Forschungsvorhaben: Drohnen-basierte Raman-Multigas-Sensorik für gesunde Umwelt und gesundes Leben (RaMon) (2025/aktuell)

Seit dem 01. Juli 2025 läuft das Forschungsvorhaben, das gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. (IPHT) bearbeitet wird.

Ziel ist die Integration eines am IPHT entwickelten Raman-spektroskopischen Gasmesssystems (RSG) in ein unbemanntes Flugsystem zur präzisen Erfassung und Analyse räumlicher Gasverteilungen. Die Integration der Sensorik in die Drohne wird von ThINK übernommen. Dabei stehen nicht nur die technische Integration und Datenübertragung im Fokus, sondern auch Aspekte wie Flugstabilität, aerodynamische Effekte und die Einhaltung luftfahrtrechtlicher Vorgaben. Der Vorteil der Ramanspektroskopie ist, dass sie breitbandig misst und sich so neben den bekannten Gefahrstoffen auch nicht erwartete Begleitgase identifizieren und räumlich verfolgen lassen.

Das System soll Echtzeit-Messungen (Real Time Modus) verschiedener Gaskonzentrationen ermöglichen und diese über die Bodenstation der Drohne visualisieren. Zur Umsetzung werden vorhandene Drohnen-Schnittstellen zur Übertragung und Darstellung von Sensordaten in der Drohnensteuerungssoftware genutzt und bei Bedarf eigene Schnittstellen entwickelt, um die Kommunikation zwischen Sensor, Drohne und Bodenstation sicherzustellen. Die Echtzeitdaten sollen zudem über einen cloudbasierten Dienst browserbasiert abrufbar sein. Die Ergebnisse sollen dort nutzerfreundlich in 2D- und 3D-Visualisierungen (Heatmaps) dargestellt werden.

Ein typischer Anwendungseinsatz ist der Katastrophenschutz bei Industrie- und Waldbränden oder Havarien im Zusammenhang mit Gefahrgut. Der Einsatz einer frei im Raum beweglichen RSG-Drohne ermöglicht eine schnellere und gezieltere Reaktion der Einsatzkräfte (BOS). Ein weiterer Anwendungsfall kann in der Überwachung von Industrieanlangen oder Pipelines liegen, beispielsweise für Anlagen der künftigen Wasserstoffinfrastruktur oder in der Überwachung von Emissionen im Verkehr.

In einem fortgeschrittenen Entwicklungsstand soll das System durch Feldversuche zur Gasmessung erprobt werden. Daraus ergeben sich wichtige Hinweise z.B. zur optimalen Sensorpositionierung und zur technischen Auslegung des Systems. Auf Grundlage erhobener Daten werden verschiedene Verfahren zur Interpolation und Modellierung der Gaskonzentrationen getestet und in unterschiedlichen Einsatzszenarien sowie für verschiedene Gase hinsichtlich Genauigkeit und Robustheit bewertet.

Seit dem 01. Juli 2025 läuft das Forschungsvorhaben, das gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. (IPHT) bearbeitet wird.

Ziel ist die Integration eines am IPHT entwickelten Raman-spektroskopischen Gasmesssystems (RSG) in ein unbemanntes Flugsystem zur präzisen Erfassung und Analyse räumlicher Gasverteilungen. Die Integration der Sensorik in die Drohne wird von ThINK übernommen. Dabei stehen nicht nur die technische Integration und Datenübertragung im Fokus, sondern auch Aspekte wie Flugstabilität, aerodynamische Effekte und die Einhaltung luftfahrtrechtlicher Vorgaben. Der Vorteil der Ramanspektroskopie ist, dass sie breitbandig misst und sich so neben den bekannten Gefahrstoffen auch nicht erwartete Begleitgase identifizieren und räumlich verfolgen lassen.

Das System soll Echtzeit-Messungen (Real Time Modus) verschiedener Gaskonzentrationen ermöglichen und diese über die Bodenstation der Drohne visualisieren. Zur Umsetzung werden vorhandene Drohnen-Schnittstellen zur Übertragung und Darstellung von Sensordaten in der Drohnensteuerungssoftware genutzt und bei Bedarf eigene Schnittstellen entwickelt, um die Kommunikation zwischen Sensor, Drohne und Bodenstation sicherzustellen. Die Echtzeitdaten sollen zudem über einen cloudbasierten Dienst browserbasiert abrufbar sein. Die Ergebnisse sollen dort nutzerfreundlich in 2D- und 3D-Visualisierungen (Heatmaps) dargestellt werden.

Ein typischer Anwendungseinsatz ist der Katastrophenschutz bei Industrie- und Waldbränden oder Havarien im Zusammenhang mit Gefahrgut. Der Einsatz einer frei im Raum beweglichen RSG-Drohne ermöglicht eine schnellere und gezieltere Reaktion der Einsatzkräfte (BOS). Ein weiterer Anwendungsfall kann in der Überwachung von Industrieanlangen oder Pipelines liegen, beispielsweise für Anlagen der künftigen Wasserstoffinfrastruktur oder in der Überwachung von Emissionen im Verkehr.

In einem fortgeschrittenen Entwicklungsstand soll das System durch Feldversuche zur Gasmessung erprobt werden. Daraus ergeben sich wichtige Hinweise z.B. zur optimalen Sensorpositionierung und zur technischen Auslegung des Systems. Auf Grundlage erhobener Daten werden verschiedene Verfahren zur Interpolation und Modellierung der Gaskonzentrationen getestet und in unterschiedlichen Einsatzszenarien sowie für verschiedene Gase hinsichtlich Genauigkeit und Robustheit bewertet.