#15 Die Scoutdrohne des 5G NortNet Projekts

veröffentlicht am 24.01.2024; Autorinnen: Nora-Sophie Eichhorn und Francesca Villa

Abbildung 1: Scoutdrohne. Foto: Archiv.

In einer Welt, die von ständigen technologischen Fortschritten geprägt ist, stellt das 5G NortNet Projekt den Use Case Scoutdrohne vor. Diese umgerüstete Drohne hat das Potenzial, die Art und Weise, wie wir Daten sammeln und Informationen austauschen, effizienter zu gestalten. In diesem Blogbeitrag werfen wir einen näheren Blick auf die Scoutdrohne und ihre Rolle im 5G NortNet Projekt.

Dieses Projekt ist Teil der fünften Generation der drahtlosen Kommunikationstechnologie, des sogenannten 5G-Netzwerks. Mit unglaublichen Geschwindigkeiten und niedrigen Latenzen verspricht 5G eine Revolution in der Art und Weise, wie Geräte (Traktoren und Drohnen) miteinander kommunizieren.

Das NortNet Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, 5G-Technologie in unterschiedlichen Landwirtschaftlichen Bereichen anzuwenden, von der Telekommunikation über das Internet der Dinge (IoT) bis hin zur Datenerfassung und -übertragung in Echtzeit. Die Scoutdrohne ist dabei ein Cloud Computing, für die gesammelten Daten zu nutzen, diese zu verrechnen und weiterzugeben.

Die Scoutdrohne: Ein Meisterwerk der Technik

Die Scoutdrohne ist nicht nur ein gewöhnliches Flugobjekt. Sie wurde speziell entwickelt, um in Verbindung mit dem 5G NortNet Netzwerk zu arbeiten und somit eine beeindruckende Leistungsfähigkeit zu bieten. Hier sind einige der Schlüsselfunktionen, die die Scoutdrohne so einzigartig machen:

1. 5G-Konnektivität: Die Drohne ist mit einem leistungsstarken 5G-Modul ausgestattet, das eine blitzschnelle Kommunikation ermöglicht. Dadurch kann die Drohne in Echtzeit hochauflösende Daten übertragen, was in verschiedenen Szenarien von hohem Wert ist.
2. Vielseitige Anwendungen: Von der Überwachung und Kartierung von Unkraut auf den Feldern bis hin zur Unterstützung von Erfassung von Wildtieren – die Scoutdrohne ist äußerst vielseitig einsetzbar. Durch ihre Fähigkeit, präzise und umfassende Daten zu sammeln, eröffnet sie viele Möglichkeiten für verschiedene Anwendungen.

Allgemeine Erläuterung der Konfiguration der Scoutdrohne

Unsere anfängliche Drohne bestand aus einem Onboardcomputer, einem RaspberryPi 4, auf dem alle DJI-Anwendungen (OSDK, die Bordcomputer-Software, und PSDK, die Nutzlast-Software) installiert waren und an dem das Modem mit der 5G fähigen Vodafone-Simkarte angeschlossen war. Die Verbindung zur Drohne wurde durch den DJI E-Port hergestellt: ein Chip mit Verbindung zur Drohne, um den RaspberryPi mit Strom zu versorgen und Daten zu übertragen. Der Bordcomputer hat eine weitere Verbindung zur Payload: Die Komponenten der Payload sind die Kamera und die Adapterplatine für die PSDK-Anwendung. Die Payload ist über die DJI X-Port Komponente mit der Drohne verbunden.

Was sich in unserem Setup geändert hat, ist dass wir zusätzlich ein Nighthawk Modem mit externem Akku nutzen. Der Grund hierfür ist, dass der Ethernet-Ausgang des RaspberryPi nicht in der Lage ist, die 5G-Verbindung an die andere Komponente der Drohne zu übertragen. Die Drohne ist hierdurch etwas schwerer, aber die Verbindung ist einfacher herstellbar.

Schwierigkeiten mit der Scoutdrohne und 5G NortNet

Durch Lieferschwierigkeiten in der Drohnenindustrie und Engpässen von Komponenten, stieg die Herausforderung ein komplett neues System der Real-time Datenprozessierung auf eine am Markt verfügbare Drohne zu installieren.

Der Aufbau des Demonstrators stellte uns vor viele technische Soft- sowie Hardware Probleme. Hardwareseitig ist zum Beispiel ein Problem, dass wir auf die Nutzung eines Gimbals angewiesen sind, aber die Datenverbindung der Payload kabelgebunden ist. Bei der Initialisierung des Gimbals dreht sich die Kamera über alle Achsen, sodass die Kabel abzureißen drohen.

Außerdem hatten wir bei der Anbindung der Cloud unterschiedliche Firewall- Richtlinien zu beachten die uns das einloggen über die App erschwerten.

Die RGB-Kamera: Konfiguration und aktuelle Probleme

Die eigentlichen Komponenten unserer RGB Payload sind: der RaspberryPi als Bordcomputer mit installiertem PSDK, der über ein USBA-zu-USBA-Kabel mit dem UART-Anschluss des Payload SDK Adapterboards verbunden ist. An den zweiten UART des Adapterboards wird die Kamera Sony RX1RII angeschlossen. Das Adapterboard ist dann mit der Scoutdrohne durch die X-Port DJI Komponente verbunden, die an einem 3D gedruckten Container für Kamera und Adapterboard befestigt ist.

In der kommenden Saison werden wir testen, ob die Kamera auf sich allein gestellt sein sollte um mögliche Probleme mit dem Adapterboard zu umgehen, da die Verbindung instabil zu sein scheint: eine mögliche Lösung wäre, dass die Kamera über ihre eigene Antenne und nicht über ein Kabel mit dem WLAN verbunden ist. In diesem Fall wäre die einzige Funktion der Nutzlastanwendung die Steuerung des Gimbals. Wenn die Bilder der Kamera nicht den Umweg über das Adapterboard nehmen müssen, ist auch eine schnellere Datenerfassung in einer Cloud möglich.

DJI API-Cloud und Third-Party-Cloud-Komponente mit Live-Stream-Datenübertragung

Was die API-Cloud betrifft, hatten wir anfängliche Probleme mit der Anmeldung bei der vorgefertigten DJI Cloud-Anwendung. Die nächste Herausforderung besteht darin, eine Verbindung zwischen der DJI-App und unserer Cloud herzustellen. Ein weiterer Teil der Herausforderung sind die Live-Stream-Daten, die in der DJI-App installiert werden müssen, aber dann automatisch in die Cloud hochgeladen werden. Dieser Prozess wäre für die RGB-Kamera nicht notwendig, wenn die Sony RX1RII nicht direkt mit der Scoutdrohne verbunden wäre. Der Grund, warum die Anwendung benötigt wird, ist der Anwendungsfall, dass die Wärmebildkamera an die Scoutdrohne angeschlossen ist und die Daten zurück in die Cloud hochlädt.

Für das Jahr 2024 planen wir die Anpassung und Optimierung der Scoutdrohne und die Kommunikation von Drohnendaten mit Traktordaten umso eine gezielte schnellere Bekämpfung von Unkraut beim Landwirten erzielen zu können.

Interessiert am Projekt? Hier gibt es mehr Informationen zu 5G NortNet.

Abbildung 2: Scoutdrohne. Foto: Archiv.