Drohnenflugmission: Planung und bewährte Verfahren

Einführung

In der Präzisionslandwirtschaft ist die Drohne heute ein unersetzliches Werkzeug: Sie ermöglicht die Beobachtung der Pflanzen von oben, die Erfassung visueller, multispektraler und thermischer Daten und die Umwandlung der Informationen in gezielte agronomische Entscheidungen. Die Qualität der gewonnenen Daten und die Sicherheit des Bedieners hängen jedoch direkt davon ab, wie der Flug geplant wird.
Man neigt oft dazu, den Flug als den "zentralen" Moment der Mission zu betrachten, aber in Wirklichkeit findet der wichtigste Teil vor dem Start statt. Durch eine sorgfältige Planung kann nicht nur die Qualität der gesammelten Daten gewährleistet werden, sondern auch die Einhaltung der ENAC-Vorschriften, so dass Risiken für Menschen, Eigentum und Ausrüstung vermieden werden.

Um einen Flug korrekt durchzuführen, müssen Sie im Voraus eine Reihe von Parametern festlegen , die das Endergebnis direkt beeinflussen: Bildauflösung, Bildüberlappung, Flughöhe, Fluggeschwindigkeit und Qualität der verarbeiteten Daten.

Wichtige Parameter für die Flugmission

Die technischen Parameter, die die Qualität der Daten direkt bestimmen, sind Flughöhe, seitliche und frontale Überlappung und Fluggeschwindigkeit. Diese Parameter können über die Funksteuerungsschnittstelle moduliert werden. Es gibt noch weitere Parameter, die indirekt mit den vorherigen verbunden sind: die geschätzte Flugzeit und die Bodenauflösung.

• Die Flughöhe hat einen direkten Einfluss auf die räumliche Auflösung (oder GSD, Ground Sampling Distance) und die Missionsdauer (je niedriger die Flughöhe, desto länger die Missionsdauer). Einerseits verringert eine zu große Flughöhe die Qualität der Details. Andererseits bedeutet eine zu niedrige Flughöhe, dass mehr Aufnahmen gemacht werden müssen, was zu einem höheren Batterieverbrauch und einer längeren Einsatzdauer führt. Je nach Ziel der Untersuchung ist es notwendig, eine Flughöhe zu wählen, die eine angemessene Auflösung bietet (z.B. könnte die Flughöhe bei einer Unkrautuntersuchung eher niedrig sein, um auch kleine Details zu erkennen).
• Die Verwaltung der frontalen und seitlichen Überlappung (Seitenüberlappung und Frontalüberlappung) zwischen Bildern ist entscheidend, um korrekt verarbeitbare Daten und konforme Karten und Modelle zu erhalten. Überlappung bezieht sich auf die tatsächliche Überlappung des an einem Punkt aufgenommenen Bildes mit benachbarten Bildern (vorne, hinten, seitlich). Eine gute Überlappung für eine gute photogrammetrische Rekonstruktion liegt bei 70-80%. Eine unzureichende Überlappung führt zu Löchern und Artefakten in den Vermessungsergebnissen, wobei die einzige Lösung darin besteht, den Flug mit einer ausreichenden Überlappung zu wiederholen.
• Die Fluggeschwindigkeit kann innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt werden, der von den Drohnenherstellern entsprechend den anderen oben genannten Parametern festgelegt wird. Sie ist also tatsächlich eine Variable, die von der Flughöhe (Auflösung) und der gewünschten Überlappung abhängt. Eine zu hohe Geschwindigkeit kann den ‚Bewegungsunschärfe‘-Effekt verursachen, d.h. die Unschärfe der Bilder durch zu schnelles Vorankommen im Vergleich zur Geschwindigkeit, mit der die Bilder aufgenommen werden. Umgekehrt verringert eine zu niedrige Geschwindigkeit die Effizienz des Fluges bei längerer Missionsdauer.

Abb.1: Die wichtigsten Parameter einer Drohnenmission.

Die geschätzte Flugzeit hängt von der Höhe und der Fluggeschwindigkeit ab. Es ist wichtig, diesen Parameter zu überprüfen, da er das Batteriemanagement beeinflusst.

Die räumliche Auflösung (cm/Pixel) hängt von der Flughöhe und der Qualität des Sensors ab. Im Allgemeinen erfordert ein multispektraler Sensor mehr Stabilität und Präzision, während eine sichtbare Kamera (RGB) für die Untersuchung der Abdeckung verwendet werden kann.

Abb.2: Frontale und seitliche Überlappung zwischen den Bildern. In grün, der Bereich von Interesse. In grau, die Flugmission mit den Punkten, die die Sensoraufnahmen kennzeichnen.

Die häufigsten Fehler

Die Kenntnis der häufigsten Fehler dient genau dazu, sie zu vermeiden.
Der erste Fehler ist das Arbeiten mit nicht vollständig geladenen oder ungeprüften Akkus und ist eine der häufigsten Ursachen für plötzliche Unterbrechungen und Datenverlust. Ebenso beeinträchtigt die Einstellung falscher Flughöhen nicht nur die Qualität der Vermessung, sondern kann auch zu Verstößen gegen Luftraumvorschriften führen, was nicht unerhebliche Folgen hat.
Ein weiterer Aspekt, der oft unterschätzt wird, ist die Sensorkalibrierung: Wer sie vergisst, riskiert, im Laufe der Zeit unbrauchbare oder nicht vergleichbare Bilder zu sammeln. Auch die Wetterbedingungen spielen eine entscheidende Rolle: Starker Wind, variables Licht und Bewölkung (teilweise oder vollständig) können die Qualität der aufgenommenen Bilder beeinträchtigen. Und schließlich kann das Vorhandensein von Hindernissen wie Bäumen, Stromleitungen oder Gebäuden, wenn sie nicht richtig eingeschätzt werden, einen einfachen Flug in ein potenzielles Betriebsrisiko verwandeln.

Sich vor dem Start um jedes Detail zu kümmern, bedeutet, die Möglichkeit von Fehlern drastisch zu reduzieren und die Erfassung von konsistenten, homogenen und wirklich nützlichen Daten für die agronomische Analyse sicherzustellen.

Checkliste für Piloten
Um unvorhergesehene Ereignisse zu vermeiden, ist es nützlich, immer eine Checkliste zu haben. Es ist ebenso wichtig, die Checkliste an die eigene Drohnenflotte und die Art der Vermessung anzupassen.

Ein Beispiel für eine Checkliste für den Einsatz der Drohne bei landwirtschaftlichen Erhebungen ist die folgende:

In den Tagen vor der Flugmission:

• Prüfen Sie den Luftraum (Sperrzonen, NOTAMs, CTRs, etc.).
• Prüfen Sie auf Hindernisse im Vermessungsgebiet (hohe Bäume, Masten usw.), verkehrsreiche Gebiete oder empfindliche Infrastruktur
• Überprüfen Sie den Ladezustand der Batterien der Drohne und der Fernsteuerung
• Prüfen Sie die Nutzlast, Propeller, Motoren und die Struktur der Drohne auf Schäden
• Formatieren Sie SD-Karten und stellen Sie sicher, dass Sie genügend Speicherplatz für Fotos haben
• Prüfen Sie die Wettervorhersage und den K-Index (elektromagnetische Störungen)
• Simulieren Sie die Flugmission in der speziellen Anwendung
• Stellen Sie die Flugparameter ein und wählen Sie die beste Kombination
• Speichern Sie die Flugmission mit den ermittelten Parametern
• Vergewissern Sie sich, dass Sie die für einen sicheren Flug erforderlichen Dokumente (Lizenz, Versicherung) und alle notwendigen Genehmigungen haben.

Zum Zeitpunkt der Flugmission im Einsatz:

• Halten Sie Ersatzbatterien und ein Notfallset (Erste-Hilfe-Kasten, Feuerlöscher) bereit.
• Kontrollieren Sie den Bereich der Flugmission, um die Vorschriften einzuhalten
• Kontrolle und Räumung der Start- und Landeflächen
• Überprüfen Sie die Anwesenheit von uninformierten Personen im Überfluggebiet
• Kalibrierung von Multispektralsensoren mit Kalibrierungspanels
• Führen Sie die Mission durch und behalten Sie dabei jederzeit die Sichtkontrolle über die Drohne und die Umgebung.

Abb.3: Typischer Drohneneinsatz in einer landwirtschaftlichen Umgebung.

Schlussfolgerungen

Die Flugplanung ist ein wichtiger Schritt. Die richtige Einstellung der Parameter vor dem Start bedeutet, dass Sie hochwertige Daten erhalten, aus denen zuverlässige Karten erstellt werden können. Die Karten müssen agronomische Entscheidungen unterstützen. Aus diesem Grund müssen die Flugplanungs- und die Feldflugphase als integraler Bestandteil der Arbeit betrachtet werden: Hier kommen technisches Fachwissen, Feldkenntnisse und Sicherheitsaspekte zusammen.

Dank der iDroneService denkt das Agrobit-Team an alles. Unsere Methode umfasst die Planung des Fluges, die Aufnahme von Luftbildern und schließlich die Umwandlung der gesammelten Daten in Karten zur Unterstützung agronomischer Entscheidungen.
Auf diese Weise können sich Landwirte und Agronomen auf das konzentrieren, was wirklich wichtig ist: die Interpretation der Karten und die Nutzung objektiver Daten, um fundiertere, nachhaltigere und profitablere Entscheidungen zu treffen.