¶ Drohnen (UAV)
Wurden Drohnen früher vom Militär zur Aufklärung eingesetzt, reicht das Einsatzgebiet heute bis in den Privatbereich. Auch für die Landwirtschaft ist diese Technik interessant. Als Trägerplattform sind verschiedenste Zusatzausstattungen möglich. Von diversen Kameras bis hin zu Pflanzenschutzanbaugeräten sind keine Grenzen gesetzt, lediglich die Größe der Zusatzausrüstung muss im Verhältnis zu den jeweiligen Drohnenausmaßen stehen. Handelsübliche Drohnen mit Kamera für den privaten Gebrauch gibt es schon für unter 500 €, für den Einsatz von oben genannten Zusatzgeräten liegt der Einstiegspreis etwas höher. Dieser Artikel zeigt, wofür das Spielzeug ihrer Kinder landwirtschaftlich nutzbar ist.
¶ Beschreibung
Drohnen, UAV´s (Unmanned Areal Vehicle) oder UAS (Unmanned Aerial Systems) sind Flugobjekte, welche durch eine Fernsteuerung kontrolliert oder autonom fliegen. Die Größen reichen von unter 100 g bis hin zu mehreren Kilos und von wenigen Zentimetern bis hin zu mehreren Metern Durchmesser. Dabei lassen sich die Drohnen in zwei Kategorien unterscheiden: Starrflügler (Fixed Wing) und Multirotorsysteme. Wohingegen die meisten Starrflügler mit einem Motor auskommen, bestehen die meisten Multirotorsysteme aus 4 Motoren (Quadcopter), 6 Motoren (Hexacopter) oder 8 Motoren (Octacopter). Darüber hinaus gibt es vereinzelt Drohnen mit mehr Motoren.
Starrflügler zeichnen sich durch die Verwendung eines Motors mit längeren Flugzeiten und somit größeren Flächenleistung aus. Weniger Motoren bedeuten weniger Energieverbrauch. Zusätzlich nutzen Starrflügler den am Flügel entstehenden Auftrieb. Jedoch sind diese Systeme deutlich windanfälliger, was die Lagegenauigkeit in der Luft instabiler macht. Hier haben Multirotorsysteme den Vorteil, dass sie die Fähigkeit zum langsamen Fliegen bzw. sogar zum Schwebeflug besitzen. Infolgedessen sind Multirotorsysteme in der Lage höhere Bilddichten pro Fläche zu erzeugen, da sie nicht permanent in Bewegung sein müssen.
Der Einsatz von UAV's ist flexibel und einfach auf Feld- bzw. Einzelpflanzenskala umsetzbar und bieten so eine gute räumliche und zeitliche Auflösung. So sind UAV's im Gegensatz zu Satelliten- und anderen luftfahrtbasierten Systemen in der Lage, höher aufgelöste Informationen zur Variabilität von Pflanzenwachstum bei einer zugleich besseren Kosteneffizienz zu liefern. Dadurch wird eine wichtige Informationslücke in der Präzisionslandwirtschaft geschlossen.
Die meisten handelsüblichen Drohnen sind mit GNSS-Empfängern ausgestattet, welche zur Positionserfassung dienen und zur erleichterten Steuerung beitragen. Über das GNSS-Signal hält die Drohne ihre Position bzw. Flugroute oder kommt bei Ausfall der Steuerung zu ihrem Startpunkt zurück.
An den Drohnen sind meist RGB-Kameras installiert, welche während des Fluges zur Navigation und Aufnahme von Bildern und Videos dienen. Aus diesen Bildern sind zum Einen Wild- oder Hagelschäden schnell kartierbar und Auswinterungen und Pflanzenzustände leichter erkennbar. Zum Anderen ist es anhand der Einzelbildaufnahmen außerdem möglich, unter Zuhilfenahme zusätzlicher Software Orthofotos und 3D-Modelle zu erzeugen. Neben den genannten RGB-Kameras können UAV's mit Multispektral- und Hyperspektralsensoren ausgerüstet werden, was eine genauere spektrale Auflösung ermöglicht. Auch aktive Sensoren, wie LIDAR-Sensoren (light detection and ranging) können heutzutage luftgestützt auf UAV-Plattformen betrieben werden. Wie diese Sensoren in der Landwirtschaft zum Einsatz kommen, verdeutlichen folgende Beispiele:
Multispektralkameras: Diese Art Kamera dient der Begutachtung von Biomasse/Pflanzen. Neben der für das menschliche Auge wahrnehmbaren Farbe kann dieser Sensor im nahinfraroten Bereich Bilder aufnehmen. Pflanzenzustände, Pflanzenkrankheiten und die Versorgung mit Nährstoffen sind so großflächig erkennbar und kartierbar. Diese Aufnahmen dienen der Erstellung von Applikationskarten, welche wiederum zur Düngung und für den Pflanzenschutz auf das Terminal des Traktors geladen werden und dann die Ausbringmengen steuern können [1][2].
Wärmebildkameras: Diese Art der Kamera erfreut sich großer Beliebtheit bei der Rehkitzsuche vor der Mahd von Grünland. Da die Ricke bei Gefahr wegläuft und das Kitz zurücklässt, um den Angreifer wegzulocken, bleiben die Kitze im hohen Gras liegen. Mäht der Landwirt nun die Fläche, kann es sein, dass das Kitz in das Mähwerk gerät. Um dies zu vermeiden, können Drohnen die Fläche vor der Mahd befliegen, um Kitze frühzeitig zu erkennen und diese aus dem Gefahrenbereich zu entfernen [3].
Neben den Kameras bieten UAV-Plattformen weitere Einsatzmöglichkeiten in der Landwirtschaft:
Trichogramma: Diese Schlupfwespenart kommt bei der Bekämpfung des Maiszünslers, einem Schädling, welcher in Maiskulturen große Schäden anrichtet, zum Einsatz. Die Wespen können dabei in Kugeln per Drohne über die Maisfläche verteilt werden. Die Verteilung wird dadurch gleichmäßiger und effizienter [4].
Pflanzenschutz: John Deere hat auf der Agritechnica 2019 einen Drohnenstock mit drei Drohnen vorgestellt, welche sich selbst betanken und aufladen, um dann eine Fläche mit Pflanzenschutzmitteln zu behandeln. An unzugänglichen Weinhängen, welche per Helikopter behandelt werden, wäre dies eine Alternative. Für große Flächen hat das Unternehmen in Zusammenarbeit mit Volocopter eine 9,2 m breite Drohne mit 18 Rotoren entwickelt. Ein Aufnahmepunkt ermöglicht unterschiedliche Anbaugeräte [5].
Einige Hersteller bieten mittlerweile Drohnen speziell für den Einsatz in der Agrarwirtschaft an. Hierfür wurden handelsübliche Drohnen so modifiziert, das Sie für den Einsatz in der Landwirtschaft optimiert sind [6].
¶ Anwendungsbereich
- Flächenkartierung via Drohne: mehr Informationsausbeute & Präzision
- 2D & 3D Karten mit Pix4D für (teil)flächenspezifisches Management
¶ Quellen
- “Multispektrale Fernerkundung mit Drohnen”, Dr.-Ing. Görres Grenzdörffer
- P4 Multispectral
- Wofür braucht man Drohnen in der Landwirtschaft?
- Trichogramma-Drohne gegen Schädlinge: High-Tech-Pflanzenschutz aus der Luft
- Landwirtschaft der Zukunft
- Farmbird
¶ weiterführende Quellen
¶ Autoren*innen
M. Sc. Bastian Brandenburg, Doktorand im Experimentierfeld Betriebsleitung und Stoffstrommanagement - Vernetzte Agrarwirtschaft in Schleswig-Holstein (BeSt-SH)
M. Sc. Jannis Menne, Teilprojektleiter im Experimentierfeld Südwest, Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum (DLR) Eifel