Der Einsatz unbemannter Luftfahrtsysteme (UAS; engl. unmanned aircraft systems) zur Messung von Luftschadstoffen nimmt stetig zu. Drohnen werden vermehrt eingesetzt, wo stationäre oder manuelle Messverfahren an Grenzen stoßen – etwa bei schwer zugänglichem Gelände oder bei punktuellen Schadstofffreisetzungen. Bisher fehlten verbindliche technische Standards. Mit der Richtlinie VDI 4290 Blatt 1 liegt erstmals ein strukturierter Rahmen für Auswahl, Einsatz und Qualitätssicherung von UAS zur Erfassung von Luftqualitätsparametern vor.

Dieser Beitrag zeigt, warum eine Standardisierung notwendig war, welche Herausforderungen bisher bestanden und wie Fachplanende, Betreiber von UAS, Prüfstellen und Behörden von der VDI 4290 Blatt 1 profitieren.

Warum UAS für die Luftgütemessung an Bedeutung gewinnen

Unbemannte Flugsysteme ermöglichen flexible, ortsunabhängige Echtzeitmessungen. Typische Einsatzbereiche sind:

• Messungen in Industrieanlagen, bei Bränden oder Havarien
• Umweltmonitoring in schwer zugänglichen Regionen
• punktuelle Erhebung von Emissionen in verschiedenen Höhen

UAS bieten Vorteile bei Reichweite, Reaktionszeit und Zugänglichkeit gegenüber bodengebundenen Systemen. Sie erschließen Anwendungsfelder, die bislang kaum realisierbar waren.

Welche Probleme bislang ungelöst waren

Trotz zunehmender Nutzung fehlten einheitliche Vorgaben zur:

• Auswahl geeigneter Drohnentypen und Sensoren
• Definition von Messstrategien, Probenahmeverfahren und Flugprofilen
• Sicherstellung der Datenqualität und Rückverfolgbarkeit
• Dokumentation und Auswertung der Ergebnisse

Ergebnisse verschiedener Anbieter waren kaum vergleichbar. Planung und Bewertung von UAS-Messungen basierten auf individuellen Einschätzungen oder herstellerspezifischen Lösungen.

Was die VDI 4290 Blatt 1 regelt

Die Richtlinie schafft erstmals ein umfassendes technisches Regelwerk für den Einsatz von UAS zur Luftgüteüberwachung. Sie richtet sich an:

• Betreiber von UAS
• Fachplanende, die den Einsatz planen oder beauftragen
• Prüfstellen und Labore
• Behörden, die Ergebnisse bewerten oder genehmigen

VDI 4290 Blatt 1 ist als Grundlagenrichtlinie konzipiert und legt die technischen, organisatorischen und messtechnischen Anforderungen an die Durchführung von Messungen mit UAS fest.

Welche Systeme und Verfahren umfasst die VDI 4290 Blatt 1 

Die Richtlinie bezieht sich auf UAS mit einer Startmasse bis 25 kg. Sie unterscheidet dabei verschiedene Systeme:

• Starrflügler (Flächenflugzeuge mit Propeller oder Turbine)
• Drehflügler (Multikopter mit mehreren Rotoren)
• Hybride Systeme (Kombinationen aus Flächenflugzeugen und Multikoptern)

Auswahlkriterien für geeignete Systeme

Sie gibt Hinweise anhand verschiedener Auswahlkriterien wie beispielsweise:

• Flugdauer, Flughöhe, Geschwindigkeit
• Räumlicher Reichweite und Einsatzumfeld
• Wind- und Wetterbeständigkeit
• Steuerungsart (manuell, teil- oder vollautomatisiert)
• Sensorintegration und Plattformstabilität

Messverfahren laut VDI 4290 Blatt 1

Die VDI 4290 Blatt 1 definiert drei verschiedene Messverfahren (In-situ-Messung, Probenahme mit späterer Auswertung, optische Ferndetektion) – inklusive ihrer Anforderungen an Kalibrierung, Wartung und Dokumentation.

Wie die VDI 4290 Blatt 1 in der Praxis unterstützt

Die VDI 4290 Blatt 1 bietet:

• Orientierung für die Systemauswahl auf Basis technischer Anforderungen
• Checklisten für den Messbetrieb zur Einsatzvorbereitung und Durchführung
• Kriterien für Qualitätssicherung, Kalibrierung und Wartung
• Hilfestellung für die Ergebnisdokumentation und -interpretation

Sie trägt zur Vereinheitlichung der Vorgehensweise bei, erhöht die Vergleichbarkeit von Messdaten und erleichtert die Abstimmung mit Behörden.

Weitere VDI-Richtlinien zum Einsatz von Drohnen

Neben der VDI 4290 Blatt 1 gibt es weitere Richtlinien zum Einsatz von UAS:

• VDI 3786 Blatt 22: Erfassung meteorologische Daten mit Drohnen
• VDI 2879: Inspektion von Anlagen und Gebäuden
• VDI 5912 Richtlinienreihe: Grundlagen des sicheren Drohnenbetriebs und Integration in Verkehrsräume

VDI 4290 Blatt 1 konzentriert sich als erste Richtlinie umfassend auf die Anwendung in der Luftgüteüberwachung – inklusive emissions- und immissionsbezogener Fragestellungen.