DE202014002338U1

DE202014002338U1 - Weitgehend autonom fliegende UAV-Hubschrauber-Drohne zur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft und im Weinanbau (bis zu einem max. Abfluggewicht von 150kg)

Info

Publication number: DE202014002338U1
Application number: DE202014002338.7U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-15
Filing date: 2014-03-15
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2024-03-16

Abstract

Weitgehend autonom fliegende UAV-Hubschrauber-Drohne (UAV = unmanned aerial vehicle – unbemanntes Luftfahrzeug) zur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft und im Weinanbau (bis zu einem max. Abfluggewicht von 150 kg). dadurch gekennzeichnet, dass die UAV-Hubschrauber-Drohne weitgehend autonom fliegen kann. Die zu fliegenden Flugbahnen werden dabei vorab definiert. Dabei lassen sich die Fluggeschwindigkeit, Flugrichtung und der Höhenabstand zu der zu behandelnden Agrarfläche möglichst exakt festlegen. Ein am Boden stehender Sicherheitspilot kann dabei jederzeit in die Steuerung der Hubschrauber-Drohne eingreifen.

Description

Stand der Technik, mit Angabe der bekannten Mängel:
Das Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln aus der Luft mittels Luftfahrzeugen ist zurzeit in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft und im Weinanbau europaweit verboten. Unter bestimmten Voraussetzungen lassen sich in den Steillagen des Weinanbaues bzw. im Kronenbereich von Wäldern Ausnahmegenehmigungen hierfür erzielen. Grund für den Verbot ist, dass durch das Luftfahrzeug (vornehmlich manntragende Hubschrauber, ausgerüstet mit einer Spritzmittel-Anlage) eine hohe Lärm- und Abgasemission erfolgt. Außerdem wird durch den sogen. Downwash (Abstrahl des Hubschrauberrotors mit ringförmigen Turbulenzen an den Rotorblattenden) des Hubschrauber-Rotors ein Teil des Spritzmittels fortgetragen. Dieses Spritzmittel gelangt durch Abdrift, nicht wie vorgesehen auf den Agrarpflanzen, sondern kann das Grundwasser bzw. angrenzende Gewässer und Flüsse oder andere landwirtschaftlich genutzte Flächen belasten. Für diese Spritzflüge gelten deshalb spezielle Regelungen und hohe Sicherheitsbestimmungen. Nachteile sind außerdem, dass eine möglichst exakte Einhaltung von Flugrichtung, Flughöhe und Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges über den Weinreben, über die gesamte Fläche eines Weinberges nicht einzuhalten ist. Die Luftfahrzeuge fliegen dabei üblicherweise parallel zum Weinberg. Dadurch ist das Spritzgestänge auf der bergseitigen Seite immer näher an den Weinreben als auf der talseitigen Seite des Spritzgestänges. Der Unterschied kann dabei einige Meter betragen, ein gleichmäßiger Austrag von Pflanzenschutzmitteln ist so praktisch nicht möglich. Zuletzt birgt das Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln mit manntragenden Luftfahrzeugen ein hohes Risiko der Piloten und der anliegenden Anwohner. Jährlich passieren Unfälle, wobei neben beschädigten oder meistens völlig zerstörten Luftfahrzeugen auch Personenschäden zu beklagen sind.
Problemlösung des Anmelders:
Durch den Einsatz von unbemannten, weitgehend autonom fliegenden UAV-Hubschrauber-Drohnen lassen sich die vorgenannten Nachteile beim Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln aus der Luft mit manntragenden Luftfahrzeugen stark reduzieren bzw. ausschließen. Ziel ist es außerdem grundsätzlich die Applikationsqualität der Spritzung mit Pflanzenschutzmittel gegenüber dem manntragenden Hubschrauber zu erhöhen. Das gilt für alle jetzigen und auch zukünftigen Einsatzfälle in der Landwirtschaft, der Forstwirtschaft und im Weinanbau.
Ale Beispiel wird nachfolgend das Einsatz-Szenario einer UAV-Hubschrauber-Drohne in einem Weinberg beschrieben. Die Hubschrauber-Drohne befliegt in definierten Bahnen die Weinberge ab und bringt dabei das Pflanzenschutzmittel aus. Das kann entweder durch eine hochgenaue GPS-Flugsteuerung (differentielles GPS) bzw. zusätzlich durch an der Hubschrauber-Drohne montierte Sensorik unterstützt erfolgen (z. B. Abstands- und Geschwindigkeitssensoren). Alternativ ist es auch möglich, dass durch ein spezielles Verfahren die zu befliegende Weinbergparzelle vorab mittels hochauflösender Digitalkamera- oder Scanner-System fotografiert oder abgescannt wird (ebenfalls mit einer Hubschrauber-Drohne, die jedoch kleiner und leichter ausgeführt sein kann). Mittels anschließender automatischer Berechnung einer speziellen Software wird dann daraus eine Art dreidimensionale Landkarte der Weinbergparzelle erzeugt. In diese Landkarte lässt sich dann ebenfalls vorab die genaue Flugroute der Hubschrauber-Drohne definieren. Die erzielbare Genauigkeit kann dabei im Bereich von einigen Zentimetern liegen. Nur so lassen sich möglichst exakte Flugbahnen, eine exakte Höhe über den Weinreben und eine gleichbleibende Fluggeschwindigkeit einhalten. Außerdem wird die Hubschrauber-Drohne, nicht wie beim manntragenden Luftfahrzeug parallel zum Weinberg, sondern im Winkel von 90° zum Weinberg fliegen (das heißt den Weinberg abwechseln hoch und runter fliegen). Dadurch ist das Spritzgestänge immer parallel zu den Weinreben ausgerichtet. Falls das Spritzmittel im Flug leer wird „merkt” sich die Hubschrauber-Drohne diesen Punkt und setzt nach dem Betanken von dort aus wieder an.
Ebenfalls ist der Downwash der Hubschrauber-Drohne wesentlich geringer. All das bewirkt eine wesentlich genauere Applikation des Pflanzenschutzmittels auf den Weinreben und einer geringeren Abdrift, welches insgesamt dem Natur- und Umweltschutz zu gute kommt.
Da die Hubschrauber-Drohne im Vergleich zum manntragenden Hubschrauber wesentlich kleiner ist (üblicherweise um die 2,5 bis 3,5 m Rotordurchmesser) erfährt hieraus auch eine geringere Gefährdung des Bedienpersonal oder von Anwohnern. Die Emission von Abgasen und Lärm ist ebenso wesentlich geringer.
Durch die möglichst autonom fliegende Hubschrauber-Drohne sollen die für die Winzer entstehenden umzulegenden Kosten pro Hektar Pflanzenschutz verringert werden. Das geschieht durch den insgesamt günstigeren Betrieb der Hubschrauber-Drohne und das exaktere Ausbringen des Spritzmittels, wobei evtl. sogar Spritzmittel eingespart werden kann. Der günstigere Betrieb der Hubschrauber-Drohne lässt sich durch geringeren Personalaufwand, geringere Betriebs- und Wartungskosten und die geringeren Fixkosten der Hubschrauber-Drohne erklären.
Trotzdem hat auch der Betrieb einer Hubschrauber-Drohne unter höchsten Sicherheitsaspekten zu erfolgen. Der speziell geschulte Sicherheitspilot der Hubschrauber-Drohne am Boden kann dabei ständig von Hand in die Flugsteuerung eingreifen. Grundsätzlich fliegt dabei die Hubschrauber-Drohne immer in Sichtweite des Sicherheitspiloten, d. h. maximal nur wenige hundert Meter weit weg und möglichst in geringer Höhe. Der angrenzende Luftraum der anderen Luftfahrzeuge wird dabei nicht tangiert.
Die Spritzanlage zum Ausbringen der Pflanzenschutzmittel ist dabei ähnlich aufgebaut wie bei den manntragenden Luftfahrzeugen. Über einen oder mehrere Spritzmittel-Behälter wird über eine Pumpe das Pflanzenschutzmittel auf eine bestimmte Anzahl von Spritzdüsen (abdriftmindernde Flachstrahl-Injektordüsen) gegeben. Die Düsen sind dabei auf einem Spritzgestänge, welches üblicherweise Quer zur Flugrichtung der Hubschrauber-Drohne ausgerichtet ist, montiert. Das Spritzgestänge ist zum einfacheren Transport des Luftfahrzeugs meistens klappbar ausgeführt. Saugseitig an der Pumpe ist meist noch ein Filter untergebracht, welches die Pumpe vor Beschädigung durch angesaugte Fremdkörper schützt.
Das Ausbringen des Pflanzenschutzmittels lässt sich durch unterschiedliche Düsen, unterschiedliche Abstände der Düsen zueinander, unterschiedlichem Spritzdruck und damit Ausbringmenge und einer unterschiedlichen Anzahl der Düsen auf die speziellen Erfordernisse im Pflanzenschutz einstellen. Zusätzlich kann das meist pulverförmige Pflanzenschutzmittel in einer unterschiedlich großen Menge Wasser verdünnt werden. Auch kann die örtliche Anbringung des Spritzgestänges an der Hubschrauber-Drohne ein unterschiedlich gutes Ergebnis bringen. D. h. ob das Spritzgestänge weiter vorne oder hinten bzw. unten und oben montiert ist. Durch die Anzahl und die Abstände der Düsen wird die Länge des Spritzgestänges festgelegt. Dieses sollte üblicherweise ungefähr dem Rotordurchmesser der Hubschrauber-Drohne entsprechen. Neben Einfach-Düsenhaltern zur Aufnahme der Düsen, lassen sich auch Doppelt- oder Mehrfach-Düsenhalter am Spritzgestänge montieren.
Zeichnungen:
Als Anlage liegt folgende Zeichnung bei:
10-Z0014-6_UAV Hubschrauber Waran mit Spritzanlage
Die Zeichnung zeigt eine UAV-Hubschrauber-Drohne ausgerüstet mit einer Spritzanlage zur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft und im Weinanbau.

Claims

Weitgehend autonom fliegende UAV-Hubschrauber-Drohne (UAV = unmanned aerial vehicle – unbemanntes Luftfahrzeug) zur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft und im Weinanbau (bis zu einem max. Abfluggewicht von 150 kg). dadurch gekennzeichnet, dass die UAV-Hubschrauber-Drohne weitgehend autonom fliegen kann. Die zu fliegenden Flugbahnen werden dabei vorab definiert. Dabei lassen sich die Fluggeschwindigkeit, Flugrichtung und der Höhenabstand zu der zu behandelnden Agrarfläche möglichst exakt festlegen. Ein am Boden stehender Sicherheitspilot kann dabei jederzeit in die Steuerung der Hubschrauber-Drohne eingreifen.
UAV-Hubschrauber-Drohne nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die UAV-Hubschrauber-Drohne durch eine hochgenaue GPS-Flugsteuerung (differentielles GPS) bzw. zusätzlich durch an der Hubschrauber-Drohne montierten Sensorik unterstützt, erfolgen kann (z. B. Abstands- und Geschwindigkeitssensoren). Alternativ ist es auch möglich, dass durch ein spezielles Verfahren die zu befliegende Fläche vorab mittels hochauflösender Digitalkamera- oder Scanner-System fotografiert oder abgescannt wird (ebenfalls mit einer Hubschrauber-Drohne, die jedoch kleiner und leichter ausgeführt sein kann). Mittels anschließender automatischer Berechnung einer speziellen Software wird daraus eine dreidimensionale Landkarte der Agrarfläche erzeugt. In diese Landkarte lässt sich dann ebenfalls vorab die genaue Flugroute der Hubschrauber-Drohne definieren. Die erzielbare Genauigkeit kann dabei im Bereich von einigen Zentimetern liegen. Nur so lassen sich möglichst exakte Flugbahnen, eine exakte Höhe über den Agrarpflanzen und eine gleichbleibende Fluggeschwindigkeit einhalten.
UAV-Hubschrauber-Drohne nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Hubschrauber-Drohne mit einer abdriftmindernden Spritzanlage zur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln ausgestattet ist. Diese Spritzanlage einen oder mehrere Spritzmittel-Behälter besitzt. Diese Spritzanlage über eine Pumpe das Pflanzenschutzmittel auf eine festgelegte Anzahl von Spritzdüsen gibt. Die Düsen sind dabei auf einem Spritzgestänge, welches üblicherweise Quer zur Flugrichtung der Hubschrauber-Drohne ausgerichtet ist, montiert. Das Spritzgestänge kann zum einfacheren Transport klappbar ausgeführt sein. Saugseitig an der Pumpe ist ein Filter untergebracht, welches die Pumpe vor Beschädigung durch angesaugte Fremdkörper schützt.
UAV-Hubschrauber-Drohne nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb im Steillagen-Weinanbau die umzulegenden Kosten für den Winzer pro Hektar Pflanzenschutz verringert. Das geschieht durch den insgesamt günstigeren Betrieb der Hubschrauber-Drohne und das exaktere Ausbringen des Spritzmittels. Der günstigere Betrieb der Hubschrauber-Drohne lässt sich durch geringeren Personalaufwand, geringere Betriebs- und Wartungskosten und die geringeren Fixkosten der Hubschrauber-Drohne gegenüber dem manntragenden Hubschrauber erklären.
UAV-Hubschrauber-Drohne nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb aufgrund der besseren Applikationsqualität gegenüber dem manntragenden Hubschrauber oder anderen konkurrierenden Verfahren vorzuziehen ist. Die Hubschrauber-Drohne im Betrieb eine wesentlich geringere Emission von Abgasen und Lärm als ein manntragender Hubschrauber hat. Die Gefährdung von Bedienpersonal oder von Anwohnern ist aufgrund der geringeren Masse der Hubschrauber-Drohne ebenfalls wesentlich geringer.