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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

RUCON Engineering

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D 99441 Großschwabhausen /

b. Jena

Tel.: +49 (36454) 12820

Mail: info@rucon.de

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