Verwendung des DJI Docks für Testflächen in der Präzisionslandwirtschaft

Wie Syngenta eine vollständig autonome Bildlösung zur Überwachung des Gesundheitszustandes der Pflanzen eingesetzt hat

By DJI Enterprise DJI Enterprise
März 21, 2024

Fernerkennungstechnologien spielen innerhalb der Präzisionslandwirtschaft eine immer wichtigere Rolle. Deshalb setzen Saatgut- und Chemieunternehmen zunehmend auf Drohnenbilder, um Testflächen zu überwachen.  Wir haben erlebt, dass der Einsatz kleiner und erschwinglicher Drohnen, die Agrarwissenschaftlern Erkenntnisse liefern, immer häufiger wird. Aber wie verbreitet ist die Drohnentechnologie heute in landwirtschaftlichen Forschungsbetrieben?  Das wollen wir herausfinden.  

Datensammlung auf Forschungsbetrieben

Auf einem landwirtschaftlichen Forschungsbetrieb kann die Erfassung und Analyse von Drohnen-Datensätzen ein sehr viel schwierigerer Prozess sein.  Beim Einsatz von Drohnen stehen Agrarwissenschaftler vor einigen Herausforderungen:

  • Die Forscher haben auf dem Betrieb bereits viele Aufgaben und Funktionen, da kann das Fliegen von Drohnen die Wochenarbeitszeit erheblich verlängern.
  • Einsätze werden niedriger geflogen, um höher aufgelöste Karten für Analysezwecke zu erzeugen.
  • In der Forschung können Flüge deutlich mehr Zeit in Anspruch nehmen als in der kommerziellen landwirtschaftlichen Produktion,    da die erforderliche Auflösung viel größer ist.
  • Eine regelmäßige tägliche/wöchentliche Erfassung ist während der Wachstumssaison schwer durchzuhalten.
  • Die wiederholten Flüge mit hoher Auflösung besitzen einen hohen Datenspeicherbedarf
  • Die Testflächen sind häufig über die ganze Welt verteilt, aber die leitenden Forscher befinden sich an einem zentralen Ort.
Ein Forschungsbetrieb ist der Ort, an dem Wissenschaftler agrarwissenschaftliche Forschung betreiben und sie auf realitätsnahe Anwendungen übertragen. Die Feldfrüchte werden typischerweise in kleinen Gruppen angebaut, die als "Parzellen" bezeichnet werden, wo sie eingehend neben anderen Tests und Kontrollen untersucht werden können. Das Bewirtschaften in diesem Maßstab ermöglicht es Landwirten und Forschern, Ideen zu beweisen, bevor sie sich zu groß angelegten kommerziellen Operationen verpflichten. Forschungsbetriebe gehören einer Vielzahl von landwirtschaftlichen Persönlichkeiten, von Anbauern, die ihre eigenen Tests durchführen, bis hin zu Saatgut- und Chemieunternehmen, die sich auf höchste Forschungsebenen konzentrieren.
 

Viele dieser Herausforderungen drehen sich um die Erfassung von Flächen sowie um große Datenübertragungs- und Speicheranforderungen.  Hier kann ein DJI Dock dazu beitragen, etwas Druck abzubauen.  Dies eröffnet die Möglichkeit, eine Drohne aus der Ferne einzusetzen, wiederholte Flüge zu planen, große Datenmengen in der Cloud zu hosten und sogar Daten über die APIs von FlightHub 2 direkt an ein leitendes Forschungsteam zu übertragen.

Vor diesem Hintergrund wollen wir uns ansehen, wie Syngenta das erste DJI Dock für landwirtschaftliche Forschungszwecke eingesetzt hat. 

Syngenta und DJI Dock Test

Syngenta, ein weltweit tätiges Unternehmen mit Hauptsitz in der Schweiz, beschäftigt über 30.000 Mitarbeiter in mehr als 90 Ländern, die daran arbeiten, die Art und Weise der Anbau- und Schutzmethoden von Nutzpflanzen zu verändern. Syngenta treibt Innovationen voran und investiert in eine nachhaltigere Landwirtschaft, die sowohl der Natur, den Landwirten als auch der Gesellschaft zugutekommt.

Im Zuge seines Bestrebens nach Innovation und Integration neuer Technologien entschied sich Syngenta, das DJI Dock auf einem Forschungsbetrieb in Illinois einzusetzen. Das Dock wurde an einem Ort mit Zugang zu drei verschiedenen großen Anbauflächen für Mais und Sojabohnen installiert, was ihn zum idealen Standort für die Erprobung der Möglichkeiten des ferngesteuerten Drohneneinsatzes in der Landwirtschaft machte. Nach Abschluss von Installation und Einrichtung war es an der Zeit, die Missionen zu planen.


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DJI Dock während des Installationsvorgangs

Einsatzplanung 

Es gibt viele Möglichkeiten, die Matrice 30T für die landwirtschaftliche Forschung einzusetzen.  Die Zoomkamera kann dabei helfen, Bilder auf Blattebene zu erfassen, um nach bestimmten Krankheiten und Insektenschäden zu suchen, die Wärmebildkamera liefert Einblicke in Stress, der durch Hitze, Düngemittel und Wasserstand verursacht wird, und die Weitwinkelkamera dient der Erzeugung großflächiger Orthomosaiken.  Um die Stärken der einzelnen Kameras zu nutzen, sind jedoch unterschiedliche Arten von Einsatzplänen erforderlich. 

Ein wichtiges Ziel für Syngenta war zunächst die automatisierte Erfassung von Stickstofftestflächen zur Erzeugung von Orthomosaiken.  FlightHub 2 hat vor kurzem eine Unterstützung für die Gebietsroutenplanung mit den Drohnen der Serien Matrice 30 und Mavic 3 Enterprise herausgebracht.  Mit der Gebietsroute konnten wir um die Fläche herumklicken, um die Einsatzgrenzen festzulegen und die Höhe der Flugroute anhand der Bodenauflösung (Ground Sample Distance, GSD) anzupassen.

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Als nächstes wollten wir einen Flugplan erstellen, um die Zoomkamera für die Aufnahme von Fotos mit ultrahoher Auflösung zu nutzen. Diese Art der Einsatzplanung kann auf zwei verschiedene Arten durchgeführt werden. Wenn das Ziel darin besteht, ein paar Zoomfotos aufzunehmen, funktioniert die Wegpunkt-Routenplanung in FlightHub 2 recht gut. Man wählt die Wegpunktroutenoption aus und nutzt den Flugsimulator, um virtuell über die Fläche zu fliegen und Wegpunkte zu erstellen, an denen die Drohne anhalten und das Zoomobjektiv auslösen soll.

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Wenn man eine große Anzahl von Zoomaufnahmen automatisieren möchte, kann man mit der Flugplanungssoftware von Drittanbietern wie UgCS in wenigen Minuten einen Flugplan für die Zoomkamera erstellen.  Sobald der Einsatz in UgCS angelegt wurde, kann er als KMZ-Datei exportiert werden.  Um diese in FlightHub 2 zu importieren, geht man zur Flugroutenbibliothek und wählt „KMZ importieren“ aus, anstatt einen neuen Flugplan zu erstellen.  Weitere Informationen zu UgCS finden Sie auf der entsprechenden Website.

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Das Einzige, was vor dem Flug noch zu tun war, war die Planung der einzelnen Flugrouten.  Dies kann auf der Registerkarte „Aufgabenplanbibliothek“ erfolgen.  Um möglichst genaue Daten zu erhalten, wurden die Einsätze unter der Woche zwischen 10.00 und 14.00 Uhr angesetzt, damit die Forscher die Drohne im Auge behalten und die Bilder bei direktem Sonnenlicht aufgenommen werden konnten.


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Datenverarbeitung

Sobald die Einsätze angelegt und geplant waren, begann die Drohne mit der Datenerfassung über den Flächen.  Das Syngenta-Team konnte nun mit FlightHub 2 von überall auf der Welt auf die Fotorohdaten zugreifen. 

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Syngenta arbeitet mit DroneDeploy, einem auf Fotogrammetrie spezialisierten Drittanbieter, zusammen, um die Daten der Forschungsflächen zu verarbeiten.  Zum Zeitpunkt der Tests wurde jeder Einsatzordner manuell exportiert und auf ein gemeinsames DroneDeploy-Projekt hochgeladen. 

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Wärmebilddaten in DroneDeploy zur Erkennung von Wasserstress

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VARI-Pflanzengesundheitskarte aus Bildern der Sichtkamera der Matrice 30T

Nach Abschluss der Datenerfassung wird die finale Analyse während der Wintermonate durchgeführt. Alle Datenquellen, einschließlich Bodenuntersuchungsergebnisse, Gewebeprobenentnahme, Pflanz-, Aufbringungs- und Ertragskarten sowie Drohnendaten, werden von hochqualifizierten Agronomen und Pflanzenwissenschaftlern überprüft und ausgewertet. 

Was steht als nächstes für das DJI Dock und die Landwirtschaft an

Auch wenn die Tests auf die Monate August und September beschränkt waren, kam Syngenta zu dem Schluss, dass das Konzept eines auf der Prüfstation stationierten Docks, das wiederholt Daten erfasst, dem agrarwissenschaftlichen Team 10 Stunden pro Woche für Flugzeiten und Datentransfers erspart.  Da das Dock die Daten automatisch erfasst und in die Cloud überträgt, konnte sich das Team auf wichtigere Aufgaben konzentrieren, wie die Analyse der Daten, das Sammeln von Gewebeproben usw. 

 

„Mit dem DJI Dock, das wöchentlich automatisch Daten erfasst, haben wir jetzt mehr Zeit, uns auf das zu konzentrieren, was auf der Forschungsstation wichtig ist.  Das spart nicht nur Zeit, sondern steigert auch die Häufigkeit der Erfassungen, was uns bessere Einblicke in die Entwicklung des Pflanzenwachstums verschafft.“ - Bill McDonell (Leiter Digital Solutions, Syngenta)

 

Das Sensor-Array der Matrice 30T kam für unterschiedliche Zwecke zum Einsatz. Die Zoomkamera hat sich als wertvoll erwiesen, um den Krankheitsdruck auf Blattebene zu verstehen.  Mit der Schrägzoom-Technologie lassen sich extrem viele Details erfassen, aber jedes Foto ist lediglich ein „Schnappschuss“ eines einzigen Ortes.  Die Weitwinkelkamera kann großflächige Orthomosaikkarten erstellen.  Die Wärmebildkamera erkannte einige Anomalien gegen Ende der Saison, als der Trockenstress zunahm.

 

Ein besonderer Dank geht an Bill McDonnell und Jeremy Groeteke für die Unterstützung bei der Durchführung dieser Fallstudie!

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Matrice 30T-Weitwinkelkamera in 9 m Höhe

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MMatrice 30T-Zoomkamera in 9 m bei 10-fachem Zoom

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Matrice 30T-Zoomkamera in 9 m bei 15-fachem Zoom (beschnitten)

 

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Tags: Bau und Landvermessung, Landwirtschaft

DJI Zenmuse L2 Accuracy Analysis and use case exploration

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