Ein befreundeter Bauer fragte mich, wie Drohnen ihm bei seiner Arbeit helfen können. Daraufhin fiel mir spontan nur das Düngen und das spritzen von Pestiziden ein. Allerdings ließ mich das Thema nicht locker, weshalb ich ein paar Informationen für ihn gesammelt habe. Hier findet ihr meine Zusammenfassung.
Drohnen kommen in immer mehr Berufszweigen zur Anwendung. So auch in der Land- und Forstwirtschaft. Dabei reicht die Anwendung vom Säen der Samen bis zur Ernte der Pflanze. Die Drohnentechnologie ermöglicht auch ganz neue Methoden welche der Bewirtschaftung, Optimierung und Überwachung dienen.
Wenn man an die Land- und Forstwirtschaft denkt, denkt man an grüne Wiesen, saftigen Feldern und Ruhe. Aber die moderne Landwirtschaft hat leider nicht mehr viel von dem ländlichen Flair der Ruhe und der tiefen Verbundenheit mit der Natur zu tun. Schlagwörter wie Absatz, Ausschuss, Zeitoptimierung und Einsparung prägen diese Industrie.
Dazu kommen immer mehr technische Hilfsmittel wie automatische GPS-Steuerung, Kombinationsgeräte wie Harwester oder intelligente Kransteuerungen zum Einsatz. Jedes Gerät, dass durch das Feld oder den Wald fährt beschädigt den Untergrund und minimiert somit die Ernteleistung. Aus diesem Grund möchte man das Befahren der Agrarflächen auf ein Minimum beschränken.
Es ist naheliegend, dass nur mehr der Luftweg übrig bleibt, weil Luftfahrzeuge keine Bodenschäden hinterlassen und sie noch dazu schneller und somit effizienter sind. Bei diesem Punkt kommen Drohnen zum Einsatz. Sie können im Gegensatz zu herkömmlichen Flugzeugen in geringer Höhe über das Feld oder den Wald fliegen und gegebenenfalls am Platz schweben.
Mit einer Drohne kann ein Feld mit einer Größe von einem Hektar in 5 min überflogen werden (1 acre in 12 min). Dies würde sonst nur mit viel teureren Flugzeugen oder Hubschraubern möglich sein, weshalb Drohnen als günstige Alternative eingesetzt werden.
Aber vor allem auch die neuen Anwendungen von Drohnen in der Land- und Forstwirtschaft sind beeindruckend. Sie bieten völlig neue Ansätze zur optimalen Bewirtschaftung und das Ende der Fahnenspitze ist noch lange nicht erreicht.
Hier habe ich eine Liste von Anwendungen für Drohnen zusammengestellt, welche heute schon im Einsatz sind. Am Schluss ist noch ein kleiner Ausblick was die Zukunft noch bringen könnte.
1. Säen von vielen Samen mit Drohnen
Am Beginn der Forst- und Landwirtschaft steht das Säen. So auch in der Anwendung von Drohnen in dieser Industrie. Generell gibt es dabei zwei grobe Unterteilungen.
Als erstes ist das Säen vieler Samen, welche über das Feld breit ausgestreut werden. Dabei befinden sich die Samen in einem Behälter. Diese Samen fließen dann über eine ferngesteuerte Öffnung auf eine rotierende Verteilerscheibe. Durch die Fliehkraft werden die Samen relativ gleichmäßig und kreisförmig verteilt. Wie viele Samen verstreut werden kann über die Öffnung des Behälters und über die Drehzahl der Verteilerscheibe bestimmt werden. Diese Methode eignet sich vor allem bei sehr günstigen Samen und einer großen Pflanzendichte auf dem Feld.
Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie sehr einfach und robust ist. Sie benötigt keine zwangsläufige GPS Steuerung der Drohne, sondern die Drohne muss einfach nur über das Feld fliegen und möglichst alle Bereiche erreichen.
Der Nachteil ist, dass eine große Zahl von Samen gesät werden muss, was zu einem relativ hohen Ausschuss von Samen führt.
2. Säen einzelner Samen mit Drohnen
Als zweites ist das Säen einzelner Samen mit Drohnen. Die Drohne fliegt dabei eine bestimmte Route ab, wo die einzelnen Plätze der Bepflanzung hinterlegt sind. Hierzu bremst die Drohne ab und schwebt über den gewünschten Platz. Die Samen befinden sich in einem Magazin und werden einzeln abgeworfen oder in den Boden geschossen.
Diese Methode wird bei einer geringen Pflanzendichte auf einem Feld angewendet und die Samen sind verhältnismäßig teurer als Streusamen. Sie können gegebenenfalls auch zusammen mit einem Dünger in einer biologisch abbaubaren Kapsel gesät werden.
Die Vorteile sind, dass die Pflanzen zielgerichtet an den optimalen Plätzen gesät werden können und eine fast 100%ige Samenausbeute stattfindet.
Der Nachteil ist eine aufwendige Steuerung der Drohne mittels Routenplanung und GPS Autopilot. Das Gerät zum Pflanzen ist für den jeweiligen Samentyp konstruiert, was die Flexibilität der Drohne etwas einschränkt.
Als Beispiel könnte man BioCarbon Engineering mit der Mangrovenbepflanzung nennen. Dabei wird zuvor das Gebiet in 100m Höhe mit einer Vermessungsdrohne überflogen. Es wird eine dreidimensionale Karte erstellt und die Bodenbeschaffenheit und der Feuchtigkeitsgehalt wird aufgenommen. Ein Algorithmus berechnet danach die besten Standorte und erstellt die Route für die Drohne. Eine zweite Drohne übernimmt das Säen der einzelnen Samen. Diese fliegt in 2m Höhe über dem Boden und hat ein Magazin mit 300 Samen an Bord. In 18 Minuten wird somit 1 Hektar Fläche bepflanzt.
3. Düngen mit Drohnen
Nach dem Säen der Pflanze erfolgt die nächste Anwendung für Drohnen in der Land- und Forstwirtschaft, das Düngen und das spritzen von Pestiziden.
Oft werden Düngemittel oder Pestizide noch per Hand über die Pflanzen verspürt. Dabei kann man keine Flächendeckende Anwendung garantieren beziehungsweise werden viele Stellen doppelt besprüht und es ist sehr zeitaufwendig.
Für große Flächen nimmt man dann die Beschädigung des Bodens, beziehungsweise die minimierte Nutzfläche durch Fahrstreifen in Kauf, um mit Traktoren und entsprechenden Sprühauslegern diese Mittel zu verteilen. Dabei erfolgt das versprühen des Düngers oder der Pestizide viel gleichmäßiger und schneller als per Hand.
Noch schneller erfolgt dies mittels Drohnen. Hierzu wird die Drohne mit einem Tank (ca 10 – 30kg) bestückt. Über Pumpen wird das Mittel zu den einzelnen Düsen gepumpt. Der Dünger beziehungsweise das Pestizid wird pulsartig während des Überfluges verteilt. Die Route der Drohne wird so programmiert, dass sie jeden Teil des Feldes in geringer Höhe überfliegt. Die geringe Höhe ist notwendig um den Verlust des Düngemittels durch den Wind möglichst gering zu halten. Hierzu genügt nicht nur das GPS Signal, sondern die Drohne ist mit einem Radarsystem ausgestattet, welches den genauen Abstand zum Boden ermittelt und die Drohne entsprechend steuert.
Je nach Anwendung ist momentan die Tankgröße der limitierende Faktor. Die Drohne muss relativ oft wieder zum Startpunkt zurückfliegen, um neuen Dünger aufzunehmen. Die Nutzlast von Drohnen wird in Zukunft noch stark steigen, was diese jetzt schon effiziente Methode noch effizienter macht.
4. Köder oder Nützlinge mit Drohnen auslegen
Nicht nur für das Versprühen von Pestiziden sind Drohnen geeignet, sondern ebenfalls zum Auslegen von Ködern beziehungsweise Nützlinge zur Schädlingsbekämpfung.
Als Beispiel ist dabei der Maiszünsler zu nennen. Die Raupen dieses kleinen Schmetterlings fressen sich in das Mark des Stammes des Maises und beschädigen weltweit etwa 4% der jährlichen Maisernte.
Als Gegenmittelt dienen Schlupfwespen (Ichneumonidae). Diese werden in kleinen Kugeln über dem Feld abgeworfen. Das Abwerfen der Nützlinge erfolgt ähnlich wie beim Säen. Die Drohne fliegt mit 7m/sek in ca. 15m Höhe in einer genau vorgegebenen Route über das Feld. Alle 7m wird eine Kugel mit Schlupfwespen abgeworfen. Der Reihenabstand liegt bei ca. 14m.
In einer Kugel befinden sich ca. 100 Schlupfwespen und für 1 ha werden 80 Kugeln benötigt.
Wann der Nützling zum Einsatz kommt wird von Experten genau vorhergesagt um die bestmöglichste Wirkung zu erzielen. 10-14 Tagen nach der ersten Ausbringung erfolgt eine Zweite, um den Maiszünsler vollständig zu bekämpfen.
Multispektralanalyse von Felder mit Drohnen
Das Gebiet der optischen Datenauswertung erlebte in den letzten Jahren einen massiven Aufschwung. Mitunter getrieben vom autonomen Fahren, können Computer mithilfe von Kameras Objekte, Straßenverläufe und sogar Gesichtsausdrücke erkennen. Diese Entwicklungen gelten nicht nur für den sichtbaren Bereich des Lichtes, sondern auch für das gesamte Lichtspektrum von Ultraviolett bis Infrarot.
So nimmt diese Entwicklung durch den Einsatz von Drohnen auch vor der Forst- und Landwirtschaft keinen Halt. Es entstanden völlig neue Möglichkeiten die Nutzflächen zu überwachen und gegebenenfalls gezielt einzugreifen.
5. Unkrauterkennung mit Drohnen
Die Unkrauterkennung erfolgt über Bilder im Bereich des sichtbaren Lichtes (430nm – 780nm) des elektromagnetischen Spektrums. Die Drohne fliegt über das Feld und es werden georeferenzierte Bilder aufgenommen. Dies Bedeutet, dass man im Nachhinein jedes Bild einer Position am Feld genau zuordnen kann. Dadurch entsteht ein großes zusammengesetztes Luftbild der Nutzfläche.
Anschließend erfolgt die Analyse des Bildes. Ein Computer unterscheidet über einen trainierten Algorithmus auf dem Bild ob es sich um Erde, Unkraut oder um eine Nutzpflanze handelt. Daraus kann eine Karte erstellt werden, wo, welcher und in welcher Intensität der Pflanzenschutz durchgeführt werden muss.
Dieser noch aufwendige Prozess spart Düngemittel sowie Pestizide und hilft gleichzeitig die Pflanzen und Nutzflächen zu schonen.
6. Beurteilung der Bewässerung mit Hilfe von Drohnen
Auch für die optimale Bewässerung können Drohnen zum Einsatz kommen. Dabei geht es weniger um die Bewässerung selbst, sondern um das Erkennen von trockenen Stellen, beziehungsweise einer Überbewässerung.
Ein Feld ist keines Falls ideal eben mit einer gleichbleibenden Bodenbeschaffenheit. So kommt es dazu, dass manche Stellen auf dem Feld trockener sind, bei denen das Wasser leicht abfließen kann und sich auf anderen Stellen sammelt, wo das Wasser keine Möglichkeit hat gleichmäßig in den Boden zu dringen.
Dies führt zu einem ungleichmäßigen Pflanzenwachstum, beziehungsweise zum Ernteausfall bei extremen Wetterverhältnissen wie Trockenheit.
Drohnen bieten dazu die Möglichkeit diese unterschiedliche Bodenbeschaffenheit zu messen. Dabei kommt ein Wärmebild der Nutzfläche zum Einsatz, welches gleich wie bei der Unkrauterkennung georeferenziert aufgenommen wird. Das dabei entstandene zusammengesetzte Wärmebild der Nutzfläche ermöglicht es eine Karte des Bewässerungsgrades der Nutzfläche zu erstellen.
Ausgewertet wird dabei die Wärme des Feldes, trockene Stellen sind dabei wärmer und feuchte Gebiete kälter. Je nach Möglichkeit können dann zusätzliche Bewässerungssysteme installiert, beziehungsweise gezielte Drainage gegraben werden.
7. Erkennen von Pilzbefall mittels Drohnen
Der Pilzbefall ist vor allem im Weinbau ein großes Problem. 60% aller Pilzmittel werden in Europa für den Weinbau verwendet. Da liegt es nahe, den Pilzbefall möglichst schnell zu erkennen um gezielt dagegen anzugreifen.
Jede Pflanze reflektiert Licht auf eine ganz bestimmte weise, wenn die Pflanze von einem Pilz befallen ist, ändert sich auch dieses Lichtverhalten. Dies gilt bei einem Pilzbefall nicht nur für das sichtbare Licht, sondern vor allem im Anfangsstadium im Infrarotbereich. Dieses Phänomen wird genutzt, um den Pilz frühzeitig zu erkennen, bevor die ersten Merkmale für das menschliche Auge auftreten.
Den gleichen Effekt nutz das Deutsche Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), sie verwenden einen speziellen Laser, um die Pflanzen zu bestrahlen und nehmen dann das reflektierte Licht auf. Dadurch erhoffen sie sich noch bessere Aufnahmen der Nutzfläche zu generieren.
Die Drohne nimmt wiederum ein georeferenziertes Bild der Nutzfläche auf und es wird eine zusammengesetzte Karte erstellt. Die Analyse der einzelnen Lichtspektren zeigt entweder einen Unterschied zwischen gesunden und kranken Pflanzen der Nutzfläche, beziehungsweise über Datenbanken auch um welche Art von Pilz es sich handelt.
Die gewonnene Kenntnis in Zusammenhang mit der Landkarte kann dann wiederum genutzt werden, um mithilfe einer Drohne gezielt jene Bereiche des Pilzbefalles mit einem Pestizid zu behandeln.
Das frühzeitige Erkennen von Pilzen ermöglicht es eine Ausbreitung zu verhindern, erfordert jedoch eine regelmäßige Beobachtung der Nutzfläche. Je nach auftretenden Pilzarten soll dies in einem Zyklus von einigen Tagen bis einigen Wochen durchgeführt werden.
8. Erkennen von Schädlingsbefall mittels Drohnen
Als letztes großes Thema der Multispektralanalyse gilt das Erkennen von Schädlingen in der Pflanze. Gerade die Holzindustrie ist geplagt von Borkenkäferlarven. Diese sind Phlomemfresser und zerstören die Transportwege des Baumes und unterbindet somit den Wassertransport. In den Nadeln verändert sich der Chlorophyll- und Wassergehalt. Beides führt zu einer Veränderung des Reflexionsverhaltes von Licht.
Durch einen Befall sterben Bäume binnen 8-10 Wochen ab und die Larven breiten sich auf benachbarte Bäume aus. Durch die Multispektralanalyse kann ein Befall schon nach 3-4 Wochen erkannt werden. Dies bietet dem Waldbesitzer die Möglichkeit durch eine gezielte Einzelstammentnahme die Ausbreitung des Borkenkäfers frühzeitig zu verhindern.
Firmen wie Festmeter fliegen hierzu mit Drohnen über die zu beobachtenden Wälder. Durch eine hochauflösende Infrarotkamera werden georeferenzierte Bilder aufgenommen und zu einer Karte der Nutzfläche zusammengefügt.
Das spezielle ist die Analyse. Hierzu sind mehrere Überflüge notwendig. Am Anfang der Saison werden Referenzbilder aufgenommen. Zu den kritischen Zeiten des Befalles werden in regelmäßigen Abständen wiederum Bilder aufgenommen.
Ein Algorithmus der anschließenden Analyse erkennt die einzelnen Bäume und untersucht ihr Verhalten der Lichtreflexion über die Zeit. Über Datenbanken können dann Befallene Bäume erkannt werden.
Im Falle eines Borkenkäferbefalles werden die GPS-Koordinaten der befallenen Bäume ausgegeben.
9. Vertreiben von Vögeln mittels Drohnen
Nicht nur Pilze und Larven sind Probleme der Landwirtschaft, sondern auch Vögeln. Dabei sind nicht die aufgefressenen Früchte das Problem, sondern leicht beschädigte Früchte. Dellen und Kratzer der Krallen von Vögeln sind die Keimstelle von Bakterien und Schimmel.
Meist werden Vögeln mit Vogelscheuchen oder Lautsprechern mit Lauten von Greifvögeln vertrieben. Viele Vögeln erkennen jedoch, dass sich die künstlichen Greifvögeln nicht bewegen, was den Erfolg von Lautsprechern minimiert.
Drohnen als Vogelscheuche kommen nicht nur bei Flughäfen zum Einsatz, sondern auch in der Land- und Forstwirtschaft.
Die Firma Bird-X kombiniert verschiedene Vertreibungsarten und setzt hierzu eine Drohne mit Lautsprecher ein. Durch das überfliegen der Felder und das gleichzeitige ausstrahlen der Laute von natürlichen Feinden werden Vögel aufwendig jedoch effektiv vertrieben.
10. Wildtierrettung vor Ernten mit Drohnen
Allein in Deutschland sterben jährlich ca. 500 000 Wildtiere in der Landwirtschaft. Vor allem Rehkitze besitzen in den ersten vier Wochen keinen Fluchtinstinkt, weshalb sie sich bei Gefahr nur auf den Boden kauern.
Tote Tiere sind gerade bei der Heuernte im Heuballen gefährlich. Dadurch werden Krankheiten an Nutztiere weitergegeben. Einen Schaden für den Bauern ist es auch schon, wenn er es beim Verfüttern bemerkt und den Heuballen entsorgen muss.
Aber auch ethische Gründe des Tierschutzes sprechen für eine Wildrettung vor der Ernte. Mit Hilfe von Wärmebildkameras können die Nutzflächen schnell und effizient überflogen werden. Wenn ein Tier gefunden wird, kann es verscheucht oder in Sicherheit gebracht werden.
In Europa haben sich Vereine gebildet, welche diesen Service kostenfrei anbieten. Der einzige Nachteil ist, falls ein Tier gefunden wird, dass dann Personen durch das Feld gehen müssen um das Tier gegebenenfalls aus dem Feld zu tragen.
11. Tierzählung mit Hilfe von Drohnen
Eine letzte Anwendung meiner Zusammenfassung ist die Tierzählung mit Hilfe von Drohnen. Dabei werden die Weidegebiete überflogen und Bilder aufgenommen. Ein Algorithmus zählt dann die gefunden Tiere.
Gerade bei großen oder schlecht zugänglichen Weiden, wie beispielsweise auf Almen ist dies sehr hilfreich.
Zusätzlich können kranke Tiere identifiziert und gegebenenfalls Hilfe geholt werden.
Um die Tiere nicht unnötig zu stören sollte die Drohne möglichst hoch über die Weide fliegen. Was dann eine hochauflösende Kamera erfordert.
Zusammenfassung und Ausblick
Die Anwendungen von Drohnen in der Land- und Forstwirtschaft sind vielseitig und anspruchsvoll. Auch wenn manche Anwendungen noch nicht rentabel sind, wird sich im Laufe der Zeit die Technologie verbessern und Drohnen können günstiger hergestellt werden.
Auch die Gesetzgebung wird vor allem beim Fliegen außerhalb der Sicht Regeln finden, welche eine legale Ausübung dieser Technologie ermöglicht. Alles in allem geht der Trend in Richtung Effizienz und Sicherheit was in jedem Fall ein monetärer Wert dieser Drohnenanwendung darstellt.
Ich hoffe diese Zusammenstellung der Anwendungen von Drohnen in der Land- und Forstwirtschaft konnten einen kleinen Überblick bereiten.