UAV- / Drohnen-basierte Präzisionslandwirtschaft

6. Mai 2015
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Durch die permanente Weiterentwicklung unseres AscTec Falcon 8, ist das UAV heute eine der präzisesten und sichersten Hochleistungsdrohnen weltweit. Einerseits diese Entwicklung. Andererseits die Entwicklung neuer Multispektral- und Hyperspektral-Sensoren lässt neue Anwendungsmöglichkeiten und Märkte entstehen. So im Bereich der UAV- / Drohnen-basierten Präzisionslandwirtschaft durch Fernerkundung zur Multispektralanalyse aus der Luft.

UAV- / Drohnen-basierte Präzisionslandwirtschaft & smarte Kultivierung

Um in der Landwirtschaft präziser und smarter – also effektiver und effizienter – arbeiten zu können, brauchen Landwirte mehr Informationen: Mehr Informationen über Umwelt und Wasserqualität sowie über die Bodenbeschaffenheit der zur Forst- oder Landwirtschaft bebauten oder für Viehzucht oder Wasserzucht genutzten Flächen. Und das teilflächenspezifisch – also präzise und detailreich für möglichst jede einzelne Parzelle.

Ertragskartierung und Flächenmanagement mit UAVs / Drohnen?

Dabei sind unbemannte Flugsysteme als fliegende Sensorplattformen sehr nützlich. Von der UAV- / Drohnen-basierten Befliegung zur Vermessung in der Planungsphase eines forst- oder landwirtschaftlichen Projekts, bis zur Befliegung zur Ertragskartierung, für Schlagkarteien und Flächenmanagement: Für jeden einzelnen Bedarf liefern die Luftaufnahmen hochwertige Informationen. So hochauflösende RGB-Bilddaten in Verbindung mit Geodaten bei der Vermessung oder RGB-Bilder und Spektralbandinformationen in Verbindung mit Geodaten bei der Boden- und Pflanzeninspektion. Häufig liefern Satellitenbilder erste Informationen zu Boden- und Pflanzenqualität. Eine nachhaltige Steigerung der Erträge verlangt jedoch genauere Informationen. Präzise Bewirtschaftung und smarte Pflanzenpflege verlangt also hochauflösende, detailreiche, georeferenzierte Bilddaten. Diese können mit dem AscTec Falcon 8 in der erforderlichen Qualität mit wenig Aufwand gewonnen werden – wie das Forschungszentrum Jülich in mehreren Studien belegt (Siehe: http://www.asctec.de/zurueck-in-die-zukunft-4-fernerkundung-fuer-uav-praezisionslandwirtschaft/). Eine Steigerung der Produktivität und Einsparungen wären auf diese Weise möglich.

UAV- / Drohnen-basierte Boden- und Pflanzenanalysen

Für differenziertere Ausbringmengen innerhalb eines Feldes an jeder Stelle das perfekte Maß an Dünge- und Bewässerungsmitteln zu identifizieren ist keine Vision. Landwirte und Landmanager können diese aufschlussreichen Informationen heute dank neuester UAV- / Drohnentechnologie ohne viel Aufwand zeitnah und regelmäßig gewinnen, um so fundierte Entscheidungen mithilfe verlässlicher Informationen treffen. Eine dafür nötige Bemessung kann auf Basis der durch eine Drohnenbefliegung gewonnen Daten vorgenommen werden. Zumindest genügen die gesammelten Daten, um die erforderliche zeitliche und räumliche Auflösung zu erzielen. Über Jahre hat das Forschungszentrum Jülich, eines der größten europäischen Institute für Bio- und Geowissenschaften, diesen UAV- / Drohnen-Einsatz geprüft und zahlreiche Datenerhebungen erfolgreich durchgeführt. Fazit: Der AscTec Falcon 8 ist eine leistungsfähige, fliegende Sensorplattform. Die Bild-, Spektral- und Geoinformationen sind valide.

Wie wäre es also mit einem UAV- / Drohneneinsatz, um Bäume und reife Früchte zu zählen? Wie wäre es mit einen UAV- / Drohneneinsatz zur Messung von Umwelt und Umgebung, Reifegrad und Bewässerungszustand? Wie wäre es mit einem UAV- / Drohneneinsatz zur GPS-basierten Lokalisierung von Rehkitzen und anderen Tieren im Feld oder zur Detektierung von Ungeziefer, Unkraut und Pilzen. Oder wie wäre es mit Erkenntnissen über Vegetation und Wachstum der Pflanzen, deren Stickstoffversorgung und grundsätzlich über die Bodeneigenschaften von der Saat bis nach der Ernte. Und diese Informationen ebenso teilflächenspezifisch und detailreich wie möglich, um Ausbringmengen teilflächenspezifisch bemessen zu können. Auch in Bezug auf die Wasserqualität und Wasserverhältnisse lassen sich Rückschlüsse ziehen.

UAV- / Drohnen-basiertes Monitoring von Bewässerungs- und Vegetationssystemen

Durch adäquate Regulierung erhält jede Pflanze standortspezifisch nur genau so viel Dünger, Pestizide und Wasser, wie sie an genau diesem Standort benötigt. Das steigert nicht nur den Ertrag und spart Wasser, Dünge- und Pflanzenschutzmittel. Es hilft auch, Nährstoffanreicherungen zu vermeiden und die Umwelt zu schonen. Eine dafür nötige Bemessung kann auf Basis der durch eine Drohnenbefliegung gewonnen Daten vorgenommen werden.

Durch eine erhebliche Verbesserung der Flächenleistung des AscTec Falcon 8 durch den neuen Autopiloten AscTec Trinity – bis zu 4-mal so schnell wie bisher verfügbare Multirotor Technologie – und die Steuerbarkeit des UAV / der Drohne per GPS-Wegpunktnavigation ist der Einsatz denkbar einfach. Exakt reproduzierbare Wegpunktflüge ermöglichen dann ein sehr feinskaliges Monitoring der Vegetations- und Wasserentwicklung.

UAV- / Drohnen-Sensoren im Test

Jeder UAV- / Drohnen-Sensor hat seine Vorteile und Nachteile. So sind je nach Bedarf und Ausgabeziel verschiedene Sensoren und Kameras oder auch Kombinationen sinnvoll. Die von der FZ Jülich getesteten Modelle würde man heute freilich durch aktuelle Modelle ersetzen. Wir bieten zum Beispiel mit der Inspektionnutzlast TZ61 eine Kamerakombination aus RGB- & NIR-Kamera, eine einfache FLIR Tau 2 640 oder schon bald eine MicaSense RedEdge Multispektralkamera. Statt der Sony Alpha NEX-5 bieten wir derzeit die Sony Alpha 6000 und die Sony Alpha 7.

  • UAV- / Drohnennutzlast – RGB-Kamera: Integrierte RGB-Kamera Sony Alpha NEX-5, Sichtfeld 73.7° x 53.1°, 3 Spektralbänder, Spektralbereich Rot, Grün & Blau, Bildgröße 4912 x 3264, Bildformat JPEG, Dynamikbereich 8 bit, Nutzlast / Gewicht 500 g, Bedienung per Fernsteuerung, mit Live-Bild an der Mobilen Bodenstation.
    Ergebnis: Grundflächenform rechteckig, Grundflächengröße (m) [Flughöhe des UAV bei der Datenerfassung per Sensor (m)] 149.9 x 99.9 [100], Bodenpixelauflösung (m) 0.0305
  • UAV- / Drohnennutzlast – IR-Kamera: Canon Powershot IR, VIS + Infrarotkamera integriert am AscTec Falcon 8 UAV, Sichtfeld 57.2° x 40°, 3 Spektralbänder, Spektralbereich Rot, Grün & Blau & Infrarot, Bildgröße 4000 x 3000, Bildformat JPEG, Dynamikbereich 8 bit, Nutzlast / Gewicht 100 g, Bedienung per Intervallmodus.
    Ergebnis: Grundflächenform rechteckig, Grundflächengröße (m) [Flughöhe des UAV bei der Datenerfassung per Sensor (m)] 109.0 x 72.8 [100], Bodenpixelauflösung (m) 0.0273
  • UAV- / Drohnennutzlast – IR-Kamera: Tetracam MCA6, Multispektral Imager mit 6 Spektralbändern mit je 10 nm Spektralbandbreite, Sichtfeld 38.3° x 31°, 6 Spektralbänder, Spektralbereich 450–1000 nm, Bildgröße 1280 x 1024, Bildformat RAW, Dynamikbereich 10 bit, Nutzlast / Gewicht 790 g, Bedienung per Intervallmodus.
    Ergebnis: Grundflächenform rechteckig, Grundflächengröße (m) [Flughöhe des UAV bei der Datenerfassung per Sensor (m)] 17.3 x 13.9 [25], Bodenpixelauflösung (m) 0.0135
  • UAV- / Drohnennutzlast – IR-Kamera: Ocean Optics STS-VIS, Spektroradiometer mit elektronischem Zubehör zur Fernsteuerung, Sichtfeld 12°, 6 Spektralbänder, Spektralbereich 338–824 nm, Bildgröße n/a, Bildformat n/a, Dynamikbereich 14 bit, Nutzlast / Gewicht 216 g, Bedienung per Fernsteuerung, mit Live-Bild an der Mobilen Bodenstation.
    Ergebnis: Grundflächenform kreisförmig, Grundflächengröße (m) [Flughöhe des UAV bei der Datenerfassung per Sensor (m)] Ø 2.1 [10], Bodenpixelauflösung (m) n/a

Hier finden Sie den zugehörigen Forschungsbericht: Deploying four optical UAV-based sensors over grassland: challenges and limitations. – Unmanned aerial vehicles (UAVs) equipped with lightweight spectral sensors facilitate non-destructive, nearreal-time vegetation analysis: Jetzt herunterladen.

UAVs / Drohnen als Schlüsseltechnologie für die Agrarindustrie

Hightech-Lösungen wie unser AscTec Falcon 8 liefern also in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung essentielle Informationen in nicht-invasiven Messungen. In der Präzisionslandwirtschaft ergeben sich daraus viele weitere Möglichkeiten und einzelne Nischenmärkte. So könnte der AscTec Falcon 8 als UAV / Drohne genauso in der Umweltforschung eingesetzt werden, in der Landentwicklung und landwirtschaftlichen Planung, beim Bau und zur Inspektion von landwirtschaftlichen Anlagen oder zur Vermessung von Land, bei der Zucht von Tieren und Pflanzen, in der Bewässerungskontrolle und Wasserwirtschaft allgemein, bei der Bodenbewirtschaftung und Bewirtschaftung der Flächen nach der Ernte und natürlich – wie das Forschungszentrum Jülich oder die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf Fakultät Land- und Ernährungswirtschaft – eben auch in der Pflanzenforschung beispielsweise zur Entwicklung und Prüfung neuen Saatguts.

Je nach Anwendung werden mit einem passenden Sensor entsprechende Daten gesammelt und können dann je nach Bedarf weiterverarbeitet, analysiert und zeitlich wie räumlich verglichen werden. Mehr Informationen führen dann in der Agrarindustrie zu mehr Wirtschaftlichkeit durch gesteigerte Produktivität bei einem optimalen Einsatz natürlicher wie künstlicher Ressourcen.



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