Luftbilder aus dem Modellflugzeug

-Untersuchungen zu Einsatzmöglichkeiten für landwirtschaftliche Nutzflächen

 

 

 

Ein Jugend-forscht-Beitrag

zum Landeswettbewerb Sachsen,

Chemnitz 30./31. März 2007

von Tilmann Elle und Michael Klein

Modellflugclub Rossendorf e. V.

 

 

 

Inhaltsverzeichnis

 

1. Die Motivation zu dieser Arbeit - 3 -

2. Anforderungen an Aufnahmetechnik und Modell - 4 -

2.1. Kamera. - 4 -

2.2 Modell - 4 -

3. Luftaufnahmen von Landwirtschaftsflächen. - 4 -

4. Zusammenfassung und Ausblick. - 4 -

5. Literatur. - 4 -

6. Danksagung. - 4 -

7. Anhang. - 4 -

7.1 zahlenmäßige Berechnungen. - 4 -

7.2 Erklärungen zu den landwirtschaftlichen Begriffen [10] - 4 -

1. Die Motivation zu dieser Arbeit

 

Durch die 40jährige Geschichte der Rossendorfer Modellfluggruppe zieht sich die Kinder- und Jugendarbeit wie ein roter Faden. Es war stets - und ist auch heute noch - das Hauptanliegen der Vorstandsmitglieder, Schülern und Lehrlingen das technisch interessante Gebiet Fernlenkmodellflug nahezubringen.

 

Wir als inzwischen junge Erwachsene sind seit mehr als 8 Jahren Mitglied im Modellflugclub Rossendorf e.V. (mfcR). Wir erlernten in der Werkstatt die Grundkenntnisse des Modellbauens, erwarben flugphysikalische Kenntnisse und wurden auf dem Flugplatz in der fliegerischen Beherrschung der Modelle geschult. Heute nehmen wir an deutschlandweiten Wettkämpfen in zwei Leistungsklassen des Modellsegelflugs teil.

 

Zur Luftbildfotografie aus Flugmodellen gibt es in der Modellflug-Literatur etwa seit dem Jahr 2000 Veröffentlichungen [1], [2]. Auch in unserem Verein wurde dieses Thema aufgegriffen. Mehrere Vereinsmitglieder führten in größeren Zeitabständen Flüge mit einfachster Kameratechnik und Kleinbildfilm durch und erzielten respektable Ergebnisse, Bild 1. Als Folge eines guten Verhältnisses zu Herrn Friebel - Verpächter unseres Modellflugplatzes und gleichzeitig Geschäftsführer des Landgutes Am Napoleonstein - entstanden 2005 Aufnahmen zu der dort neu errichteten Biogas-Energieanlage, Bild 2. In Gesprächen mit ihm war zu erfahren, dass für den Landwirt Luftbildaufnahmen von Feldern prinzipiell interessant sind. So befliegt Herr Friebel z.B. mit Mitarbeitern seiner Agrikultur GmbH regelmäßig im Frühjahr die Felder und fotografiert diese. Es entstand für uns die Frage, ob Aufnahmen aus dem Flugmodell jenen aus mann-tragenden Flugzeugen ebenbürtig sein könnten. Der "Startschuss" zu unseren Untersuchungen war gegeben.

 

Bild 1: Weißig: Zentrum mit Neubaugebiet Bild 2: Bio-Energieanlage der Agrikultur GmbH

Aufnahme von A.Lorenz Aufnahme H.Langenhagen/R.Zimmermann

 

In der nachfolgenden Arbeit werden wir in einem ersten Kapitel die technischen Anforderungen und Möglichkeiten zur Modellflug-Luftbildtechnik diskutieren. In einem zweiten Kapitel zeigen wir anhand von Beispiel-Bildern, welche Erkennungs-Möglichkeiten für die Landwirtschaft bestehen.

Aus Tabelle 1 ist zu sehen, wie sich das Thema Luftbild aus dem Flugmodell in unserem Verein entwickelte.

 

2. Anforderungen an Aufnahmetechnik und Modell

 

2.1. Kamera

Die frühe Aufnahmetechnik, bei der eine konventionelle Kamera mit Kleinbildfilm mechanisch über einen Servohebel ausgelöst wurde, besaß vier wesentliche Nachteile:

·         das Ergebnis eines Fotofluges konnte erst nach Film- und Bildentwicklung, frühestens also am nächsten Tag betrachtet werden;

·         die Aufnahmekapazität war auf 36 Bilder beschränkt;

·         die mechanische Auslösung arbeitete unzuverlässig;

·         einzelne Bildbereiche zu vergrößern, war nur umständlich möglich.

Wollten wir die Luftbildtechnik auf einen arbeitsfähigen Stand bringen, mussten wir eine Digitalkamera einsetzen. Diese bietet unter anderem den Vorteil, dass die Aufnahmen unmittelbar nach dem Flug

Zeit	Modell	Fazit	Foto der Modelle
2004-2005	Club-Star   param: b = 2040mm A = 38,8dm² m = 1600g m/A = 41,2dm2	positiv: - robust negativ: - keine große Steiggeschwindigkeit - sehr windanfällig à rollanfällig - geringe Spannweite à bei großer Entfernung schlecht sichtbar - Kamera auf Rumpf unter Flügel befestigt à schlechter Schutz, Beeinträchtigung der Aerodynamik
2005	Solution   param: b = 2800mm A = 53,2dm2 m = 3724g m/A = 70g/dm2	positiv: - größere Spannweite à besser sichtbar - gut steuerbar durch Querruder negativ: - schwacher Motor, große Flächenbelastung à mäßiges Steigen, große Sinkgeschwind. - Kamera auf Rumpf vor dem Flügel befestigtà schlechter Schutz à es kam nur zu Fehlversuchen, Luftbilder entstanden nicht
2006	Junior-Sport   param: b = 2100mm A = 34,4dm² m = 1900g m/A = 55g/dm2	positiv: - durch Brushless-Motor à gute Steiggeschwindigkeit - gut steuerbar durch Querruder - verringerte Beeinträchtigung der Aerodynamik durch strömungs- günstige Kamera-Abdeckung   negativ: - geringe Spannweite à bei großer Entfernung schlecht sichtbar - Kamera außerhalb des Modells befestigt à schlechter Schutz
ab 2007	RS3fotfly   param: b = 3400mm A = 68dm2 m = 3200g *) m/A = 47g/dm2   *)geschätzt	positiv: - verbesserte Sichtbarkeit durch große Spannweite à Möglichkeit, längere Bahnen zu fliegen - Kamera im Rumpf angebracht, guter Schutz   negativ: - preisintensive Komponenten

 

Tabelle 1: Entwicklung unserer Luftbildtechnik. Parameter: Spannweite b, Flügelflächeninhalt A,

Abflugmasse m, Flächenbelastung m/A

 

ausgewertet werden können. Bei der Kamera-Auswahl spielten folgende Punkte eine Rolle:

·         der Anschaffungspreis;

·         die Auflösung (> 3Mio Pixel);

·         die geometrischen Abmessungen (Kleinheit);

·         eine (Fern-)Auslösemöglichkeit durch elektrisches oder Infrarot-Signal;

· die Ausgabe des Video-Signals bei Aufnahmepause.

Die Wahl fiel auf eine Pentax Optio-5z (mit Fernauslöser für etwa 300€ erhältlich), welche die genannten Forderungen erfüllte. Die Kamera verfügt über eine Auflösung von 5 Mio. Pixel, womit unter Einsatz einer 1GByte-Speicherkarte sich die Aufnahmekapazität von rund 300 Bildern ergibt [3]. In diesem Fall lassen sich Vergrößerungen bis zu einem Faktor 6 am Rechner durchführen, bei dem die Pixelblöcke noch nicht störend hervortreten, Bild 3. Werden kleinere Auflösungswerte in der Kamera eingestellt, ist eine höhere Anzahl von Bildern möglich, die beschriebene nachträgliche Zoomfähigkeit wird jedoch geringer.

 

Bild 3: Beispiel für Ausschnittvergrößerung am Rechner, die Vergrößerung ist 6fach.

 

Mit ihren mechanischen Abmessungen 24mm x 55mm x 85mm erfüllte die Pentax unsere Wunschvorstellungen. Die Bildöffnungswinkel wurden zu d1 = 42⁰ und d2 = 56⁰ gemessen, Bild 4.

Bild 4: Die Bildöffnungswinkel der Pentax sind d1 = 420 und d2 = 560

 

Unser Elektronik-Spezialist Thomas Brenner analysierte das vom Fernauslöser gelieferte IR-Signal und programmierte einen Mikroprozessor Atmel_11 so, dass er dieses Signal auf ein bestimmtes Kommando des Fernsteuersenders hin erzeugt [4]. Damit konnten wir vom Boden aus den Auslösezeitpunkt bestimmen, und zwar mit zwei verschiedenen Einstellungen: der Einzel- und Serienbildauslösung. Die Ausgabe des Video-Signals war für den Fall wünschenswert, dass uns eine livestream-Bildübertragung zum Boden gelingen würde.

 

2.2 Modell

Bilderfassung und Modellparameter

Unser Modellflugplatz liegt knapp 1km entfernt vom Südrand Weißigs. Um eine Lärmbelästigung im dortigen Wohngebiet zu vermeiden, fliegen unsere Modelle mit elektrischen Antrieben. Diese verursachen prinzipbedingt auch wenig Vibrationen. Um trotzdem jede mögliche Schwingungen auf die Kamera auszuschließen, wurde schon bei Flügen mit konventionellen Kameras nur im Segelflug ausgelöst. Die ersten Flüge mit der Digitalkamera Pentax bestätigten, dass diese Maßnahme berechtigt ist - bei laufendem Antrieb ergaben sich unscharfe Bilder.

 

Will man eine größere Feld-Fläche, etwa der Abessung 1km x 1km (entsprechend 100ha), fotografieren, so kann dies sowohl aus großer Höhe für ein Übersichtsbild geschehen, oder sie wird streifenweise erfasst, d.h. "gescannt".

Im ersten Falle müsste die Kamera wegen des genannten Bildöffnungswinkels d2 = 56⁰ das Feld aus einer Höhe h = 940m fotografieren. Das aber wäre bereits außerhalb des erlaubten Bereiches für Flugmodelle, die mit h £ 2500 feet über Grund ( entsprechend » 800 m) festgelegt ist, [5]. Im zweiten Falle muss das Modell mit Kamera auf Ausgangshöhe gebracht, der Motor abgeschaltet und entlang des zu überfliegenden Streifens in gewünschten Zeitabständen ausgelöst werden. Am Ende des Feldes wird mit laufendem Motor gewendet, das Modell also wieder auf Ausgangshöhe gebracht und im Rückflug der benachbarte Streifen fotografiert, usw., Bild 5. Daraus resultiert die Forderung nach einem guten Gleitwinkel, gleichbedeutend mit einer hohen aerodynamischen Qualität E, um während der Segelflugphase den Höhenverlust Dh klein zu halten:

(1)

Mit einer Feldlänge a = 1000m und einer Qualität E = 20 erhält man einen Höhenverlust Dh = 50m, d.h., aus einer Anfangshöhe h = 250m würde das Modell am Feld-Ende mit h = 200m ankommen. Mit d2 = 56⁰ garantiert das noch eine Scannbreite Dx ³ 200m. Mit Überlappung sollte das Gesamtfeld bei z = 6 Flugstrecken also erfasst werden können.

Bild 5a Abfliegen eines Feldes in Streifen	Bild 5b: Zugehöriger zeitlicher Ablauf von Steigen und Sinken

 

Mit dem in Flugrichtung wirksamen Bildöffnungswinkel d1 = 42⁰ erfasst die Kamera aus h = 200m eine Scannlänge Dy ³ 150m. Für a = 1000m werden also rund 7 Aufnahmen benötigt, die bei einer Modell-Geschwindigkeit v » 10m/s im 10s-Takt gemacht werden können.

 

Ein Flugmodell lässt sich nur bei Sichtkontakt fernsteuern. Es darf nicht so hoch und/oder so weit weg fliegen, dass die Fluglage nicht mehr sicher zu erkennen ist. Das menschliche Auge kann zwei (leuchtende) Punkte nur dann getrennt wahrnehmen, wenn ihre Bildpunkte auf zwei verschiedene Stäbchen der Netzhaut fallen. Dies entspricht einem minimalen Sehwinkel von w = 1' = (1/60)⁰, [6]. Ein Modell mit der Spannweite b müsste demnach bis zu einer Entfernung

(2)

zu erkennen sein. Mit b = 2m ergibt das a_max » 7km. Bei den praktisch ausgeführten Flügen mit dem JuniorSport, b = 2,10m lag die Sichtbarkeitsgrenze in der Weite jedoch bei nur etwa 1km! Soll diese deutlich verbessert werden, beispielsweise um den Faktor 1,5, so muss die Spannweite mindestens b = 3m betragen. Ein größeres Modell, b = 2,80m, war mit der Solution bei unseren Versuchen zwar schon im Spiel, siehe Tabelle1, bewährte sich aber aufgrund seiner hohen Flächenbelastung und seiner schwachen Motorisierung nicht.

Die Art der Kamera-Befestigung wechselte bei den verschiedenen Modellen von unter dem Flügel zu auf dem Rumpf vorn und auf dem Rumpf hinten. Für ein speziell zu bauendes Modell erschien eine Unterbringung im Rumpf sinnvoller. Die Idee zu einem solchen speziellen Fotoflieger festigte sich im Sommer 2006 und im Herbst wurde mit Konstruktion und Bau begonnen. Der Aufbau ist derzeit noch nicht vollständig abgeschlossen. Er entsteht aus dem Tragflügel des für die Leistungsklasse F3J in unserem Verein entwickelten Segelflugmodells mit der Spannweite b = 3,40m, Bild 6 und einem neuen Rumpf. Für dieses Segelflugmodell RS3 wurde die Geschwindigkeitspolare nach Bild 7 gerechnet und gemessen, [7]. Es ergeben sich die Bestwerte E_max = 22, geringstes Sinken v_{si_min} = 0.48m/s bei einer Eigengeschwindigkeit von v = 8m/s. Den Rumpf des Fotofliegers RS3_ff zeigt Tab.1, Zeile 4. Sein großer rechteckiger Querschnitt und sein großes Seitenleitwerk fallen auf.

 

Bild 6: Leistungs-Segelflugmodell RS3, [7]	Bild 7: Geschwindigkeitspolare RS3, [7]

 

Das Seitenleitwerk wurde besonders groß gewählt, um eine gute Richtungsstabilität zu erreichen. Der Pilot sollte möglichst wenig Mühe haben, das Modell bei Scannflügen auf einem geraden Pfad zu halten. Der große Querschnitt entsteht durch die Kamera-Unterbringung im Rumpf in einer Ausrichtung, welche die größere Scannbreite ermöglicht. Gegenüber dem Originalmodell werden sich Widerstandbeiwert c_ws und Flächenbelastung erhöhen und zu einer geringfügigen Verschlechterung der Parameter führen. Für die Antriebsauslegung wird deshalb mit den Werten E = 20 und v_{si_min} = 0.5m/s bei v = 10m/s gerechnet.

 

Antriebsauslegung

Fliegt ein Flugmodell ohne Antrieb, so sinkt es in der Zeit Δt um die Höhe Δh1. Die Sinkgeschwindigkeit beträgt:

Wird der Motor eingeschaltet, so erzeugt die Luftschraube eine vorwärtsgerichtete Kraft F_v. Ist diese gleich der Widerstandskraft, F_v = F_w, dann fliegt das Modell horizontal. Wird die Antriebskraft vergrößert, F_V > F_W, so bewegt sich das Modell mit der Steiggeschwindigkeit nach oben [8], Bilder 8a, b:

Bild 8a: Höhenänderung im Sink- und Steigflug	Bild 8b: Kräfte im Horizontalflug

 

Der Antrieb erledigt damit im Steigflug eine Hubarbeit mit der Kraftkomponente Gewichtskraft des Flugmodells F_G = mass*g und der Wegkomponente Höhenunterschied Dh = Dh1 + Dh2:

 

 

Aus der Hubarbeit W_hub und dem Zeitabschnitt Δt können wir die gewünschte Antriebsleistung P_out für den Steigflug bestimmen:

 

(3)

 

Diese Leistung muss von der Luftschraube abgegeben werden, um das Modell mit einer gewünschten Steiggeschwindigkeit v_st in den Himmel zu befördern. Als Zahlenwert geben wir v_st = 10m/s vor. Den Wert für die Sinkgeschwindigkeit v_si kann man aus den Modellparametern Flächenbelastung m/A, Auftriebs- und Widerstandsbeiwerten c_a, c_w, berechnen oder - wie in unserem Fall - aus der RS3-Messung entnehmen, v_si = 0,5m/s [7].

Nun hat jedes mechanische und elektrische Bauelement Verluste (Reibung, Innenwiderstand). Diese Verluste gibt der Wirkungsgrad h an, er beschreibt das Verhältnis von abgegebener zu eingegebener Leistung, Bild 9.

Bild 9: Wirkungskette des Antriebs mit seinen Wirkungsgraden h_mot, h_prop. Dabei bedeuten U_mot, I_mot:

Motorspannung- und Strom; M, n: Drehmoment und Drehzahl des Motors; F_G: Gewichtskraft,

v_si, v_st : Sink- und Steiggeschwindigkeit des Modells

 

Aus den Herstellerangaben entnehmen wir für unseren Motor einen Wirkungsgrad von η_mot = 85% [9]. D.h., er kann 85% der vom Akku zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung in mechanische Leistung umsetzen. Die restliche Leistung wird in Wärme umgewandelt. Für den Wirkungsgrad des Propellers gibt es keine Herstellerangabe, in der Literatur wird häufig η_prop = 50% genannt. Die Verluste entstehen hier durch Reibung der beschleunigten Luftmasse an der Umgebungsluft, sie sind letztlich also auch Wärmeverluste. Für die notwendige Eingangsleistung P_in ergibt sich damit

(4)

 

Wir erhalten mit den Zahlenwerten mass = 3200g, v_si = 0.5m/s, v_st = 10m/s nach Gl (3) eine erforderliche Ausgangsleistung P_out » 330W. Unter Einbeziehung des Gesamtwirkungsgrades von Motor und Propeller h_ges = 0.43 ist nach Gl (4) eine elektrische Eingangsleistung von P_in » 775W nötig.

Zu Beginn steigt das Modell auf eine Ausgangshöhe h_A = 250m mit einer Geschwindigkeit von v_st = 10m/s, es benötigt dafür t_st1 = 250m/10msec^-1 = 25sec. Dann fliegt es eine Strecke a = 1000m im Segelflug um Aufnahmen zu machen, es braucht dafür t_si = 1000m/10msec^-1 = 100s. Danach muss es die abgebaute Höhe Dh = 50m wieder steigen, dazu braucht es t_st2 = 5s. Wir benötigen also pro Strecke eine Steigzeit von t_st » 5s, für 6 Strecken t_st6 » t_st1 + 5*t_st2 = 25sec + 5x*5sec = 50s.

 

Während der Motorlaufzeit t_st6 = 50sec muss der speisende Akku mindestens die Energie

 

(5)

zur Verfügung stellen. Die Ladung des Akkus ist

,

und mit Gl(5)

; . (6)

 

Mit den Zahlenwerten P_in = 775W, t_st6 = 50s ergibt das W » 11Wh, und man erhält für einen 5zelligen LiPo-Akku (U = 5x3, 7V = 18,5V) als notwendige Mindestkapazität Q_min » 600mAh. Der Strom beträgt I = 42A.

Praktisch wählten wir Komponenten nach Tab. 2 aus. Man sieht, dass der Maximalstrom auf 30A begrenzt bleiben muss, die Steigzeiten werden also geringfügig länger ausfallen.

 

Tabelle 2: ausgewählte Antriebskomponenten nach [9]

3. Luftaufnahmen von Landwirtschaftsflächen

 

3.1. Wozu Luftbilder?

Auch in traditionellen Bereichen wie der Landwirtschaft halten neue Technologien Einzug, mit deren Hilfe die Wirtschaftlichkeit von Agrarflächen verbessert kann. Beispiele sind das seit 1992 eingeführte Grubbern oder die Bearbeitung mit der Scheibenegge anstelle des tiefen Pflügens, oder aber der Stickstoffsensor am Düngertraktor, der die Pflanzenbeschaffenheit optisch analysiert und die Düngermenge danach dosiert [10].

 

Warum aber ist der Landwirt an Luftbildern interessiert? Gegenüber der Blickhöhe aus dem Traktor ist es der "Flächenblick", den die Vogelperspektive bietet und der ihm gekoppelt mit seinen speziellen Feldkenntnissen Hinweise zum Pflanzen-Zustand und damit zu eventuell notwendigen Maßnahmen liefern kann. Dabei steigt die "Betrachtungs-Reichweite" mit der Höhe, aus welcher die Fläche aufgenommen wurde. Durch Mitteilungen von Herrn Friebel [10] und aus der Literatur [11] wurden uns die folgenden Fragestellungen bekannt:

• Bodenart: gibt es Gleichförmigkeit im Pflanzenbestand oder gibt es ein Feldmuster, was auf Düngermangel oder eine Überlappung in der Anwendung von Pflanzenschutzmitteln hinweist?
• Wasserhaushalt: bestehen Schäden an Drainageleitungen oder gibt es Flächen innerhalb des Feldes, welche zusätzliche Drainageleitungen benötigen?
• Qualität der Bodenarbeiten: zeigen sich Muster, die auf Bodenverfestigung durch die Bearbeitungsmaschinen hinweisen oder gibt es mehr Bearbeitungsspuren, als nötig?
• Düngerzustand: geht die Saat gleichmäßig auf oder erkennt man darin z.B. Streifen?
• Zustand der Feldgehölze: ist z.B. Pilz- oder Schädlingsbefall zu sehen?

 

Bild 10 zeigt das Gebiet der von uns fotografierten Felder, es liegt zwischen den Neubauten am Südrand von Weißig und den ersten Häusern von Cunnersdorf. Dabei schätzten wir die Modell-Höhe mittels musealer Entfer-nungsmessmethode.

Bild11:die Spannweite bildet sich auf einem Lineal ab, welches in 1m Entfernung auf einem Stab befestigt vor das Auge gehalten wird.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bild 10: Das von uns "gescannte" Gebiet Bild 11: Höhenmessung mit Lineal: h_M = h_L(b_M/b_L)

 

 

3.2. Analyse ausgewählter Beispiele

Eine Auswahl der von uns in den Jahren 2005 und 2006 entstandenen Aufnahmen zeigen wir auf den Seiten 10 - 13. Nach Stichpunkten geordnet werden wir sie nachfolgend diskutieren.

 

Bearbeitungsfolgen: IMGP1277.JPG Der Spurnachlauf der Pflanzenschutz- oder Düngerstreumaschinen wurde nicht richtig eingestellt, die Folgen sind eine Verbreiterung der Fahrspur. (IMGP1131.JPG) In Fahrtrichtung nach rechts unten im Bild ging der Saatvorrat in der Drillmaschine aus, an dieser Stelle hat sich dann Unkraut gebildet und nicht die gesäte Luzerne.

 

Mäusebefall: IMGP1129.JPG, IMGP1295.JPG

Die weißen, kahl gefressenen Flächen und die dunklen Flecken im Raps zeigen den Aufenthalt von Mäusen an. Dabei lebt an jeder kahlen Stelle eine kleine Mäusekolonie. Anhand dieser kahlen Stellen kann man den Befall pro Fläche auszählen und entscheiden, ob sich eine Bekämpfung lohnt. Es ist bemerkenswert, dass aller 6 Wochen eine geschlechtsreife Mäusepopulation heran wächst, der Befall damit exponentiell steigt. Als Gegenmaßnahmen gibt es den natürlichen Schutz durch Mäusebussarde, in dem man für sie Sitzstangen am Feldrand aufstellt. Eine chemische Methode besteht darin, mittels Legeflinte Gift in die Löcher einzubringen. Allerdings muss hierfür ein hoher Zeitaufwand eingerechnet werden.

 

Drainageleitungen: hier können Defekte, Einbrüche, sowie Verläufe von Drainagen (Sammler, Sauger) erkannt werden.

Bild IMGP1120b.JPG zeigt die waagerechte Linie eine Drainage, wobei rechts am Bildrand ein Einbruch zu sehen ist. IMGP1642.JPG hier deutet die linienförmige Unkrautausbreitung auf einen feuchten Bereich hin, der vermutlich auf eine defekte Drainageleitung zurück zuführen ist. Der Traktorist hob an dieser Stelle die Drillmaschine an, um nicht einzusinken.

Bild IMGP1600.JPG zeigt schwach schräge Strukturen von Sammlern mit Saugern (Zuflussrohren), die schräg von unten-rechts nach oben-links verlaufen. Das Feld ist mit Roggen bestellt. Man sieht auch eine Stelle, an welcher das Getreide am Boden liegt, der Landwirt bezeichnet so etwas als "Lagergetreide". Das passiert, wenn es zu schnell gewachsen und dadurch schwammig geworden ist. Die Ursache kann zu feuchter Boden sein.
Im Bild IMGP1736.JPG sind die Strukturen von einem Sammler sowie von Sauger zu sehen, gut zu erkennen an den linienartigen Strukturen der Luzerne, die unmittelbar an den Stellen über der Drainageleitung üppiger wächst, als auf allen anderen Bereichen des Feldes. Zurück zuführen ist dieser erhöhte Wuchs auf die Speicherfunktion der Drainageleitungen. Geringe Mengen von Wasser, welche aufgrund von Unebenheiten oder Hindernissen im Drainagesystem nicht abfließen, bleiben an diesen Stellen erhalten. Das gesammelte Wasser wird dann erst wieder an den Boden abgegeben, wenn er in einen

trockneren Zustand übergeht. Somit lassen sich auch Senken und Verstopfungen im Drainagesystem erkennen, eine Voraussetzung für die spätere Reparatur.

Im Bild IMGP1772.JPG zu sehen sind sich gerade kreuzende Drainageleitungen (unteres Drittel), zu erkennen an dem überdurchschnittlich guten Wuchs der Saat. Dagegen sind die grünen Sprosse der Saat am teichnahen Boden nicht zu sehen, da er durch häufiges Befahren sehr stark verdichtet ist, und somit keine guten Wachstumsbedingungen für die Pflanzen bietet. Der kreisähnliche Abschnitt des Feldes ist besonders nass, zu erkennen an der schon weit aufgegangenen Saat, wohlmöglich reichen die verlegten Sauger nicht, um das Wasser abzutransportieren. IMGP1785.JPG zeigt einen Drainage-Sammler-Strang, der aufgrund der beschriebenen Wasserspeicherfunktion von Drainagesystemen die Pflanzen besser wachsen lässt als in der Nachbarschaft.

In Bild IMGP1794.JPG sind alte Drainageleitungen, von denen niemand mehr etwas gewusst hat, von uns wieder entdeckt worden. Hierbei handelt es sich um eine Drainageleitung quer über unseren Flugplatz, die heute aber nicht mehr benutzt wird.

In Folge von Defekten, Bild IMGP1626.JPG, vor allem Verstopfungen der Drainageleitungen bei stehendem Wasser auf dem Feld, entsteht eine Bodenversauerung. Dadurch hat die Kulturpflanze keine guten Wachstumsbedingungen mehr, sie geht ein und an ihrer Stelle macht sich dann Unkraut breit.

 

Unkraut: Bild IMGP1306.JPG zeigt ein Rappsfeld nach der Blüte, somit zeigen sich die Kontraste zwischen Kulturpflanze und Unkraut deutlich. Ackerhundskamille (weiß) breitet sich besonders auf nassem sowie hoch verdichtetem Boden aus. Hier in diesem Fall sind wohlmöglich die Drainageleitungen defekt oder verstopft und bedürfen einer Reparatur. Der braune Bereich ist die nasseste Stelle, in diesem Abschnitt wächst nicht einmal mehr Unkraut.

IMGP 1315.JPG Ackerhundskamille im Raps, Unkraut welches sonst "weggespritzt" wird, zeigt sich in diesem Bild von seiner härtesten Seite. Die linienartigen Strukturen entstanden, als das Pflanzenschutz-mittel gespritzt wurde. Leider war das Sprühgerät falsch eingestellt, wodurch nur eine streifenartige Linie besprüht wurde, somit entstand keine übergangslose Vernichtung des Unkrauts, sondern eine abwechselnde Struktur von Kulturpflanze und Unkraut.

Die Bildaufnahme IMGP1932.JPG wurde 14 Tage nach der Rapsernte gemacht und zeigt die ersten grünen Triebe des Ausfallrapses. Rotbraun dagegen sind die Reste (Strunke) der Ackerhundskamille zu sehen. Der Ausfallraps, Samen die bei der Ernte aus den reifen Schoten fallen, fängt an zu treiben und muss deshalb vernichtet, d. h. chemisch "weggespritzt" werden, um unerwünschte Kreuzprodukte mit der Folgefrucht zu vermeiden.

Bild IMGP1792.JPG zeigt ein weiteres, sich schnell vermehrendes sowie hartnäckiges Unkraut (hellgrüne Flecken), die Ochsenzungen-Kolonien. Das Unkraut kommt in großen Pflanzen-Gruppen zum Vorschein und muss durch Fungizide vernichtet, weggespritzt werden.

 

Karge Stellen: Bild IMGP1349.JPG, karge Stellen sind überall auf dem Feld zu sehen, an diesen Stellen gibt es andere Wachstumsbedingungen für die Pflanzen, als sonst auf dem Feld. In den heißen Sommerwochen kommen sie besonders stark zum Vorschein. Hier im Bild ist es der Weizen, der an einigen Stellen entweder zu wenig Wasser bekommen hat oder wo Nährstoffmangel herrscht. Die gleichen Erscheinungen sind in Bild IMGP1760.JPG bei der Luzerne zu sehen, diese Aufnahmen wurden nach den heißen Sommermonaten aufgenommen und deuten vielleicht schon die Einbußen an, die den Landwirt bei der Ernte erwarten.

 

Spuren von Menschen und Tieren: Die Strukturen im Bild IMGP1754.JPG sind "Wanderpfade" von Pferden, Bild IMGP1616.JPG dagegen lässt auf eine Gruppe Wildschweine vermuten.

Die schnurgerade Linie durch das Rapsfeld, IMGP1146.JPG, führt zu einem Hochstand der Jäger. Die Fahrpfade in IMGP1919.JPG stammen von Bearbeitungsmaschinen oder - was auch auf unserem Modellflugplatz immer wieder vorkommt - von größeren Autos (Jeeps), die aus lauter Jux und Tollerei über die Felder gelenkt werden. Dabei werden oft immer die gleichen Strecken gefahren, was zu ausgeprägten Fahrspuren und an diesen Stellen zu hoher Verdichtung des Bodens führt.

 

Flugmodell findet Flugmodell: Aufgrund eines Hilferufes unseres Vereinsmitgliedes Tobias Krenitz starteten wir schnell zu einem Fotoflug. Wir konnten die mögliche Absturzstelle auf einen Quadratkilometer eingrenzen und scannten das entsprechende Gebiet. Am Rechner entdeckten wir es auf dem Bild IMGP1189.JPG, die Stelle ist schwarz umrandet. Nachdem wir das Foto in der Gesamtübersicht eingeordnet hatten, konnte eine präzise Richtung eingeschlagen werden, um das Modell zu bergen. Dadurch verursachten wir bei dieser Aktion keinerlei Flurschaden. Bild IMGP1210.JPG zeigt die "Absturzstelle" so, wie wir das Modell dann vorfanden.

 

4. Zusammenfassung und Ausblick

 

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Versuch, landwirtschaftlichen Nutzflächen aus Flugmodellen zu fotografieren. Erfahrungen dazu sammelten wir in den Jahren 2004 bis 2006 mit einfachen, in unserem Verein für Trainingszwecke vorgesehenen Modellen, auf denen wir eine Kamera anbrachten. Die Summe dieser Erfahrungen schlagen sich in der Entwicklung eines speziellen Foto-Flugmodells, abgekürzt "RS3_fotfly" nieder. Dazu betrachten wir im ersten Kapitel ein mögliches Flugregime (Höhe, Scannbetrieb) und berechnen den Antrieb für das Modell.

 

Im zweiten Kapitel zeigen wir ausgewählte Beispiele unserer Luftbilder und interpretieren diese. Als Nutzen, der für die Landwirtschaft entstehen könnte, sehen wir vor allem einen Informationsgewinn zum Zustand und zu Besonderheiten der Felder, woraus der Landwirt gegebenenfalls notwendige Maßnahmen ableitet.

 

Das neue, bereits im Bau befindende Flugmodell RS3_fotfly wird mit livestream-Bildübertragung und dem Datenlogger [12], welcher über GPS-Daten den Flug verfolgt, ausgerüstet sein. Somit ergibt sich die Möglichkeit, mit einem Flugmodell zoombare Luftbilder zu erhalten, deren Auslöseposition präzise nachvollzogen werden kann.

Für die Zukunft ist eine autonome Steuerung von Flugmodellen wie auch die Anwendung der IR-Fotografie denkbar, wodurch größere Distanzen bewältigt werden und verbesserte Aussagen zum Feldzustand - z.B. zu den Biomassen der einzelnen Pflanzen - erhalten werden könnten.

Beispiele zu Strukturen, die aus Luftbildern erkannt werden können:

Bearbeitungsfolgen
Spurnachläufe der Pflanzenschutz- oder Düngerstreumaschine wurden nicht richtig eingestellt. \060621\IMGP1277.JPG	Nach rechts unten ging die Saat in der Drillmaschine aus. \051011\IMGP1131.JPG
Mäusebefall
Mäusebefall: helle Flecken auf der Wiese \051011\IMGP1129.JPG	Dunkle Flecken im Raps. \060621\IMGP1295.JPG
Drainageleitungen
waagerechte Linie ist eine Drainageleitung mit einem Einbruch (mitte-rechts); die Linie schräg hoch ist eine Fahrspur. \051011\IMGP1120b.JPG	(rechts-oben): Nässe infolge defekter Drainageleitung. \060716\IMGP1642.JPG

 

 

 

Drainageleitungen (Sammler) mit Zuflussrohren (Sauger); Roggen mit Stellen von Lagergetreide, zu schnell gewachsen. \060716\IMGP1600.JPG	Strukturen von Sammler und Sauger, die hellen Flecken sind Auswinterungsschäden der Luzerne. \060812a\IMGP1736.JPG
Kreis: nasser Fleck; gerade sich kreuzende Linien (rechts/mitte) sind Drainageleitungen. \060812a\IMGP1772.JPG	Sammler \060812b\IMGP1785.JPG
Obere Linie (quer über unseren Modellflugplatz), ist eine alte Drainageleitung. \060812b\IMGP1794.JPG	In Folge von defekten Drainageleitungen Bodenversauerung à schlechte Wachstums-Bedingungen für die Kulturpflanze, Unkraut macht sich breit. \060716\IMGP1626.JPG

 

Unkraut
Defekt an der Drainageleitung, an der nassen Stelle wächst Unkraut. 060621\IMGP1306.JPG	Kamille im Raps \060625\1315.JPG
nach der Ernte: Kamillerückstände/Strunke (braun); Triebe des Ausfallrapses (grün). \060814\IMGP1932.JPG	hellgrün: Ochsenzungen-Kolonien, müssen durch Fungizide vernichtet/weggespritzt werden. \060812b\IMGP1792.JPG
Karge Stellen
karger Pflanzenwuchs im Weizenfeld \060625\1349.JPG	und in der Luzerne. \060812a\1760.JPG

 

 

Spuren von Menschen und Tieren
Pferdespuren \060812a\IMGP1754.JPG	Spuren von Wildschweinen? \060716\1616.JPG
Trampelpfad der Jäger \051011\1146.JPG	Fahrpfad der Bearbeitungsmaschinen \060814\1919.JPG
Flugmodell findet Flugmodell
Mit dem Fotoflieger wurde die vermutete Absturzfläche fotografiert und das Modell geortet. \060616\1189.JPG	Ohne Flurschaden zu machen, konnte es geborgen werden. \060616\1210.JPG

 

5. Literatur

 

[1] Der große FMT-Luftbild-Wettbewerb

FMT-Magazin: Flug- und Modelltechnik H.11, 1999, S.96

[2] W. Schäper

Über Dünen und Palmen - E-Segelflug im Dienste der Wissenschaft im Oman

Flug- und Modelltechnik (FMT) H.7 und H.8, 2005

[3] Datenblatt zur Pentax Optio S5z

http://www.pentax.de/_de/photo/products/produkt.php?produkt=18392&druck&id=dr

[4] Th. Brenner

Elektronische Foto-Auslösung für Pentax Optio-5z mittels mc24, Listing

[5] Wie hoch darf ein Flugmodell fliegen?

ZS Luftsport/ H.3, 2003

[6] Uni Stuttgart, Technische Optik, Grundlagen (APMB-Praktikum, S. 11)

http://www.unistuttgart.de/ito/Lehre/Wintersemester/Kurzubersicht/Praktikum1/ APMB_anl_Vers_1_3.pdf

[7] F. Jach, S. Wolrab

Entwicklung eines Fernlenksegelflugmodells

Vortrag zur Nachwuchstagung im DGLR-Kongress 2004, Dresden

[8] H. Bruß

Elektroflug, Franzis-Verlag München , 1976

[9]& https://shop.graupner.de/webuerp/servlet/AI?ARTN=7726 à Motor

https://shop.graupner.de/webuerp/servlet/AI?ARTN=2885 à Regler

https://shop.graupner.de/webuerp/servlet/AI?ARTN=7640.5 à Akku

https://shop.graupner.de/webuerp/servlet/AI?ARTN=1335.30.15à Luftschraube

 

[10] W. Friebel, persönliche Mitteilung

 

[11] Remote Sensing in Agriculture

Copyright 2003 by the Iowa Soybean Association

 

[12] H. Iwe, www.mfc-rossendorf.de / Projekte / Datenlogger

 

6. Danksagung

Unser Dank gilt jenen Vereinsmitgliedern, die wesentlich zur Realisierung der Luftbild-Fotografie aus dem Flugmodell beigetragen haben: Thomas Brenner für die Entwicklung der elektronischen Aufnahme-Auslösung per Fernsteuersender, Rudolf Zimmermann dafür, dass er uns stets bei der Vorbereitung der Modelle half, dem GFK-Spezialisten Wolfgang Dienel für den Bau der RS3_fotfly-Tragflächen und Hans Langenhagen für die fachliche Betreuung.

Insbesondere bedanken wir uns bei Herrn Friebel für die Erklärungen zur Vegetation und für die Interpretationen der Luftaufnahmen von den Feld- und Wiesenflächen - ohne seine Anregung wären wir nie auf dieses interessante Thema gestoßen, und ohne seine Hilfe hätten wir nicht verstanden, was wir auf den Aufnahmen sehen.

Und nicht zuletzt bedanken wir uns für die finanzielle Förderung der Vereins-Jugendarbeit durch die Jugendämter Dresden und Kamenz, die Stadtverwaltung Radeberg, die Ortsverwaltung Schönfeld - Weißig und den Flughafen Dresden, wodurch uns die Realisierung dieses Projektes überhaupt erst möglich wurde.

 

 

7. Anhang

7.1 zahlenmäßige Berechnungen

 

Höhenverlust im Segelflug [7]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Für ein Steigen von vst = 10m/sec ist ein elektrisches input von Pin = 775watt nötig.

 

7.2 Erklärungen zu den landwirtschaftlichen Begriffen [10]

 

• Drainagesysteme dienen zur Entwässerung oberflächennaher Bodenschichten, sie werden in ca. 1m Tiefe verlegt. Sauger sind durchlöcherte Rohre, sie bestehen aus ca. 30 cm langen und 5 bis 8 cm starken Rohrstücken, die stumpf aneinander und fischgrätenförmig verlegt und an die Sammler angeschlossen sind. Sammler haben einen Durchmesser von 10cm und führen das durch die Sauger dem Feld entzogene Wasser in den nächsten Fluss oder See. Drainageleitungen von Ackerflächen helfen bei der Gewinnung von neuen, guten Ackerböden. Auch wenn die meisten zu DDR-Zeiten gebaut wurden, um die Effizienz der damaligen Landwirtschaft zu erhöhen, sind sie keine DDR-Erfindung. In Brandenburg wurden Drainageleitungen schon 1889 zu genau diesem Zwecke verlegt.
• Luzerne dient als Viehfutter, wächst bis zu 10m tief und hat dabei manchmal daumenstarke Wurzeln. Dadurch bricht sie die Bodenverdichtung auf und beim Verrotten der Wurzeln wird Phosphor, Kalium und Stickstoff freigesetzt, besitzt somit eine hervorragende Vorfruchtwirkung, in dem der Humusgehalt des Bodens erhöht wird. Die Luzernepflanzen werden bis zu 4mal im Jahr geschnitten, danach wird die zum Verfüttern geerntete Luzerne auf 40% Trockengehalt gebracht.
• Die Nicht-wendende-Bodenbearbeitung, ein modernes Verfahren, bei dem nicht mehr gepflügt wird, sondern mit der Scheibenegge nur die oberste Schicht bis ca. 15cm Tiefe gelockert wird. Diese Verfahren wird seit 1992 von der Agrikultur GmbH angewendet. Der Vorteil besteht darin, dass die sonst beim Pflügen nach oben gebrachte humusreiche Schicht bei Hanglagen, bzw. Feldneigungen, nicht mehr weggeschwemmt wird. Dabei bleiben Würmer und anderes Kleingetier im Boden erhalten, welche dann die tieferen Bodenschichten auflockern. Wichtig dabei ist, das System der Fruchtfolge auf dieses Verfahren abzustimmen.
• Pflanzenschutzmittel, auch Pestizide genannt, werden getrennt, und zwar in Insektizide gegen Insekten und Fungizide gegen Pflanzenkrankheiten.

 

aktualisiert am 20.4.2007