Fliegende Agrarhelfer – Landwirtschaft Morgen:
Precision Farming mit Microdrones


Multikopter erstellen vollautonom multispektrales Kartenmaterial, Landmaschinen fahren fahrerlos über die Felder und besprühen anhand dieser Daten gezielt befallenes Getreide mit Pflanzenschutzmitteln, Informationen werden direkt per Satelliten zu »Mission Control« übertragen: Was für viele wie ein James Bond Film klingt, ist für eine Vielzahl von Landwirten bereits tägliche Routine.

Die Landwirtschaftsbranche wird »umgepflügt«: In einer der ältesten und wichtigsten Branchen der Menschheit findet zurzeit eine Revolution in Richtung Automatisierung statt. Stichwort »Precision Farming« (deutsch = Präzisionslandwirtschaft), also die gezielte und ortsdifferenzierte Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Flächen. Laut einer Umfrage der technischen Universität München und des DLZ-Agrarmagazins nutzen im Jahr 2014 bereits über 80 Prozent der Landwirte in Deutschland elektronische Dokumentationssysteme in der Pflanzenproduktion. 

Einen wichtigen Beitrag zur technischen Revolution in der Landwirtschaft leisten unbemannte Flugsysteme. Ausgestattet mit etlichen Sensoren und Mikrokontrollern, NIR und Multispektralkameras, GPS Empfängern und vielem mehr unterstützen sie Landwirte bei dem effizienten Einsatz von Pflanzenschutzmitteln, liefern wichtige Daten über die Bodenbeschaffung und schützen Wildtiere vor dem Mähtod. Der Einsatz von Microdrones in der Landwirtschaft bietet ein riesiges Potenzial und umfangreiche Einsatzmöglichkeiten.

Die Vorteile der Verwendung von UAVs in der Landwirtschaft liegen auf der Hand: Dadurch, dass Microdrones UAVs senkrecht starten und landen, können sie selbst auf kleinstem oder schwer erreichbaren Raum agieren. Zudem lassen sich viele Erkenntnisse besser aus der Luft erschließen und liefern dem Landwirt dank verschiedener Sensoren ein aussagekräftiges Bild über den Zustand der Pflanzen und Böden.
Der folgende Bericht gibt einen Einblick in die bereits existierenden Einsatzszenarien und einen Ausblick in die nahe Zukunft der Landwirtschaft. 


Präzises Ernte-Management mit Microdrones

In Zeiten einer steigenden Weltbevölkerung und des Klimawandels machen sich Landwirte zunehmend Gedanken um eine nachhaltige Bewirtschaftung des Landes, um einerseits die Umwelt zu schonen und andererseits den Menschen von morgen genügend Nahrung liefern zu können, ohne die Erde unnötig zu belasten. Wo früher einmal der »grüne Daumen« eines Bauern ausschlaggebend für eine ertragreiche Ernte war, so sind es in Zukunft Microdrones UAVs, die den Agrarflächen zu einer optimalen Bewirtschaftung helfen und uns vor Hungersnöten schützen.


Microdrones –
Agrar- und Weinbaumanager
von morgen

Ein Drittel der jährlichen Ernte weltweit gehen durch Schädlings- und Pilzbefall verloren. Heute kann der Bauer dank neuster Technologie frühzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen und einem drohenden Ernteverlust entgegenarbeiten. Auf dem Feld stellen mit Multispektralkameras ausgestattete UAVs den Krankheitsbefall von Pflanzen fest – noch bevor die Blätter welken. Mit der Microdrones-Technologie ist eine effiziente und umweltschonende Feldbewirtschaftung schon heute möglich.

md4-1000 mit Multispektral-Kamera, welche Daten über den Düngebedarf, den Ernährungszustand und die Bestandsdichte der Pflanzen liefern kann

In Japan werden schon seit mehreren Jahren unbemannte Flugobjekte für die punktuelle Besprühung von Reispflanzen mit Pflanzenschutzmitteln eingesetzt. Die Methode ist für den Bauern wesentlich kostengünstiger und umweltschonender, als der Einsatz einer Landmaschine oder gar einem Hubschrauber mit einem Menschen an Bord.

Auch im Weinbau entwickeln sich Microdrones zunehmend als Weinbaumanager von morgen. Bislang hatten Winzer an Steilhängen oft mit dem Pilz-Befall der Reben zu kämpfen. Hinzu kommt, dass die Anbaugebiete zum Teil sehr schwer zugänglich sind. Die Microdrones-Flugroboter können an dieser Stelle ihre ganze Stärke unter Beweis stellen: Auch bis an die entlegenste Ecke fliegen sie zu der exakten Stelle des Pilzbefalls und können hier gezielt gegen die Erkrankungen vorgehen.

Im Vorfeld stellen die UAVs fest, an welchen Stellen ein Schädlingsmittel punktuell eingesetzt werden muss oder ob es den Pflanzen an Wasser mangelt. Der Winzer kann gezielt und frühzeitig handeln, ohne dass Ernte verloren geht oder der gesamte Weinberg besprüht werden muss. Das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz fördert bereits seit dem Jahr 2012 den Einsatz von Unbemannten Flugsystemen zur Bewirtschaftung von Steillagen im Weinbau mit insgesamt 800.000 Euro.

Ein anderes Szenario: In früheren Zeiten galten Saatkrähen als großes Problem. Die gierigen Vögel plünderten einen Großteil des Saatgutes und richteten verheerende Schäden an. Heute dient eine Flugplattform zur Abschreckung der Tiere, während sie gleichzeitig wichtige Analysen über den Zustand der Böden liefert. 

Weitere Vorteile sind, dass die Flugplattform konstant ihre Position einhält und, dass sie genauestens per GPS-Waypoint-Navigation vollautomatisch gesteuert werden kann. So können sie auch für die ortsbezogene Düngung verwendet werden, ohne dass ein Maschinenfahrzeug den Boden belastet und Emissionen ausstößt – Hier bekommt das Wort Präzisionslandwirtschaft eine ganz konkrete Bedeutung. Die Möglichkeiten für die fliegenden Agrarhelfer sind beinahe unbegrenzt und auch für kleinere Betriebe attraktiv. 


Bodenkunde

Studien berichten schon heute über verheerende Folgen des massiven Einsatzes von Pestiziden: Laut Bodenatlas 2015 der Heinrich-Böll-Stiftung haben die europäischen Anbauflächen rund 45 Prozent ihrer organischen Substanz (Humus u. Bodenlebewesen) aufgrund von landwirtschaftlicher Nutzung verloren. Trotzdem steigt der Einsatz von Düngern weltweit immer weiter an: Waren es im Jahr 1960 noch weit unter 50 Kilogramm Düngemittel pro Hektar, werden im Jahr 2020 bereits rund 200 Kilogramm pro Hektar prognostiziert. Der massenhafte Einsatz von Düngemitteln hat katastrophale Folgen für das Ökosystem und damit für die Nahrungsversorgung der Zukunft.

Mithilfe von Microdrones kann der massenhafte Einsatz von Düngemitteln eingedämmt werden: Sie sammeln wichtige und vielseitige Daten über den Zustand der Felder und verhelfen den Bauern zu einer zielgerichteten, ökologischen und ertragreichen Bewirtschaftung. Die Möglichkeiten sind hier äußerst vielfältig und werden den verschiedensten Anforderungen gerecht. Die wichtigste Methode ist in diesem Zusammenhang die Fernerkundung mit der Flugplattform, mit der aussagekräftige Daten über den Zustand der Böden gesammelt werden kann.

Multispektralaufnahme einer md4-1000 welche die Bestandsdichte einer landwirtschaftlichen Fläche zeigt

Im sichtbaren Bereich liefern Quadrokopter Luftbilder des Feldes, aus denen heraus sich anhand der Farbsättigung der Pflanzen Aussagen über den Zustand sowie den Reifegrad ablesen lassen. Im Vorfeld der Bepflanzung geben die Daten der Microdrones-Sensoren einen Einblick in die Standort-Produktivität, beispielsweise durch Höhenmodelle, oder durch Analysen der örtlichen Wetterdaten. Anhand von Luftbildern wird der Boden analysiert, Wassererosionen an der Bodenoberfläche werden auf einen Blick ersichtlich. Farbe und Helligkeit der Erde geben dem Landwirt Rückschlüsse über den Humusgehalt, den Bewässerungszustand oder den Stein- und Unkrautgehalt an der Oberfläche.

Im nicht-sichtbaren Bereich liefern UAVs, ausgestattet mit NIR-Kameras, Daten über die Blattstruktur oder den Wassergehalt der Pflanzen und können über verschiedene montierte Sensoren die reflektierten Wellenlängen untersuchen, die Aussagen über den Düngebedarf, den Ernährungszustand und die Bestandsdichte der Pflanzen liefern. So handelt der Landwirt gezielt, frühzeitig und ortsdifferenziert, ohne großflächig Dünger einzusetzen und die Umwelt unnötig zu belasten. 

Es gibt unzählige Beispiele für den Einsatz von UAVs zur Untersuchung, Beobachtung und Kartographie der Ernteflächen. Weitere Anwendungsszenarien sind unter anderem:

  • Überwachung und Einschätzung des Ernteertrags
  • Überwachung und Prüfung des Düngebedarfs
  • Planung und Kartographieren von Wasser-Drainagen

Rettung von Wildtieren mit Microdrones

Laut Deutscher Wildtierstiftung fallen in der Mähsaison, auch Mahd genannt, alleine in Deutschland mehr als 500.000 Wildtiere einem grausamen Mähtod zum Opfer. Rehkitze und andere Jungtiere suchen in den hohen Gräsern Schutz und fallen den immer schneller und effizienter arbeitenden Mäh-Maschinen zum Opfer. Selbst für erfahrene Jäger sind die gut getarnten Tiere kaum sichtbar. Der Tod der Wildtiere stellt neben dem Tierschutz und dem Schaden für Jagdpächter ein großes Problem dar, denn die Kadaver verseuchen das gemähte, für die Viehzucht dringend benötigte Futtermittel. 

Die Lebensretter kommen hier aus der Luft: Seit dem Jahr 2010 entwickeln der Bayerische Jagdverband zusammen mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt den Fliegenden Wildretter

Die Jungtiere werden mithilfe von UAVs aus der Luft aufgespürt und vor dem Mähtod gerettet. An die Flugplattform gekoppelte Wärmebild- und Nahinfrarotkameras ersetzen hier das menschliche Auge und liefern einen detaillierten Überblick über das tierische Geschehen auf der Wiese.

Das Anwendungsgebiet zeigt: Microdrones können ohne großen Aufwand nicht nur das Leben tausender Rehkitze retten, sondern auch einen wirtschaftlichen Schaden des Bauern verhindern. 


Schlussfolgerung und Ausblick

Der Bericht belegt, dass fliegende Agrarhelfer bereits seit Jahren nicht mehr in die Kategorie der Zukunftsmusik gehören, sondern Teil der momentan stattfindenden landwirtschaftlichen Revolution des Präzisionsackerbaus sind. Die spezifischen Anwendungsbereiche der UAVs in der Landwirtschaft zeigen, dass eine erfolgreiche und umweltschonende Implementierung in den landwirtschaftlichen Betrieb schon heute möglich ist und auch in Zukunft von großer Bedeutung sein wird. Einige Hürden müssen noch erklommen werden, wie beispielsweise die rechtliche Lage der kommerziellen Verwendung von UAVs sowie die Ausweitung der bisher auf den Sichtflug beschränkten Nutzung.

Microdrones möchte diese Hürden nehmen und wird ein fester Bestandteil dieser Revolution sein.

Der Agrarsektor gehört zu den größten Wachstumsmärkten, besonders im Hinblick auf eine wachsende Weltbevölkerung und drohende Hungersnöte. Der Einsatz von Microdrones UAVs wird auch in Zukunft zu einem verbesserten Ertrag verhelfen, die Böden dieser Welt vor dem Nährstoffverlust schützen und sogar Leben retten!