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Agrardrohnen stützen Präzisionslandwirtschaft

29.04.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Agrardrohnen kommen in der amerikanischen Landwirtschaft schon häufig zum Einsatz. Werden sie sich auch hierzulande durchsetzen? (Bildquelle: © iStock.com/ robertmandel)
Agrardrohnen kommen in der amerikanischen Landwirtschaft schon häufig zum Einsatz. Werden sie sich auch hierzulande durchsetzen? (Bildquelle: © iStock.com/ robertmandel)

Die Redaktion des Magazins Technology Review des Massachusetts Institute of Technology (MIT) sieht in Agrardrohnen eine der zehn bahnbrechenden und zukunftsweisenden Technologien 2014. Geht es nach ihnen, werden in absehbarer Zeit nicht nur Vögel, Bienen und anderes Getier über die Felder fliegen, sondern auch autonome Fluggeräte. Sie sind überzeugt davon, dass dabei weniger das Freizeitverhalten bäuerlicher Hobbypiloten, sondern handfeste ökonomische und ökologische Gründe eine Rolle spielen werden.

Flugzeuge, Zepelline, Ballons und Satelliten unterstützen den Landwirt seit Jahrzehnten bei der Arbeit. Dennoch, so die Meinung führender Wissenschaftler und Ingenieure, birgt der Einsatz von Agrar-Drohnen weitere Vorteile. Im Vergleich zu Satelliten sind Drohnen wegen der niedrigen Flughöhe in der Lage, Aufnahmen von besserer Qualität und Präzision anzufertigen und auch bei Bewölkung Bilder zu liefern. Aufgrund der modularen Bauweise der Drohnen, können Sensoren je nach Bedarf an- und abmontiert werden. Drohnen sind somit flexibel und schnell einsetzbar, sie können Felder automatisiert, kontinuierlich und in regelmäßigen Abständen überwachen. Wöchentlich, täglich oder stündlich.

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Am Beispiel des Tartarischen Hartriegels (Cornus alba) wird das Prinzip hyperspektraler Aufnahmen deutlich, welches Agrardrohnen nutzen. Oben ein Bild im herkömmlichen RGB-Farbraum, in der Mitte eine UV-Licht-Aufnahme und darunter ein Infrarotbild.Die Reflexionseigenschaften lassen Rückschlüsse auf den Zustand der Pflanze zu.

Am Beispiel des Tartarischen Hartriegels (Cornus alba) wird das Prinzip hyperspektraler Aufnahmen deutlich, welches Agrardrohnen nutzen. Oben ein Bild im herkömmlichen RGB-Farbraum, in der Mitte eine UV-Licht-Aufnahme und darunter ein Infrarotbild.
Die Reflexionseigenschaften lassen Rückschlüsse auf den Zustand der Pflanze zu.

Quelle: © Dave Kennard/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0

Von Infrarot bis Ultraviolett

Drohnen sind nicht nur in der Lage, hochauflösende Luftaufnahmen anzufertigen, sondern dank hyperspektraler Kameras auch Informationen zu erfassen, die dem menschlichen Auge verborgen bleiben. Anders als herkömmliche Digitalkameras, die sich für Aufnahmen auf drei Kanäle bzw. Farbräume beschränken (RGB – Rot, Grün, Blau), nutzen hyperspektrale Kameras 100 Kanäle und mehr. Sie sind in der Lage, Wellenlängen sowohl im ultravioletten als auch im Infrarotbereich zu erfassen. Sie können dadurch Reflektionseigenschaften von Pflanzen wahrnehmen, aber auch Bodenarten und Bodentypen erkennen. Stationen am Boden empfangen und analysieren die Aufnahmen, um Rückschlüsse auf die Pflanzenart, den Reifegrad oder den Gesundheitszustand zu ziehen. Der Landwirt erhält am Ende eine oder mehrere Karten seines Ackers mit den erfassten Informationen.

Präzisionslandwirtschaft nutzt dem Landwirt und schont die Natur

Drohnen, die die Ausbreitung von Un- bzw. Beikraut auf einem Rübenfeld erfassen sollen, erkennen zum Beispiel Disteln daran, dass sie gelbes Licht stärker absorbieren bzw. weniger reflektieren als die Rüben. Bei einem Apfel werden im Zuge des Reifungsprozesses Chlorophyll abgebaut und neue Farbpigmente gebildet, was das Absorptionsverhalten ebenfalls verändert. Bei der Bestimmung des Wassergehalts spielt die Absorption von Licht durch die Wassermoleküle in der Pflanze die entscheidende Rolle. Pilzbefall oder Pflanzenkrankheiten, die Blätter welken und absterben lassen, wie zum Beispiel Feuerbrand, verändern ebenfalls das Absorptions- und Reflexionsverhalten. Aber auch Schäden durch Unwetter oder Wildfraß lassen sich aus der Luft besser und schneller erkennen, als vom Boden aus.

Agrardrohnen ermöglichen es, den Zustand und den Bestand der Nutzpflanzen genau zu erfassen, wodurch der Landwirt die Ausbringung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln, die Bewässerung oder den Erntezeitpunkt präzise planen kann. Indem der Landwirt den Einsatz von Produktionsmitteln pflanzen- und standortbezogen anpassen kann, werden Eingriffe in die Natur auf das nötigste beschränkt und die Umwelt entlastet.

Benutzerfreundlichkeit ist ein wichtiges Kriterium

Ein wichtiges Kriterium im Einsatz von Drohnen ist die Benutzerfreundlichkeit. Basierend auf den Ansprüchen des Landwirts ist es die Aufgabe der Hersteller, die Bedienung der Drohnen so einfach wie möglich zu gestalten, um die Arbeit zu erleichtern und die Hemmschwelle der Landwirte zu senken, Drohnen in ihren Produktionsprozess zu integrieren. Auch die Bedienung der zugehörigen Software, die für die Verarbeitung und Analyse der Luftbildaufnahmen nötig ist, muss nutzer-und zweckorientiert sein. Informatikkenntnisse dürften nur bei wenigen Landwirten vorhanden sein, wobei sich dies langfristig betrachtet ändern kann, wenn man sich die technologische Entwicklung in der Landwirtschaft in den letzten Jahren vor Augen hält.

Nichtinvasive Phänotypisierung

Agrardrohnen bauen auf dem Konzept der nichtinvasiven Phänotypisierung auf. Bei diesem werden Pflanzen in ihrem Erscheinungsbild erfasst und Rückschlüsse auf physiologische Parameter der Pflanze wie auch auf die Umwelt gezogen, ohne sie oder Teile von ihnen, wie bisher im Labor üblich, „zerstören“ zu müssen. Das Deutsche Phänotypisierungsnetzwerk (DPPN) forscht seit einem Jahr auf diesem Gebiet, bündelt neue Technologien und entwickelt neue Methoden für die nichtinvasive Phänotypisierung im Hochdurchsatzverfahren. Ihre Forschung könnte künftig in die Entwicklung neuer Module, Sensoren oder Computerprogramme münden, die den Landwirt bei seiner Arbeit sowohl am Boden als auch aus der Luft unterstützen und entlasten werden.

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