Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/precision-farming-bauernschlau-4-0-1511-117475.html    Veröffentlicht: 20.11.2015 12:07    Kurz-URL: https://glm.io/117475

Precision Farming

Bauernschlau 4.0

Wenn Bauern ihrer Erfahrung mehr trauen als der Technik, kostet sie das bares Geld, behaupten Forscher. Sie werben für den digitalisierten Bauernhof, der zudem die Umwelt schonen soll.

Im Märzen der Bauer die Rößlein einspannt? Nein, diese Zeiten sind lange vorbei. Er schaltet den Computer ein, prüft den Mikrowetterbericht oder Sensordaten und schwingt sich auf seinen Traktor - oder lässt gleich seinen Roboter losfahren. Das sollte er zumindest, sagen Experten wie Adam Anders vom Investmentunternehmen Anterra Capital. Landwirte träfen immer noch viele Entscheidungen intuitiv oder auf der Basis von Erfahrung, sagte er bei einer Podiumsdiskussion während der Konferenz Pioneers in Wien. Und erzielten dadurch nur rund 60 Prozent des möglichen Ertrags.

Deshalb sollte die Landwirtschaft - wie viele andere Branchen - auch auf moderne Technik setzen: Sensordaten verraten den Bauern etwas über den Zustand ihrer Pflanzen oder Tiere. Der Fuhrpark wird vernetzt. Software verwaltet den digitalisierten Hof. Ziel dieses Precision Farming, in Anlehnung an Industrie 4.0 auch Landwirtschaft 4.0 genannt, ist, die Erträge zu steigern. Dabei sollen Aufwand und Kosten gesenkt und die Umwelt geschont werden. Golem.de stellt einige beispielhafte Anwendungen vor.

Der Traktor fährt zentimetergenau

Etwa beim Steuern des Traktors: Landmaschinenhersteller wie Claas aus Harsewinkel bei Gütersloh statten ihre Fahrzeuge mit dem Satellitennavigationssystem Global Positioning System (GPS) aus. Mit Hilfe von Korrektursignalen kann der Traktor bis auf wenige Zentimeter genau über den Acker gesteuert werden.

Die Technik unterstützt aber nicht nur bei der Navigation. Claas bietet etwa den Crop-Sensor an, der beim Düngen hilft. Er besteht aus einem Ausleger, der vorn am Traktor angebracht wird. An den beiden Enden sind Infrarotsensoren (IR), mit denen die Sättigung der Nutzpflanzen mit Nährstoffen gemessen wird. Da die Sensoren im IR-Bereich arbeiten, können sie auch im Dunkeln eingesetzt werden.

Der Traktor kommuniziert mit dem Düngerstreuer

Über den Isobus, eine spezielle Schnittstelle, die für die Anwendung in der Landwirtschaft gedacht ist, kommuniziert der Sensor mit dem Traktor und dem Düngerstreuer. Er gibt die Daten über den Zustand der Pflanzen weiter und steuert so die Dosierung des Düngers. "Der Düngerstreuer ist immer an, aber er bringt mal mehr und mal weniger Dünger aus", erklärt Claas-Mitarbeiter Benedikt Wiggen im Gespräch mit Golem.de.

Die Anbaugeräte, die am Traktor angebracht sind, können sich aber nicht nur gegenseitig beeinflussen - sie können auch den Traktor steuern, was dem Landwirt die Arbeit erleichtert. Implement Controls Tractor (ICT) heißt diese Technik. Sammelt beispielsweise die Strohballenpresse beim Fahren mehr Stroh auf als sie verarbeiten kann, verlangsamt sie den Traktor, um zu verhindern, dass die Presse verstopft. Ist das Stroh verarbeitet, kann der Traktor wieder schneller fahren.

Auf dem Acker können aber auch nicht bemannte Systeme eingesetzt werden.

Drohnen suchen Wildtiere

So können Luftbilder die Bauern beispielsweise darüber informieren, wie es auf ihren Feldern aussieht. Das können sie anhand von aktuellen Satellitenbildern, die Erdbeobachtungsunternehmen wie Planet Labs anbieten. Diese Bilder haben eine Auflösung von drei bis fünf Metern pro Pixel. Das reicht, um zu erkennen, wie gut die Pflanzen wachsen.

Höher aufgelöste Bilder liefern unbemannte Fluggeräte (Unmanned Aerial Vehicles, UAV), die Felder überfliegen. Darauf lässt sich erkennen, ob Getreide oder auch Weinreben mit Schädlingen oder Pilzen befallen sind. Die Drohne kann auch Positionsdaten aufzeichnen, so dass der Landwirt gezielt mit Schädlingsmitteln dagegen vorgehen kann. Denn wie der Düngerstreuer kann auch dieses Gerät so angesteuert werden, dass es das Mittel nur dort versprüht, wo es nötig ist.

Die Vogelscheuche fliegt

Im Weinbau können die Schädlingsmittel auch von den UAVs versprüht werden, das ist vor allem in Steillagen wie etwa an der Mosel praktisch. Dort werden Schädlingsbekämpfungsmittel heute großflächig vom Hubschrauber ausgebracht. Nach der Saat können die Copter zudem als fliegende Vogelscheuche eingesetzt werden: Sie fliegen autonom den Acker ab und vertreiben die Vögel, die das Saatgut aufpicken.

Die Copter spüren aber nicht nur Schädlinge und Räuber auf, sondern auch Wildtiere. Vor der Mahd fliegen dazu Unternehmen oder Initiativen wie die Wildtierhilfe Mecklenburg-Vorpommern oder das Projekt Wildretter, an dem unter anderem das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt ist, eine Wiese mit einer Drohne ab. Diese wird mit einer IR-Kamera ausgestattet, die Wildtiere wie Rehe, Hasen oder Vögel im hohen Gras aufspürt. Die Tiere, meist sind es Rehkitze, werden dann entweder eingezäunt oder weggetragen.

Drohnen retten Rehe

Dabei geht es um den Schutz der Tiere, aber auch darum, ökonomischen Schaden für den Landwirt zu verhindern: Liegt ein Kadaver im gemähten Gras, kann dieses mit Bakterien verunreinigt werden. Verfüttert der Landwirt das Heu, können die Kühe an Botulismus erkranken und daran sterben. Jedes Jahr sollen rund 500.000 Wildtiere bei der Ernte verletzt oder getötet werden. Der Einsatz der unbemannten Fluggeräte soll die Zahl verringern.

Auf dem Boden bleibt indes ein Roboter, den Deepfield Robotics, eine Ausgründung des deutschen Unternehmens Bosch, zusammen mit der Hochschule Osnabrück und dem Landmaschinenhersteller Amazone entwickelt hat.

Roboter auf dem Feld

Bonirob ist ein etwa 1,1 Tonnen schweres Ungetüm für den Feldeinsatz. Der Name sei abgeleitet von Bonitur, der Beurteilung des Zustands von Pflanzen, sagt Slawomir Sander. Golem.de hat den Produktverantwortlichen und Teamleiter Software auf der International Conference on Intelligent Robots and Systems (Iros) in Hamburg getroffen, wo Bosch den Bonirob vorstellte. Gedacht ist er als Plattform, auf der verschiedene Anwendungsmodule installiert werden können.

Das Besondere an dem Fahrzeug ist seine Manövrierfähigkeit: Jedes Rad ist einzeln angetrieben und kann in jede Richtung um 180 Grad rotiert werden. So kann der Bonirob beispielsweise auf der Stelle wenden oder seitwärts fahren. Je nachdem, wie der Landwirt sein Feld bewirtschaftet, benötigt er eine andere Spurweite. Sie lässt sich mit einem elektrischen Antrieb zwischen etwa einem und zwei Metern einstellen.

Bonirob kann langsam fahren

Besonders schnell ist er nicht: Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei 5,4 km/h. Allerdings ist das Gerät auch nicht dafür gedacht, über den Acker zu flitzen. Im Gegenteil: Gefragt ist Langsamfahren. Manche Anwendungen erfordern besonders niedrige Geschwindigkeiten von 5 bis 10 cm/s. Das ist für einen Traktor selbst im Standgas zu langsam. Für solche Anwendungen sei auch der Bonirob da, sagt Sander. Dennoch gilt auch hier: Je schneller eine Aufgabe erledigt wird, desto schneller rentiert sich eine Maschine - hier müsse das Optimum zwischen "so langsam wie notwendig" und "so schnell wie möglich" gefunden werden.

Der Roboter hat einen Schacht, in den die Module eingebaut werden können. Er hat eine Reihe von Anschlüssen für die Stromversorgung und die Kommunikation: GBit-Ethernet, WLAN, Bluetooth und USB. Er ortet sich auf freiem Feld mit RTK-GPS. Einfacher ist die Navigation in dammbasierten Kulturen wie Spargel oder Karotten: Ein 3D-Laserscanner erkennt diese Strukturen, an denen sich der Roboter orientiert.

Der Roboter vermisst Pflanzen

Ein Modul, mit dem Bonirob ausgestattet werden kann, besteht aus Multispektral- und Time-of-Flight-Kameras, die einzelne Pflanzen erkennen und Merkmale wie etwa die Blattfläche berechnen. Mit Hilfe dieser Daten können Saatgutzüchter und Saatgutaufbereiter eine qualitative Aussage über verschiedene Saatlinien treffen. Der Roboter fährt hierbei täglich über die Pflanzen und legt für jede Einzelpflanze eine Art Patientenakte an, in der alle über die Pflanze erfassten Daten gespeichert sind. Daraus lässt sich später beispielsweise erkennen, ob eine neue Saatlinie resistenter gegen Schädlinge ist oder ob ein höherer Anteil des Saatguts aufgeht.

Mit einem an der Hochschule Osnabrück entwickelten Penetrometer wird die Verdichtung des Bodens gemessen. Das ist eine Sonde, die in den Boden gedrückt wird. Dabei wird die dafür nötige Kraft gemessen. Auf diese Weise wird eine Verdichtungskarte des Feldes erzeugt, die der Landwirt beim Pflügen nutzen kann: Der Pflug wird beim Fahren in der Tiefe variiert, so dass der Boden gleichmäßig gelockert wird.

Unkraut mechanisch bekämpfen

Der Roboter kann auch zur mechanischen Unkrautbekämpfung eingesetzt werden. Das Modul dafür besteht aus einer Kamera, die Unkraut von Nutzpflanzen unterscheidet, und einem Stempel, der das Unkraut in die Erde drückt - eine Prozedur, die die Pflanze meist nicht übersteht.

Dieses Modul könnte den Menschen eine unangenehme Arbeit abnehmen: Im biologischen Anbau etwa von Möhren wird das Unkraut nämlich von Hand gezupft: Die Jäter laufen entweder übers Feld oder sie liegen auf einem Jäteflieger, der von einem Traktor gezogen wird. "Beim Unkrautjäten zählt der Durchsatz - je schneller, desto besser. Wir arbeiten daran, das Ganze schnell zu machen. Aktuelle Traktoren beim Jäteflieger fahren etwa 10 bis 15 cm/s - je nach Traktor und Standgas", erzählt Sander. "Wenn wir es schaffen, das in dieser Geschwindigkeit robust zu realisieren, dann sind wir wirtschaftlich." In drei bis vier Jahren könnte es so weit sein - einen Prototyp haben seine Kollegen um Andreas Michaels bereits entwickelt.

Ein Serienmodell fällt weniger komplex aus

Konzipiert sei der Bonirob für Forschungseinrichtungen und Universitäten, die sich mit Landwirtschaft beschäftigen, sagt Sander. Sie könnten die Plattform schnell mit einer Anwendung ausstatten, um etwas auf dem Feld zu testen. Für den Einsatz in der Landwirtschaft seien einige Funktionen, wie etwa die elektrische Spurverstellung, das omnidirektionale Fahren oder mehrere Kommunikationsprotokolle, nicht nötig. Es sei aber denkbar, eine abgespeckte Version als Serienmodell auf den Markt zu bringen - wie es aktuell schon bei der Unkrautbekämpfung gemacht wird.

So viel Technik muss aber auch verwaltet werden. Das Walldorfer Softwareunternehmen präsentierte auf der Cebit im Frühjahr eine solche Lösung.

Software verwaltet Bauernhof

Das System basiert auf der Cloud-Plattform Hana. Es sei aber kein kommerzielles Produkt, sondern eine Präsentation, mit der SAP zeigen wolle, was mit seiner Technologie möglich sei, sagte ein SAP-Mitarbeiter Golem.de. Die Software soll es dem Landwirt ermöglichen, seine Felder im Blick zu behalten und zu organisieren. Eine Landkarte verschafft den Überblick. Darauf sind alle Felder, die zum Betrieb gehören, markiert und es ist vermerkt, welche Pflanzen dort wachsen.

Die Software zeigt ihm zudem an, welche Aufgaben auf einem Feld anstehen, düngen etwa, Schädlingsbekämpfungsmittel ausbringen oder bewässern, und wie dringlich das ist: Grün heißt, dass momentan keine Aktion notwendig ist, orange, dass die Aktion in absehbarer Zeit fällig ist, und rot, dass auf dem betreffenden Feld sofort etwas gemacht werden muss. Sensoren, die auf dem Feld ausgebracht sind, sollen die Daten liefern.

Bei Regen wird nicht bewässert

Die Software bezieht auch aktuelle Wetterdaten ein. Sie zeigt beispielsweise an, wenn ein Regenschauer bevorsteht und ob dieser auch über den Feldern des Landwirts niedergeht. Ist eines der Felder betroffen, das er bewässern soll, kann er der Natur diese Aufgabe überlassen.

Vielleicht erledigt der Landwirt auch nicht alles selbst, sondern hat beispielsweise zum Düngen einen Subunternehmer beauftragt. Die Software ermöglicht es ihm, zu kontrollieren, ob dieser seinem Auftrag auch nachkommt: Die Sensoren an seinem Traktor zeigen dessen Position und Geschwindigkeit an. Außerdem teilt der Traktor der Software mit, wie viel Dünger gerade auf dem Feld verteilt wird.

Mehr Effizienz ist nötig

Eine Ertragssteigerung in der Landwirtschaft ist deshalb notwendig, weil künftig mit weniger Anbauflächen mehr Menschen versorgt werden müssen - was die Landwirtschaft möglicherweise sogar weg vom Feld und in die Vertikale verlagern wird.

Software, Sensoren oder Drohne können dem Landwirt aber nicht nur die Arbeit erleichtern, Kosten senken und Erträge steigern. Sie helfen auch, die Umwelt zu schonen: Steuert der Landwirt den Traktor per GPS bis auf wenige Zentimeter genau über das Feld, werden die Überlappungen der Fahrspuren kleiner. Der Landwirt muss nicht so oft über das Feld fahren. Dadurch spart er Zeit und Treibstoff, was wiederum weniger Abgase bedeutet.

Sparen heißt, die Umwelt schonen

Beim sensorgesteuerten Düngen bekommen die Pflanzen nur so viele Nährstoffe, wie sie auch aufnehmen können. Auch hier spart der Landwirt: Er düngt nicht überflüssig - und sorgt gleichzeitig dafür, dass die Böden nicht überdüngt werden.

Viele Unternehmen entwickeln deshalb für diese Branchen Anwendungen - und ziehen das Interesse auf sich. Von Unternehmen wie Anterra Capital oder Agfunder, die sich auf Investitionen in Landwirtschafts-Startups spezialisiert haben, aber auch von etablierten Unternehmen aus der Branche, die den neuen Trend verstanden haben. So hat der Agrar- und Biotechnologiekonzern Monsanto 2013 die Climate Corporation gekauft. Das Startup hat eine Software für Landwirte entwickelt, die unter anderem hyperlokale Wettervorhersagen ausgibt. Monsanto kaufte das Unternehmen für eine knappe Milliarde US-Dollar.  (wp)


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