1.4 Warum Drohnen?

Agrardrohnen im Vergleich zu Satelliten, Flugzeugen und Hubschraubern

Einleitung

Die Erfassung landwirtschaftlicher Flächen aus der Luft ist keine neue Idee. Bereits in den 1930er-Jahren wurden Luftbildkameras zur Kartierung von Ackerflächen eingesetzt. Mit der Entwicklung der Raumfahrt kamen Satellitensysteme hinzu, die eine regelmäßige Beobachtung der Erdoberfläche ermöglichten. Später ergänzten bemannte Flugzeuge und Hubschrauber die Möglichkeiten der Fernerkundung.

Heute haben sich unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicles, UAV) als eigenständige Plattform etabliert. Agrardrohnen schließen die Lücke zwischen Satelliten und bemannten Luftfahrzeugen: Sie liefern hochauflösende Daten, sind flexibel einsetzbar und verursachen vergleichsweise geringe Betriebskosten.

Die Wahl des geeigneten Systems hängt jedoch von der jeweiligen Aufgabenstellung, der Flächengröße und den gewünschten Informationen ab.

Fernerkundung in der Landwirtschaft

Unter Fernerkundung versteht man die berührungslose Erfassung von Informationen über Objekte oder Flächen. In der Landwirtschaft dient sie dazu, Pflanzenbestände, Bodenverhältnisse und Umweltparameter aus der Distanz zu analysieren.

Je nach Anwendung kommen unterschiedliche Plattformen zum Einsatz:

• Satelliten
• bemannte Flugzeuge
• Hubschrauber
• Drohnen

Alle Systeme liefern wertvolle Daten, unterscheiden sich jedoch erheblich hinsichtlich Auflösung, Kosten, Flexibilität und Aktualität.

Satelliten

Satelliten bilden die Grundlage vieler globaler Erdbeobachtungsprogramme. Systeme wie Copernicus Sentinel, Landsat oder kommerzielle Erdbeobachtungssatelliten liefern regelmäßig aktuelle Aufnahmen landwirtschaftlicher Flächen.

Vorteile

Satelliten decken sehr große Gebiete ab und ermöglichen langfristige Zeitreihen. Dadurch lassen sich Veränderungen der Vegetation über Jahre hinweg dokumentieren.

Weitere Vorteile sind:

• globale Verfügbarkeit
• regelmäßige Wiederholungsaufnahmen
• große Flächenabdeckung
• häufig kostenfreie Datensätze (z. B. Copernicus)

Satellitendaten eignen sich besonders für:

• großflächige Vegetationsanalysen
• Klimaforschung
• Ertragsprognosen
• regionale Entwicklungen

Nachteile

Für viele landwirtschaftliche Anwendungen besitzen Satelliten jedoch Einschränkungen.

Dazu gehören:

• begrenzte räumliche Auflösung
• wetterabhängige Bildqualität
• Wolkenbedeckung
• feste Überflugzeiten
• keine kurzfristigen Einsätze

Insbesondere während kritischer Vegetationsphasen können mehrere Tage ohne verwertbare Aufnahmen vergehen.

Flugzeuge

Bemannte Flugzeuge werden seit Jahrzehnten für Luftbildaufnahmen und Vermessungsaufgaben eingesetzt.

Sie besitzen eine hohe Reichweite und können große Flächen innerhalb kurzer Zeit erfassen.

Typische Einsatzgebiete:

• Landesvermessung
• Orthofotoerstellung
• Forstwirtschaft
• Infrastrukturprojekte
• großflächige Agraranalysen

Vorteile

• hohe Fluggeschwindigkeit
• große Flächenleistung
• professionelle Sensorsysteme
• hohe Nutzlast

Nachteile

• hohe Betriebskosten
• aufwendige Einsatzplanung
• Flughafennutzung erforderlich
• geringe Flexibilität
• wirtschaftlich erst bei großen Projekten

Für einzelne landwirtschaftliche Betriebe sind Flugzeuge daher meist nicht wirtschaftlich.

Hubschrauber

Hubschrauber ermöglichen langsame Überflüge und punktgenaue Inspektionen.

Sie kommen beispielsweise zum Einsatz bei:

• Wildtierrettung
• Infrastrukturkontrollen
• Spezialvermessungen
• Filmaufnahmen

Vorteile

• stationäres Schweben möglich
• hohe Nutzlast
• flexible Flughöhe
• große Sensorvielfalt

Nachteile

• sehr hohe Betriebskosten
• hoher Kraftstoffverbrauch
• starke Lärmbelastung
• aufwendige Wartung
• wirtschaftlich nur für Spezialaufgaben

Agrardrohnen

Agrardrohnen vereinen zahlreiche Vorteile der genannten Systeme.

Sie können innerhalb weniger Minuten gestartet werden und liefern hochauflösende Daten genau dann, wenn sie benötigt werden.

Moderne UAV-Systeme verfügen über:

• automatische Flugplanung
• RTK-GNSS
• Multispektralkameras
• Thermalkameras
• LiDAR
• Telemetrie
• autonome Missionsplanung

Dadurch eignen sie sich hervorragend für Precision-Farming-Anwendungen.

Typische Einsatzgebiete

• Pflanzenmonitoring
• Schadensanalyse
• Bewässerungskontrolle
• NDVI-Erstellung
• Rehkitzrettung
• Schädlingsmonitoring
• Ertragsprognosen
• Dokumentation von Extremwetterereignissen

Vorteile von Agrardrohnen

Hohe räumliche Auflösung

Je nach Flughöhe können Bodenauflösungen von wenigen Zentimetern pro Pixel erreicht werden.

Dadurch lassen sich selbst einzelne Pflanzen detailliert analysieren.

Flexible Einsatzplanung

Der Landwirt entscheidet selbst über den Flugzeitpunkt.

Aktuelle Informationen stehen unmittelbar nach dem Flug zur Verfügung.

Geringe Betriebskosten

Im Vergleich zu Flugzeugen oder Hubschraubern entstehen deutlich geringere Investitions- und Betriebskosten.

Hohe Automatisierung

Moderne Flugsteuerungen übernehmen:

• Missionsplanung
• Navigation
• Bildüberlappung
• Telemetrie
• automatische Rückkehr
• Sicherheitsfunktionen

Nachteile von Agrardrohnen

Auch Drohnen besitzen technische Grenzen.

Dazu zählen:

• begrenzte Flugzeit
• wetterabhängiger Einsatz
• gesetzliche Vorgaben
• begrenzte Nutzlast
• Akkumanagement
• Datenauswertung erforderlich

Insbesondere Wind, Regen und starke elektromagnetische Störungen können die Einsatzmöglichkeiten einschränken.

Vergleich der Systeme

Wirtschaftliche Betrachtung

Die Wirtschaftlichkeit eines Fernerkundungssystems hängt wesentlich von der Betriebsgröße und dem Anwendungsfall ab.

Während Satelliten hervorragend für großräumige Analysen geeignet sind und Flugzeuge ihre Stärken bei landesweiten Vermessungen ausspielen, bieten Agrardrohnen insbesondere für landwirtschaftliche Betriebe den größten Nutzen.

Bereits wenige regelmäßige Befliegungen pro Vegetationsperiode können ausreichen, um Schäden frühzeitig zu erkennen, den Einsatz von Betriebsmitteln zu optimieren und Ertragseinbußen zu vermeiden.

Durch den Einsatz offener Softwarelösungen wie OpenDroneMap, QGIS, ArduPilot, PX4 oder INAV lassen sich zudem leistungsfähige Gesamtsysteme mit vergleichsweise geringen Investitionskosten realisieren.