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Precision Farming: Drohnen in friedlicher Mission

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SPY-X8 Oktokopter

SPY-X8 Oktokopter

Foto: Proplanta GmbH

Precision Farming: Drohnen in friedlicher Mission

Militäreinsätze in unzugänglichen Regionen, Kampf gegen Terroristen - die Assoziationen bei dem Wort "Drohne" sind meist martialischer Natur. Dabei können die unbemannten Flugmaschinen durchaus anders. Von recht kuriosen Ideen war in letzter Zeit zu hören: Drohnen sollten in den USA Pizzen zustellen und Bier an Eisfischer liefern, in Deutschland machten Überlegungen Furore, die Kleinhelikopter für die Zustellung von Paketen einzusetzen. Und auch die Agrarbranche hat verstärkt ein Auge auf die unbemannten Flugkörper geworfen.

Japan ist uns Europäern auf diesem Gebiet deutlich einen Schritt voraus. Der Einsatz von Drohnen ist für die dortigen Reisbauern bereits Alltag. Die Flieger versprühen dort Pflanzenschutzmittel, die den Reis vor Schädlingen schützen sollen. Bereits im Jahr 1990 brachte der Konzern Yamaha seinen unbemannten Mini-Hubschrauber RMAX auf den Markt. Mittlerweile sind dort über 2.300 Geräte von verschiedenen Herstellern im Einsatz, die rund 1.000 Hektar Fläche behandeln. Bemannte Kleinhelikopter verloren dadurch rasch an Bedeutung: Besprühten sie im Jahr 1995 noch 1.328 Hektar Agrarfläche, so betrug diese Zahl 2011 nur noch 57 Hektar.

Die RMAX-Drohnen von Yamaha stehen in den USA kurz vor der Zulassung, voraussichtlich wird ab nächstem Jahr der amerikanische Luftraum schrittweise für zivile Drohnen geöffnet. Einer im Auftrag der Association for Unmanned Vehicle Systems International (AUVSI) entstandenen Studie zufolge können durch die Zulassung von zivilen Drohnen in den USA rund 70.000 neue Arbeitsplätze innerhalb von drei Jahren entstehen. Die Landwirtschaft wird dabei eines der Haupteinsatzgebiete sein.

Multikopter können aber erheblich mehr als nur Pestizide versprühen. So lässt sich zum Beispiel anhand unterschiedlicher Färbungen von Feldern aus der Vogelperspektive erkennen, wann welches Feld bewässert oder gedüngt werden muss. Mit Wärmebild-Kameras lassen sich krankheitsbedingte Veränderungen im Pflanzenbestand frühzeitig erkennen und Pflanzenschutzmittel gezielt einsetzen - ganz im Sinne des Precision Farming.

In der Präzisionslandwirtschaft sollen landwirtschaftliche Nutzflächen teilschlagspezifisch, also ortsdifferenziert und zielgerichtet bewirtschaftet werden. Ziel der Hightech-Methoden ist es, den Verbrauch an Wasser, Dünger und Pflanzenschutzmittel auf das absolut Notwendige zu reduzieren und so das Ertragspotenzial optimal auszunutzen - und das bei geringerer Umweltbelastung. Precision Farming soll in Zukunft dazu beitragen, die Ernährung der Weltbevölkerung zu sichern. Um das zu erreichen, sind zunächst die Forscher gefragt.

Dünge- und Pflanzenschutzmittel nach Maß

Überdüngung verursacht Kosten und schädigt die Umwelt. Schon länger werden deshalb Satelliten- und Luftbildaufnahmen eingesetzt, um die Nährstoffe präzise zu dosieren. Leider sind diese Methoden aufwendig und teuer. Wissenschaftler der Humboldt-Universität in Berlin erproben daher Drohnen, die die nötigen Informationen vor Ort preiswerter liefern sollen. Die ferngesteuerten Mini-Hubschrauber fliegen dazu Äcker ab und schießen Fotos im sichtbaren und im Infrarot-Bereich, anhand derer sich ableiten lässt, wie hoch der Nährstoffbedarf in welchem Teilbereich der Fläche ist.

Auch Forscher der Universität Rostock schicken ihre mit Wärmebild-Kameras ausgerüsteten Flugroboter auf Erkundungstour über die Äcker. Die Aufnahmen der Drohnen zeigen krankheitsbedingte Veränderungen der Bestände schon im frühen Stadium. Die Auswertung der Fotos ermöglicht dann einen gezielten und Ressourcen schonenden Einsatz von Pflanzenschutzmitteln.

Ziel der Wissenschaftler ist es, dass die Landwirte in naher Zukunft selbst derartige Flugmaschinen vom Boden aus bedienen und Fotos machen. Integrierte Sensoren und Software halten die Flugkörper selbständig auf Position. Auch das Abfliegen einer vordefinierten Route ist inzwischen möglich.

Unkrautbekämpfung per Mini-Helikopter

An der Universität im dänischen Aalborg hat man sich derweil speziell den unerwünschten Ackerkräutern gewidmet. Im kürzlich abgeschlossenen ASETA-Projekt (Adaptive Surveying and Early treatment of crops with a Team of Autonomous vehicles) wurden Kamera-Drohnen entwickelt, die anhand von kleinsten Farbunterschieden erkennen können, wo welches Unkraut wächst. Herbizide müssen nach dieser Analyse nur dort versprüht werden, wo sie wirklich notwendig sind. So kann der Verbrauch an Pflanzenschutzmitteln erheblich reduziert werden.

Das System ermittelt Unterschiede in der Reflektion der Pflanzen. Disteln etwa sind daran erkennbar, dass sie gelbes Licht deutlich stärker absorbieren als die umgebenden Rübenpflanzen. Die Informationen der Drohnen werden an einen Computer gesendet und ausgewertet. Ein Bodenfahrzeug kann so anschließend die Lage von Unkrautnestern genauer bestimmen und setzt nur bei Bedarf ein entsprechendes Herbizid frei. Auch hier wird jedoch noch an der Benutzerfreundlichkeit des Systems zu feilen sein.

Luftunterstützung gegen den Maiszünsler

Schon im Praxistest der ZG Raiffeisen befindet sich dagegen der Prototyp ein Multikopters, der die badischen Landwirte bei der biologischen Bekämpfung des Maiszünslers unterstützen soll. Der GPS-gesteuerte Flugkörper wirft aus rund zehn Metern Höhe alle sieben Meter eine Kapsel mit 1.000 Eiern der Trichogramma-Schlupfwespe über den Maispflanzen ab. Die Eiparasiten sind natürliche Gegenspieler des Maisschädlings, der sich in den letzten drei Jahrzehnten in Deutschland massiv ausgebreitet hat.

Dieses biologische Pflanzenschutzverfahren wurde an der Fachhochschule Bern entwickelt. Die Ausbringung der Nützlinge dauert mit der Drohne vier Minuten pro Hektar gegenüber der fünffachen Zeit bei Handausbringung. Der Aufwand ist daher erheblich geringer. Per GPS kann das Gerät auf eine vordefinierte Flugroute programmiert werden, so dass der Abwurf zudem sehr präzise erfolgt. Da auch kein Traktor das Feld befahren muss, wird zudem der Boden geschont. Geplant ist, den Service in absehbarer Zeit als Dienstleistung anzubieten.

Rettung von oben vor dem Mähtod

Einige Forschungsprojekte, unter anderem der Landtechnik-Firma Claas, widmen sich derzeit der Frage, wie mit Hilfe von Flugrobotern Rehkitze, Rebhühner und Junghasen entdeckt werden können, bevor sie der Mähmaschine zum Opfer fallen. Rund 500.000 Wildtiere sterben jedes Jahr einen derart grausamen Tod.

Bei diesen Verfahren fliegen die Drohnen GPS-gesteuert das Feld oder die Wiese vor der Ernte ab und spüren mit Hilfe einer Wärmebildkamera Lebewesen auf. Über die GPS-Daten kann das Tier dann rechtzeitig geortet und aus der Fläche herausgeholt werden.

Drohnen im Beratungsdienst

In Frankreich startete das Unternehmen Delta Drone kürzlich die Vermarktung seiner Agrar-Drohnen. Die zwei bis vier Kilogramm schweren Roboter sind mit Mikrosensoren ausgestattet, die ein größeres Datenaufkommen speichern können. Darüber lässt sich dann feststellen, ob auf derm Schlag Wasser- oder Nährstoffdefizite bestehen.

Delta Drone, das Institut für Pflanzenbau (Arvalis) und Airbus testen gerade die Integration von Bilden und Daten der Flugobjekte in den Agrardiagnostik- und Präzisionslandwirtschaftsdienst "FarmStar Expert". Die Beobachtungskapazität der Drohnen erwies sich als gut kombinierbar mit den von Satelliten und Flugzeugen angefertigten Bildern, die bisher genutzt wurden. "FarmStar Expert" vermarktet Dienste für die Präzisionslandwirtschaft und ein nachhaltiges Anbaumanagement. Es wird in Frankreich von knapp 15.000 Landwirten genutzt.

Erste deutsche Hersteller auf dem Markt

Vorstellbar sind noch zahlreiche weitere Einsatzmöglichkeiten der Flugroboter im grünen Bereich. Prinzipiell eignen sie sich beispielsweise auch für eine 3-D-Vermessung von Bäumen oder für Bestandsaufnahmen von Tierarten in unwegsamem Gelände. Auch die Jäger könnten sich möglicherweise über Unterstützung bei der Wildschweinjagd freuen: Mit fliegenden Helfern ist es möglich, die Schwarzkittel zum Beispiel in Maisfeldern zu lokalisieren.

Die Entwicklung auf dem Gebiet schreitet rasant voran. So schnell sogar, dass die Gesetzgeber in den Ländern kaum schnell genug reagieren können. In den Vereinigten Staaten muss die US-Luftfahrtbehörde FAA bis Ende September 2015 Regeln vorlegen, um kommerzielle zivile Drohnen in den Luftraum einzubinden. Frankreich hat 2012 den Luftraum zur Entwicklung ziviler Drohnen geöffnet.

In Deutschland sind unbemannte Fluggeräte ebenfalls im Jahre 2012 in das Luftverkehrsgesetz aufgenommen worden. Nach diesen Regeln dürfen sie ein Fluggewicht von 25 Kilogramm nicht überschreiten und nicht höher als 100 Meter fliegen. Der Pilot an der Fernsteuerung darf sie nicht über Menschenmengen fliegen lassen und muss stets Blickkontakt haben, um notfalls eingreifen zu können. Diese Auflagen machen vollautomatische Anwendungen momentan unmöglich.

Einige deutsche Unternehmen sind dabei, den Markt für zivile Drohnen zu erobern. Die Hersteller nutzen oftmals eine Nische in der Gesetzgebung: Wiegt die Drohne nicht mehr als fünf Kilogramm, fällt sie offiziell in den Bereich "Modellbau". Die rechtlichen Hindernisse für ihren Betrieb sind dann wesentlich geringer. Die Beantragung einer allgemeinen Auftiegsgenehmigung ist dennoch beim zuständigen Luftfahrtsamt erforderlich.
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Enormes Wachstumspotenzial

Das amerikanische Beratungsunternehmen Teal Group schätzt in seiner Marktstudie 2013, dass sich der weltweite Umsatz mit unbemannten Drohnen in den nächsten zehn Jahren von 5,2 Milliarden auf jährlich 11,6 Milliarden Dollar fast verdoppeln wird.

Nach Prognose des Lobbyverbands AUVSI wird dieses Wachstum vor allem von zivilen Auftraggebern getragen, insbesondere aus der Landwirtschaft. Bis 2017 soll das Umsatzpotenzial für Agrar-Drohnen in den USA bei 13,6 Milliarden Dollar liegen. Deutsche Hersteller sind in ihren Schätzungen nicht ganz so optimistisch: Der zivile globale Drohnenmarkt soll nach Schätzung der Firma Aibotix aus Kassel von heute etwa 100 Millionen Dollar bis 2017 auf 3,5 Milliarden Dollar wachsen.

Mittelfristig sind jedoch noch etliche nicht unbedeutende Fragen zu klären. Welche Anforderungen müssen zum Beispiel an den Piloten gestellt werden, wenn nicht mehr nur einzelne Drohnen den Luftraum bevölkern? Wie kann man verhindern, dass die Fluggeräte von Vögeln attackiert oder mit dem Luftgewehr abgeschossen werden?

Das Urheberrechtsgesetz schafft weitere Komplikationen: Häuser oder Höfe dürfen nur ohne Hilfsmittel abgelichtet werden, ganz gleich ob es sich bei diesem um eine Leiter oder eine Drohne handelt. Ansonsten ist im Prinzip die Genehmigung des Architekten des Gebäudes vonnöten. Auch die Frage nach den Persönlichkeitsrechten wird in der Bevölkerung lebhaft und nicht immer sachlich diskutiert.

Die Vorbehalte vieler Menschen gegenüber der neuen Technik sind nicht zu unterschätzen. Falls eine breite Ablehnung gegen die "Fliegenden Augen" entsteht, kann dies für die junge Branche zum Hemmschuh werden. Die ehrgeizigen Wachstumsprognosen müsste sie in diesem Fall wohl nach unten korrigieren.

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