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Drohnen als Datensammler im Wald
Drohne mit Kamera
Symbolfoto: Mwabonje auf Pixabay
(3.4.2024) Autonom fliegende Drohnen können die Datenerhebung in Waldbeständen effizienter werden lassen. Voraussetzung dafür ist eine ausgereifte Steuerungstechnologie. Im Projekt „Autodrone“ entwickelten Wissenschaftler und IT-Experten eine Technologie, die es ermöglicht, den Freiraum über Rückegassen oder Wegen unterhalb der Baumkronen mit Drohnen zu befliegen, um die erforderlichen Parameter für Waldinventur und Bestandsplanung zu sammeln und zu verarbeiten. Das Projekt wurde vom Bundeslandwirtschaftsministerium gefördert.

Mit der Realisierung ihres Verbundvorhabens zum „Einsatz autonom bewegter Drohnentechnologie in der Waldinventur“ legten die Projektbeteiligten der Fakultät Verkehrswissenschaften an der TU Dresden und ihre Praxispartner der Trans4mation IT GmbH Dresden binnen zwei Jahren die Grundlage für künftige technologisch ausgereifte Verfahren zur automatisierten Erfassung von Einzelbaumparametern mittels autonom fliegender Drohnen.

Ausgangspunkt für das Projekt waren die Restriktionen des bislang üblichen Stichprobentaxationsverfahrens, bei dem Waldbestände entlang eines Rasters stichprobenartig manuell vermessen und die Daten zur Berechnung forstlich relevanter Kennzahlen weiterverarbeitet werden. Die Begehungen sind nicht nur personal-, zeit- und kostenintensiv, sondern bergen die Gefahr beachtlicher Fehlerquoten. Zudem erschwert die mit dem Waldumbau heranwachsende Vegetationsschicht in Bodennähe die Begehbarkeit und Einsehbarkeit bei terrestrischen Messungen. „Laufen Datenerfassung und -aufbereitung automatisiert ab, kann der personelle Schwerpunkt im Forstbetrieb zugunsten einer soliden waldbaulichen und forstlichen Planung auf die Analyse und Auswertung der Daten ausgerichtet werden“, erklärt Projektkoordinator Prof. Dr.-Ing. Oliver Michler.

Mann beim Einrichten einer Drohne
Ausgereift: Unter Baumkronen flugtaugliche Drohnen können Waldinventur und Bestandsplanung optimieren. Im Projekt Autodrone wurde neben einer Steuerungstechnologie für Drohnen im Wald auch eine Cloud-Umgebung zur Datenübertragung in Echtzeit entwickelt. Foto: Robert Richter, TU Dresden
Landegestell der Drohne
„Vierbeiner": Um auf unebenem Untergrund sicher zu stehen, besitzt die Drohne ein Vierbein-Landegestell. Es sorgt bei Start und Landung für mehr Bodenfreiheit. Foto: Robert Richter, TU Dresden
Drahtlose Sensornetzwerke kompensieren schwaches GPS-Signal

Die im Projekt entwickelte Steuerungstechnologie ermöglicht autonome Drohnenflüge im verfügbaren Freiraum über Maschinenwegen, Rückegassen, Waldwegen und ähnlichen Linienstrukturen innerhalb der Waldbestände. Eine entsprechende Flughöhe und -positionierung der Drohne erlaubt das valide Erfassen von Baumparametern trotz strukturreicher Bodenvegetation. Die Steuerung und der autonome Flug basieren auf fusionierten Funksensornetz-, Inertial- und GNSS-Signalen. Im Wald nur schwach oder nicht vorhandene GNSS-Signale zur Positionsbestimmung – etwa GPS – werden dabei durch Signale mobiler drahtloser Sensornetzwerke (Wireless Sensor Network, WSN) kompensiert und mit Sensordaten der Drohne abgeglichen, um sie zu orten, zu positionieren und mit ihr zu kommunizieren.

Techniker bei der Drohnenwartung
„Boxenstopp“: Projektmitarbeiter Franziskus Mendt wechselt das Landegestell nach einer schweren Landung. Foto: Robert Richter, TU Dresden
Blick auf die Steuerungstechnik
Herzstück: Mit ausgeklügelter Steuerungstechnik fliegt und kommuniziert die Dohne selbst in unwegsamer Waldumgebung zuverlässig. Foto: Robert Richter, TU Dresden
„Die Technologie einer autark fliegenden Drohne verspricht wesentliche Optimierungen bei der Inventur von Waldbeständen und mehr Arbeitssicherheit als die bisher angewandten Verfahren", unterstreicht Projektkoordinator Prof. Michler. Zudem sei mit der Technologie die Basis für Nachfolgeentwicklungen in der Radarsensorik und deren Übertragung auf andere Anwendungsbereiche geschaffen worden.

Über eine noch zu gründende Vermarktungsgesellschaft soll das Komplettsystem aus Radarsensor, Drohne und zugehöriger Software von den Kooperationspartnern gemeinsam vermarktet werden. Zu den Nutzern der neuen Technologie könnten neben Landesforstverwaltungen und forstlichen Versuchsanstalten auch größere Forschungseinrichtungen und Universitäten gehören, außerdem Waldbesitzer und schließlich Forstdienstleister aus dem In- und Ausland.

Anbringen eines Geräts an einem Baum
Ausgetrickst: Für den sicheren Drohnenflug im Wald werden schwache oder fehlende GNSS-Signale zur Positionsbestimmung mit Signalen mobiler drahtloser Sensornetzwerke kompensiert. Foto: Robert Richter, TU Dresden
Die vier Rotorarme sind bruchsicher
Bruchsicher: Zum Schutz der Rotorarme ist eine Sollbruchstelle zwischen Landegestell und Rotorarm vorgesehen, um das maximale Biegemoment für die Arme zu begrenzen. Foto: Robert Richter, TU Dresden
Hintergrund:
Grundlage für die nachhaltige Waldbewirtschaftung ist eine solide Datenbasis zur aktuellen Bestockung im Bestand. Beim bislang üblichen Stichprobentaxationsverfahren werden entlang eines dauerhaft eingerichteten Stichprobenrasters in definierten Probekreisen die Bäume über einen terrestrischen Begang vermessen. Mit der automatisierten Datenerfassung und -aufbereitung sind Effektivitäts- und Genauigkeitsgewinne für die Erhebung von Walddaten und die Möglichkeit einer autonomen Forstinventur zu erwarten.
(Martina Plothe, FNR)

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