Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die rasante Entwicklung in den letzten Jahren auf dem Gebiet der unbemannt autonom fliegenden Sys-teme (UAS) f\u00fchrt dazu, dass solche Flugplattformen auf zunehmendes Interesse aus der Landwirtschaft sto\u00dfen. Trotz der Vielzahl von Forschergruppen, die inzwischen die Nutzbarkeit von UAS in der Land-wirtschaft untersuchen, gibt es bisher noch kaum Systeml\u00f6sungen, die f\u00fcr praktische Belange geeignet sind. An dieser Stelle nimmt das ADLER-Projekt eine Vorreiterrolle an. Das ADLER-Projekt hat For-schungs- und Entwicklungsarbeiten zur Anwendung von UAS (Unmanned Aircraft System) in der Land-wirtschaft durchgef\u00fchrt. Es sollte eine Systeml\u00f6sung gefunden werden die nicht nur Hardware-Komponenten enth\u00e4lt sondern auch Algorithmen, die bis zur Berechnung von D\u00fcngungsempfehlungen eine komplexe Prozesskette umfassen. \u00dcber die 3-j\u00e4hrige Projektlaufzeit wurde der Agricopter als ein Prototyp eines UAS f\u00fcr die umweltgerechte Landbewirt-schaftung entwickelt und in Feldversuchen ge-testet. Parallel hierzu wurden Algorithmen und ein DSS (Decision Support System) f\u00fcr die teilfl\u00e4chen-spezifische Stickstoffd\u00fcngung als ein Anwendungsfall implementiert.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Entscheidungsunterst\u00fctzungssystem ADLER besteht aus folgenden Komponenten:<\/p>\n
\u0095\tLow-cost Fernerkundungssystem
\no\tUnbemannter, weitgehend autonom navigierender Oktokopter zur einfachen und kosten\u00acg\u00fcnstigen Erzeugung von multitemporalen und multispektralen Luft\u00acbildern des Bodens und Bestandes
\nDas Entscheidungsunterst\u00fctzungssystem ADLER besteht aus folgenden Komponenten:<\/p>\n
\u0095\tLow-cost Fernerkundungssystem
\no\tUnbemannter, weitgehend autonom navigierender Oktokopter zur einfachen und kosten\u00acg\u00fcnstigen Erzeugung von multitemporalen und multispektralen Luft\u00acbildern des Bodens und Bestandes <\/p>\n
\u0095\tBildverarbeitung
\no\tAutomatisierte Bilddatenverarbeitung welche auf die spezifischen Gegeben\u00acheiten des Fernerkundungs-systems und die Anforderungen der Entscheidungs\u00acunterst\u00fctzung zugeschnitten ist
\n\u0095\tModelle und Algorithmen zur Entscheidungsunterst\u00fctzung
\no\tModell auf Basis robuster Methoden
\no\tAlgorithmen zur Ableitung bodenb\u00fcrtiger Ertragspotenziale, des Ern\u00e4hrungs\u00aczustandes der Pflanzen und der teilfl\u00e4chenspezifischen Applikationsmengen anhand von Fernerkundungsbildern und weiteren ggf. verf\u00fcgbaren Daten.
\n\u0095\tWeb-basiertes Daten- und Workflow-Management
\no\tVerwaltung von Daten aus unterschiedlichen Quellen (Landwirt, Dienstleister, Verwaltung)
\no\tSchneller und standardisierter Datenaustausch
\no\tErzeugung von Applikationskarten.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im ADLER Projekt wurden Hardware- und Software-L\u00f6sungen f\u00fcr eine adaptive N-D\u00fcngung basierend auf dem Nitrogen Nutrition Index (NNI) unter Nutzung von UAS erarbeitet. Besonders hervorzuheben ist der gegl\u00fcckte Innovationstransfer. Die Ergebnisse des Projekts flossen unmittelbar in die Entwicklung von Produkten des Projektpartners Rucon Engineering ein, welche bereits zur Laufzeit des Projektes vermarktet werden konnten. Dar\u00fcber hinaus wurden Landwirte, Agrarberater, Landtechnikproduzenten, Wissenschaftler und die weitere \u00d6ffentlichkeit durch Zeitschriftenartikel, Interviews, Konferenzen und Messen \u00fcber das Projekt ADLER informiert. Insgesamt wurde im Projekt auf der Technikseite des Ag-ricopters ein System entworfen, mit dem zuverl\u00e4ssig die gew\u00fcnschten VIS+NIR Orthofotos erstellt wer-den k\u00f6nnen. Das Gesamtsystem bestehend aus Kopter, Kamerasystem und Photogrammetriesoftware (Universit\u00e4tslizens) kostete lediglich rund 3000 \u0080. Im Projektjahr 2012 wurde mit dem beschriebenen System eine ganze Reihe von Orthofotos f\u00fcr die Algorithmenvalidation erstellt. Als ein Anwendungsfall f\u00fcr die Nutzung von Luftbildern aus UAS wurde f\u00fcr das ADLER Projekt die ortsspezifische Stickstoffd\u00fcngung in Winterweizen getestet. Die N-D\u00fcngung ist eng gekoppelt an die Entwicklungsstadien von Weizen sodass f\u00fcr die Praxis eine zeitnahe Datenerfassung und Erstellung von Applikationskarten notwendig ist. Als quantitativer Index f\u00fcr die Absch\u00e4tzung der Stickstoffd\u00fcngungsmengen wurde der NNI Ansatz auf umfangreichen Feldversuchen getestet und validiert. Mit Hilfe von den zuvor dargestellten Entwicklungs- und Versuchsergebnissen wurde der Algorithmus f\u00fcr die Umsetzung der teilfl\u00e4chenspezifischen N-D\u00fcngung in Winterweizen getestet. Dieser umfasst die gro\u00dfteils automatisierte Befliegung und Gewinnung von Luftbildern (RGB, NIR), die Erzeugung einer Green NDVI-Orthobildkarte, eine darauf basierende gezielte Analyse des N-Ern\u00e4hrungszustands\/D\u00fcngebedarfs der Pflanzen in Verbindung mit \u0084Ground Truthing\u0093 und die abschlie\u00dfende Kombination dieser Informationen zur Erstellung einer Applikationskarte. Die notwendigen Arbeitsschritte wurden in das web-gest\u00fctzte Entscheidungssystem ADLER integriert. Als kritisch zu betrachten bei dem von uns genutzten UAS sind sicherlich die relativ kurzen Flugzeiten (ca. 20 Minuten) sowie die geringen Zuladungen bedingt durch den elektrischen Antrieb. Die Entscheidung f\u00fcr ein elektrisch angetriebenes UAS ist durch die rechtlichen Rahmenbedingungen begr\u00fcndet: der Einsatz von UAS mit Verbrennungsmotoren ist wesentlich strenger reglementiert, jeder Flug muss einzeln genehmigt werden. Ein gewisser Nachteil der Systeml\u00f6sung ist ebenfalls der Aufwand f\u00fcr Referenzmessungen. Zu jedem D\u00fcngezeitpunkt muss die Biomasse sowie die N-Versorgung in schlecht, mittel und gut entwickelten Arealen – ausgew\u00e4hlt anhand der UAS Bilddaten – bestimmt werden. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00dcber die gesamte Laufzeit des Projektes konnte ein sehr reges Interesse der Presse an den Arbeiten in ADLER festgestellt werden. Deswegen wurden 2011 vom Projekt die erste deutschsprachige Konferenz zu unbemannt fliegenden Systemen f\u00fcr die umweltgerechte Landbewirtschaftung initiiert. Die Konferenz hat im M\u00e4rz 2012 in Berlin stattgefunden. Sie war mit 75 Teilnehmern v\u00f6llig ausgebucht und es mussten Interessenten aus Platzmangel zur\u00fcckgewiesen werden. Unter den Teilnehmern waren Firmen (u.a. Claas, Fritzmeier), Wissenschaftler und Studenten. Es wurden 18 Vortr\u00e4ge gehalten die das gro\u00dfe Spektrum der Entwicklungen und Anwendungen von UAS zeigten. Die Konferenz wird im Mai 2013 zusammen mit dem 19. Workshop zur Computerbildanalyse in der Landwirtschaft fortgef\u00fchrt. Weiterhin hat sich das ADLER Projekt auf den DLG-Feldtagen 2012 in Bernburg pr\u00e4sentieren und so viele Kontakte zur landwirtschaftlichen Praxis hergestellt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
UAS sind kosteng\u00fcnstig, flexibel und vielf\u00e4ltig in der Landwirtschaft einsetzbar. Dies gilt f\u00fcr den Betrieb als auch f\u00fcr den Berater bzw. andere Entscheidungstr\u00e4ger. Zuk\u00fcnftige Anwendungsgebiete in der Landwirtschaft sind beispielsweise Pflanzenbau, Tierhaltung, Geb\u00e4udezustand aber auch Umweltmonitoring und -schutz.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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