Unkrauterkennung mit Hilfe unbemannter Luftfahrzeuge

Abstract

Für eine teilflächenspezifische Applikation von Pflanzenschutzmitteln ist es notwendig die räumliche Variabilität einer landwirtschaftlichen Kulturfläche zu identifizieren. Hierfür können Satellitenbilder oder Aufnahmen von bemannten Befliegungen genutzt werden. Flexibler und kostengünstiger ist jedoch der Einsatz unbemannter Fluggeräte zur Fernerkundung. Besonders die stabilen Flugeigenschaften von Multirotorfliegern sind für Luftaufnahmen mit einfachen optischen Systemen geeignet.

Ein kompakter Multikopter (unmanned aircraft vehicle) wurde mit einer modifizierten RGB Kamera (Sony alpha NEX-5N) ausgestattet und es erfolgten Testflüge über verunkrauteten Ackerflächen. Der verwendete Hexakopter (sechs Rotoren) verfügt über einen GPS-gesteuerten Autopiloten und operiert in vorgegebener geringer Flughöhe (5 bis 10 m). Bezüglich der Flughöhe, der Bildauflösung und des Entwicklungsstandes von Unkraut und Kulturpflanze wurden verschiedene Szenarios von photogrammetrischer Unkrauterkennung (Feldversuche und Halbfreiland) durchgeführt.

Die bisherigen Versuche mit dem Kopter deuten auf ein hohes Potential für eine räumlich aufgelöste Unkrautkontrolle hin. Durch die Analyse der georeferenzierten Einzelbilder und ihrer spektralen Segmentierung konnten Unkrauthäufungen im Gesamtbestand identifiziert werden. Diese raumbezogenen Informationen werden bei der Applikation von Herbiziden auf ausgewählten Standorten berücksichtigt.

Stichwörter: Herbizidapplikation, Präzisionslandwirtschaft, teilflächenspezifische Unkrautbekämpfung, UAV, Unkräuter, Unkrautverteilung

Weed detection using unmanned aircraft vehicles

Abstract

In contrast to agricultural remote sensing technologies, which are based on images from satellites or manned aircrafts, photogrammetry at low altitude from unmanned aircraft vehicles lead to higher spatial resolution, real-time processing and lower costs. Moreover multicopter aircrafts are suitable vehicles to perform precise path or stationary flights. In terms of vegetation photogrammetry this minimises motion blur and provide better image overlapping for stitching and mapping procedures. Through improved image analyses and through the recent increase in the availability of powerful batteries, microcontrollers and multispectral cameras, it can be expected in future that spatial mapping of weeds from low altitudes will be promoted.

A small unmanned aircraft vehicle with a modified RGB camera was tested taking images from agricultural fields. A microcopter with six rotors was applied. The hexacopter in particular is GPS controlled and operates within predefined areas at given altitudes (from 5 to 10 m). Different scenarios of photogrammetrically weed detection have been carried out regarding to variable altitude, image resolution, weed and crop growth stages.

First experiences with microcopter showed a high potential for site-specific weed control. Images analyses with regards to recognition of weed patches can be used to adapt herbicide applications to varying weed occurrence across a field.

Keywords: Herbicide application, precision Farming, UAV, site specific weed control, weed distribution, weeds