Kartieren mit Drohne CultiWise Mini und Scout: Basis für Spot-Spraying
Mit CultiWise lassen sich Applikationskarten für das Spot-Spraying erstellen. Basis können Drohnenfotos sein. Wir waren bei der Kartierung mit kleiner und großer Drohne dabei.
Nicht immer ist der Himmel wolkenfrei. Und genau dann können Kameradrohnen beim Kartieren von Flächen punkten — insbesondere, wenn es darum geht, Unkrautnester zu finden und unter Umständen sogar Unkrautarten zu erkennen. Voraussetzung ist eine Drohne, die mit möglichst hochauflösenden Kameras ausgestattet ist. Außerdem braucht es ein Programm, das die Drohnenfotos zu sogenannten Orthofotos zusammenfügt und auswertet.
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Nicht immer ist der Himmel wolkenfrei. Und genau dann können Kameradrohnen beim Kartieren von Flächen punkten — insbesondere, wenn es darum geht, Unkrautnester zu finden und unter Umständen sogar Unkrautarten zu erkennen. Voraussetzung ist eine Drohne, die mit möglichst hochauflösenden Kameras ausgestattet ist. Außerdem braucht es ein Programm, das die Drohnenfotos zu sogenannten Orthofotos zusammenfügt und auswertet.
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CultiWise ist ein solches Programm. Es zeigt sowohl die Satellitenaufnahmen der Sentinel-2-Satelliten als auch Drohnenfotos von landwirtschaftlichen Flächen. Und der Landwirt kann mit Hilfe der Aufnahmen Applikationskarten selbst erzeugen.
Das Portal CultiWise
Die noch junge Firma SkyMaps mit Sitz in Brünn, Tschechien, hat die cloudbasierte Software entwickelt und bietet sie unter cultiwise.com europaweit an. Für Vertrieb und Support in Deutschland ist der Landmaschinenhändler Titan Machinery aus Burkau bei Dresden mit seiner Precision Farming-Abteilung zuständig.
Angeboten werden für das Aufbereiten von Drohnenfotos verschiedene Abo-Optionen:
Die Variante Pro für 14 Euro pro Hektar und Jahr umfasst Applikationskarten für die variable Ausbringung von Dünger, Saatgut oder Pflanzenschutzmitteln (alle Preise ohne MwSt.).
In der Variante Pro+ für 20 Euro pro Hektar und Jahr sind selektive Herbizideinsätze, Pflanzenzählungen, die Analyse von Bestandsschäden und damit auch die Unkrauterkennung sowie das Spot-Spraying enthalten.
Für das Speichern der Drohnenfotos stellt SkyMaps ein Terabyte Speicherplatz (1 TB entspricht 1 000 Gigabyte) auf ihrem Server kostenlos zur Verfügung. Wird mehr Speicherkapazität benötigt, berechnet SkyMaps 300 Euro pro TB und Jahr. Mit 1 TB Speicher sollte ein Landwirtschaftsbetrieb mit rund 600 ha beflogener Fläche pro Saison in der Regel gut zu Recht kommen, so Titan Machinerys Erfahrung.
Zum Befliegen und Kartieren von Flächen bietet SkyMaps zwei handelsübliche, verschieden große Drohnen von DJI an. Die kleinere DJI Mavic 3M wiegt 950 g. Bei SkyMaps heißt sie CultiWise Mini. Sie ist ausgestattet mit einer RGB-Kamera mit 20 Megapixel (MP) Auflösung und einer Multispektralkamera mit 5 MP.
Die Bildauflösung reicht zum Finden und Erkennen von Unkräutern bei passend geringer Flughöhe aus. Jedoch beträgt die Flugleistung dann nur 16 ha/h. Im Paket mit drei zusätzlichen Akkus und einer Ladestation kostet die CultiWise Mini 4.200 Euro. Damit eignet sie sich auch für den Einsatz durch den Landwirt selbst. Voraussetzung ist der kleine Drohnenführerschein (EU-Kompetenznachweis A1/A3).
Die größere DJI Matrice 350 RTK hingegen ist eher etwas für Dienstleister, die das Kartieren von Flächen anbieten wollen. Denn in der Ausstattung, wie SkyMaps bzw. Titan Machinery sie unter dem Namen CultiWise Scout im Portfolio haben, liegt der Kaufpreis bei 34.640 Euro. Im Preis enthalten sind neben der DJI-Drohne eine 25-MP-Multispektralkamera von MicaSense, eine RGB-Kamera mit 45 MP von Zenmuse, Halterungen und zwei zusätzlichen Gimbals sowie vier Extraakkus.
Die fünf Lichtwellensensoren der Multispektralkamera an der CultiWise Scout unterscheiden fünf Farbkanäle. Ein Sonnensensor misst die Sonneneinstrahlung, um auch bei wechselndem Licht eine hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten. Dank der hochauflösenden Kameras kann die KI-basierte Bildauswertung in CultiWise sogar in grünen Kulturbeständen Unkräuter finden und unterscheiden.
Der Sonnensensor auf der Drohne misst die Referenz für die Multispektralkamera.
(Bildquelle: Tovornik)
Ein Akkuwechsel ist möglich, ohne die Stromversorgung und damit die Mission komplett unterbrechen zu müssen.
(Bildquelle: Tovornik)
Flugmission gut vorbereiten
Beide DJI-Drohnen sind mit einem RTK-Modul ausgestattet, so dass sich der genaue Ort der Bildaufnahmen zentimetergenau bestimmen lässt. Wichtig zu wissen ist, dass später beim Spot-Spraying mit einer aus den Drohnenfotos erzeugten Karte die gleiche RTK-Korrektur verwendet werden sollte wie beim Kartieren. Ist dies nicht der Fall, kann es zu einem Versatz und damit zu Ungenauigkeiten kommen.
Für die Flugmissionsplanung sollte der Landwirt seine Feldgrenzen vorab in CultiWise importiert haben. Von dort lassen sie sich im passenden Format auf einen USB-Stick exportieren, um sie in das Bedienterminal der Drohne zu laden. An dem farbigen Touchdisplay plant der Pilot die Flugmission. Das ist schnell und unkompliziert erledigt.
Im Menü für die Einstellungen legt er die Flughöhe (z. B. 40 m) und die Fluggeschwindigkeit (z. B. 5 m/s) fest. Davon sowie von der eingestellten Überlappung pro Bild ist bei weggesteuerter Intervallaufnahme letztendlich die Anzahl Bilder pro Hektar abhängig.
Und hier ist der Spot-Spray-Auftrag vom gleichen Ausschnitt für eine Spritze mit 25 cm Düsenabstand zu sehen.
(Bildquelle: Tovornik)
Für diese Spot-Spraying-Karte wurde ein Düsenabstand von 25 cm gewählt. Auf unserer Testfläche hätte der Landwirt 97 % Mittel eingespart.
(Bildquelle: Tovornik)
Hier ist die gleiche Fläche wie oben zu sehen. Einziger Unterschied: Die Spot-Spraying-Karte ist für eine Pflanzenschutzspritze mit 50 cm Düsenschaltung.
(Bildquelle: Tovornik)
Bei dem Kartieren für das anschließende Spot-Spraying empfiehlt Titan Machinery eine Flughöhe von 40 bis 60 m — je nachdem, wie gut die Unkräuter oder Ungräser im Bestand zu erkennen sind. Sollen die Drohnenbilder lediglich die Biomasse zeigen, kann auch bis zu 100 m hoch geflogen werden.
Grundsätzlich gilt es, so hoch wie möglich und so niedrig wie nötig zu fliegen. Bei niedriger Flughöhe liefern die Drohnenfotos schärfere Bilder und damit mehr Information. Andererseits dauert die Befliegung länger, je niedriger die Flughöhe ist. Entsprechend muss der Pilot Aufwand und Nutzen abwägen.
Die Flugroute berechnet das Programm von DJI automatisch. Anpassbar ist danach noch die Flugrichtung. Vor dem Start der Mission sollten die SD-Speicherkarten in den Kameras formatiert werden, damit darauf in jedem Fall genug Platz für die Bilderserie ist. Ein Weißabgleich macht die RGB-Kamera der CultiWise Mini automatisch, bei der Scout scannt der Pilot dafür einen QR-Code.
Das Uploaden der Bilder
Ist der Kartierungsflug beendet, folgt der nächste Schritt: das Hochladen der Bilder von den SD-Karten in das Portal CultiWise. Das erledigt man am besten am Büro-PC, der eine gute Verbindung in das Internet hat. Auslösen lässt sich das Hochladen direkt im Portal. Besser ist es aber, den externen Uploader von CultiWise zu nutzen. Das ist ein kleines Zusatzprogramm für den PC. Der Uploader stellt sicher, dass beim Hochladen der Bilder keine Daten verloren gehen.
Die Orthofotos der Mini aus 40 m Flughöhe sind weniger detailliert als die der Scout.
(Bildquelle: Tovornik)
Die NDRE-Karte eignet sich z. B., um eine Karte für das Ausbringen von Wachstumsregler zu erzeugen.
(Bildquelle: Tovornik)
Nach dem Hochladen generiert CultiWise aus den Einzelfotos die Orthofotos und aus den Multispektralbildern Karten mit den Vegetationsindizes. Dies dauert je nach Datenvolumen mehrere Stunden.
Vor dem Hochladen fragt CultiWise Informationen zu Betrieb, Feld, verwendeter Kamera usw. ab. Über das Abfrageformular kann der Landwirt außerdem eine Applikations- bzw. Spot-Spraying-Karte bestellen. Titan Machinery führt dann die nötigen Schritte für den Kunden aus. Das ist sinnvoll, wenn die KI z. B. für die Unkrauterkennung in grünen Kulturpflanzenbeständen vorab erst trainiert werden muss. Wobei – mit dem neuen Trainingstool von SkyMaps könnte inzwischen jeder Landwirt die KI für die spezifischen Bedingungen auf seinen Flächen sogar selbst anlernen. Wie das funktioniert, erklären wir in der nächsten Ausgabe von profi.
Infos aus der Befliegung
Bei unserem Einsatz haben wir mit der kleinen CultiWise Mini eine Gerstenfläche und mit der großen CultiWise Scout eine braune, noch unbestellte Fläche beflogen. Flughöhe war jeweils 40 m. Sowohl das Orthofoto als auch die Karten der Vegetationsindizes NDVI und NDRE von der Gerstenfläche zeigen, dass der Bestand teilweise lückig war. Grund dafür könnten im Frühjahr vernässte Stellen gewesen sein. Die NDRE-Karte hätte der Landwirt beispielsweise für ein teilflächenspezifisches Ausbringen von Wachstumsreglern nutzen können.
Das Befliegen der unbestellten Fläche hatte den Zweck, den Unkrautbedeckungsgrad festzustellen bzw. Distelnester zu finden. Der Landwirt wollte die Fläche mit Mais bestellen und vor der Saatbettbereitung ein Totalherbizid ausbringen. Mit der Karte von CultiWise wäre das Spot Spraying ausschließlich an den Stellen mit Unkrautbewuchs möglich gewesen. In diesem konkreten Fall hätte der Landwirt durch die Herbizidapplikation nach Karte bei 50 cm Düsenabstand rund 87 % und bei 25 cm Düsenabstand rund 97 % des Mittels eingespart.
Karten für Maßnahmen planen
Um für die geplanten Maßnahmen die jeweils notwendige Applikationskarte zu erzeugen, muss in CultiWise ein „Rezept erstellt“ werden. Die Übersetzung aus dem Tschechischen ins Deutsche ist leider bislang noch nicht hundertprozentig gelungen. Titan Machinery hat versprochen, das zeitnah zu verbessern.
Für das Ausbringen von Wachstumsregler wählt der Anwender „Regler“ und verwendet am besten die NDRE-Karte. Mit Hilfe von Schiebern kann er die Deckkraft, Farbabstufungen und Farbkontraste der Karte beeinflussen. Außerdem legt er die Zonenanzahl zwischen 2 bis 10 fest. Für das Ausbringen von Wachstumsregler sollten drei Zonen ausreichend sein.
Will der Landwirt eine Spot Spraying-Karte für eine Herbizidmaßnahme erzeugen, wählt er Totalherbizid oder selektiv wirkendes Herbizid aus. Im ersten Fall reicht es aus, wenn die KI die Farben Grün und Braun unterscheidet und so die grünen Pflanzen in den Drohnenfotos findet.
Im Einstellmenü zum Spot-Spraying wählt man sinnvollerweise als Hintergrund das Orthofoto und die NDVI-Karte der Fläche für die Unterscheidung zwischen grünem Pflanzenbewuchs und braunem Boden und damit für die Entscheidung „Spritzen oder Nicht-Spritzen“. Mit einem Schieber lässt sich der Schwellenwert mehr in die eine oder die andere Richtung festlegen.
Anschließend gibt der Landwirt die „Abschnittsgröße“ an. Gemeint ist damit der Düsenabstand z. B. 25 oder 50 cm oder auch die Teilbreitenbreite. Über den Puffer kann er außerdem in 10-cm-Schritten einen Bereich um die Spots angeben, den die Spritze mitbehandeln soll.
Abschließend wählt er die Ausbringrate und mit dem Maschinentyp das beim Spritzen verwendete Bedienterminal. Abhängig vom Terminal generiert CultiWise für den Export der Auftragsdatei das passende Format, z. B. für das Case IH AFS 700 pro, das Claas Cebis, das Fendt One, das John Deere Terminal Gen. 4 oder 5 sowie auch für verschiedene Terminals von Spritzenherstellern wie das Amatron 4 von Amazone oder das eosT10-Display von Horsch. Grundsätzlich kann CultiWise Applikationskarten in den Formaten Isoxml und Shape ausgeben.
Hat der Landwirt sein neues „Rezept“ eingereicht, kann es bis zu 15 Minuten dauern, bis es fertig ist und am Bildschirm erscheint. Sobald die neue Applikationskarte verfügbar ist, bekommt er darüber eine E-Mail-Nachricht.
Was uns sonst noch auffiel
Für die KI-Bildauswertung Grün-in-Braun ist laut Hersteller eine Bodenauflösung von 2 cm ausreichend. Beim Kartieren schafft die CultiWise Mini dann rund 30 ha/h, während die CultiWise Scout hier eine Leistung von 150 ha/h hat.
Wer ein Abo über mehrere hundert Hektar abschließt, bekommt die Drohne CultiWise Mini für die Dauer des Abonnements kostenfrei zur Verfügung gestellt.
Titan Machinery bietet das Kartieren von Flächen mit der CultiWise Scout als Dienstleistung an (Pauschalpreis 25 Euro pro Hektar).
Fazit
Durch das Spot-Spraying lassen sich mitunter nicht unerhebliche Mengen an Pflanzenschutzmittel einsparen. Mit CultiWise können Landwirt die dafür notwendigen Auftragskarten auf Basis von Drohnenaufnahmen erzeugen.
Für das Kartieren bietet der deutsche Vertriebspartner des tschechischen Anbieters SkyMaps die kleine CultiWise Mini für 4.200 Euro und die große CultiWise Scout für 34.640 Euro an. Beide basieren auf Modellen von DJI. Die Scout liefert dank ihrer Zusatzausstattung mit besonders hochauflösenden RGB- und Multispektralkameras bei gleicher Flughöhe schärfere Bilder als die Mini.
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