Stationäre und mobile Nachladestrategien für landwirtschaftliche Drohnen: Eine Simulationsstudie zu unterschiedlichen Feldgrößen und -geometrien am Beispiel der Ausbringung von Düngemitteln

Abstract

Häufiges Nachfüllen von Düngemitteln und der Austausch von Batterien unterbrechen den Betrieb landwirtschaftlicher Drohnen und können die effektive Flächenleistung erheblich verringern. Diese Studie quantifiziert, wie sich stationäre und mobile Nachladekonfigurationen auf die betriebliche Leistungsfähigkeit auswirken, wobei die Ausbringung von Düngemitteln als Fallbeispiel dient. Ein Simulationsmodell kombiniert die Planung der Flächenabdeckung, die Auswahl von Nachladepunkten, die Bewegung eines Begleitfahrzeugs sowie die Optimierung der Missionszeit.

Acht landwirtschaftliche Drohnen-Modelle von DJI, von der MG-1 bis zur Agras T100, wurden für standardisierte Feldgrößen zwischen 5 und 150 ha sowie für jeweils drei quadratische beziehungsweise rechteckige Feldgeometrien untersucht. Verglichen wurden sechs Nachladekonfigurationen: zwei stationäre Positionen sowie vier mobile Fahrstrategien des Begleitfahrzeugs mit Zugang zu einer bis vier Feldgrenzen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die mobile Unterstützung durch ein Begleitfahrzeug die unproduktiven Rückflugstrecken durchgängig reduziert und die Flächenleistung gegenüber stationären Nachladepunkten erhöht. Die größten Zugewinne treten im Allgemeinen dann auf, wenn der mobile Zugang erstmals die längste Feldgrenze einschließt. Weitere Verbesserungen fallen tendenziell geringer aus, sobald die wichtigsten Feldgrenzen bereits zugänglich sind. Neuere Drohnengenerationen erreichen eine höhere Flächenleistung; die absoluten Werte sind jedoch von den standardisierten Modellannahmen abhängig.