Aktuelles aus dem Feldversuch: LiDAR-basierte Bewertung der Bodenoberflächenrauheit mit dem FarmDroid FD20

Im Rahmen unserer laufenden Forschung zu den Wechselwirkungen zwischen Robotern und dem Boden führte das SoilRob-Team vom 1. bis 3. Juli 2026 am ZALF in Müncheberg einen Feldversuch durch. Im Rahmen dieser Versuchsreihe wurde ein LiDAR-basiertes System zur Erfassung der Bodenoberflächenrauheit evaluiert, das direkt auf dem autonomen mechanischen Unkrautbekämpfungsroboter FarmDroid FD20 montiert war. Das primäre Ziel dieses Experiments besteht darin, zu quantifizieren, wie wiederholte autonome Durchgänge des Roboters während der mechanischen Unkrautbekämpfung die Mikrotopografie der Bodenoberfläche verändern, und gleichzeitig die kontinuierliche LiDAR-Oberflächenmodellierung anhand traditioneller Referenzmethoden zu validieren. Wichtigste Versuchsbedingungen und Behandlungsmethoden

Schlüsselkonfigurationen und Maßnahmen:

  • Autonome Plattform: Ein solarbetriebener Feldroboter vom Typ FarmDroid FD20 wurde auf einem Versuchsgelände mit unbewachsenem Boden eingesetzt, das in Längsblöcke und Querabschnitte unterteilt war.
  • Verkehrsintensitäten: Es wurden zwölf Fahrspuren eingerichtet, um vier unterschiedliche Roboter-Verkehrsintensitäten zu testen: Kontrolle (0 Durchgänge), Niedrig (3 Durchgänge), Mittel (7 Durchgänge) und Hoch (14 Durchgänge).
  • Hauptsensor: Ein 2D-LiDAR-Scanner vom Typ Pepperl+Fuchs R2000 („Ackerscanner“) wurde in einen speziell angefertigten Multisensor-Rahmen an der Rückseite des FD20 integriert und scannte den frisch bearbeiteten Boden kontinuierlich mit 35 Linien pro Sekunde.

Referenz- und ergänzende Bodenmessungen:

Zur Auswertung und Validierung der aus dem LiDAR abgeleiteten Messgrößen wurden in allen Versuchsblöcken umfassende physikalische Bodenparameter erfasst:

  • Pinboard-Rauheit: In Abständen von 7,5 m wurden hochauflösende manuelle Pinboard-Fotos aufgenommen, um Referenzwerte für die zufällige Rauheit (Random Roughness, RR) zu ermitteln.
  • Bodenfeuchte: Die volumetrische Bodenfeuchte wurde an festgelegten Messpunkten (ACCLIMA-Sensor) sowie kontinuierlich in Kontrollspuren (TOMST-Sensor) überwacht.
  • Bodenstruktur und Hydraulik: Es wurden Kernproben zur Analyse der Schüttdichte und der Bodenbeschaffenheit entnommen, begleitet von Tests zur gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit und zur Infiltrationskapazität (METER SATURO).

Nächste Schritte und Ausblick

Derzeit laufen Datenverarbeitungsprozesse, um aus den rohen LiDAR-Punktwolken trendbereinigte digitale Höhenmodelle zu erstellen. Wichtige Rauheitsparameter, darunter die quadratische Mittelwert-Höhe (RMS), die mittlere absolute Abweichung (R_a), die Schiefe und die zufällige Rauheit (RR), werden extrahiert und anhand von Pinboard-Daten kreuzvalidiert.

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