Unbemannte Flugobjekte "Spione" für eine nachhaltige Landwirtschaft

Sie sind unbemannt, haben vier Rotoren und machen präzise, fotografische Aufnahmen von dem Land, das sie überfliegen. Normalerweise kommen die so genannten Quadrokopter bei Militär und Geheimdienst zum Einsatz.

Das Institut für Pflanzenbauwissenschaften der Humboldt-Universität (HU) zu Berlin hat sie nun für die zivile Nutzung entdeckt. Es plant die Drohnen als preiswerte Fernerkundungstechnologie für die exakt dosierte Nährstoffversorgung von Ackerflächen einzusetzen. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördert das Vorhaben mit knapp 450.000 Euro. „Überdüngung kann zu erheblichen Schäden in der Umwelt führen. Besonders Gewässer drohen durch den überhöhten Eintrag von Dünger zu kippen“, betont DBU-Generalsekretär Dr. Fritz Brickwedde. „Mit dem neuen System können Landwirte Bodendaten schnell und flexibel erheben und die Düngung an die lokalen Erfordernisse anpassen.“

Viel hilft viel – ein Motto, das auf die Nährstoffversorgung von Ackerflächen nicht zutrifft. Der Einsatz von Düngemitteln sollte genau auf die Ansprüche der Böden abgestimmt werden. Die Voraussetzung dafür ist, dass Landwirte die Beschaffenheit ihrer Anbaugebiete genau erheben, denn Ackerland besteht aus unterschiedlich fruchtbaren Bereichen. „Das liegt etwa an der unterschiedlichen Bodenfeuchte oder dem jeweiligen Humusgehalt“, erklärt Dr. Holger Wurl, DBU-Fachreferent für umweltgerechte Landnutzung und nachwachsende Rohstoffe. Der erste Schritt sei, den Boden auf seine Höhen und Tiefen, Strukturen und Muster zu untersuchen. „Aber auch der Ernährungszustand der Pflanzen muss dokumentiert werden“, so Wurl. Dies lasse sich beispielsweise über die Färbung der Pflanzen ermitteln. Eine Technik, die dazu künftig die nötigen Daten liefern könne, sei die Fernerkundung mit Quadrokoptern.

Wie kleine ferngesteuerte Hubschrauber muss man sich die Flugobjekte vorstellen. Mit einer Geschwindigkeit von bis zu 80 Stundenkilometern schweben sie rund 70 Meter über der Erdoberfläche und nehmen Fotos von Boden und Pflanzen im sichtbaren und im nahen Infrarot-Bereich auf. Mit dem System werden Daten aber nicht nur gewonnen, sondern direkt am Feldrand mit der entsprechenden Software weiter verarbeitet. „Bereits nach wenigen Minuten hat der Bauer ein aus vielen einzelnen Fotografien zusammengesetztes Bild in der Hand, mit dem er dann ins Feld gehen und auf Basis der gesammelten Daten Bodenproben nehmen kann“, erklärt Prof. Dr. Ruprecht Herbst vom Institut für Pflanzenbauwissenschaft der HU Berlin. Bereits am nächsten Tag könnten Landwirte dann entscheiden, wie sie ihr Land optimal düngen. „Auf diese Weise werden Pflanzen bedarfsgerecht und standortangepasst versorgt“, so Brickwedde. Der Vorteil für die Umwelt: Deutlich weniger Nährstoffe gelangen in Boden, Wasser und Luft. Vor allem die Natur am Rand landwirtschaftlicher Nutzflächen wird weniger beeinträchtigt. „Zudem können Landwirte ihre Ressourcen sparsamer einsetzen und ihre Kosten so deutlich reduzieren“, betont der DBU-Generalsekretär.

In einen einfachen Aluminiumkoffer soll die Technik passen. Gestellt und bedient wird sie von geschulten Dienstleistern. „Die Flugstrecken werden vorab programmiert. Vor Hindernissen stoppen die Quadrokopter automatisch bzw. umfliegen diese. Und auch die Höhenkontrolle geschieht vollkommen autonom“, schildert Prof. Dr. Verena Hafner vom Institut für Informatik der HU Berlin. Die von ihr geleitete Forschergruppe für Kognitive Robotik ist im Projekt für die Navigation der Drohnen zuständig. Auch komplizierte Aktionen wie Starten und Landen soll der Quadrokopter bei Bedarf selbstständig ausführen können. „Trotzdem muss eine Person immer am Feldrand stehen bleiben und bei Bedarf in die Steuerung eingreifen“, erläutert Hafner. Erste Testflüge finden demnächst in landwirtschaftlichen Betrieben in Brandenburg und Thüringen statt.

Bilderkundung mittels modernster Satellitentechnik oder von Flugzeugen aus sind zwei Techniken, die in der Landwirtschaft bereits Einzug gehalten haben. Auch mit diesen Methoden können Daten gewonnen werden, um jede Teilfläche innerhalb eines Feldes mit genau der Menge an Nährstoffen zu versorgen, die nötig ist. Allerdings sind Systeme der Fernerkundung per Satellit und Flugzeug in der Praxis hauptsächlich dazu geeignet, großflächig Daten zu erheben. „Der Vorteil der Quadrokopter liegt darin, dass sie preiswert, schnell und flexibel einsetzbar sind“, sagt Brickwedde. „Daher können vor allem kleine und mittelständische Betriebe von den Projektergebnissen profitieren.“ Nicht zuletzt seien weitere zivile Einsatzmöglichkeiten für die unbemannten Flugobjekte denkbar: „Zum Beispiel für Monitoringaufgaben im Umwelt- und Naturschutz“, so Brickwedde.