Grundlagen der Landmaschinentechnik: Agrardrohnen – Konstruktion der Flugkörper für Sprühen und Wachstumsüberwachung

Der Begriff „Agrardrohne“ fasst zwei Fluggeräte mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften zusammen. Zum einen die Sprühdrohne, die Materialien wie Pestizide, Dünger und Saatgut transportiert und auf dem Feld ausbringt. Zum anderen die Sensordrohne, die die Reflexion im sichtbaren und nahinfraroten Licht misst, um den Wachstumszustand von Pflanzen und Anzeichen von Krankheiten in einem Gebiet zu erfassen. Bei der Sprühdrohne bestimmen Nutzlastkapazität und Pumpen-/Düsensystem die Leistung; bei der Sensordrohne sind es die spektralen Eigenschaften des Sensors und die Flugplanungs-/Verarbeitungssoftware. Dieser Artikel behandelt die beiden Systeme getrennt und schließt mit einer Darstellung der japanischen Flugvorschriften. Sofern nicht anders angegeben, basieren die Produktspezifikationen und regulatorischen Informationen auf den öffentlichen Angaben der Hersteller und den offiziellen Dokumenten (Stand: 4. September 2026).

Eine Sprühdrohne im Flug

Bild: Agricultural Drohne im Einsatz auf einem Reisfeld in der Nähe von Nisoshi, Aomori (Benlisquare, CC BY-SA 4.0), Wikimedia Commons. Kein spezifisches Modell wie die im Text erwähnte DJI Agras T50 – ein repräsentatives Beispiel für eine Agrardrohne beim Besprühen eines Reisfelds.

30-Sekunden-Zusammenfassung

• Agrardrohnen lassen sich in Sprühdrohnen, die Materialien transportieren, und Messdrohnen, die den Wachstumsbedingungen messen, unterteilen. Sowohl die erforderliche Leistung als auch die zu bewertenden Kennzahlen unterscheiden sich.

Die Leistungsfähigkeit einer Sprühdrohne wird anhand des Tankvolumens (Nutzlast), der Sprühmenge von Pumpe und Düsen sowie der pro Zeiteinheit besprühbaren Fläche (Effizienz) bewertet. Die DJI Agras T50 kann bis zu 50 kg Granulat oder 40 l Flüssigkeit transportieren und erreicht laut Herstellerangaben unter günstigen Bedingungen eine Sprühleistung von bis zu 21 ha pro Stunde.

Sensordrohnen nutzen die Reflexionsdifferenz zwischen Nahinfrarot (NIR) und sichtbarem Rot (Rot), um den NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) zu berechnen. Dieser dient zur Erfassung von Wachstumsungleichmäßigkeiten und Stress in einem Gebiet.

Die Ausbringung von Pestiziden aus der Luft fällt in Japan unter das „Abwerfen von Gegenständen“ gemäß dem Luftfahrtgesetz. Eine Bekanntmachung des japanischen Ministeriums für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus (MLIT) vom Juni 2026 sieht jedoch auch eine Möglichkeit vor, für die Flugmethode keine Genehmigung erforderlich ist, sofern bestimmte Sicherheitsbedingungen erfüllt sind. Betreiber müssen DIPS2.0 und das aktuelle Standardhandbuch für das Fluggerät, den Standort und die Flugmethode prüfen und die separaten Sicherheitsrichtlinien für unbemannte Hubschrauber und Multikopter beachten.

– Drohnenflugkategorien umfassen „Pilotflug in Sichtweite“, „Automatischer Flug in Sichtweite“, „Flug außerhalb der Sichtweite über unbewohnten Gebieten“ (unterteilt in Stufe 3/3.5, je nachdem, ob ein Assistent erforderlich ist) und „Flug außerhalb der Sichtweite über bewohnten Gebieten“ (Stufe 4). Das Versprühen von Pestiziden ist in den meisten Fällen an den Betrieb in Sichtweite gebunden (Stufe 2).

– Für neue Genehmigungsanträge der Kategorie II, die ab dem 1. Oktober 2025 eingereicht werden, muss ein Fluggerät mit einem Gesamtgewicht von 25 kg oder mehr über eine Haftpflichtversicherung verfügen und deren Deckung im Antrag angeben. Dies ist keine generelle Anforderung für jeden Flug; prüfen Sie die Antragskategorie und den aktuellen Prüfstandard.

1. Konfiguration einer Sprühdrohne: Tank, Pumpe, Düsen

Abbildung: Erstellt von Duskcoil. Die tatsächliche Anzahl der Arme, die Düsenposition und der Pumpentyp variieren je nach Maschine.

Die Basiskonfiguration einer Sprühdrohne sieht die Montage eines Flüssigkeits-/Granulattanks vor. Die DJI Agras T50 wird mit einer Pumpe im Zentrum oder an der Unterseite des Flugkörpers unter Druck gesetzt oder mit Flüssigkeit über ein Laufrad gefördert und versprüht diese aus mehreren Düsen. Sie kann bis zu 50 kg Granulat oder 40 Liter Nutzlast zum Versprühen transportieren und erreicht eine Sprühmenge von bis zu 24 Litern pro Minute mit einer Konfiguration aus zwei Zentrifugaldüsen (4 Düsen) bzw. 16 Litern pro Minute mit einer Konfiguration aus zwei Düsen. DJI AGRAS T50 Handling-Ankündigung DJI AGRAS T50 Produktinformationen Die Sprühleistung beträgt bis zu 21 Hektar pro Stunde bei Volllast. Dies steigert die Arbeitseffizienz pro Maschine im Vergleich zu bemannten, funkgesteuerten Hubschraubern oder früheren kleinen Drohnen erheblich. DJI kündigt Agrardrohne „Agras T50“ an

Chinas Die XAG P100 Pro wiegt inklusive Akku ca. 46 kg und hat eine Nutzlast von 50 kg. Sie erreicht eine Feldleistung von 19 ha/h beim Ausbringen von Flüssigkeiten (max. Durchflussrate 22 l/min) und bis zu 150 kg/min beim Ausbringen von Granulat (Streuleistung 1.300 kg/h). Die Drohne bietet eine Schwebegenauigkeit von ±10 cm horizontal und vertikal mit aktiviertem RTK und ist nach IPX6K staub- und wasserdicht. Technische Daten der Agrardrohne XAG P100 Pro

Die effektive Arbeitsleistung einer Sprühdrohne hängt nicht allein vom Tankvolumen ab. Unter Berücksichtigung der Sprühbreite, Fluggeschwindigkeit, Kurven- und Rückprallverluste sowie der Zeit für die Betankung (Flüssigkeit, Akku) lässt sich die tatsächliche Arbeitsleistung \eta_f [ha/h] mit derselben Gleichung näherungsweise berechnen. Verwendet für Traktoren und Reispflanzmaschinen:

Es ist wichtig zu beachten, dass Katalogangaben wie „bis zu XX ha/h“ in vielen Fällen Werte unter Bedingungen darstellen, die diese \eta_f großzügig schätzen.

2. Unterschiede zwischen Granulat- und Flüssigspritzung

Beim Ausbringen von Dünger oder granulierten Pflanzenschutzmitteln werden die Granulate mithilfe einer Zentrifuge oder einer Förderschnecke verteilt. Dies erfordert eine andere Förder- und Dosiertechnik als die Flüssigspritzung. Die Variabilität in Granulatgröße, spezifischem Gewicht und Fließfähigkeit stellt die gleichen Herausforderungen dar wie bei einem Düngemittelstreuer. Die im Artikel über Sämaschinen und Düngemittelstreuer beschriebenen Überlegungen zur Flächenstreuung gelten auch für Drohnen. Bei der Flüssigspritzung lässt sich die Tröpfchengröße über Düsenform, Druck und Rotation anpassen – je feiner die Tröpfchen, desto kleiner die Tröpfchen. Je größer der Tropfen, desto besser die Haftung, aber auch desto höher das Risiko der Abdrift. Deshalb ist die Kontrolle von Wetterbedingungen wie Windgeschwindigkeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit für Drohnen noch wichtiger als für bodengestützte Sprühgeräte.

3. Drohnen und NDVI

Abbildung: Erstellt von Duskcoil. Die tatsächlichen NDVI-Werte variieren je nach Kulturpflanze, Wachstumsstadium und Aufnahmebedingungen.

Der NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) ist ein Indikator, der aus der Nahinfrarot-Reflexion (\mathrm{NIR}) und der sichtbaren Rotlicht-Reflexion (\mathrm{Red}) berechnet wird.

Die Blätter gesunder Pflanzen absorbieren das für die Photosynthese benötigte sichtbare Rotlicht stark, während sie aufgrund ihrer Zellstruktur Nahinfrarotlicht stark reflektieren. Bei schlechtem Wachstum, Wasserstress oder Krankheiten verringert sich dieser Unterschied im Reflexionsmuster und der NDVI-Wert sinkt. Die DJI P4 Multispectral ist mit einem Multispektral-Kamerasystem ausgestattet, das eine RGB-Kamera und fünf Schmalbandsensoren (einschließlich Rotrand- und Nahinfrarotsensoren) kombiniert. Laut Herstellerangaben ermöglicht sie die Echtzeit-Anzeige des NDVI-Werts in der Flugplanungs-App. DJI kündigt die mit einer Multispektralkamera ausgestattete Drohne „P4 MULTISPECTRAL“ für Wachstumsanalysen usw. an NDVI-Sensorkits, die an bestehende Luftbilddrohnen wie die von Sentera nachgerüstet werden können, werden ebenfalls praktisch eingesetzt. Sentera NDVI-Sensorserie

NDVI ist kein universeller Indikator. Selbst auf demselben Feld schwanken die Werte mit dem Aufnahmezeitpunkt, dem Sonnenstand, der Bewölkung und der exponierten Bodenfläche. Daher ist es realistischer, zeitliche Veränderungen unter gleichen Bedingungen oder die relative Unebenheit innerhalb des Feldes zu betrachten, anstatt einfach absolute Werte mit anderen Feldern oder anderen Tagen zu vergleichen. Der Wert einer Sensordrohne liegt im ersten Screening – dem schnellen und umfassenden Erkennen von Wachstumsanomalien – und die endgültige Diagnose oder Entscheidung über Maßnahmen muss durch eine Bestätigung vor Ort ergänzt werden.

NDVI ist kein universeller Indikator. ## 4. Japanisches Luftfahrtgesetz und die regulatorischen Rahmenbedingungen für die Ausbringung von Pestiziden aus der Luft

Die Ausbringung von Pestiziden oder Düngemitteln aus der Luft mit Drohnen fällt unter das „Abwerfen von Gegenständen“ gemäß dem Luftfahrtgesetz. Im Juni 2026 veröffentlichte das japanische Ministerium für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus (MLIT) eine Bekanntmachung und ein Standardhandbuch, die unter bestimmten Sicherheitsbedingungen die Genehmigungspflicht für das Flugverfahren aufheben können. Ob ein Antrag erforderlich ist, hängt vom Fluggerät, dem Einsatzort, dem Flugverfahren und den Zugangskontrollmaßnahmen ab. Betreiber sollten daher DIPS 2.0 und die neuesten Luftfahrtvorschriften prüfen. Das japanische Ministerium für Landwirtschaft, Forsten und Fischerei (MAFF) veröffentlicht ebenfalls separate Richtlinien für die Ausbringung aus der Luft. MLIT-Fluggenehmigungsverfahren MAFF-Informationen zur Ausbringung aus der Luft

Das japanische Ministerium für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus (MLIT) unterteilt Drohnenflüge in „Flugstufen“: Stufe 1, bei der der Pilot direkt in Sichtweite operiert; Stufe 2: Automatischer/autonomer Flug innerhalb der Sichtlinie; Stufe 3: Flug außerhalb der Sichtlinie über unbewohnten Gebieten; Stufe 3.5, neu eingeführt im Dezember 2023, die unter bestimmten Bedingungen den Einsatz einer Begleitperson, die Kennzeichnung oder vorübergehende Stopps bei Flügen außerhalb der Sichtlinie über unbewohnten Gebieten überflüssig macht; und Stufe 4: Flug außerhalb der Sichtlinie über bewohnten Gebieten. Sprüharbeiten über relativ kurze Distanzen, wie z. B. die Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln, fallen in den meisten Fällen unter Stufe 2. Der öffentlich-private Rat des Ministeriums für Landwirtschaft, Forsten und Fischerei treibt zudem die Anwendung von Flügen außerhalb der Sichtlinie über unbewohnten Gebieten ohne Begleitperson (Stufe 3) voran – beispielsweise für Feldpatrouillen – im Agrarsektor. Ministerium für Landwirtschaft, Forsten und Fischerei: Öffentlich-privater Rat zur Förderung des Einsatzes von Agrardrohnen

Die Sicherheitsbestimmungen wurden ebenfalls verschärft. Für neue Genehmigungsanträge der Kategorie II, die ab dem 1. Oktober 2025 eingereicht werden, müssen Fluggeräte mit einem Gesamtgewicht von 25 kg oder mehr über eine Haftpflichtversicherung verfügen und deren Deckung im Antrag angeben. Betreiber müssen zudem das Gesetz zum Verbot von Flügen mit kleinen unbemannten Luftfahrzeugen und andere anwendbare Vorschriften beachten.

5. Aktuelle Produktbeispiele

DJI Agras T50 | Sprühdrohne | Bis zu 50 kg Granulat / 40 l Sprühvolumen; bis zu 21 ha/h bei Volllast; bis zu 24 l/min mit 4 Düsen | DJI AGRAS T50 |

XAG P100 Pro | Sprühdrohne | Nutzlast: 50 kg, Flüssigkeitssprühleistung: 19 ha/h, Granulatstreuleistung: 1.300 kg/h, RTK-Schwebegenauigkeit: ±10 cm | XAG P100 Pro Spezifikationen |

DJI P4 Multispectral | Sensordrohne | RGB- + 5-Band-Multispektralsensor, NDVI-Echtzeitanzeige | P4 Multispectral Ankündigung |

Sentera NDVI-Sensor | Sensor (Nachrüstsatz) | Wird an eine bestehende Drohne angebaut und ermöglicht die gleichzeitige NDVI-Erfassung mit der optischen Kamera | Sentera Sensoren |

Sprühdrohnen und Sensordrohnen unterscheiden sich nicht nur in ihrer Rolle, sondern auch in den erforderlichen Zertifizierungen und der Betriebsstruktur. Sprühdrohnen transportieren Flüssigkeiten und schwere Nutzlasten, daher sind die Zertifizierung des Fluggeräts, die Pilotenausbildung und die Erstellung eines Sprühplans Voraussetzung. Eine leichte Sensordrohne hingegen kann oft schon im Sichtflug vollen Nutzen bringen. Bei der Entscheidung für eine Anschaffung ist es wichtig, beide nicht pauschal als „landwirtschaftliche Drohnen“ zu vergleichen.

6. Genauigkeit und Fallstricke

Die ungleichmäßige Ausbringung von Sprühdrohnen entsteht nicht nur durch windbedingte Abdrift, sondern auch durch verstopfte oder verschlissene Düsen, Änderungen der Fluggeschwindigkeit aufgrund des verbleibenden Akkuladestands und Höhenunterschiede durch unebenes Gelände. Selbst bei hoher RTK-Schwebeflug- und Pfadgenauigkeit bleibt die Ausbringungsmenge auf dem Feld ungleichmäßig, wenn das Sprühmuster selbst ungleichmäßig ist. Bei Sensordrohnen führt das Vernachlässigen der Reflexionskorrektur mithilfe eines Kalibrierungspanels dazu, dass die NDVI-Werte bei jeder Änderung der Lichtverhältnisse schwanken, was die Zuverlässigkeit von Zeitreihenvergleichen beeinträchtigt. In beiden Anwendungsfällen sind die Positionsgenauigkeit und die Sprüh-/Messgenauigkeit einer Maschine unterschiedliche Aspekte, die jeweils überprüft werden müssen.

Zusammenfassung

Der Begriff „Agrardrohne“ ist ein Sammelbegriff für Fluggeräte, die auf zwei unterschiedlichen Konstruktionsprinzipien basieren: Sprühgeräte zum Transport von Materialien und Sensoren zur Wachstumsmessung. Der Wert einer Sprühdrohne hängt von Tankkapazität, Pumpenfördermenge und tatsächlicher Arbeitsleistung ab; der Wert einer Sensordrohne von spektralen Eigenschaften und der Vergleichsmethode für Zeitreihen. Der Betrieb in Japan unterliegt mehreren regulatorischen Ebenen – Genehmigungen gemäß Luftfahrtgesetz, Richtlinien für die Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln aus der Luft, Flughöhenklassifizierung und obligatorische Versicherung – und dieses institutionelle Verständnis, nicht nur die technischen Daten des Fluggeräts, ist Voraussetzung für die Zulassung.

Referenzen

• Duskcoil: Landwirtschaftliche Maschinentechnik 101: Sämaschinen und Düngemittelapplikatoren
• Ministerium für Landwirtschaft, Forsten und Fischerei: Öffentlich-privater Rat zur Förderung des Einsatzes von Agrardrohnen (bestätigt am 4. September 2026)
• Ministerium für Landwirtschaft, Forsten und Fischerei: Informationen zur Ausbringung von Pestiziden usw. aus der Luft mit unbemannten Luftfahrzeugen (bestätigt am 4. September 2026)
• MLIT: Fluggenehmigungs- und Zulassungsverfahren (geprüft am 7. September 2026)

• [MLIT: Haftpflichtversicherung für Luftfahrzeuge ab 25 kg mehr (geprüft am 7. September 2026)

• Offizielle Spezifikationen der DJI AGRAS T50 (geprüft am 7. September 2026)

• DJI AGRAS T50: Erste Testflüge (Sekido) (bestätigt am 4. September 2026)

• DJI kündigt Agrardrohne „Agras T50“ an (DroneTribune) (bestätigt am 4. September 2026)

• Spezifikationen der Agrardrohne XAG P100 Pro (bestätigt am 4. September 2026)

• DJI kündigt mit Multispektralkamera ausgestattete Drohne „P4 MULTISPECTRAL“ an (SMART AGRI) (bestätigt am 4. September 2026)

• Sentera NDVI-Sensorserie (Cybernetech) (bestätigt am 4. September 2026)