Satellitenbilder gehören zu den vielseitigsten Funktionen, die in der landwirtschaftlichen Produktion zur Verbesserung der Entscheidungsfindung eingesetzt werden können. Entscheidungen auf Basis großer Datenmengen helfen Landwirten, Agronomen und Beratern, die Situation und die Prozesse auf den überwachten landwirtschaftlichen Flächen besser zu verstehen.
Was ist Satellitenbildgebung?
Satellitenbildgebung, auch bekannt als satellitengestützte Fernerkundung, ist der Prozess, bei dem Satellitenbilder genutzt werden, um Informationen über die Erdoberfläche, die Atmosphäre und die Ozeane zu gewinnen. Diese Technologie beinhaltet die Verwendung von Satelliten Ausgestattet mit speziellen Sensoren und Kameras, die hochauflösende Bilder der Erde aus dem Weltraum aufnehmen können.
Die von den Satelliten aufgenommenen Bilder können für vielfältige Anwendungen genutzt werden, darunter die Überwachung von Wetterlagen, die Verfolgung von Umweltveränderungen, die Kartierung von Landnutzung und Vegetation sowie die Bewertung der Auswirkungen von Naturkatastrophen. Sie können auch für militärische und geheimdienstliche Zwecke eingesetzt werden.
Satellitenbilder bieten zwar viele Vorteile, ermöglichen aber die Darstellung von Situationen, die bei herkömmlichen Beobachtungen nicht sichtbar sind. Herkömmliche Beobachtungen sind zudem sehr aufwändig, was den Personal-, Finanz- und Zeitaufwand betrifft.
Selbst bei regelmäßigen Beobachtungen während der Wachstumsperiode der Pflanzen gibt es einige Dinge, die mit bloßem Auge nicht erkennbar sind, wie zum Beispiel das frühe Fortschreiten von Krankheit und Schäden, die durch die Schädlinge verursacht werden und letztendlich zu einem Chlorophyllabbau auf Zellebene führen.
Durch die Integration und Berechnung von für das menschliche Auge unsichtbaren Spektralbändern können die Anbauer und Berater den Chlorophyllabbau leicht erkennen, bevor sichtbare Krankheits- oder Schädlingsbefallssymptome an den Pflanzen auftreten.
Diese Vorteile bei der Pflanzenüberwachung kommen den heutigen Technologien zugute, da sie die Integration solcher Informationen in geografische Informationssysteme ermöglichen. Dadurch entsteht ein zeitnaher und qualitativ hochwertiger Datensatz, der für Entscheidungsprozesse im Zusammenhang mit landwirtschaftlichen Produktionssystemen genutzt werden kann.
Neben der Entscheidungsfindung auf Basis von Informationen können Satellitenbilder auch für die Berichterstattung, die Datenerfassung und die Integration mit verschiedenen Datensätzen (Krankheits- und Schädlingsmodelle, Ertragskarten, Schädlingsüberwachung, Düngungskarten usw.), um ein noch funktionaleres System der Pflanzenüberwachung zu schaffen und die Art und Weise zu verbessern, wie der Landwirt oder andere Fachleute den Fortschritt der Pflanzen während ihrer Wachstumsperiode beobachten können.
Wie werden Satellitenbilder in der Landwirtschaft eingesetzt?
Die Bilder können zur Modellierung und Berechnung spektraler Indizes verwendet werden, die anschließend für die Visualisierung mittels Farbsynthese – entweder im sichtbaren Spektralbereich oder unter Einbeziehung weiterer Wellenlängen – eingesetzt werden. Eine geeignet gewählte Farbsynthese kann Aufschluss über Pflanzenwachstum, Stressfaktoren oder Bodenbeschaffenheit geben. Erosion in verschiedenen Farben dargestellt.
Spektrale Indizes sind Kombinationen der spektralen Reflexion von zwei oder mehr Wellenlängen, um relevante Merkmale sichtbar zu machen. Sie werden am häufigsten in der Landwirtschaft eingesetzt, finden aber auch Anwendung bei der Identifizierung von Brandflächen, anderen künstlichen Strukturen, Gewässern und geologischen Formationen.
Nützliche Spektralindizes in der Pflanzenproduktion sind unter anderem:
- NDVI (Normalisierter Differenzvegetationsindex).
- EVI (Enhanced Vegetation Index).
- RENDVI oder NDRE (Red Edge Normalized Difference Vegetation Index).
- GNDVI (Der grüne normalisierte Differenzvegetationsindex).
- MSI oder NDWI (Moisture Stress Index).
- LAI (Blattflächenindex).
Der NDVI ist einer der am häufigsten verwendeten Indizes und wird oft zur Beurteilung des Ausgangszustands einer Kulturpflanze herangezogen. Andere Indizes arbeiten mit bestimmten Merkmalen, daher sind die Ergebnisse standortspezifisch. Es ist wichtig, die Vegetationsgeschichte des Bodens zu berücksichtigen.
NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)
Dieser Index misst die Dichte grüner Vegetation und ist allgemein der am weitesten verbreitete Index. Die Blätter reflektieren Infrarotlicht (NIR) und nutzen für die Photosynthese ausschließlich sichtbares Licht. Das bedeutet, dass eine gesunde Pflanze mit einer hohen Photosyntheserate durch den Vergleich von NIR- mit sichtbarem Rotlicht analysiert werden kann.
Ungesunde Vegetation reflektiert mehr sichtbares Licht und weniger Nahinfrarotstrahlung. Gesunde Vegetation reduziert einen Teil des einfallenden sichtbaren Lichts. Der NDVI-Wert reagiert jedoch empfindlich auf Bodenbeschaffenheit (Licht und Farbe), Bewölkung und Schatten. Bei dichter Vegetation können die NDVI-Werte zudem fehlerhaft sein.
EVI (Verbesserter Vegetationsindex)
Dieser Index ist der Standard für Spektren mittlerer Auflösung – ein Instrument, das auf den Satelliten Terra und Aqua eingesetzt wird. Der EVI stellt eine Alternative zum NDVI dar und behebt einige seiner Schwächen, z. B. bodenbedingte und atmosphärische Einschränkungen, indem er die Reflektivität der Blattvegetation optimiert.
Es nutzt den blauen Teil des sichtbaren Spektrums zur Signalkorrektur und verringert so die Auswirkungen der oben genannten Einschränkungen, einschließlich der Streuung elektromagnetischer Strahlung durch Aerosole.
RENDVI oder NDRE (Normalisierter Differenzvegetationsindex der roten Kante)
Dieser Index basiert auf dem Standard-NDVI-Index, wurde jedoch modifiziert. RENDVI ist sehr nützlich in der Präzisionslandwirtschaft, der Waldüberwachung und der Erkennung von Pflanzenstress.
Seine Wirksamkeit beruht auf der Einbeziehung von Wellenlängen im roten Spektralbereich anstelle von Wellenlängen, die den Reflexions- und Absorptionswerten entsprechen. Es eignet sich besonders gut zur Erfassung geringfügiger Veränderungen im Vegetationszustand.
GNDVI (Der grüne normalisierte Differenzvegetationsindex)
Dieser Index ähnelt dem NDVI-Index und misst die Lichtreflexion im grünen Spektralbereich (540 bis 570 Nanometer) anstelle des roten Bereichs. Dadurch reagiert er empfindlicher auf den Chlorophyllgehalt in den grünen Pflanzenteilen.
MSI (Feuchtigkeitsstressindex)
Dieser Index reagiert empfindlich auf den Anstieg des Wassergehalts in den Blättern. Der MSI-Index dient der Erkennung von Wassermangelstress und ist ein guter Indikator für den Zustand von Nutzpflanzen. Er wird häufig für Pflanzenmodellierung, Brandanalysen und die Ökosystemphysiologie verwendet. Hohe Werte weisen auf Wasserstress und einen geringeren Wassergehalt hin.
LAI (Blattflächenindex)
Dieser Index dient zur Schätzung der Blattfläche und zur Vorhersage von Pflanzenwachstum und Ertrag.
Arten von Satellitenbildern für Nutzpflanzen
| Satelliten- und Technologieanbieter | Art der Satellitenbilder | Zyklus wiederholen | räumliche Auflösung |
| Landsat4-9 | RGB, Multispektral, Panchromatisch | 8 Tage | 15, 30, 100 m |
| Sentinel-2, | RGB, Multispektral | 5 Tage | 10 m |
| PlanetScope | RGB, Multispektral | Täglich | 3-4 m |
| Planet SkySat | Panchromatisch, Multispektral | Täglich | 0,5, 0,71–0,82 m |
| Airbus Pleiades | MULTISPEKTRAL | Täglich | 0,5 m |
| Pleades NEO | Panchromatisch, Multispektral | 40 Minuten nach der Anfrage | 0,3 m |
| ICEEYE | SYNTHETISCHES APERTURE-RADAR | Täglich | 0,25 m |
| Hyperion | HYPERSPEKTRAL | N / A | 30 m |
| Prisma | HYPERSPEKTRAL | N / A | 0,3 m |
Anwendungsfälle für Satellitenbildgebung
Hier einige wichtige Anwendungsbereiche von Satellitenbildern bei der Ernteüberwachung:
Wärmebildkamera
Die von Objekten am Boden abgegebene Wärme wird in aus der Luft aufgenommenen Wärmebildern sichtbar, die auch Temperaturschwankungen aufzeigen, die auf Stress bei den Pflanzen hinweisen. Durch Kalibrierung und Bildkorrektur werden unnötige Elemente wie beispielsweise Bewässerungsanlagen aus dem Bild entfernt, um Datenverzerrungen zu vermeiden.
In den finalen Bildern erscheinen kühlere Regionen violett, wärmere gelb. Die Wärmebildgebung ist hilfreich, um Lecks, Verstopfungen und andere Bewässerungsprobleme aufzuspüren, da Wasser die Pflanzen kühlt. Sie unterstützt Landwirte dabei, Krankheiten und Schädlingsbefall im Frühstadium zu erkennen und durch die Darstellung kleinster Veränderungen der Blattoberflächentemperatur gezielter und rechtzeitiger einzugreifen.
Bodenfeuchtigkeit
Die Landwirtschaft muss die Bodenfeuchte berücksichtigen. Für Anwendungen im Bereich der Präzisionslandwirtschaft (auf der Ebene einzelner Felder) und in Erwartung verbesserter Ertragsmodellierungen ist die Verfügbarkeit hochauflösender Bodenfeuchtekarten besonders wichtig.
Aufgrund der geringen räumlichen Auflösung und der geringen Beobachtungstiefe wurden satellitengestützte Bodenfeuchtedaten bisher nur selten zur Entscheidungsfindung in der Landwirtschaft eingesetzt. Können sie jedoch relevante Daten in akzeptablen zeitlichen und räumlichen Dimensionen liefern, bergen sie ein großes Potenzial.
Auflösung
Hochauflösende Satellitenbilder von Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn sind in letzter Zeit weiterentwickelt und zugänglicher geworden und bieten damit ein weiteres Potenzial für Phänotypisierungsanwendungen. Dieser Artikel veranschaulicht die Anwendung von Satellitenfotografie in der Pflanzenphänotypisierung und der landwirtschaftlichen Produktion und identifiziert Pflanzenmerkmale, die mithilfe hochauflösender Satellitendaten bewertet werden können.
Die Studie behandelt die Vorteile der satellitengestützten Phänotypisierung in Pflanzenzüchtungsprogrammen sowie deren Nachteile, beispielsweise die Bewölkung. Darüber hinaus werden zukünftige Einsatzmöglichkeiten hochauflösender Satellitenbilder als Phänotypisierungsinstrument untersucht.
Um Pflanzenzüchtern bei der Auswahl ertragreicher, stresstoleranter Sorten zu helfen, die dazu beitragen können, den globalen Nahrungsmittelbedarf zu decken und gleichzeitig mit dem Klimawandel umzugehen, können hochauflösende Satellitenbilder als Phänotypisierungsinstrument zur Bewertung von Pflanzensorten verwendet werden.
Anwendungen von Satellitenbildern
GeoPard Fähigkeiten und Satellitenbildanwendungen bieten Die Nutzer können landwirtschaftliche Parzellendaten visualisieren, normalisieren, analysieren und daraus direkt Erkenntnisse gewinnen, um die Pflanzenproduktion zu verbessern. Diese Datennutzung kann mithilfe von vorgefertigten GeoPard-Algorithmen oder durch die Entwicklung eigener, für die Agronomie optimierter Algorithmen erfolgen.
Mithilfe dieser Algorithmen lassen sich Pflanzenwachstum, Stressfaktoren usw. auswerten (siehe Foto) oder sogar Applikationskarten erstellen: zum Beispiel Applikationskarten für die Stickstoff-VR-Anwendung oder Applikationskarten für Pflanzenschutzmittelspritzungen.
Häufig gestellte Fragen
1. Wie bekomme ich Satellitenbilder für meinen Bauernhof?
Um diese Dienste für Ihren landwirtschaftlichen Betrieb zu nutzen, recherchieren Sie Anbieter, registrieren Sie sich und greifen Sie auf deren Datenbank oder Portal zu. Geben Sie den Standort Ihres Betriebs und die gewünschten Parameter an, um relevante Bilder für die landwirtschaftliche Überwachung abzurufen.
2. Warum sind Satellitenbilder hilfreich für das Verständnis von Nahrungsnetzen?
Es ist hilfreich für das Verständnis von Nahrungsnetzen, da es einen umfassenden Überblick über Ökosysteme ermöglicht. Durch die Aufnahme großflächiger Bilder von Land- und Wasserflächen erlaubt es Wissenschaftlern, die räumliche Verteilung verschiedener Lebensräume und Ressourcen zu beobachten und zu analysieren.
Dies wiederum hilft dabei, die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Arten zu untersuchen, wichtige Nahrungsbeziehungen zu identifizieren und den Energiefluss durch Nahrungsnetze zu verstehen.
Es hilft, komplexe ökologische Dynamiken zu entschlüsseln und trägt so zu einem tieferen Verständnis der Funktionsweise von Ökosystemen und der Naturschutzbemühungen bei.
3. Wie teuer sind Satellitenbilder?
Die Kosten variieren je nach verschiedenen Faktoren. Dazu gehören der Anbieter, die Auflösung, die Aufnahmefrequenz und der benötigte Abdeckungsbereich. Die Preise reichen von günstigen Optionen für niedrigauflösende Bilder bis hin zu teureren Optionen für hochauflösende Echtzeitüberwachung.
Darüber hinaus können für spezielle Dienstleistungen oder individuelle Datenanfragen zusätzliche Kosten anfallen. Es empfiehlt sich, verschiedene Anbieter und deren Preismodelle zu vergleichen, um eine Satellitenbildlösung zu finden, die Ihren spezifischen Anforderungen und Ihrem Budget entspricht.
4. Was sind Infrarot-Satellitenbilder? Wie liest man sie?
Es erfasst die von Objekten und Oberflächen auf der Erdoberfläche abgegebene Infrarotstrahlung. Es liefert wertvolle Erkenntnisse über Temperaturschwankungen und thermische Muster.
Um Infrarot-Satellitenbilder zu interpretieren, muss man verstehen, dass wärmere Objekte heller, kühlere hingegen dunkler erscheinen. Durch die Analyse dieser Temperaturunterschiede lassen sich Wolkenformationen beurteilen, Temperaturunterschiede an Land und im Wasser erkennen, Waldbrände aufspüren und sogar Meeresströmungen überwachen.
Das Verständnis der Farbskala und die Interpretation der Helligkeitswerte auf den Bildern helfen dabei, aussagekräftige Informationen aus Infrarot-Satellitenbildern zu gewinnen.




So funktioniert das Drohnen-Mapping: Eine Drohne ist mit Sensoren wie Kameras und Laserscannern ausgestattet, die ein Gebiet überfliegen und in verschiedenen Höhen und Winkeln Bilder aufnehmen oder es mit Lasern scannen. Die gesammelten Daten werden dann zu 3D-Karten verarbeitet, die auf einem Computer- oder Smartphone-Bildschirm angezeigt werden können.
2. Verschreibungskarten für Düngemittel, Herbizide und Pestizide mit Drohnenüberwachung
Eine einzige Strategie ist nicht mehr zeitgemäß, da sie nicht nur Ressourcen verschwendet, sondern auch die Gesundheit und Vitalität der Pflanzen beeinträchtigen kann. Zu viel Wasser kann zum Beispiel eine ansonsten gesunde Pflanze abtöten, da ihre Wurzeln keinen Sauerstoff aufnehmen können, so dass selbst das Wässern nicht die beste Methode für den Anbau einwandfreier Pflanzen ist.
Das Gleiche gilt für Düngemittel; die richtige Menge ist entscheidend für das Wachstum, denn zu viel davon führt zu verbrannten Wurzeln, die ansonsten gesunde Pflanzen zerstören können.
Mit Hilfe der Drohnenkartierung können Spritzmittel nur dort ausgebracht werden, wo das Problem besteht, wodurch die Verschwendung von Ressourcen und das Risiko, gesunde Pflanzen zu schädigen, die nicht dieselbe Behandlung benötigen, verringert werden. Während Menschen nicht in der Lage wären, die einzigartigen Anforderungen jeder einzelnen Pflanze in ihrem Bestand zu erkennen, kann die Drohnenvermessungstechnologie dies in wenigen Minuten leisten.
3. Bewertung der Kulturpflanzen
Auf Knopfdruck werden Erkundungsmissionen gestartet; die Drohne startet aus der wetterfesten Ladestation, sammelt Daten und lädt sie hoch. Die Ergebnisse der Drohne sowie eine Studie über die Erkennung von Pflanzenstress und die Wirksamkeit aktueller Behandlungen oder Ergänzungen können genutzt werden, um automatische Bewässerungssysteme anzupassen. Mit Scouting-Drohnen vor Ort ist eine ständige Gesundheitskontrolle möglich.
4. Zählung der Pflanzenbestände
Mit der leistungsstarken KI-Technologie der Drohne können alle Arten von Pflanzen identifiziert werden. So können zu Beginn und am Ende jeder Saison die gesamte Produktion und der Gesamtverlust ermittelt werden, was die Präzision und das Bewusstsein für den Erfolg der Anbausaison erhöht.
5. Automatische Klassifizierungen mit Drohnenaufnahmen
Die Drohne kann erkennen, welche Art von landwirtschaftlichen Flächen sie überfliegt, ob es sich um Acker-, Weide- oder Mischflächen handelt. Drohnen können, wie oben gezeigt, die Anzahl der Kulturen und des Viehbestands zählen, um zu überprüfen, ob die Aufzeichnungen aktuell sind und etwaige Verluste vermerkt werden.
6. Rückverfolgung von Kulturpflanzen
Die Gesundheit der Pflanzen ist nicht vorbestimmt, da Umweltfaktoren die Entwicklung beeinflussen können. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Nährstoff- und Spurenelementgehalt, Schädlings- und Krankheitsbefall, Wasserverfügbarkeit und Sonneneinstrahlung sind alles Elemente, die zu berücksichtigen sind.
All diese Faktoren können mit den verschiedenen Nutzlasten der Drohnen verfolgt werden, und viele dieser nicht greifbaren Variablen lassen sich durch die direkte Anwendung von Wasser oder Sprays auf die benötigten Regionen behandeln.
Je gesünder die Umgebung der Pflanzen ist, desto stärker wird ihr Immunsystem und desto gesünder werden sie - mit einer weitaus größeren Fähigkeit, Schädlinge und Krankheiten abzuwehren.














