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UAV-Offline-Online-Workflow im KontextLandwirtschaft 4.0
-Beispiele und Ausblick-
Dr. Jörg Ruppe, et.al.RUCON Engineering, Isserstedter Straße 1, D-99441 Großschwabhausen / b. Jena
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..Tagung: Einsatz der Drohnentechnologie in der Land- und Forstwirtschaft, TLL, Jena, 18.05.2016
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Landwirtschaft 4.0
Die Digitalisierung erfasst gerade alle Lebensbereiche der Gesellschaft. Mit zuneh-
ender Digitalisierung beginnt eine neue Ära der Landwirtschaft (Landwirtschaft 4.0):
• Produktionsprozesse steuern sich selbst
• Maschinen kommunizieren mit Maschinen
• Fahrzeuge steuern sich autonom
• Computerprogramme treffen Entscheidungen
• Vernetzung der Produktionsprozesse durch modernste Informations- und
Kommunikationstechnik
Ziel dieser Entwicklung ist eine neue Dimension der Qualität und der Effizienz der
Produktion, vor allem durch:
Zeitgewinn
Schonung materieller Ressourcen
Verbesserung der Nachhaltigkeit der landwirtschaftlichen Produktion
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Fernerkundung als Mittel zur Datengewinnung – 3 Ebenen
Satellit(MEO – Medium Earth Orbit)
6000 – 36000 km ca. 5 m(darunter – teuer)
Regionen und größer
Flugzeug 400 bis 1000 m ca. 50 cm Flächen ab 1000 ha und größer bis Regionen
UAV (Drohne) 0 – 100 m ca. 5cm (100 m Höhe)bis < 1mm ( < 10 m Höhe)
Flächen bis 1000 ha / 10 km²Tagesleistung (heute)
unabhängig von Bewölkung
operativ einsetzbar geringe Kosten
Flugsystem Flughöhe Bildauflösung Besondere Eignung
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Daten-Workflow im offline-Verfahren
Beispiel: Teilflächenspezifische Düngung und Pflanzenschutz
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SE1.3: Bodenstation
SE1.1: Fluggeräte
SE1.2: Sensoren
(SE2.3: Ground-Truthing)(Ergänzende Datenerhebung)
SE3.1: bodengeb. Aktoren
SE2.1: Fachalgorithmen(Datenbanken)
Systemelemente eines UAV-Systems und offline-Informationsfluss
TS1: Flugsystem(Datenerhebung)
TS2: Büro(Datenaus-u. bewertung)
TS3: Aktoren(Datennutzung)
SE3.2: UAV - Aktoren
SE 2.2 offline-Datenauswertung
Büro
Landwirtschaft 4.0: Durchgängige Automatisierung des Datenflusses
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Biomassekarten als Grundlage für teilflächenspezifische Düngung und Pflanzenschutz
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Biomassekarten als Grundlage für teilflächenspezifische Düngung und Pflanzenschutz
VARI Visible Atmospheric
Resistant Index
(Grün–Rot) :
(Grün+Rot-Blau)
normale RGB-
Farb-Kamera
(Preis: ca. 300 bis 800 EUR)
NDVI Normalized
Differenced
Vegetation Index
(NIR-Rot) : (NIR+Rot)
NIR-Kamera
(3 Kanäle)
(Preis ca. 1.000 bis 5.000 EUR)
REIP Red Edge
Inflection Point
400+40*
((R670+R780) :
2-R700): (R740-R700))
NIR-Kamera
(4 Kanäle)
(Preis ca. 20.000 EUR)
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Biomassekarten als Grundlage für teilflächenspezifische Düngung und Pflanzenschutz
Boniturpunkte Biomasse
Berechnung bedarfsangepasste
Applikationskarte
VARI Visible Atmospheric
Resistant Index
(Grün–Rot) :
(Grün+Rot-Blau)
normale RGB-
Farb-Kamera
(Preis: ca. 300 bis 800 EUR)
NDVI Normalized
Differenced
Vegetation Index
(NIR-Rot) : (NIR+Rot)
NIR-Kamera
(3 Kanäle)
(Preis ca. 1.000 bis 5.000 EUR)
REIP Red Edge
Inflection Point
400+40*
((R670+R780) :
2-R700): (R740-R700))
NIR-Kamera
(4 Kanäle)
(Preis ca. 20.000 EUR)
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Ermittlung Unkrautbesatz Unterstützung Herbizidapplikation
Georeferenzierte Karte zur Unter-
stützung des Herbizideinsatzes
Verteilungsmuster Unkrautbesatz
Trespe
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Die Bonituren bzw. die Eichung der Applikationssysteme) werden an den
Maximum-/Minimum-Teilflächen durchgeführt
fachlich optimal
Ausbringmengen (Nährstoffe-DM, Wirkstoffe-PSM) sind vor der Zusammen-
stellung der Düngemittelmischungen bzw. dem Anmischen von Pflanzenschutz-
brühen bekannt
Optimierung des Einsatzes, da genau so viel Nährstoff/Wirkstoff, wie benötigt
Weitgehende Vermeidung von z.B. Resten von Spritzmittelbrühen
Vorteile der Nutzung von Biomassekarten im UAV-offline-Verfahrenfür Düngungs- und Pflanzenschutzmaßnahmen
UAV-basierte Biomassekarten beschreiben zu 100% die Verteilung der Biomasse auf dem Schlag (maschinengebundene N-Sensoren 8 – 20%)
Vollständiger Schlagüberblick
Teilflächenspezifische Applikationswerte können vorab durch den Landwirt
verändert werden (z.B. Berücksichtigung von Witterungseinflüssen seit der
letzten Applikationsmaßnahme, Düngestrategie)
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Daten-Workflow im online-Verfahren
Beispiel: Tierfindung
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Daten- und Workflow – online-Verfahren
Datengewinnungund -speicherung
Datenselektionund -aufbereitung
Datenbewertungund -verknüpfung
Datennutzungund Aktion
Direkte Datenübergabe
Steuerung komplexer Ma-
schinenverbände
Kollisionsvermeidung Hindernisse, Schadgegenstände
Tiere (Rehkitze, Wildschweine)
Menschen
Fluggerät zum Aktor
Datenübergabe
Bodenstation zum Aktor
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Auffinden und Lokalisieren von Nutztieren
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Auffinden von Wildtieren online-Verfahren
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Ausblick
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Entwicklungspotenzial zivile Drohnentechnologie
Verschiedene Prognosen besagen:
80% dieses Drohnenpotentials sollen dabei in der Land- und Forstwirt-
schaft zum Einsatz kommen (Nwirth, 2015)
der zivile Drohnenmarkt wächst von ca. 6,6 Mrd. USD im Jahr 2015
auf 89 Mrd. USD in Jahr 2023 (Nwirth, 2015)
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DatenbankSchlag 37
3 Entwicklungs-Aspekte:
Komplexe Techn. Entwicklungen
Rechtliche Grundlagen
Gesellschaftliche Akzeptanz
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1. Technische Entwicklungen
Autonome Drohnen Erkennen von Hindernissen Vermeidung von Kollisionen
- z.B. vollautonomes Anfertigen aktueller Orthofotos zur Bestandesführung- Steuerung und Überwachung von autonomen Maschinen-(verbänden)
Spezialisierung der Sensorik z.B. Hyperspektralkameras für Düngung und Pflanzenschutz Lasermessgeräte für Vermessungsleistungen (hochgenaue 2D-
und 3D-Vermessungen)
Drohnen als Arbeitsmaschinen Realisierung spezieller Düngungs- und PS-maßnahmen (z.B. Weinbau) Transportdrohnen (z.B. für Ersatzteile, Tierarzneimittel, etc.) Minidrohnen zur Bestäubung von Blüten (Bienenersatz)
„If you can dream it, you can do it“ Walt Disney
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Kommentar zum Entwurf der neuen „VO zur Regelung des Betriebs von unbemannten Luftfahrzeugen, vom 21.01.2016
2. Rechtsentwicklung
„…die Begrenzung des Betriebs in Sichtweite des Steuerers wird grundsätzlich aufgehoben“Unbemannte Luftfahrtsysteme sollen zukünftig nicht mehr dieser Einschränkung unterlie-gen, da mit neueren technologischen und navigatorischen Möglichkeiten ein sichererBetrieb auch außerhalb der Sichtweite durchgeführt werden kann.
„… zur Aufhebung des Verbots des Betriebs von Luftfahrtsystemen, wenn die Gesamtmasse des Geräts mehr als 25 kg beträgt“Die zuständige Luftfahrtbehörde des Landes kann, insbesondere für den Einsatz zu land-und forstwirtschaftlichen Zwecken, Ausnahmen von diesem Verbot zulassen.
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3. Gesellschaftliche Akzeptanz
„Es ist oft einfacher etwas Neues zu erfinden,als sich von alten Gewohnheiten zu trennen“
J.M. Keynes
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Vielen Dank
für die
Aufmerksamkeit
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