Landwirtschaft & Forst

Über den Einsatz eines industriellen UAV in der Präzisionslandwirtschaft

UAVs in der Landwirtschaft

Nach heutigen Schätzungen wird unser Planet im Jahr 2050 rund 9,6 Milliarden Menschen beherbergen. Angesichts von Ressourcen- und Bodenknappheit müssen für die Versorgung mit Lebensmitteln neue Wege und Lösungen gefunden werden, die sich zum Teil auch auf den Einsatz von UAV, sogenannten UAVs, stützen. Diese werden heute in nahezu allen Industriebereichen eingesetzt und halten seit wenigen Jahren auch im Bereich der Landwirtschaft Einzug. Mit präziser Sensorik, automatisierten Abläufen und einer noch nicht dagewesenen Datenbereitstellung revolutionieren industrielle UAV (Unmanned Aerial Vehicle) die Agrarwirtschaft.

Landwirtschaft im Wandel

Schon heute bringen Traktoren die Saat vollautomatisch und zentimetergenau aus, während sich im Spätsommer und Herbst GPS-gesteuerte Erntemaschinen gleichmäßig und präzise durch die Felder bewegen. Es hat den Anschein, als gäbe die Landwirtschaft ihren rustikalen, romantischen Charme auf, doch ist es kein freiwilliges Ablegen alter Traditionen, sondern vielmehr eine Anpassung an die heutige Welt. Erhöhter internationaler Wettbewerb, Preisdruck und Effizienzvorgaben formen eine neue Arbeitsweise, die darauf setzt neue Techniken zu nutzen, um mehr Ernte durch weniger Arbeit zu erzielen und Probleme punktgenau anzugehen. Multicopter wie der Aibot X6 bieten mit ihrer Fähigkeit des autonomen Fluges und der Verwendung verschiedener Sensoren wie Multi- und Hyperspektralkameras die Möglichkeit, ein wertvoller Bestandteil der Präzisionslandwirtschaft (precision farming) zu werden.

Vorteile professioneller UAV in der Landwirtschaft

UAVs sind ideal, um hochauflösende Luftaufnahmen anzufertigen und haben gegenüber manntragenden Systemen wie Helikoptern und Flugzeugen den Vorteil, kostengünstig und flexibel einsetzbar zu sein. Dies ist vor allem bei repetitiven Befliegungen für das Monitoring von Landtechnik ausschlaggebend, doch auch in der qualitativen Analyse von Pflanzen und Ackerböden bieten Multicopter mit Wärmebild-, Multispektral- und Hyperspektralsensoren neue Möglichkeiten. Anhand vorher angelegter Wegpunktflüge können jederzeit große Areale auf Wassergehalt, Schädlings- und Pilzbefall überprüft werden und dank Georeferenzierung punktgenaue Gegenmaßnahmen vorgenommen werden. Für Landwirte bieten Multikopter damit eine wertvolle Alternative zu kostspieligen Satellitenbildern und zeitaufwendigen Begehungen.

Als Teil der Kontrollverfahren haben Begehungen durch Landwirte, Biologen oder vielerorts Praktikanten stets eine große Rolle gespielt und werden auch in der Präzisionslandwirtschaft der Zukunft vorzunehmen sein. Der Einsatz eines UAV kann jedoch dank spezieller Sensoren im Vorfeld exakt definieren, in welchem Feldabschnitt eine genaue Sichtkontrolle nötig ist. Darüber hinaus haben die an den UAV angebrachten Sensoren den Vorteil, für das menschliche Auge Unsichtbares sichtbar zu machen.

Wärmebild, Multispektral & Hyperspektral

Drohnen in der Landwirtschaft: UAV mit Multispektral-Sensor
Aibot X6 UAV bei der Erfassung multispektraler Daten.

Als Multi-Sensor-Plattform kann der Aibot X6 mit einer Vielfalt sensibler Kameras und Sensoren ausgerüstet werden, die für Landwirte notwendige Daten sammeln. Teilweise begeht man mit der Akquise und Verarbeitung der Informationen noch Neuland, da Entwicklungen in den technischen Bereichen noch jung sind und erst seit wenigen Jahren auf die Landwirtschaft angewandt werden. Eine dieser vielversprechenden Neuerungen, welche das Zeitalter der Präzisionslandwirtschaft maßgeblich mit einläuten werden sind Multispektral- und Hyperspektralsensoren. Diese erkennen, und differenzieren mehr Farbbereiche, als mit dem menschlichen Auge erkannt können. Im Multispektralbereich werden hauptsächlich die Bänder Nahes Infrarot (NIR), Rot, Grün, Red-Edge aufgezeichnet, wohingegen eine Hyperspektralkamera bedeutend mehr Bänder aufzeichnen kann. Die einzelnen Bänder geben Aufschluss darüber, welche Lichtwellen von den Pflanzen oder dem Ackerboden reflektiert oder absorbiert werden. Anhand bestehender Daten kann man in der Folge definieren, welche pflanzlichen Eigenschaften (z.B. zu kalkiges Wasser, mangelhafte Bewässerung oder Schädlingsbefall) vorliegen, wenn ein bestimmter Lichtwellenbereich absorbiert wird.

Normalized Difference Vegetative Index (NDVI)

Als einer der am häufigsten zu Rate gezogenen Vegetationsindizes in der Landwirtschaft gibt der NDVI Aufschluss darüber, welche Areale besonders von Vegetation bedeckt oder frei sind. Hierfür wird mittels der Reflexion von nahem Infrarot gemessen, welche Bereiche einer Ackerfläche über besonders viel Chlorophyll verfügen – eine Eigenschaft, die mit verstärkter Vitalität von Pflanzen einhergeht. Wird also eine gleichmäßig besetzte Agrarfläche betrachtet, kann anhand des NDVI festgestellt werden, welche Pflanzen sich gut entwickeln und welche hinterherhinken. Der NDVI kann in der Landwirtschaft allerdings hauptsächlich als quantitative und weniger als qualitative Analyse genutzt werden, da kranke Pflanzen wegen ihrer verringerten Blattmasse zwar einen geringen NDVI aufweisen, dieser geringe NDVI jedoch auch bedeuten kann, dass im gemessenen Areal generell wenig Vegetation vorhanden ist.

Wie viele Nutzpflanzen für den Landwirt zur Verfügung stehen ist maßgeblich durch topographische Gegebenheiten vorbestimmt, die durch den Einsatz von Wasser und Düngemittel beeinflusst werden können. Da es in der Präzisionslandwirtschaft um eine möglichst effiziente Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen geht, können Luftaufnahmen durch Drohnen eine analytische Funktion einnehmen und insbesondere im Bereich des Bewässerungsmanagements Hilfestellung leisten.

Effiziente Bewässerung durch Luftaufnahmen gewährleisten

Die Bestands- und Effektivitätskontrolle von essenziellem Equipment ist eine ebenso wichtige wie zeitraubende Tätigkeit der Landwirtschaft. Hierbei sind besonders das Monitoring der Bewässerungstechnik und die Effizienzprüfung zu nennen, die gerade bei hochwachsenden Pflanzen wie Mais schwierige Aufgaben sein können. Dennoch müssen Erkenntnisse erlangt werden, die Aufschluss darauf geben, ob die Bewässerungsanlage Pflanzen gleichmäßig versorgt oder ob durch eine Über- bzw. Unterversorgung bestimmter Bereiche Ernteverluste zu erwarten sind. Ein industrielles UAV wie der Aibot X6 ist bei dieser Problematik in seinem Element und kann die Gerätschaften aus sicherer Entfernung überprüfen und die Wirkungsweise präzise definieren. Neben dem Einsatz von hochauflösenden Digitalkameras, ist es möglich die Drohne mit der Parrot Sequoia Multispektralkamea oder dem Headwall Hyperspektral-Sensor auszurüsten und so aufschlussreiche Daten über die Bewässerung zu erhalten.


Aibot X6

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