Die Sichtlinienregeln (VLOS) gelten für kleine unbemannte Flugzeuge in der gleichen Weise wie die Sichtflugregeln (VFR) für bemannte Flugzeuge: VFR sind eine Reihe von Vorschriften, die das Steuern eines Flugzeugs bei Wetterbedingungen regeln, die eine gute Sicht ermöglichen. Laut FAA basiert der VFR-Flug auf dem Prinzip "See & Avoid", „Sehen und Vermeiden“.
In der bemannten Luftfahrt wird dieses Prinzip im Allgemeinen dadurch erfüllt, dass ein Pilot an Bord aus dem Flugzeuginneren herausschaut und den Horizont nach Flugzeugen absucht, die sich möglicherweise auf Kollisionskurs mit seinem Flugzeug befinden. In der unbemannten Luftfahrt ist es dem Piloten jedoch nicht möglich, andere Flugzeuge zu „sehen“, die auf seine Drohne zufliegen. Aus diesem Grund schreiben die aktuellen Regeln vor, dass ein Drohnen- oder kleiner UAS-Einsatz „innerhalb der Sichtlinie des Fernpiloten“ durchgeführt werden muss.In der Kategorie OFFEN ist das jeder Flug mit Ausnahme eines Fluges im "Follow Me" - Modus, in der Kategorie SPEZIELL hängt dies vom Handbuch des jeweiligen Konzeptes ab.
Ein Betreiber einer Drohne muss immer in der Lage sein, die Sichtlinie zu dem von ihm gesteuerten kleinen unbemannten Luftfahrzeug aufrechtzuerhalten, und zwar ohne Hilfsmittel mit Ausnahme von Korrekturbrillen oder Kontaktlinsen Dies wird als Visual Line of Sight-Operationen (VLOS) bezeichnet.
Was unterscheidet VLOS, EVLOS und BVLOS?
- VLOS bezeichnet den Flug innerhalb der Sichtweite des Fernpiloten (= Visual Line Of Sight).
- EVLOS bezeichnet den Flug innerhalb der Sichtweite eines Helfers (= Extended Visual Line Of Sight).
- BVLOS bezeichnet den Flug ausserhalb der Sichtweite (= Beyond Visual Line Of Sight).
Was bedeutet VLOS?
Die Amerikanische Luftfahrtsbehörde wird da schon konkreter:
Teil 107 der FAA-Vorschriften regelt den UAS-Betrieb von Drohnen mit einem Gewicht von weniger als 55 Pfund.
Text von Teil 107.31:
§ 107.31 Betrieb von Luftfahrzeugen mit Sichtlinie.
(a) Der verantwortliche Fernpilot, der visuelle Beobachter (sofern verwendet) und die Person, die die Flugsteuerung des kleinen unbemannten Luftfahrzeugsystems manipuliert, müssen bei Sicht, die nicht durch andere Geräte als Korrekturlinsen unterstützt wird, sehen können das unbemannte Luftfahrzeug während des gesamten Fluges, um:
(1) Den Standort des unbemannten Flugzeugs im dreidimensionalem Raum zu erkennen;
(2) Die Fluglage, Höhe und Flugrichtung des unbemannten Luftfahrzeugs zu bestimmen.
(3) Den Luftraum auf sonstigen Flugverkehr oder Gefahren zu beobachten; und
(4) Sicherzustellen, dass das UAS weder das Leben noch das Eigentum anderer gefährdet.
(b) Während des gesamten Fluges muss die in Absatz (a) dieses Abschnitts beschriebene Fähigkeit ausgeübt werden von:
(1) Dem verantwortlichen Fernpilot und der Person, welche das UAS steuert; oder
(2) Einem visuellem Beobachter (VO). (Siehe dazu den Blog: "Visual Observer")
Welcher Abstand gilt als VLOS?
VLOS erfordert direkten und deutlichen Blickkontakt mit der Drohne. Laut BAZL, EASA und FAA geht es bei VLOS nicht so sehr um die Entfernung, sondern vielmehr um die Fähigkeit, die Drohne tatsächlich zu sehen und die Umgebung einschätzen zu können, um eine sichere Flugmission durchzuführen.
Im Hinblick auf VLOS gibt die europäische Gesetzgebung, d. h. die DV 2019/947 die Regeln und Verfahren, die für den Einsatz von unbemannten Flugzeugen gelten, nirgendwo an, was der maximale Abstand des Sichtbereichs ist. Es heisst dort unter Betrieb innerhalb des Visual Range (VLOS):"Typ der UAS-Operation, bei dem der Remote-Piloten ohne die Hilfe von Instrumenten einen kontinuierlichen visuellen Kontakt mit dem unbemannten Flugzeug aufrechterhalten und die Flugbahn des UAS steuern kann, um Kollisionen mit anderen Flugzeugen, Menschen und Hindernissen zu vermeiden."
Der Gesetzestext spricht also nicht von maximaler Entfernung, er verlässt sich im Grunde auf die Sehschärfe und der Situational Awareness des Fernpiloten.
Einflussfaktoren
Viele Aspekte wirken sich auf die tatsächliche VLOS-Distanz aus - die Grösse (und Farbe) der Drohne, die Fluggeschwindigkeit, die Wetterbedingungen (Nebel, Dunst, Schnee usw.), die Tageszeit des Fluges (Dämmerung, Morgengrauen usw.), die Sehkraft des Fernpiloten, das Vorhandensein hoher Objekte im Fluggebiet und vieles mehr.
Ausgehend von den Erfahrungen des Fernpiloten wird jedoch empfohlen, einen Abstand von mehr als 500 m zwischen Drohne und Pilot nicht zu überschreiten (Dazu komme ich später noch), um einen sicheren Flug durchzuführen.
Fliegt eine Drohne innerhalb des VLOS Bereichs hinter einem
Sichthindernis (Haus, Baum, Hügel etc.), gilt sie nicht mehr als VLOS, da der
Pilot den direkten Sichtkontakt zur Drohne verliert.
VLOS heisst aber auch „Situationsbewusstsein (Situational Awareness), das
heisst, ich muss nicht nur meine Drohne sehen, sondern auch deren ganze
Umgebung (Luftraum, Boden). Fliege ich zum Beispiel über einen Waldrand oder
über ein Haus, sehe ich zwar meine Drohne noch, den Boden unter ihr jedoch
nicht. Ich kann also nicht sicherstellen, dass da keine Gefahr lauert oder dass
sich dort keine Unbeteiligten Menschen aufhalten, welche ich nicht überfliegen
darf. Streng genommen bin ich da in der gleichen Situation wie ein FPV-Pilot,
ich sehe zwar wo meine Drohne ist und wo sie hinfliegt, ich sehe jedoch deren
Umgebung nicht vollumfänglich. Ein Visual Observer, ein Spotter oder ein
Luftbeobachter (in diesem Fall ein Bodenbeobachter) kann mir dieses Problem
lösen. Dies würde bedeuten, ich bewege mich im Bereich der EVLOS (Extended
Visual Line of Sight)
Versuche, die VLOS-Distanz zu ermitteln
Robert Zarracina und sein Partner Bruce Christianson haben durch Versuche verschiedene VLOS-Distanzen ermittelt (Details hier)
Testergebnisse
Sie schreiben dazu: "Die Flugtestergebnisse überraschten auch erfahrene Piloten. Die Daten haben uns klar gemacht, dass entweder die FAA die VLOS-Anforderungen ändern muss, oder wir Piloten müssen die Haftung, Verantwortung und mögliche Geldbußen übernehmen, da viele unserer Flüge einfach nicht den geltenden Vorschriften entsprechen."
Mich persönlich hat die unscheinbare weisse Linie im grünen Bereich überrascht: Die "Loss of Orientation Line"zeigt an, wie stark ein Fernpilot die VLOS verliert, sofern er nur einen Moment statt die Drohne, die Telemetriedaten oder den Luftraum betrachtet; sein Auge also nicht ständig an der Drohne hat.
Die konformen VLOS-Flugdistanzen während des Tages waren 1.200 Fuß,
wenn die Augen nie von der Drohne genommen wurden und nur maximal 500
Fuß, wenn der
verantwortliche Pilot auch nur kurzzeitig wegschaute.
Diese Erkenntnis macht einmal mehr klar, wie wertvoll ein zusätzlicher Beobachter (Visual Observer) ist!
Dani Paco machte 2022 ebenfalls diverse Tests mit 2 verschiedenen Drohnen und kam zu folgenden Ergebnissen:
Die DJI Mavic pro, ähnlich wie Air2, die Pro2 oder Mavic 3, und die DJI Mini 2, die Drohne, die zu den kleinsten Drohne mit halbwegs professionellen Eigenschaften gehört, die wir auf dem Markt finden.
Testergebnisse
Die visuelle Reichweite dieser Drohnenart beträgt mindestens 700 Meter.
Zweiter Test mit Typ Kategorie 0 Drohnen (Mavic Mini, Mini 2...)
Die Sichtreichung der kleinen Drohnen beträgt etwa 500 Meter.
Auch er zweifelt an der Sicherheit bei solchen Distanzen:
"Wurde beim Test versucht, die 100 Meter entfernte Drohne visuell zu
lokalisieren, nachdem ich aufgehört habe, auf den Kontrollbildschirm zu
achten - Es ist praktisch unmöglich, diese zu finden, es sei denn, man
bewegt sie, während man fliegt, und hört daher auf, auf dem
Kontrollbildschirm aufzupassen, was aber wichtig wäre, um einen sicheren Flug zu haben...
Ich
verstehe, dass es wichtiger wäre, die Umgebung der Flugzone und dessen Luftraum zu beobachten, als die Drohne dauerhaft in Sicht zu haben, seien wir
ehrlich, während Sie fliegen, Sie als Pilot sind nicht auf den visuellen
Kontakt mit der Drohne aufmerksam, sondern auf den Bildschirm, der
Ihnen wirklich sicherstellt, dass Ihr Flug sicher ist, um Einschläge mit
dem Gelände zu vermeiden."
Quelle: https://www.danipaco.es/blog/vlos-cuanto-podemos-alejar-el-dron/
Jetzt wissen wir, wher die oben erwähnten 500 Meter, welche in vielen Beiträgen und Diskussionen herumgeistern, kommen. Die Distanz von 500 Metern wurde zu einer Zeit der relativ grossen
Drohen DJI INSPIRE, S600, S900, Falcon 8 oder anderen Monstern definiert. Heute
werden die Drohnen zunehmend kleiner und leichter. Und wie obige Beispiele zeigen, versuchten einige Fernpiloten diese unrealistische Distanzen im Versuch zu belegen. Dies natürlich unter absolut optimalen Bedingungen und höchster Konzentration wie sie ja selber schreiben.
Wer eine DJI-Mavic Mini oder gar eine noch kleinere Drohne besitzt, wird mir sicher beipflichten, dass diese auf 500 Meter auch unter guten Wetterbedingungen und guter Sicht, nicht mehr unter Kontrolle ist, falls sie denn überhaupt noch sichtbar sein sollte. Deshalb kann diese Angabe von 500m Maximaldistanz sicher nicht mehr gehalten werden!
Mathematische Ansätze
Die ZHAW hat 2018 unter “Zivile Drohnen - Herausforderungen
und Perspektiven” die folgende Formel zur Berechnung der Flugdistanz unter VLOS
Bedingungen veröffentlicht[1]:
VLOS_Distanz = (Querschnitt / 2) / (TAN(0.05°/2))
Dabei wird unter “Querschnitt” die jeweils kürzeste Gehäuseabmessung verwendet, was meists der Höhe entspricht. Eine Mavic hat dabei 8.3 cm was somit 97m Flugdistanz unter obiger Definition von VLOS ermöglicht. Bei einer Mavic Mini wären es dann noch 60m.
Dabei gingen die Autoren von einem normalen Visus von 3 Bogenminuten (0.05°) aus. Damit wäre eine A320 auf eine Entfernung von 23 Km noch deutlich sichtbar (sofern die Sichtbedingungen dies zulassen (auch dazu später mehr), eine Mavic 2 jedoch höchstens bis 97 Meter.
[1] Peter M. Lenhart
ZHAW Zurich University of Applied Sciences
School of Engineering - Centre for Aviation
2 praktisch durchgeführte Tests mit 2 verschieden grosse Drohnen bestätigten diese Einschätzung:
Die Rechnung der ZHAW wurde mit einem Visus von 0.33 gemacht (0.05° Auflösung was 3 Bogenminuten entsprechen sollte, ein Visus von 1 entspricht jedoch 1 Bogenminute).
Unter Berücksichtigung des Visus hat A. Hofmann[1] daraus die Distanzen für unterschiedliche Drohnen errechnet, darunter auch die Mavic Mini.
Drohne: DJI Mavic Mini, Kürzeste Gehäusedimension: 5.5cm
(Höhe)
· Mit Visus 1 189m
· Mit Visus 0.5 (min. für Auto): 95m
·
Mit Visus 0.3 (BAZL/ZHAW): 62m
Diese Berechnungen stützen sich alleine auf den Visus des Piloten.
Sichtbeeinträchtigungen durch Beleuchtung, Kontraste, Wetter etc. sind hierbei
nicht berücksichtigt.
Dabei kommt man auf die folgenden maximal Distanzen (Visus 1):
· Phantom 4: 670m
· Mavic: 285m
· Mavic Air: 220m
· Mavic Mini: 189m
·
Parrot Anafi: 223m
Wenn man bedenkt, dass bei einem Visus <0.5 nicht mehr Auto gefahren werden darf, ist die Annahme von 0.33 meiner Meinung nach ausserordentlich tief angesetzt. Ein durchschnittlicher 20-jähriger Mensch hat einen Visus von 1-2, ein 80-jähriger Durchschnittsmensch ohne Sehbehinderung immerhin noch 0.6-1. Dies würde die Schlussfolgerung zulassen, dass die errechneten Distanzen der ZHAW mindestens um den Faktor 2, wenn nicht gar 3 zu erweitern wären.
[1] Forum Drohnenverband November 2019, https://forum.drohnenverband.ch/t/mavic-mini/3431/24?u=wolf_zemp
Weitere Faktoren, welche die VLOS-Distanz beeinflussen
Nebel, Blendung, Luftfeuchtigkeit, Bewölkung, Smog etc, verkürzen die Sichtweite, Klare Luft und gute Tageslichtbeleuchtung können die Sicht erweitern. Ebenfalls haben die Form und Konturen der
Drohne, dessen Farbgebung, Eine allfällig vorhandene Beleuchtung (Positionslichter,
Antikollisionsblitzer etc. haben ebenfalls einen grossen Einfluss auf die Sichtdistanz. Der Hintergrund
spielt eine durchaus entscheidende Rolle bei der Sichtbarkeit unseres UAV.
Definition BAZL
Das BAZL (Bundesamt für Zivilluftfahrt) in der Schweiz und das LBA (Luftfahrt-Bundesamt) in Deutschland hat für die Bewilligungsverfahren in der Kategorie
SPECIFIC eine Richlinie herausgegeben, welche die Sichtverhältnisse ebenfalls berücksichtigt.
Im
„Leitfaden zur Dimensionierung von Flight Geography, Contingency Volumen und Ground Risk Buffer“
ist unter Kapitel 7 die Berechnung der VLOS-Grenzen geregelt.
Dazu müssen wir jedoch noch 4 Begriffe einführen:
Zuerst einmal der Begriff CD:
Die „Maximum UAS characteristic dimension“ kurz „CD“ ist die maximal mögliche Länge einer geraden
Linie, welche von einem Punkt auf der UAS Geometrie zu einem weiteren Punkt aufgespannt werden
kann. Propeller und Rotoren zählen hierbei zur Geometrie, wobei deren ungünstigste Stellung
betrachtet wird.
Flächenflugzeuge
• Flügelspannweite oder
• Rumpflänge
Multicopter
• Diagonaler Abstand der Rotorspitzen in ungünstigster
Rotorposition
CD = Caracteristic Dimension = Maximale UAS Grösse
einschliesslich Propeller => Diagonale des UAV von
Propellerspitze zu Propellerspitze
Des Weiteren die 3 Begriffe ALOS, DLOS und GV
ALOS (Attitude Line Of Sight)
DLOS (Detection Line of Sight)
GV (Ground Visibility – Bodensicht)
ALOS
Die Attitude Line Of Sight definiert die maximale Distanz der Lageerkennung. Bis an diese optische
Grenze ist der Fernpilot fähig den Flugweg des UAS zu steuern, also die Lage und die Position des UAS
zu bestimmen.
Diese wurde in praktischen Versuchen ermittelt.
Die ALOS-Grenzen betragen:
- Für Drehflügler und Multicopter = 327 ∙ + 20 in Meter
- Für Flächenflieger: = 490 ∙ + 30 in Meter
Quelle: BAZL, LBA
DLOS
Die Detection Line Of Sight definiert die Entfernung bis zu derer andere Luftfahrzeuge rechtzeitig
erkannt werden können und ausreichend Zeit für ein Ausweichmanöver zur Verfügung steht. Hierfür
ist die Bodensicht entscheidend.
Die DLOS-Grenze ist:
𝐷𝐿𝑂𝑆𝑚𝑎𝑥 = 0,3 ∙ 𝐺𝑉
Die GV Ground Visibility / Bodensicht
Die Bodensicht ist abhängig vom Einsatzort und den meteorologischen Bedingungen und muss zum
jeweiligen Betriebszeitpunkt bestimmt werden.
. Es gilt aber immer:
𝐺𝑉𝑚𝑎𝑥 = 5𝑘𝑚
Die maximal anzunehmende Bodensicht beträgt 5km, analog zur Sichtweite nach den VFR-Sichtweiten
für den Luftraum Golf.
VLOS-Grenze gem. BAZL & LBA
Die maximal mögliche VLOS Entfernung zwischen Fernpilot und UAS ergibt sich aus dem kleineren
Wert von ALOS und DLOS.
Alles darüber hinaus gilt als BVLOS.
Dies scheint mir die logischere Variante zu sein, da sie Sichteinschränkung durch Wetter als auch eine
Reaktionsmöglichkeit für Detect&Avoid berücksichtigt.
Die VLOS-Grenze in einem Einsatzgebiet wie oben dargestellt dürfte also bei etwa 5-10m liegen!
Netzfunde
Es gibt auch VLOS-Distanzrechner; die sind aber mit äusserster Vorsicht zu geniessen:
Beispiel hier: https://jrupprechtlaw.com/visual-line-of-sight-calculator/
Um zu berechnen, wie hoch man fliegen muss (zum Beispiel bei einem Wegpunktflug (Mapping, SAR)) fand ich noch eine Formel;
Allerdings kann man die Formel auch vereinfachen: War dieser Post hilfreich?
Die tan-Funktionen heben sich auf, und wenn man den Bruch nach dem
Entfernen des trigonometrischen Faktors vereinfacht, erhält man
denselben Ausdruck wie unten.Auch kann man einige Klammern entfernen, dies ergibt dann:
D2 = D1*H2/H1 - D1
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Sehr spannende Ausführungen zum VLOS Thema.
Mein Ansatz, wenn möglich das vier oder mehr Augenprinzip
Ich bin absolut auch Deiner Meinung. Ein Luftraumbeobachter, ein Drohnenbeobachter hilft enorm, die Situational Awarenes stets einzuhalten.