Drohnenflugmission: Planung und Best Practices

Einleitung

In der Präzisionslandwirtschaft ist die Drohne mittlerweile ein unverzichtbares Werkzeug: Sie ermöglicht es, Kulturen aus der Luft zu beobachten, visuelle, multispektrale und thermische Daten zu erfassen und diese Informationen in gezielte agronomische Entscheidungen umzusetzen. Allerdings hängen die Qualität der gewonnenen Daten und die Sicherheit des Bedieners direkt davon ab, wie der Flug geplant wird. Oft wird der eigentliche Flug als der „zentrale” Moment der Mission betrachtet, doch in Wirklichkeit findet der wichtigste Teil vor dem Start statt. Eine sorgfältige Planung ermöglicht es nicht nur, die Qualität der erfassten Daten sicherzustellen, sondern auch, im Einklang mit den ENAC-Vorschriften zu operieren und Risiken für Personen, Sachwerte und Ausrüstung zu vermeiden.

Einen Flug korrekt einzurichten bedeutet, im Voraus eine Reihe von Parametern festzulegen, die das Endergebnis direkt beeinflussen: Bildauflösung, Überlappung zwischen den Bildern, Flughöhe, Fluggeschwindigkeit und Qualität der verarbeiteten Daten.

Wichtige Parameter für die Flugmission

Die technischen Parameter, die die Datenqualität direkt bestimmen, sind: Flughöhe, seitliche und frontale Überlappung sowie Fluggeschwindigkeit. Diese Parameter lassen sich über die Schnittstelle der Fernsteuerung anpassen. Weitere Parameter stehen indirekt mit den vorgenannten in Zusammenhang: die geschätzte Flugzeit und die Bodenauflösung.

• Die Flughöhe wirkt sich direkt auf die räumliche Auflösung (bzw. GSD, Ground Sampling Distance) und die Missionsdauer aus (je niedriger die Flughöhe, desto länger die Missionsdauer). Einerseits verringert ein zu hoher Flug die Detailqualität. Andererseits bedeutet ein Flug in zu geringer Höhe, dass mehr Aufnahmen gemacht werden müssen, was zu einem höheren Batterieverbrauch und längeren Zeiten führt. Je nach Ziel der Erhebung muss eine Flughöhe gewählt werden, die eine dafür angemessene Auflösung liefert (z. B. kann bei einer Unkrauterhebung eine ziemlich niedrige Flughöhe erforderlich sein, um auch kleine Details zu erfassen).
• Die Verwaltung der frontalen und seitlichen Überlappung (Side-Overlap und Frontal-Overlap) zwischen den Bildern ist entscheidend, um korrekt verarbeitbare Daten sowie konforme Karten und Modelle zu erhalten. Unter Überlappung versteht man die tatsächliche Überschneidung des an einem Punkt aufgenommenen Bildes mit den angrenzenden Bildern (vorne, hinten, seitlich). Eine gute Überlappung zur Sicherstellung einer guten photogrammetrischen Rekonstruktion liegt bei 70-80 %. Eine unzureichende Überlappung erzeugt Lücken und Artefakte in den Erhebungsergebnissen; die einzige Lösung besteht dann darin, den Flug mit angemessener Überlappung zu wiederholen.
• Die Fluggeschwindigkeit kann innerhalb eines von den Drohnenherstellern festgelegten Bereichs abhängig von den oben genannten Parametern angepasst werden und ist somit faktisch eine von Flughöhe (Auflösung) und gewünschter Überlappung abhängige Variable. Eine zu hohe Geschwindigkeit kann den Effekt des „Motion Blur” verursachen, also eine Unschärfe der Bilder aufgrund einer zu schnellen Vorwärtsbewegung im Verhältnis zur Auslösegeschwindigkeit der Kamera. Umgekehrt verringert eine zu niedrige Geschwindigkeit die Flugeffizienz und verlängert die Missionsdauer.

Abb. 1: Hauptparameter einer Drohnenmission.

Die geschätzte Flugzeit hängt von der Höhe und der Fluggeschwindigkeit ab. Es ist wichtig, diesen Parameter zu überprüfen, da er sich auf das Batteriemanagement auswirkt; dabei sollte die Möglichkeit geprüft werden, die Mission in mehrere Phasen aufzuteilen (um den Akku zu wechseln).

Die räumliche Auflösung (cm/Pixel) hängt von der Flughöhe und der Sensorqualität ab. Im Allgemeinen erfordert ein Multispektralsensor größere Stabilität und Präzision, während eine sichtbare (RGB-)Kamera für eine Abdeckungserhebung eingesetzt werden kann.

Abb. 2: Frontale und seitliche Überlappung zwischen den Bildern. In Grün das interessierende Gebiet. In Grau die Flugmission, mit Punkten, die die Fotoaufnahmen des Sensors kennzeichnen.

Häufigste Fehler

Die häufigsten Fehler zu kennen dient genau dazu, sie zu vermeiden. Der erste Fehler ist die Arbeit mit nicht vollständig geladenen oder nicht überprüften Batterien – eine der häufigsten Ursachen für plötzliche Unterbrechungen und Datenverlust. Ebenso wirkt sich die Einstellung falscher Flughöhen nicht nur auf die Qualität der Erhebung aus, sondern kann auch Verstöße gegen die Luftraumvorschriften mit nicht unerheblichen Folgen nach sich ziehen. Ein weiterer oft unterschätzter Aspekt ist die Kalibrierung des Sensors: Wird sie vergessen, riskiert man, unbrauchbare oder im Zeitverlauf nicht vergleichbare Bilder zu erfassen. Auch die Wetterbedingungen spielen eine entscheidende Rolle: starker Wind, wechselndes Licht und Bewölkung (teilweise oder vollständig) können die Qualität der aufgenommenen Bilder beeinträchtigen. Schließlich kann das Vorhandensein von Hindernissen wie Bäumen, Stromleitungen oder Gebäuden, wenn es nicht korrekt bewertet wird, einen einfachen Flug in ein potenzielles betriebliches Risiko verwandeln.

Auf jedes Detail vor dem Start zu achten bedeutet, die Fehlerwahrscheinlichkeit drastisch zu reduzieren und die Erfassung konsistenter, einheitlicher und für die agronomische Analyse wirklich nützlicher Daten sicherzustellen.

Checkliste für Piloten

Um Überraschungen zu vermeiden, ist es sinnvoll, stets eine Checkliste zur Hand zu haben. Ebenso wichtig ist es, die Checkliste an die eigene Drohnenflotte und die Art der durchzuführenden Erhebung anzupassen.

Ein Beispiel für eine Checkliste zum Einsatz der Drohne bei landwirtschaftlichen Erhebungen sieht wie folgt aus:

In den Tagen vor der Flugmission:

• Den Luftraum überprüfen (Sperrgebiete, NOTAMs, CTRs usw.)
• Das eventuelle Vorhandensein von Hindernissen im Erhebungsgebiet überprüfen (hohe Bäume, Strommasten usw.), ebenso überfüllte Bereiche oder sensible Infrastrukturen
• Den Ladezustand der Drohnen- und Fernsteuerungsbatterien überprüfen
• Überprüfen, dass Nutzlast, Propeller, Motoren und Struktur der Drohne unbeschädigt sind
• Die SD-Karten formatieren und sicherstellen, dass genügend Speicherplatz für die Fotos vorhanden ist
• Die Wettervorhersage und den K-Index (elektromagnetische Störungen) überprüfen
• Die Flugmission in der dafür vorgesehenen Anwendung simulieren
• Die Flugparameter einstellen und die beste Kombination wählen
• Die Flugmission mit den ermittelten Parametern speichern
• Sicherstellen, dass die für einen sicheren Flug erforderlichen Dokumente (Lizenz, Versicherung) sowie eventuell erforderliche Genehmigungen vorliegen

Vor Ort zum Zeitpunkt der Flugmission:

• Über Ersatzbatterien und ein Notfallset verfügen (Erste-Hilfe-Set, Feuerlöscher)
• Das Gebiet der Flugmission überprüfen, um die Vorschriften einzuhalten
• Die für Start und Landung vorgesehenen Bereiche überprüfen und freiräumen
• Überprüfen, ob sich nicht informierte Personen im Überflugbereich befinden
• Die Multispektralsensoren mit speziellen Kalibrierungspaneelen kalibrieren
• Die Mission durchführen und dabei stets die Sichtkontrolle über die Drohne und das umliegende Gebiet behalten

Abb. 3: Typische Drohnenmission im landwirtschaftlichen Bereich.

Fazit

Die Flugplanung ist ein entscheidender Schritt. Die Parameter vor dem Start korrekt einzustellen bedeutet, qualitativ hochwertige Daten sicherzustellen, aus denen zuverlässige Karten erstellt werden können. Diese Karten müssen die agronomischen Entscheidungen unterstützen. Aus diesem Grund müssen die Flugplanungsphase und der Flug vor Ort als integraler Bestandteil der Arbeit betrachtet werden: Es ist der Moment, in dem technisches Know-how, Feldkenntnis und Aufmerksamkeit für die Sicherheit zusammenkommen.

Dank des Services iDrone kümmert sich das Agrobit-Team um alles. Unsere Methode umfasst die Flugplanung, die Erfassung von Luftbildern und schließlich verwandeln wir die gesammelten Daten in Karten zur Unterstützung agronomischer Entscheidungen. Auf diese Weise können sich Landwirt und Agronom auf das konzentrieren, was wirklich zählt: die Karten interpretieren und objektive Daten nutzen, um fundiertere, nachhaltigere und rentablere Entscheidungen zu treffen.