‘Drones tillen precisielandbouw naar nieuwe hoogte’

In de nabije toekomst kunnen agrariërs mogelijk veel meer rendement halen uit hun akkers, door hun velden in kleine percelen op te delen en middels technologische innovaties zeer precies te bepalen welke gewassen meer kunstmest, water of bestrijdingsmiddelen nodig hebben. Daarbij kunnen drones een belangrijke rol spelen: vanuit de lucht kunnen drones zeer precies de groei van gewassen monitoren. Bob van der Meij (25) onderzocht de mogelijkheden en schreef zijn scriptie over drones en precisielandbouw. Dronewatch vroeg Bob naar de uitkomsten van zijn onderzoek.

Wat was de aanleiding om met dit onderwerp aan de slag te gaan?

“Net als vele anderen heb ook ik mij in de voorbije jaren laten fascineren door de ontwikkelingen op het gebied van drones en de ongekende mogelijkheden van deze veelbelovende technologie. Gedurende mijn studie Geographical Information Management & Applications aan de Wageningen Universiteit ben ik mij gaandeweg meer gaan verdiepen in de materie, onder andere via een masterscriptie waar ook een wetenschappelijk publicatie uit voort is gekomen. Vanuit deze achtergrond zie ik drones dan ook niet alleen als middel waarmee je mooie kiekjes kunt schieten, maar vooral als een uitermate flexibel stuk techniek waarmee je allerlei waardevolle (geo-)informatie kunt inwinnen en tot leven wekken.

Ik voel mij dan ook bevoorrecht dat ik deze passie in mijn huidige werk kan toepassen en ontwikkelen. Na het afronden van mijn studie ben ik direct aan de slag gegaan bij Richtlijn Geodesie, een geodetisch/ landmeetkundig adviesbureau. Onder andere als piloot, maar vooral met de nobele taak om de inzet van drones binnen deze kansrijke sector en voor uiteenlopende opdrachtgevers letterlijk en figuurlijk naar een hoger plan te tillen. Denk daarbij bijvoorbeeld aan het verwerken van ingewonnen data tot zeer nauwkeurige en hoogwaardige 2D en 3D modellen voor toepassingen als volumebepalingen, (hoogte)metingen, mutatiedetectie, (project)monitoring, en karteringsdoeleinden, maar ook inspecties. Hierin onderscheiden wij onszelf door nadrukkelijk te focussen op het continue waarborgen én aantonen van de kwaliteit van gegevens, gedurende het volledige proces van inwinning tot en met oplevering.”

Wat wordt er onder ‘precisielandbouw’ verstaan?

“Bij precisielandbouw draait het om het optimaliseren van opbrengsten (de oogst) enerzijds en het minimaliseren van kosten en milieu effecten anderzijds. Hierbij speelt schaal een belangrijke rol. In tegenstelling tot bij traditionele landbouw worden bij precisielandbouw niet de behoeftes van een volledig veld bepaald, maar op basis van kleine perceeltjes van bijvoorbeeld één of enkele vierkante meters. Elke plant ontwikkelt zich immers anders, en het is niet efficiënt om op grote schaal dezelfde behandeling toe te passen.”

Waarom zijn drones interessant voor de precisielandbouw?

“Precisielandbouw vereist dat de juiste verzorging (bv. toevoegen van kunstmest of bestrijdingsmiddelen) op het juiste moment én op de juiste plaats wordt toegepast. Dit vereist dat agrariërs regelmatig en bij voorkeur real-time over gegevens over gewassen kunnen beschikken, die daarnaast zo gedetailleerd zijn dat plaats specifieke behandeling mogelijk is. Drones zijn hiervoor ideaal, omdat zij 1) vrijwel direct, vraaggestuurd en herhaaldelijk kunnen worden ingezet, 2) uiteenlopende informatie met verschillende sensoren kunnen inwinnen en 3) vanaf een lage hoogte zeer gedetailleerde opnames kunnen maken. Ook zouden drones kunnen worden ingezet om zeer precies percelen te bespuiten.”

Wat behelsde jouw afstudeeronderzoek precies?

“Ik heb onderzocht in hoeverre het mogelijk is om bepaalde eigenschappen van haverplanten (zoals planthoogte, biomassa, en chlorofyl-, stikstof- en koolstofgehaltes) te bepalen met behulp van drone-opnames op verschillende golflengten. Op een testveld met tientallen kleine percelen van 3 bij 3 meter zijn eerst per perceel de gewaseigenschappen in het veld geanalyseerd. Vervolgens heb ik de relatie tussen deze veldmetingen en de drone-data onderzocht, bijvoorbeeld door gebruik te maken van zogenaamde vegetatie-indices. Ik ben daarna nagegaan of op basis van deze resultaten modellen konden worden ontwikkeld om deze zelfde eigenschappen binnen andere onafhankelijke percelen te ‘voorspellen’.”

Wat zijn de belangrijkste uitkomsten van het onderzoek?

“Het bleek goed mogelijk om verschillende eigenschappen van de gewassen op perceelniveau te bepalen én te voorspellen vanuit de lucht. De verschillen tussen planten maakt dat deze het inkomende zonlicht elk op een andere manier, mede afhankelijk van de golflengte, reflecteren. Ook de verschillen in gewaseigenschappen tussen percelen, ontstaan doordat elk perceel in vorige seizoenen anders is behandeld, waren goed te herleiden op basis van luchtopnames. Sommige gewaseigenschappen konden daarbij nauwkeuriger worden bepaald dan andere: vooral planthoogte en het chlorofylgehalte konden relatief nauwkeurig worden bepaald.”

Van welke apparatuur (sensoren, UAVs) werd er gebruik gemaakt?

“Voor de twee vluchten is gebruik gemaakt van een Altura AT8, een octocopter die een lading tot circa 2 kilo van vervoeren. De onderzijde van het toestel was voorzien van het zogenoemde HYMSY (Hyperspectral Mapping System) platform, een systeem dat is ontwikkeld binnen de Wageningen Universiteit. Dit systeem bestaat o.a. uit een reguliere visuele (RGB) camera en een hyperspectrale camera, evenals hardware voor navigatiedoeleinden en voor het synchroniseren en opslaan van de opnames van beide camera’s.

De hyperspectrale sensor is bijzonder omdat deze gelijktijdig foto’s maakt in maar liefst 94 smalle banden op verschillende golflengtes, in zowel het visuele (RGB) als het voor vegetatie-onderzoek relevante nabij-infrarode (NIR) spectrum. In tegenstelling tot visuele of multispectrale camera’s, welke doorgaans data verzamelen in een beperkt aantal en relatief brede banden, leveren hyperspectrale sensoren data waarmee nauwkeurigere en preciezere analyses kunnen worden gedaan.”

Wat zijn de belangrijkste beperkingen op dit moment?

“Naast wet- en regeling bestaat één van de grootste uitdagingen uit het vertalen van allerlei ingewonnen data tot bruikbare informatie. Het gebruik van een toenemend aantal en steeds complexer wordende sensoren, op uiteenlopende platformen (satellieten, tractoren, drones, in de bodem, etc.), maakt dat er grote hoeveelheden gegevens worden ingewonnen. De uitdaging is om deze camera- en sensordata snel en eenduidig om te zetten naar interpreteerbare én toepasbare informatie. Immers, aan alleen ruwe data heeft de gemiddelde agrariër weinig. Veel wenselijker is dat deze wordt omgezet naar zogenaamde taakkaarten, die men vervolgens in machine-apparatuur (waaronder drones) kan inladen zodat de juiste hulpmiddelen semiautomatisch op de juiste plaats in het veld kunnen worden toegepast.”

Welke technologische ontwikkelingen zijn veelbelovend voor de precisielandbouw?

“Dat zijn er teveel om op te noemen, zeker voor precisielandbouw geldt dat deze steeds meer doordrenkt raakt van technologische snufjes. Met betrekking tot drones zijn voornamelijk ontwikkelingen in het domein van sensoren, die steeds lichter worden en betere specificaties krijgen, en toestellen die langer in de lucht kunnen blijven en preciezer kunnen navigeren buitengewoon relevant. Idem geldt voor de doorontwikkeling van de drone-hardware, waardoor drones steeds veiliger en autonomer kunnen opereren. Ook in het softwaredomein gebeurt er momenteel veel, met name gericht op het efficiënt samenvoegen, bewerken, integreren en ontsluiten van sensorinformatie naar eindgebruikers. En wat te denken van drones die in staat zijn om zelfstandig sproei- en spuitwerkzaamheden te verrichten, met name op omvangrijke of moeilijk begaanbare landbouw gronden.”

Wat moet er in Nederland gebeuren op het gebied van wet- en regelgeving om de toepassing van drones verder mogelijk te maken?

“De huidige wet- en regelgeving voor commercieel gebruik wordt voor toepassingen in de landbouw doorgaans als relatief helder beschouwd, maar ook als één van de meest bepalende randvoorwaarden met betrekking tot wat in de praktijk mogelijk is. Er is inmiddels een klein maar groeiend aantal partijen binnen deze sector met drones actief. Een veelgehoord punt van kritiek zijn de substantiële kosten die verbonden zijn aan het verkrijgen van een ROC certificaat, waardoor het voor kleinere bedrijven en ZZP’ers vooralsnog niet interessant is om zelfstandig tot deze markt toe te treden. Ook bevinden veel landbouwgronden zich in de buurt van (grote) vliegvelden waar het vliegen met drones onmogelijk of aan strikte voorwaarden gebonden is. Daarnaast geldt dat zolang autonome vluchten niet zijn toegestaan er tenminste één of twee personen betrokken zijn bij de vluchtuitvoering, dit drukt de mate waarin efficiëntie en kostenbesparingen gerealiseerd kunnen worden.

Zoals geldt voor veel sectoren is ook de landbouw gebaat bij een stabiele en werkbare wet- en regelgeving die meer ruimte biedt, nieuwe ontwikkelingen mogelijk maakt en vergaande investeringen aanmoedigt. In het geval van landbouwtoepassingen zou een dergelijke drempelverlaging relatief goed te verantwoorden zijn, mede doordat dergelijke vluchten veelal boven ruraal gebied en relatief ver weg van gebouwen, infrastructuur en mensen plaatsvinden. Het is dan ook zeer interessant om te zien wat de aanstaande Europese EASA regelgeving, waarbij dergelijke risicoprofielen in ogenschouwen worden genomen, voor drones in de landbouw zal gaan betekenen.”

Het afstudeeronderzoek van Bob van der Meij vormde de basis onder de research paper Remote sensing of plant trait responses to field-based plant–soil feedback using UAV-based optical sensors, dat onlangs in het open access journal Biogeosciences werd gepubliceerd.