebig erweiterbar und resilient gegenüber Ausfällen einzelner Gateways. In a further embodiment of the invention, the forest fire early detection and/or suppression system comprises a mesh network. A mesh network has a star-shaped architecture in which message packets are exchanged between the first and second drones, and optionally between a network server and the drones, via gateways distributed throughout the forest. Such a mesh network is infinitely expandable and resilient to the failure of individual gateways.
Die Aufgabe wird weiterhin mit der erfindungsgemäßen Drohnenstation zur Waldbrandfrüherkennung- und/oder -bekämpfung gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt. The object is further achieved with the drone station according to the invention for early detection and/or suppression of forest fires. Further advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Drohnenstation zur Waldbrandfrüherkennung- und/oder - bekämpfung ist direkt im Wald angeordnet. Die Drohnenstation weist mindestens eine Drohne in Parkposition auf. Außerdem weist die Drohnenstation Einrichtungen zur Versorgung der Drohne mit Energie und optional Löschmittel auf. Der Flugweg der Drohne von der Drohnenstation zum Brandherd ist daher kurz, ebenso ist die Flugdauer gering. Die Drohne kann daher in sehr kurzer Zeit den Brandherd erreichen, den Brandherd lokalisieren und mit der Brandbekämpfung beginnen. The drone station according to the invention for early detection and/or suppression of forest fires is located directly in the forest. The drone station has at least one drone in a parked position. Furthermore, the drone station has facilities for supplying the drone with power and, optionally, extinguishing agents. The drone's flight path The distance from the drone station to the fire is therefore short, and the flight time is also short. The drone can therefore reach the fire in a very short time, locate the fire, and begin firefighting.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist die Drohnenstation unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet. Die Drohne ist im Ruhezustand in Parkposition in der Drohnenstation angeordnet, in dem die Drohne gewartet und mit Betriebsstoff versorgt werden kann. Die Drohnenstation ist unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet, um die Drohnenstation ggf. zu warten und zu reparieren. Die Parkposition der Drohne ist daher ebenfalls in aller Regel unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet. Der Start der Drohne, um zu den Positionsdaten des Waldbrandes zu navigieren, erfolgt daher ebenfalls in der Regel unterhalb der Baumkrone des Waldes. In a further embodiment of the invention, the drone station is located below the forest canopy. When idle, the drone is parked in the drone station, where it can be serviced and supplied with fuel. The drone station is located below the forest canopy to allow for maintenance and repairs if necessary. The drone's parking position is therefore also generally located below the forest canopy. The drone's launch to navigate to the forest fire location data also generally takes place below the forest canopy.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Drohnenstation Teil eines Netzwerkes von Drohnenstationen in diesem Wald. Die Drohnenstationen sind optional miteinander verbunden, z.B. durch ein Mesh-Netzwerk. Eine Mehrzahl von Drohnen lokalisiert den Brandherd und/oder führt Löschvorgänge durch. Dadurch wird eine effektivere und schnellere Lokalisierung und insbesondere Bekämpfung des Brandherdes erreicht. In a further embodiment of the invention, the drone station is part of a network of drone stations in this forest. The drone stations are optionally connected to each other, e.g., via a mesh network. A plurality of drones locates the source of the fire and/or performs extinguishing operations. This enables more effective and faster localization and, in particular, extinguishing of the source of the fire.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Drohnenstation Teil eines Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystems mit einem Mesh-Netzwerk. Ein Mesh-Netzwerk weist eine sternförmige Architektur auf, in der mittels in dem Wald verteilt angeordneter Gateways Nachrichtenpakete zwischen erster und zweiter Drohne sowie optional zwischen einem Netzwerk-Server und den Drohnen ausgetauscht werden. Ein derartiges Mesh-Netzwerk ist beliebig erweiterbar und resilient gegenüber Ausfällen einzelner Gateways. In a further embodiment of the invention, the drone station is part of a forest fire early detection and/or firefighting system with a mesh network. A mesh network has a star-shaped architecture in which message packets are exchanged between the first and second drones, and optionally between a network server and the drones, via gateways distributed throughout the forest. Such a mesh network is infinitely expandable and resilient to the failure of individual gateways.
Die Aufgabe wird weiterhin mit der erfindungsgemäßen Drohne zur Waldbrandfrüherkennung- und/oder -bekämpfung gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt. The object is further achieved with the drone according to the invention for early detection and/or suppression of forest fires. Further advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Drohne zur Waldbrandfrüherkennung- und/oder -bekämpfung ist direkt im Wald angeordnet. Die Drohne ist im Ruhezustand in Parkposition in der Drohnenstation angeordnet, in dem die Drohne gewartet und mit Betriebsstoff versorgt werden kann. Der Flugweg der Drohne von der Drohnenstation zum Brandherd ist daher kurz, ebenso ist die Flugdauer gering. Die Drohne kann daher in sehr kurzer Zeit den Brandherd erreichen, den Brandherd lokalisieren und mit der Brandbekämpfung beginnen. The drone according to the invention for early detection and/or fighting of forest fires is located directly in the forest. The drone is in the parking position in the A drone station is located where the drone can be serviced and supplied with fuel. The drone's flight path from the drone station to the fire is therefore short, as is the flight time. The drone can therefore reach the fire in a very short time, locate the source of the fire, and begin firefighting.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist die Parkposition der Drohne unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet. Die Drohne ist im Ruhezustand in Parkposition in der Drohnenstation angeordnet, in dem die Drohne gewartet und mit Betriebsstoff versorgt werden kann. Die Drohnenstation ist unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet, um die Drohnenstation ggf. zu warten und zu reparieren. Die Parkposition der Drohne ist daher ebenfalls in aller Regel unterhalb der Baumkrone des Waldes angeordnet. Der Start der Drohne, um zu den Positionsdaten des Waldbrandes zu navigieren, erfolgt daher ebenfalls in der Regel unterhalb der Baumkrone des Waldes. In a further embodiment of the invention, the drone's parking position is located below the forest canopy. When idle, the drone is parked in the drone station, where it can be serviced and supplied with fuel. The drone station is located below the forest canopy to allow for maintenance and repairs if necessary. The drone's parking position is therefore also generally located below the forest canopy. The drone's launch to navigate to the forest fire location data also generally takes place below the forest canopy.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Drohne Teil eines Netzwerkes von Drohnen in diesem Wald. Die Drohnen sind optional miteinander verbunden, z.B. durch ein Mesh-Netzwerk. Eine Mehrzahl von Drohnen lokalisiert den Brandherd und/oder führt Löschvorgänge durch. Dadurch wird eine effektivere und schnellere Lokalisierung und insbesondere Bekämpfung des Brandherdes erreicht. In a further embodiment of the invention, the drone is part of a network of drones in this forest. The drones are optionally connected to each other, e.g., via a mesh network. A plurality of drones locates the source of the fire and/or performs extinguishing operations. This allows for more effective and faster localization and, in particular, extinguishing of the fire source.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Drohne Teil eines Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystems mit einem Mesh-Netzwerk. Ein Mesh-Netzwerk weist eine sternförmige Architektur auf, in der mittels in dem Wald verteilt angeordneter Gateways Nachrichtenpakete zwischen erster und zweiter Drohne sowie optional zwischen einem Netzwerk-Server und den Drohnen ausgetauscht werden. Ein derartiges Mesh-Netzwerk ist beliebig erweiterbar und resilient gegenüber Ausfällen einzelner Gateways. In a further embodiment of the invention, the drone is part of a forest fire early detection and/or firefighting system with a mesh network. A mesh network has a star-shaped architecture in which message packets are exchanged between the first and second drones, and optionally between a network server and the drones, via gateways distributed throughout the forest. Such a mesh network is infinitely expandable and resilient to the failure of individual gateways.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the method according to the invention and the forest fire early detection system according to the invention are shown schematically in simplified form in the drawings and are explained in more detail in the following description.
Es zeigen: Fig. 1 : Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekam pfungssystem in einemThey show: Fig. 1 : Forest fire early detection and/or control system in a
Waldgebiet forest area
Fig. 2: Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekam pfungssystem in einemFig. 2: Forest fire early detection and/or control system in a
Waldgebiet, Flugrouten der Drohnen Forest area, drone flight routes
Fig. 3: Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystem in einemFig. 3: Forest fire early detection and/or suppression system in a
Waldgebiet, Flugrouten der Drohnen mit Flughöhen Forest area, drone flight routes with flight altitudes
Fig. 4: Flughöhenprofil der Flugroute R1 Fig. 4: Altitude profile of flight route R1
Fig. 5: Flughöhenprofil der Flugroute R4 Fig. 5: Altitude profile of flight route R4
Fig. 6: Drei unterschiedliche Wege der Flugroute R5 Fig. 6: Three different paths of the flight route R5
Fig. 7 a: Flughöhenprofil der Flugroute R5.1 Fig. 7 a: Altitude profile of flight route R5.1
Fig. 7 b: Flughöhenprofil der Flugroute R5.2 Fig. 7 b: Altitude profile of flight route R5.2
Fig. 7 c: Flughöhenprofil der Flugroute R5.3 Fig. 7 c: Altitude profile of flight route R5.3
Fig. 8: Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystem in einemFig. 8: Forest fire early detection and/or suppression system in a
Waldgebiet, Master-Drohne Forest area, master drone
Fig. 9 a: Flughöhenprofil der Flugroute MD, Zeitpunkt t1 Fig. 9 a: Altitude profile of flight route MD, time t1
Fig. 9 b: Flughöhenprofil der Flugroute R5.2, Zeitpunkt t1 Fig. 9 b: Altitude profile of flight route R5.2, time t1
Fig. 9 c: Flughöhenprofil der Flugroute MD, Zeitpunkt t2 Fig. 9 c: Altitude profile of flight route MD, time t2
Fig. 9 d: Flughöhenprofil der Flugroute R5.2, Zeitpunkt t2 Fig. 9 d: Altitude profile of flight route R5.2, time t2
Fig. 9 e: Flughöhenprofil der Flugroute MD, Zeitpunkt t3 Fig. 9 e: Altitude profile of flight route MD, time t3
Fig. 9 f: Flughöhenprofil der Flugroute R5.2, Zeitpunkt t3 Fig. 9 f: Altitude profile of flight route R5.2, time t3
Fig. 9 g: Flughöhenprofil der Flugroute MD, Zeitpunkt t4 Fig. 9 g: Altitude profile of flight route MD, time t4
Fig. 9 h: Flughöhenprofil der Flugroute R5.2, Zeitpunkt t4 Fig. 9 h: Altitude profile of flight route R5.2, time t4
Fig. 10: Waldbrandfrüherkennungssystem aufweisend ein LoRa-FunknetzwerkFig. 10: Forest fire early detection system comprising a LoRa radio network
Fig. 11 : Ausführungsbeispiel einer Drohne Fig. 11 : Example of a drone
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung eines Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystems 1 in einem Waldgebiet W, das von unbewaldeten Straßen R und einem Bach B durchzogen ist sowie eine Lichtung L und einen See S aufweist. Der Wald W selbst weist Nadel- und Laubbäume (Mischwald) auf, wobei die einzelnen Bäume zueinander unterschiedliche Baumhöhen, lichte Höhen, Kronenhöhen und Kronenbreiten aufweisen. Das Waldgebiet W ist von einem unbewaldeten Bereich P umgeben. Ein Netzwerk von acht Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 ist im und um das Waldgebiet W angeordnet, wobei die Drohnenstationen D1 , D3, D7, D8 im unbewaldeten Bereich P und die Drohnenstationen D2, D4, D5, D6 im Waldgebiet W angeordnet sind. Die einzelnen Drohnenstationen Dn sind sowohl untereinander als auch mit einem Funkturm drahtlos über eine Funkverbindung (G5) verbunden. Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the arrangement of a forest fire early detection and/or suppression system 1 in a forest area W, which is traversed by unforested roads R and a stream B, as well as a clearing L and a lake S. The forest W itself comprises coniferous and deciduous trees (mixed forest), with the individual trees having different tree heights, clearances, crown heights, and crown widths. The forest area W is surrounded by an unforested area P. A network of eight drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 is arranged in and around the forest area W, with the drone stations D1, D3, D7, D8 located in the unforested area P and the drone stations D2, D4, D5, D6 located in the forest area W. The individual drone stations Dn are wirelessly connected to each other and to a radio tower via a radio link (G5).
Jede Drohnenstation Dn weist eine Drohne 300 auf. Eine Drohnenstation Dn ist eine witterungsgeschützte Station zur Aufnahme der Drohne 300. Eine Drohnenstation Dn ist dazu eingerichtet, die Drohne 300 aufzunehmen und weist einen allseitigen Witterungsschutz auf, der an der Oberseite öffenbar bzw. verschließbar gestaltet ist. Die Oberseite weist eine Energiekonversionsvorrichtung (Solarzellen) auf. Auf der Unterseite ist ein Energiespeicher (Akku) angeordnet, der durch die Energiekonversionsvorrichtung mit elektrischer Energie geladen wird. Each drone station Dn has a drone 300. A drone station Dn is a weatherproof station for accommodating the drone 300. A drone station Dn is designed to accommodate the drone 300 and has all-round weather protection, which is designed to be opened and closed on the top. The top has an energy conversion device (solar cells). An energy storage device (battery) is arranged on the bottom, which is charged with electrical energy by the energy conversion device.
In der Parkposition ist die Drohne 300 mit einer Drohnenstation Dn unbeweglich gekoppelt. Mittels der Kopplung an der Drohnenstation Dn kann die Drohne 300 mit Löschmittel beladen und betankt werden, Daten und Informationen werden ausgetauscht und ggf. ein Software-Update durchgeführt. Mittels einer in der Drohnenstation Dn angeordneten Energieversorgung kann die Drohne 300 mit elektrischer Energie versorgt werden. In the parked position, the drone 300 is immovably coupled to a drone station Dn. By coupling it to the drone station Dn, the drone 300 can be loaded with extinguishing agent and refueled, data and information can be exchanged, and a software update can be performed if necessary. The drone 300 can be supplied with electrical power via a power supply located in the drone station Dn.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Waldbrandbekämpfung und/oder Waldbrandfrüherkennung in dem im vorstehenden Ausführungsbeispiel (s. Fig. 1) dargestellten Waldgebiet W. Zur Waldbrandbekämpfung und/oder Waldbrandfrüherkennung empfängt jede in den Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 angekoppelte und in Parkposition befindliche Drohne 300 gleichzeitig erste Positionsdaten eines möglichen Brandherdes BH über die Navigationseinheit 360 der Drohne 300 (s. Fig. 11). Die ersten Positionsdaten des möglichen Brandherdes BH werden dabei durch das G5-Funknetzwerk gesendet. Danach erfolgt eine Berechnung einer ersten Flugroute der Drohne 300 zu den Positionsdaten durch die Navigationseinheit 360 der Drohne 300, wobei die Flugroute auch die jeweilige Flughöhe einer Drohne 300 umfasst. Danach erfolgt das autonome Starten jeder Drohne 300, wobei die Drohnen 300 in den Drohnenstationen D1 , D3, D7, D8 im unbewaldeten Bereich P und die Drohnen 300 Drohnenstationen D2, D4, D5, D6 innerhalb des Waldgebietes W gestartet werden. Nach dem Start navigiert jede Drohne 300 ebenfalls autonom zu den Positionsdaten des Brandherdes BH. Eine aus einer Drohnenstation Dn gestartete Drohne 300 navigiert dabei auf einer Flugroute Rn. Fig. 2 shows an embodiment of the method according to the invention for forest fire fighting and/or early forest fire detection in the forest area W shown in the above embodiment (see Fig. 1). For forest fire fighting and/or early forest fire detection, each drone 300 coupled to the drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 and located in the parked position simultaneously receives first position data of a possible fire source BH via the navigation unit 360 of the drone 300 (see Fig. 11). The first position data of the possible fire source BH are transmitted via the G5 radio network. A first flight route of the drone 300 based on the position data is then calculated by the navigation unit 360 of the drone 300, wherein the flight route also includes the respective flight altitude of a drone 300. After that, each drone 300 is launched autonomously, with the drones 300 being launched in the drone stations D1, D3, D7, D8 in the unforested area P and the drones 300 being launched in the drone stations D2, D4, D5, D6 within the forest area W. After After launch, each drone 300 also navigates autonomously to the position data of the fire source BH. A drone 300 launched from a drone station Dn navigates along a flight route Rn.
Fig. 3 zeigt beispielhaft die Flugrouten Rn zu dem Brandherd BH der aus allen Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 gestarteten Drohnen, wobei aus jeder Drohnenstation D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 jeweils eine Drohne 300 gestartet ist. Die Flugrouten Rn weisen jeweils unterschiedliche Flugrichtungen und auf einer Flugroute Rn unterschiedliche Flughöhen auf, d.h. eine Drohne 300 wechselt auf ihrer Flugroute Rn auch ihre Flughöhe abhängig von der Topographie und dem Bewuchs des Bodens. Die jeweiligen Flugrouten Rn verlaufen dabei mindestens 50%, bevorzugt mindestens 30% besonders bevorzugt mindestens 20% und insbesondere bevorzugt mindestens 10% unterhalb der Baumkrone Fig. 3 shows, by way of example, the flight routes Rn to the fire seat BH of the drones launched from all drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, with one drone 300 being launched from each drone station D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8. The flight routes Rn each have different flight directions and, on a flight route Rn, different flight altitudes, i.e., a drone 300 also changes its flight altitude on its flight route Rn depending on the topography and vegetation of the ground. The respective flight routes Rn run at least 50%, preferably at least 30%, particularly preferably at least 20%, and especially preferably at least 10% below the treetops.
Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D1 fliegt auf ihrem Weg zum Brandherd BH auf der Flugroute R1 , wobei die Flughöhe auf dem Teilabschnitt R1a über dem unbewaldeten Bereich P in Höhe der Baumkrone des Waldgebietes W ist. Auf dem Teilabschnitt R1 b ist die Flughöhe unterhalb der Baumkrone des Waldgebietes W. The drone 300, launched from the drone station D1, flies on its way to the fire source BH on the flight path R1, with the flight altitude on the section R1a being above the unforested area P at the height of the treetops of the forest area W. On the section R1b, the flight altitude is below the treetops of the forest area W.
Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D2 fliegt auf ihrem Weg zum Brandherd BH auf der Flugroute R2, die Flughöhe ist auf der gesamten Flugroute R2 unterhalb der Baumkrone des Waldgebietes W. The drone 300 launched from the drone station D2 flies on its way to the fire source BH on the flight route R2, the flight altitude is below the treetop of the forest area W on the entire flight route R2.
Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D3 fliegt auf ihrem Weg zum Brandherd BH auf der Flugroute R3 in einer Flughöhe oberhalb der Baumkrone des Waldgebietes W. Drone 300, launched from drone station D3, is flying on its way to the fire site BH on flight route R3 at an altitude above the treetops of forest area W.
Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D4 fliegt auf ihrem Weg zum Brandherd BH auf der Flugroute R4. Auf dem Teilabschnitt R4a ist die Flughöhe unterhalb der Baumkrone des Waldgebietes W, auf dem Teilabschnitt R4b ist die Flughöhe oberhalb der Baumkrone des Waldgebietes W. Drone 300, launched from drone station D4, is flying along flight path R4 on its way to the fire site BH. On section R4a, the flight altitude is below the treetops of forest area W, and on section R4b, the flight altitude is above the treetops of forest area W.
Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D5 fliegt auf ihrem Weg zum Brandherd BH auf der Flugroute R5 in einer Flughöhe unterhalb der Baumkrone des Waldgebietes W. Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D6 fliegt auf ihrem Weg zum Brandherd BH auf der Flugroute R6. Auf dem Teilabschnitt R6a ist die Flughöhe oberhalb der Baumkrone des Waldgebietes W, auf dem Teilabschnitt R6b ist die Flughöhe unterhalb der Baumkrone des Waldgebietes W. Drone 300, launched from drone station D5, is flying on its way to the fire site BH on flight route R5 at an altitude below the treetops of forest area W. Drone 300, launched from drone station D6, is flying along flight path R6 on its way to the fire site BH. On section R6a, the flight altitude is above the treetops of forest area W, and on section R6b, the flight altitude is below the treetops of forest area W.
Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D7 fliegt auf ihrem Weg zum Brandherd BH auf der Flugroute R7. Auf dem Teilabschnitt R7a ist die Flughöhe oberhalb der Baumkrone des Waldgebietes W, auf dem Teilabschnitt R7b ist die Flughöhe unterhalb der Baumkrone des Waldgebietes W. Drone 300, launched from drone station D7, is flying along flight path R7 on its way to the fire site BH. On section R7a, the flight altitude is above the treetops of forest area W, and on section R7b, the flight altitude is below the treetops of forest area W.
Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D8 fliegt auf ihrem Weg zum Brandherd BH auf der Flugroute R8. Auf dem Teilabschnitt R8a ist die Flughöhe oberhalb der Baumkrone des Waldgebietes W, auf dem Teilabschnitt R8b ist die Flughöhe unterhalb der Baumkrone des Waldgebietes W. Drone 300, launched from drone station D8, is flying along flight path R8 on its way to the fire site BH. On section R8a, the flight altitude is above the treetops of forest area W, and on section R8b, the flight altitude is below the treetops of forest area W.
Die Annäherung an den Waldbrand BH erfolgt auf den letzten 0,5%, bevorzugt auf den letzten 1 %, besonders bevorzugt auf den letzten 5% und insbesondere bevorzugt auf den letzten 10% der Wegstrecke der jeweiligen Flugroute Rn unterhalb der Baumkrone des Waldes W. The approach to the forest fire BH takes place on the last 0.5%, preferably on the last 1%, particularly preferably on the last 5% and especially preferably on the last 10% of the distance of the respective flight route Rn below the tree canopy of the forest W.
Fig. 4 zeigt ein Flughöhenprofil der Flugroute R1 der Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D1 auf ihrem Weg zum Brandherd BH. In dieser und den weiteren Abbildungen (s. Fig. 5, Fig. 7, Fig. 9) zeigt die y-Achse die Höhe H über dem Erdboden. Die Höhe H1 bezeichnet eine Höhe unterhalb der Baumkrone des Waldes W, die zweite Höhe H2 eine Höhe der Baumkrone, die Höhe H3 eine Höhe oberhalb der Baumkrone des Waldes W. Die Höhe Ku bezeichnet die gemittelte Höhe der Unterseite der Baumkrone des Waldes W (lichte Höhe), die Höhe Ko die gemittelte Höhe der Oberseite der Baumkrone des Waldes W. Der Abstand Ku-Ko ist daher die gemittelte Baumkronenhöhe des Waldes W. Die x-Achse zeigt die zurückgelegte Wegstrecke einer Drohne 300 von ihrem Startpunkt der Drohnenstation Dn zum Brandherd BH. Die Drohne 300 startet aus der Drohnenstation D1 im unbewaldeten Bereich P und fliegt im Teilabschnitt R1a in der Flughöhe H2. Im bewaldeten Bereich W auf dem Teilabschnitt R1 b fliegt die Drohne in der Höhe H1 unterhalb der Baumkrone des Waldes W. Fig. 4 shows a flight altitude profile of the flight route R1 of the drone 300 launched from the drone station D1 on its way to the fire source BH. In this and the following figures (see Fig. 5, Fig. 7, Fig. 9), the y-axis shows the height H above the ground. The height H1 denotes a height below the treetop of the forest W, the second height H2 a height of the treetop, the height H3 a height above the treetop of the forest W. The height Ku denotes the average height of the underside of the treetop of the forest W (clear height), the height Ko the average height of the top of the treetop of the forest W. The distance Ku-Ko is therefore the average treetop height of the forest W. The x-axis shows the distance traveled by a drone 300 from its starting point at the drone station Dn to the fire source BH. Drone 300 takes off from drone station D1 in the unforested area P and flies in section R1a at altitude H2. In the forested area W on section R1b, the drone flies at altitude H1 below the treetops of forest W.
Während des Fluges der Drohne 300 entlang der Flugroute R1 erfasst die Waldbranddetektionseinheit 300 mittels des Navigationssensors 350 permanent etwaig auftretende Hindernisse, ermittelt beim Auftreten von Hindernissen eine Ausweichroute zum Zielgebiet und setzt die die motorisierte Bewegung entlang der Ausweichroute zum Zielgebiet fort, wobei Erfassung von Hindernissen, Ermittlung einer Ausweichroute und motorisierte Bewegung entlang der Ausweichroute permanent während der Bewegung der Drohne 300 wiederholt und ausgeführt wird. During the flight of the drone 300 along the flight route R1, the forest fire detection unit 300 continuously detects any obstacles that may occur using the navigation sensor 350, determines an alternative route to the target area when obstacles occur, and continues the motorized movement along the alternative route to the target area, wherein the detection of obstacles, determination of an alternative route, and motorized movement along the alternative route are continuously repeated and executed during the movement of the drone 300.
Nach Ankunft in der Nähe des Brandherdes BH werden von der Drohne 300 autonom Sensordaten zur Lokalisierung des Brandherdes BH und dessen Position erfasst, wobei die Sensordaten eine Genauigkeit der Positionsbestimmung des Brandherdes BH von kleiner 10m erlauben. Optional erlauben die Sensordaten eine Genauigkeit der Positionsbestimmung des Brandherdes BH von bevorzugt kleiner 5m, besonders bevorzugt kleiner 2m und insbesondere bevorzugt kleiner 1 m erlauben. Zusätzlich erfolgt eine autonome Brandbekämpfung des Brandherdes BH durch die Drohne 300, indem das Löschmittel 313 von der Drohne 300 aus einem Abstand kleiner 25m, bevorzugt kleiner 15m, besonders bevorzugt kleiner 10m und insbesondere bevorzugt kleiner 5m zum Brandherd BH abgeworfen wird. Das Löschmittel 313 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Schaumlöschmittel, das in eine Mehrzahl an abwerfbaren Behältern gefüllt ist. Ein oder mehrere Behälter werden durch die Drohne 300 auf den Brandherd BH abgeworfen, aufgrund der Hitzeentwicklung platzt die Kunststoffwandung des Behälters und das Löschmittel 313 wird appliziert. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von wassergefüllten Behältern. Alternativ kann die Drohne 300 eine Akustik-Kanone als Löschmittel 313 aufweisen, die mittels der durch den Schalldruck auftretenden Luftdruckschwankungen den Brandherd BH bekämpft. After arriving in the vicinity of the fire source BH, the drone 300 autonomously collects sensor data to locate the fire source BH and its position, wherein the sensor data allow a positioning accuracy of the fire source BH of less than 10 m. Optionally, the sensor data allow a positioning accuracy of the fire source BH of preferably less than 5 m, more preferably less than 2 m, and especially preferably less than 1 m. In addition, the fire source BH is extinguished autonomously by the drone 300 by dropping the extinguishing agent 313 from the fire source BH from a distance of less than 25 m, preferably less than 15 m, more preferably less than 10 m, and especially preferably less than 5 m. In this exemplary embodiment, the extinguishing agent 313 is a foam extinguishing agent that is filled into a plurality of droppable containers. One or more containers are dropped onto the fire source BH by the drone 300. Due to the heat generated, the plastic wall of the container bursts, and the extinguishing agent 313 is applied. Another option is the use of water-filled containers. Alternatively, the drone 300 can be equipped with an acoustic cannon as the extinguishing agent 313, which fights the fire source BH using the air pressure fluctuations caused by the sound pressure.
Fig. 5 zeigt ein Flughöhenprofil der Flugroute R4 der Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D4 auf ihrem Weg zum Brandherd BH. Die Drohne 300 startet aus der Drohnenstation D4 im bewaldeten Bereich W und fliegt im Teilabschnitt R4a in der Flughöhe H1 unterhalb der Baumkrone. Im Bereich der Straße R ändert die Drohne 300 ihre Flughöhe von H1 auf H3 und fliegt im Teilabschnitt R4b innerhalb des bewaldeten Bereichs W in der Höhe H3 oberhalb der Baumkrone. Im Bereich des Bachs B ändert die Drohne 300 ihre Flughöhe von H3 auf H1 und fliegt im Teilabschnitt R4c innerhalb des bewaldeten Bereichs W in einer Höhe H1 unterhalb der Baumkrone zum Brandherd BH. Während ihres Fluges entlang der Flugroute R4 führt die Drohne 300 ebenfalls Verfahren zur Hinderniserkennung und Kollisionsvermeidung durch. Fig. 5 shows an altitude profile of the flight path R4 of the drone 300 launched from the drone station D4 on its way to the fire site BH. The drone 300 launches from the drone station D4 in the wooded area W and flies in the section R4a in the Flight altitude H1 below the treetops. In the area of road R, drone 300 changes its flight altitude from H1 to H3 and flies in section R4b within the wooded area W at an altitude H3 above the treetops. In the area of stream B, drone 300 changes its flight altitude from H3 to H1 and flies in section R4c within the wooded area W at an altitude H1 below the treetops to the fire source BH. During its flight along flight path R4, drone 300 also performs obstacle detection and collision avoidance procedures.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D5, die auf drei unterschiedlichen Flugrouten 5.1 , 5.2, 5.3 (Fig. 6) zum Brandherd BH fliegt. Die Drohne 300 startet aus der Drohnenstation D5 im bewaldeten Bereich W. Auf der Flugroute R5.1 (Fig. 7 a) fliegt die Drohne 300 im Teilabschnitt R5.1a im bewaldeten Bereich W in der Flughöhe H1 unterhalb der Baumkrone. Im Bereich der Straße R ändert die Drohne 300 ihre Flughöhe von H1 auf H2 und fliegt im Teilabschnitt R5.1b in der Höhe H2 in Höhe der Baumkrone. Ebenfalls im Bereich der Straße R ändert die Drohne 300 ihre Flughöhe von H2 auf H1 und fliegt im Teilabschnitt R5.1c in der Höhe H1 bis zum Brandherd BH. Fig. 6 and Fig. 7 show an embodiment of the drone 300 launched from the drone station D5, which flies on three different flight routes 5.1, 5.2, 5.3 (Fig. 6) to the fire source BH. The drone 300 launches from the drone station D5 in the wooded area W. On the flight route R5.1 (Fig. 7 a), the drone 300 flies in the sub-section R5.1a in the wooded area W at a flight altitude H1 below the treetops. In the area of the road R, the drone 300 changes its flight altitude from H1 to H2 and flies in the sub-section R5.1b at a height H2 at the height of the treetops. Also in the area of the road R, the drone 300 changes its flight altitude from H2 to H1 and flies in the sub-section R5.1c at a height H1 to the fire source BH.
Auf der Flugroute R5.2 (Fig. 7 b) fliegt die Drohne 300 im T eilabschnitt R5.2a im bewaldeten Bereich W in der Flughöhe H1 unterhalb der Baumkrone. Im Bereich der Straße R ändert die Drohne 300 ihre Flughöhe von H1 auf H3 und fliegt im Teilabschnitt R5.2b in der Höhe H3 oberhalb der Baumkrone. Im Bereich der Lichtung L ändert die Drohne 300 ihre Flughöhe von H1 auf H1 und fliegt im Teilabschnitt R5.2c in der Höhe H1 unterhalb der Baumkrone bis zum Brandherd BH. On flight route R5.2 (Fig. 7 b), drone 300 flies in section R5.2a in the wooded area W at altitude H1 below the treetops. In the area of road R, drone 300 changes its altitude from H1 to H3 and flies in section R5.2b at altitude H3 above the treetops. In the area of clearing L, drone 300 changes its altitude from H1 to H1 and flies in section R5.2c at altitude H1 below the treetops to the fire source BH.
Auf der Flugroute R5.3 (Fig. 7 c) fliegt die Drohne 300 im Teilabschnitt R5.3a im bewaldeten Bereich W in der Flughöhe H1 unterhalb der Baumkrone. Im Bereich der Straße R ändert die Drohne 300 ihre Flughöhe von H1 auf H3 und fliegt im Teilabschnitt R5.3b sowohl über der Straße R als auch über dem bewaldeten Gebiet W in der Höhe H3 oberhalb der Baumkrone. Die Drohne 300 ändert ihre Flughöhe im Bereich der Straße R von H3 auf H1 und fliegt im Teilabschnitt R5.3c in der Höhe H1 unterhalb der Baumkrone bis zum Brandherd BH. Die Annäherung der Drohne 300 an den Brandherd BH erfolgt auf den letzten 0,5%, bevorzugt auf den letzten 1 %, besonders bevorzugt auf den letzten 5% und insbesondere bevorzugt auf den letzten 10% der Wegstrecke der Flugroute unterhalb der Baumkrone des Waldes W. Am Brandherd BH angekommen, erfolgt eine autonome Brandbekämpfung des Brandherdes BH durch die Drohne 300. On flight route R5.3 (Fig. 7 c), drone 300 flies in section R5.3a in the wooded area W at altitude H1 below the treetops. In the area of road R, drone 300 changes its altitude from H1 to H3 and flies in section R5.3b both above road R and above the wooded area W at altitude H3 above the treetops. Drone 300 changes its altitude in the area of road R from H3 to H1 and flies in section R5.3c at altitude H1 below the treetops to the fire source BH. The drone 300 approaches the fire source BH in the last 0.5%, preferably in the last 1%, particularly preferably in the last 5%, and especially preferably in the last 10% of the flight path below the treetop of the forest W. Once it arrives at the fire source BH, the drone 300 autonomously extinguishes the fire source BH.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystems 1 angeordnet in der bereits beschriebenen Umgebung zeigt Fig. 8. Ein Netzwerk von acht Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 ist im und um das Waldgebiet W angeordnet, wobei die Drohnenstationen D1 , D3, D7, D8 im unbewaldeten Bereich P und die Drohnenstationen D2, D4, D5, D6 im Waldgebiet W angeordnet sind (s. Fig. 3). Jede Drohnenstation Dn weist eine Drohne 300 auf. Zusätzlich ist in dem unbewaldeten Bereich P eine Drohnenstation MD mit ebenfalls einer Drohne 300 angeordnet. Die Flugrouten Rn zu dem Brandherd BH der aus allen Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 gestarteten Drohnen 300 sind in einem früheren Ausführungsbeispiel beschrieben (s. Fig. 3). Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation MD ist eine Master-Drohne 300, die im Gegensatz zu den aus den Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 gestarteten Drohnen 300 auf einer Flugroute Rn zum Brandherd BH fliegt, die außer beim Startvorgang aus der Drohnenstation MD selbst nicht unterhalb der Baumkrone des Waldes W fliegt, sondern oberhalb der Baumkrone (s. Fig. 9). An advantageous embodiment of a forest fire early detection and/or fire fighting system 1 according to the invention arranged in the environment already described is shown in Fig. 8. A network of eight drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 is arranged in and around the forest area W, wherein the drone stations D1, D3, D7, D8 are arranged in the unforested area P and the drone stations D2, D4, D5, D6 are arranged in the forest area W (see Fig. 3). Each drone station Dn has a drone 300. In addition, a drone station MD, also with a drone 300, is arranged in the unforested area P. The flight routes Rn to the fire source BH of the drones 300 launched from all drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 are described in an earlier embodiment (see Fig. 3). The drone 300 launched from the drone station MD is a master drone 300 which, in contrast to the drones 300 launched from the drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, flies on a flight route Rn to the fire source BH, which, except during the takeoff process from the drone station MD itself, does not fly below the treetop of the forest W, but above the treetop (see Fig. 9).
Die Master-Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation MD führt selbst keine Brandbekämpfung durch, sondern lokalisiert den Brandherd BH, indem sie in sicherer Höhe über dem Brandherd BH schwebt. Zusätzlich ist sie mit allen weiteren Drohnen 300 gestartet aus den Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 sowie mit den Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 selbst verbunden. Bei Ankunft am Brandherd BH lokalisiert die Master-Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation MD den Brandherd BH autonom mit einer Genauigkeit von weniger als 1 m. Abhängig von der Ausdehnung des Brandherdes BH wird die Brandbekämpfung des Brandherdes BH durch die aus den Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 gestarteten Drohnen 300 mittels der Master-Drohne 300 koordiniert. Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Flugroute der Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation MD im Vergleich zur Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D5 auf der Flugroute R2 (s. Fig. 7 b) zu vier unterschiedlichen Zeitpunkten t1 , t2, t3, t4. Dabei wird angenommen, dass die mittlere Fluggeschwindigkeit einer Drohne 300 in einer Höhe H1 unterhalb der Baumkrone 14 der mittleren Fluggeschwindigkeit einer Drohne 300 in einer Höhe H3 oberhalb der Baumkrone beträgt. In einer Höhe H1 unterhalb der Baumkrone führt die Drohne 300 Verfahren zur Hinderniserkennung und Ausweichmanöver z.B. um den Bewuchs (Bäume) durch, während in einer Höhe H3 oberhalb der Baumkrone die Drohne 300 zwar ebenfalls Verfahren zur Hinderniserkennung ausführt, aber aufgrund des Fehlens von Hindernissen, z.B. Bäumen, keine Ausweichmanöver durchführt und daher auf ihrer Flugroute keine Ausweichmanöver ausführt. The master drone 300 launched from drone station MD does not carry out any fire fighting itself, but locates the source of the fire BH by hovering at a safe height above the source of the fire BH. In addition, it is connected to all other drones 300 launched from drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 as well as to drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 themselves. Upon arrival at the source of the fire BH, the master drone 300 launched from drone station MD autonomously locates the source of the fire BH with an accuracy of less than 1 m. Depending on the extent of the source of the fire BH, the fire fighting of the source of the fire BH is coordinated by the drones 300 launched from drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 using the master drone 300. Fig. 9 shows an embodiment of the flight route of the drone 300 launched from the drone station MD in comparison to the drone 300 launched from the drone station D5 on the flight route R2 (see Fig. 7 b) at four different times t1, t2, t3, t4. It is assumed that the average flight speed of a drone 300 at an altitude H1 below the treetop is 14 of the average flight speed of a drone 300 at an altitude H3 above the treetop. At an altitude H1 below the treetop, the drone 300 carries out methods for obstacle detection and evasive maneuvers, e.g. around the vegetation (trees), whereas at an altitude H3 above the treetop, the drone 300 also carries out methods for obstacle detection, but due to the lack of obstacles, e.g. trees, does not carry out any evasive maneuvers and therefore does not carry out any evasive maneuvers on its flight route.
Zum ersten Zeitpunkt t1 ist die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation MD im nicht bewaldeten Bereich P gerade gestartet und hat ihre Höhe H3 oberhalb der Baumkrone erreicht (Fig. 9 a). Zum gleichen Zeitpunkt t1 ist die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D5 im bewaldeten Bereich W ebenfalls gerade gestartet und hat eine Höhe H1 unterhalb der Baumkrone erreicht (Fig. 9 b). At the first time t1, drone 300 has just taken off from drone station MD in the non-forested area P and has reached its altitude H3 above the treetop (Fig. 9 a). At the same time t1, drone 300 has also just taken off from drone station D5 in the forested area W and has reached an altitude H1 below the treetop (Fig. 9 b).
Zu dem gegenüber dem Zeitpunkt t1 späteren Zeitpunkt t2 hat die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation MD in der Höhe H3 ca. % ihrer Wegstrecke auf ihrer Flugroute Rn zum Brandherd BH zurückgelegt (Fig. 9 c). Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D5 hat erst ca. 14 ihrer Wegstrecke zum Brandherd BH zurückgelegt, den Bereich der Straße R erreicht und ändert ihre Flughöhe von H1 auf H3 (Fig. 9 d). At time t2, which is later than time t1, drone 300, launched from drone station MD at altitude H3, has covered approximately 1% of its flight path Rn to fire source BH (Fig. 9 c). Drone 300, launched from drone station D5, has only covered approximately 14% of its flight path to fire source BH, reached the area of road R, and changed its flight altitude from H1 to H3 (Fig. 9 d).
Zu dem gegenüber dem Zeitpunkt t2 späteren Zeitpunkt t3 hat die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation MD in der Höhe H3 den Brandherd BH erreicht (Fig. 9 e) und eine Position oberhalb des Brandherdes BH in der Höhe H3 eingenommen. Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation MD ist am Brandherd BH eingetroffen und lokalisiert den Brandherd BH. Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D5 hat erst ca. % ihrer Wegstrecke zum Brandherd BH zurückgelegt (Fig. 9 f). At time t3, which is later than time t2, drone 300, launched from drone station MD, has reached fire source BH at altitude H3 (Fig. 9 e) and assumed a position above fire source BH at altitude H3. Drone 300, launched from drone station MD, has arrived at fire source BH and located fire source BH. Drone 300, launched from drone station D5, has only completed approximately 1/2 of its route to fire source BH (Fig. 9 f).
Zu dem gegenüber dem Zeitpunkt t3 späteren Zeitpunkt t4 hat die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation MD weiterhin in der Höhe H3 eine Position oberhalb des Brandherdes BH eingenommen (Fig. 9 g) und lokalisiert weiterhin den Brandherd BH. Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D5 hat ebenfalls an dem Brandherd BH in der Höhe H1 erreicht (Fig. 9 h) und beginnt mit dem Löschvorgang. Die Drohne 300 gestartet aus der Drohnenstation D5 hat dabei über der Lichtung L die Höhe von H3 auf H1 geändert. At time t4, which is later than time t3, the drone 300 has started from the drone station MD and is still at height H3 in a position above the The drone 300, launched from drone station D5, has also reached the fire source BH at altitude H1 (Fig. 9 h) and is beginning the extinguishing process. The drone 300, launched from drone station D5, has changed altitude from H3 to H1 over clearing L.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungs- und/oder - bekämpfungssystem 1 , angeordnet in einem zu überwachenden Wald W, zeigt Fig. 10. Das Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystem 1 weist ein Mesh-Gateway- Netzwerk 10 auf, das die Technologie eines LoRaWAN-Netzwerks nutzt. Das LoRaWAN- Netzwerk 10 weist eine sternförmige Architektur auf, in der mittels Gateways G Nachrichtenpakete zwischen den Endgeräten ED und einem zentralen Internetnetzwerkserver NS ausgetauscht werden. Ein Endgerät ED weist ein Sensorarray zur Gasanalyse und zur Erfassung der Temperatur der Gase auf, mit dem ein Waldbrand und/oder ein Brandherd detektiert werden kann. Fig. 10 shows an embodiment of a forest fire early detection and/or suppression system 1 according to the invention, arranged in a forest W to be monitored. The forest fire early detection and/or suppression system 1 has a mesh gateway network 10 that uses the technology of a LoRaWAN network. The LoRaWAN network 10 has a star-shaped architecture in which message packets are exchanged between the terminal devices ED and a central internet network server NS via gateways G. A terminal device ED has a sensor array for gas analysis and for recording the temperature of the gases, with which a forest fire and/or a fire source can be detected.
Das Mesh-Gateway-Netzwerk 10 weist eine Vielzahl von Endgeräten ED auf, die über eine Single-Hop-Verbindung FSK mit Gateways G verbunden sind. Die Gateways G sind üblicherweise Mesh-Gateways. Die Mesh-Gateways G sind untereinander verbunden sowie teilweise mit Grenz-Gateways G. Die Grenz-Gateways G sind mit dem Internetnetzwerkserver NS verbunden, entweder über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP. The mesh gateway network 10 comprises a plurality of end devices ED connected to gateways G via a single-hop connection FSK. The gateways G are typically mesh gateways. The mesh gateways G are interconnected and, in some cases, connected to border gateways G. The border gateways G are connected to the internet network server NS, either via a wired connection WN or via a wireless connection using the Internet Protocol IP.
Der Brandherd BH wird mittels einer ersten Lokalisierung lokalisiert. Die erste Lokalisierung erfolgt autonom mit den Brandherd BH detektierenden Endgeräten ED, m.a.W die Position des Endgerätes ED, das den Waldbrand detektiert, markiert den Ort des Brandherdes BH. Außerdem erfolgt die Lokalisierung mittels einer Mehrzahl an Endgeräten ED: Eine Mehrzahl Endgeräte ED detektieren jeweils ein Signal, deren Quelle die durch den Waldbrand erzeugten Gase sind. Die Signale sind enthalten Positionsdaten des Brandherdes BH und werden über das Mesh-Gateway-Netzwerk 10 an den Netzwerk- Server NS weitergeleitet. Der Netzwerk-Server NS ist über eine drahtlose Verbindung mit den Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 verbunden, wobei jede Drohnenstation D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 jeweils eine Drohne 300 in Parkposition aufweist. Die Positionsdaten des Brandherdes BH werden vom Netzwerk-Server NS an die Drohnenstationen D1 , D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 gesandt, die im und um den Wald W herum unterhalb der Baumkrone des Waldes W verteilt angeordnet sind. The fire source BH is located using an initial localization. The initial localization is performed autonomously by the ED devices detecting the fire source BH. In other words, the position of the ED device detecting the forest fire marks the location of the fire source BH. Furthermore, the localization is performed using a plurality of ED devices: A plurality of ED devices each detects a signal whose source is the gases generated by the forest fire. The signals contain position data of the fire source BH and are forwarded to the network server NS via the mesh gateway network 10. The network server NS is connected via a wireless connection to the drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, whereby each drone station D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 has a drone 300 in a parked position. The position data of the fire source BH are sent from the network server NS to the drone stations D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, which are distributed in and around the forest W below the treetops of the forest W.
Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drohne 300 zur Waldbrandfrüherkennung und/oder -bekämpfung. Die Drohne 300 ist als autonome flugfähige Drohne ausgeführt und weist dazu eine Antriebseinheit 320 mit einer Mehrzahl an von Motoren 321 angetriebenen Rotoren 322 auf. Die Motoren 321 sind üblicherweise Elektromotoren und werden durch einen wiederaufladbaren Energiespeicher (Akku) mit Energie versorgt. Durch Verschwenken der Rotoren 322 und Variation der Drehzahl der die einzelnen Motoren 321 wird die Drohne 300 gelenkt. Fig. 11 shows an embodiment of a drone 300 according to the invention for early detection and/or suppression of forest fires. The drone 300 is designed as an autonomously flight-capable drone and, for this purpose, has a drive unit 320 with a plurality of rotors 322 driven by motors 321. The motors 321 are typically electric motors and are powered by a rechargeable energy storage device (battery). The drone 300 is steered by pivoting the rotors 322 and varying the speed of the individual motors 321.
Zur Lokalisierung eines Brandherdes BH weist die Drohne 300 einen ersten Waldbranddetektionssensor S1 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel vier Sensoren S1.1 , S1.2, S1.3, S1.4 aufweist. Die Sensoren S1.1 , S1.2, S1.3, S1.4 sind an vier unterschiedlichen Positionen an der Unterseite der Drohne 300 angeordnet. Die vier Sensoren S1.1 , S1.2, S1.3, S1.4 sind jeweils baugleiche Infrarot-Kameras zur Erfassung der Wärme des Brandherdes BH. Zusätzlich weist die Waldbranddetektionseinheit 300 in diesem Ausführungsbeispiel einen weiteren zweiten Waldbranddetektionssensor S2 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls vier Sensoren S2.1 , S2.2, S2.3, S2.4 aufweist. Die vier Sensoren S2.1 , S2.2, S2.3, S2.4 sind Gassensoren, die ebenfalls an unterschiedlichen Positionen an der Drohne 300 angeordnet sind. To locate a fire source BH, the drone 300 has a first forest fire detection sensor S1, which in this exemplary embodiment has four sensors S1.1, S1.2, S1.3, S1.4. The sensors S1.1, S1.2, S1.3, S1.4 are arranged at four different positions on the underside of the drone 300. The four sensors S1.1, S1.2, S1.3, S1.4 are each identically constructed infrared cameras for detecting the heat of the fire source BH. In addition, the forest fire detection unit 300 in this exemplary embodiment has a further second forest fire detection sensor S2, which in this exemplary embodiment also has four sensors S2.1, S2.2, S2.3, S2.4. The four sensors S2.1, S2.2, S2.3, S2.4 are gas sensors, which are also arranged at different positions on the drone 300.
Zur Detektion und Bestimmung der Ausdehnung und Position eines Brandherdes BH weist die Drohne 300 die Löscheinheit 310 auf, die die Löschmittelaufnahme 311 zur Aufnahme des Löschmittels 313 aufweist. Mittels der Löschmittelabwurfvorrichtung 312 kann das Löschmittel 313 zur Löschung eines Brandherdes BH abgeworfen werden. To detect and determine the extent and position of a fire source BH, the drone 300 has the extinguishing unit 310, which has the extinguishing agent receptacle 311 for receiving the extinguishing agent 313. The extinguishing agent 313 can be released to extinguish a fire source BH using the extinguishing agent ejection device 312.
Das Löschmittel 313 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Schaumlöschmittel, das in eine Mehrzahl an abwerfbaren Behältern gefüllt ist. Ein oder mehrere Behälter werden durch die Drohne 300 zur Bekämpfung des Brandherdes BH auf den Brandherd BH abgeworfen, aufgrund der Hitzeentwicklung platzt die Kunststoffwandung des Behälters und das Löschmittel 313 wird appliziert. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von wassergefüllten Behältern. Alternativ kann die Drohne 300 eine Akustik-Kanone als Löschmittel 313 aufweisen, die mittels der durch den Schalldruck auftretenden Luftdruckschwankungen einen Brandherd bekämpft. Die Schallwellen mit einer Frequenz von 30 bis 60 Hz lösen mechanische Vibrationen in der Umgebung des Brandherdes BH aus, die sowohl den brennenden Stoff als auch die Sauerstoffzufuhr beeinflussen. Die Löschung mittels einer Akustik-Kanone ist besonders nachhaltig, erzeugt während der Löschung keinerlei Abfall, benötigt kein Wasser oder evtl, für einen Waldboden problematische Chemikalien und kann so lange durchgeführt werden, wie der Energiespeicher der Drohne 300 über Energie verfügt. The extinguishing agent 313 in this embodiment is a foam extinguishing agent that is filled into a plurality of disposable containers. One or more containers are Drone 300 is dropped onto the fire BH to extinguish the fire. Due to the heat generated, the plastic wall of the container bursts, and the extinguishing agent 313 is applied. Another option is the use of water-filled containers. Alternatively, the drone 300 can be equipped with an acoustic cannon as the extinguishing agent 313, which extinguishes the fire using the air pressure fluctuations caused by the sound pressure. The sound waves, with a frequency of 30 to 60 Hz, trigger mechanical vibrations in the area surrounding the fire BH, which affect both the burning material and the oxygen supply. Extinguishing the fire using an acoustic cannon is particularly sustainable, produces no waste during extinguishing, requires no water or chemicals that might be harmful to forest soil, and can be carried out as long as the drone 300's energy storage system has power.
Die erfindungsgemäße Drohne 300 weist außerdem einen Navigationssensor 350 auf, der Objekte in der Umgebung der Drohne 300 erfasst. Der Navigationssensor 350 weist einen oder eine Mehrzahl von Kameras und/oder auf Laufzeitmessung basierende Sensoren (z.B. Radar, Ultraschall, Lidar) auf, die Hindernisse auf dem Flug der Drohne 300 erkennt. Die Hindernisse werden von der in der Drohne 300 angeordneten Navigationseinheit 360 derart erfasst, erkannt und analysiert, dass die Drohne 300 während ihres Fluges den Hindernissen automatisch ausweicht. Alle genannten Komponenten sind mit einer Navigationseinheit 360 der Drohne 300 verbunden und werden durch die Navigationseinheit 360 gesteuert. The drone 300 according to the invention also has a navigation sensor 350 that detects objects in the environment of the drone 300. The navigation sensor 350 has one or a plurality of cameras and/or time-of-flight-based sensors (e.g., radar, ultrasound, lidar) that detect obstacles during the flight of the drone 300. The obstacles are detected, recognized, and analyzed by the navigation unit 360 arranged in the drone 300 such that the drone 300 automatically avoids the obstacles during its flight. All of these components are connected to a navigation unit 360 of the drone 300 and controlled by the navigation unit 360.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE SYMBOLS
1 Waldbrandfrüherkennungs- und/oder -bekämpfungssystem1 forest fire early detection and/or suppression system
10 LoRaWAN-Mesh-Gateway-Netzwerk 10 LoRaWAN mesh gateway network
ED Endgerät / Vorrichtung zur Früherkennung eines WaldbrandesED terminal / device for early detection of a forest fire
G Gateway G Gateway
NS Internet-Netzwerk-Server NS Internet Network Server
IP Internetprotokoll IP Internet Protocol
MHF Multi-Hop-Funknetzwerk MHF multi-hop radio network
FSK FSK-Modulation FSK FSK modulation
WN Drahtgebundene Verbindung WN Wired connection
300 Drohne 300 drones
310 Löscheinheit 310 extinguishing unit
311 Aufnahme 311 recording
312 Lösbare Verbindung 312 Detachable connection
313 Löschmittel 313 extinguishing agents
320 Flugantrieb/Antriebseinheit 320 Flight propulsion/propulsion unit
321 Motor 321 engine
322 Rotor 322 Rotor
330 Erster Sensor 330 First Sensor
340 Zweiter Sensor 340 Second Sensor
350 Navigationssensor 350 navigation sensor
360 Navigationseinheit 360 navigation unit
51, S1.1, S1.2, 51.3, Erster Sensor 51, S1.1, S1.2, 51.3, First Sensor
S1.4 S1.4
52, S2.1, S2.2, 52.3, Zweiter Sensor 52, S2.1, S2.2, 52.3, Second Sensor
S2.4 S2.4
53, S3.1, S3.2, 53.3, Dritter Sensor 53, S3.1, S3.2, 53.3, Third Sensor
S3.4 S3.4
H Höhe H Height
H1, H2, H3 1., 2.3. Höhe Ko Obere Grenze der Baumkrone H1, H2, H3 1st, 2nd, 3rd height Ko Upper limit of the tree crown
Ku Untere Grenze der Baumkrone tn n-ter Zeitpunkt Ku Lower limit of the tree crown tn nth time point
BH Brandherd BH fire source
W Waldgebiet W forest area
L Lichtung L Clearing
R Straße R Street
B Bach B Bach
S See S Lake
P Nichtbewaldetes Gebiet / Ebene P Non-forested area / plain
Dn Drohnenstation The drone station
Rn Flugroute Rn flight route
Rna, Rnb, Rnc Teilabschnitt einer Flugroute Rna, Rnb, Rnc section of a flight route
R5.na, R5.nb, R5.nc Teilabschnitt der n-ten Alternativflugroute der fünften Flugroute bzw. Teilabschnitt der fünften Flugroute zum Zeitpunkt tn R5.na, R5.nb, R5.nc: Section of the nth alternative flight route of the fifth flight route or section of the fifth flight route at time tn
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024109040.5 | 2024-03-28 | ||
| DE102024109040.5A DE102024109040A1 (en) | 2024-03-28 | 2024-03-28 | Method and device for forest fire fighting and/or early forest fire detection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025202294A1 true WO2025202294A1 (en) | 2025-10-02 |
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ID=95211737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2025/058285 Pending WO2025202294A1 (en) | 2024-03-28 | 2025-03-26 | Method and device for forest fire fighting and/or forest fire early detection |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102024109040A1 (en) |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6364026B1 (en) * | 1998-04-01 | 2002-04-02 | Irving Doshay | Robotic fire protection system |
-
2024
- 2024-03-28 DE DE102024109040.5A patent/DE102024109040A1/en active Pending
-
2025
- 2025-03-26 WO PCT/EP2025/058285 patent/WO2025202294A1/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6364026B1 (en) * | 1998-04-01 | 2002-04-02 | Irving Doshay | Robotic fire protection system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| VANDAPEL N ET AL: "Planning 3-D Path Networks in Unstructured Environments", ROBOTICS AND AUTOMATION, 2005. PROCEEDINGS OF THE 2005 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON BARCELONA, SPAIN 18-22 APRIL 2005, PISCATAWAY, NJ, USA,IEEE, 18 April 2005 (2005-04-18), pages 4624 - 4629, XP010875438, ISBN: 978-0-7803-8914-4, DOI: 10.1109/ROBOT.2005.1570833 * |
Also Published As
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|---|---|
| DE102024109040A1 (en) | 2025-10-02 |
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Legal Events
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