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Software Qualität

Digitale Landwirtschaft

Drohne vor Laborgebäude der HfTL
Drohne vor Laborgebäude der HfTL
Aufnahme der Drohne von landwirtschaftlichen Arbeiten

GPS-gesteuerte Fahrzeuge sind mittlerweile Standard in der Landwirtschaft. Und die Digitalisierung macht vor der vor wenigen Jahren noch personalintensiven Land- und Fortwirtschaft nicht halt. Aber ganz ohne Menschen geht es doch nicht, und so sind Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine – gemeint ist hier ein Roboter oder ein autonomes System – ein hoch priorisiertes Forschungsgebiet.

Bei der Erforschung dieser Thematik kooperiert die Hochschule für Telekommunikation Leipzig (HfTL) von 2018 bis 2020 mit der Russischen Akademie der Wissenschaften in St. Petersburg, der Universität Novi Sad (Serbien) und der Technischen Universität Erzurum (Türkei) im europäischen Robotikprojekt HARMONIC. Die HfTL hat sich dabei auf eine intuitive Steuerung von Drohnen im landwirtschaftlichen Kontext mittels automatischer Bild- und Audiosignalanalyse spezialisiert.

Das deutsche Teilprojekt wird von den HfTL-Professoren Tilo Strutz und Oliver Jokisch geleitet und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Betreut durch Professor Strutz, haben M. Eng. Alexander Leipnitz und studentische Mitstreiter umfangreiche Bildaufnahmen landwirtschaftlicher Szenen erstellt und die Performanz bereits existierender Bilderkennungsverfahren auf Basis neuronaler Netze untersucht. Die zugrunde liegenden Algorithmen segmentieren Bilder anhand erlernter Objektmerkmale.
Die analysierten Verfahren zeigen jedoch eine fehlende Robustheit bei kleinen Bildänderungen (z. B. Helligkeit), was den Einsatz unter realen Bedingungen erschwert und die Praxistauglichkeit infrage stellt. Diese Erkenntnisse konnten bei Messreihen mit standardisierten, internationalen Bilddatensätzen überprüft und belegt werden.
Derzeit forschen Prof. Strutz und Herr Leipnitz an optimierten Segmentierungsverfahren, um solche Schwachstellen bei Projektszenarien in der digitalen Landwirtschaft zu beheben. Bedingt durch laute und stark variierende Rotor- und Windgeräusche an einer Drohne, ist eine zielgerichtete akustische Signalverarbeitung schwierig. Schallquellen und nützliche Information – z. B. Sprachkommandos, Tierlaute oder zu analysierende Umgebungsgeräusche – müssen von Störquellen getrennt werden.
Professor Jokisch leitet die Akustikexperimente, u. a. an fliegenden Drohnen (B. Eng. Dominik Fischer), mit fixierten Drohnen in der Schallmesskabine (M. Eng. Franziska Wolf) sowie Mikrofonarray-Untersuchungen (M. Eng. Enrico Lösch). Neben naheliegenden Spracherkennungs- und Sprachqualitätsmessungen werden Verkehrs- und weitere Umgebungsgeräusche analysiert.
Eine Projektvision liegt darin, Drohnen künftig per Sprache oder durch Gesten zu steuern und die gewonnenen Daten (z. B. Luftbildaufnahmen) automatisch mit Hilfe neuronaler Netze auszuwerten, um eine nachhaltige Landwirtschaft zu unterstützen – beispielsweise durch die Optimierung von Erntezeitpunkt und -qualität oder durch einen effizienteren Düngereinsatz. Darüber hinaus gibt es eine Forschungskooperation mit der Gruppe Mobile Dialog Systems (Jun.-Prof. Ingo Siegert) an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg zu weiteren Einsatzszenarien von Drohnen.
Erste Zwischenergebnisse des Projekts wurden auf Fachtagungen in Deutschland, Tschechien, Russland, China und in der Türkei publiziert, worüber in den russischen und chinesischen Medien auch berichtet wurde.

Zur HARMONIC-Projektseite

Россия 1 (Russland), 18.04.19: Erwähnung der Robotik- und Drohnenforschung durch Projektleiter Prof. Andrey Ronzhin (St. Petersburg) auf der ER/ZR-Konferenz in Kursk, Russland.
TV-Beitrag

Sichuan-News (China), 17.05.19: Vortrag zum dualen Studium und zur aktuellen Drohnenforschung beim Jianyang-Robotikforum von Fachhochschulen und Berufsschulen (Prof. Jokisch, HfTL).
TV-Beitrag

Redaktionsbeitrag

Bildimpressionen des Forschungsprojektes HARMONIC

Drohne
Luftbildaufnahme
Luftbildaufnahme
Drohne vor dem Laborgebäude der HfTL
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