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Ein europäisches Wissenschaftlerteam hat ein System entwickelt, das in der Lage ist, die Reaktionen von Obstbäumen auf Umweltbedingungen in situ zu messen. Neuartige Sensoren auf einer autonom durch die Anlage fahrenden Plattform erfassen baumindividuell Daten in Obstanlagen und liefern Informationen für eine umweltgerechte und qualitätsorientierte Erzeugung von Obst. Das jetzt abgeschlossene Projekt 3D-Mosaic des EU-Forschungsnetzwerks ICT-Agri (Information and Communication Technologies in Agriculture) hat damit die Wissensbasis für Innovationen im Präzisionsobstbau gelegt.
Ein mit Sensoren ausgestatteter Roboter fährt autonom durch die Reihen einer Obstanlage, sammelt dabei berührungslos Informationen zum Entwicklungszustand von Bäumen und übernimmt Daten von Sensoren an den Früchten zu deren Qualität. Die Daten liefern dem Obstproduzenten die nötigen Informationen, um schnell und fundiert die richtigen Managemententscheidungen treffen zu können: Wie ist die aktuelle Fruchtqualität? Wann sollen die Früchte geerntet werden? Wie viel Bewässerung brauchen welche Bäume und wann?
An diesem Szenario haben in den letzten beiden Jahren Forscher aus sieben Ländern im Rahmen eines transnationalen Projektes erfolgreich gemeinsam gearbeitet. Ihr Ziel: die Bewässerung in Obstkulturen im Hinblick auf Wasserverbrauch, Ertrag und Qualität zu optimieren. Denn eine auf den spezifischen Bedarf des einzelnen Baumes bemessene genau dosierte Bewässerung und Düngung sichert Qualität und spart Ressourcen.
Für die automatisierte Erfassung bewässerungsrelevanter Parameter der Bäume und ihrer Umwelt entwickelten und kombinierten die Wissenschaftler neuartige Sensorsysteme und modellierten die Signalausbreitung von drahtlosen Sensornetzwerken. Miniaturisierte optische Sensoren an Früchten erfassen Daten zur Reifeentwicklung, 3D-, Thermografie- und Hyperspektralkameras, die auf einer sich autonom durch die Obstanlage bewegenden Plattform montiert sind, liefern zudem Daten zur Entwicklung der Baumkronen. Bodentiefeprofile und Daten zum aktuellen Pflanzenzustand werden geo-referenziert aufgezeichnet. Diese dreidimensionalen Informationen sind die Grundlage für die Entwicklung von Algorithmen zur Ableitung von zonen- bzw. baumindividuellen Managementmaßnahmen in Obstanlagen.
Das System wurde in Feldversuchen mit Zitruskulturen in der Türkei und mit Pflaumenbäumen in Deutschland getestet. Auf Grund des konzeptionellen Ansatzes können die Ergebnisse auf weitere Standorte und Systeme, z. B. den Weinbau, den Unterglasanbau oder den Ackerbau übertragen werden.
„Die Bewertung einzelner Bäume auf der Basis von aktuellen Messungen wird zu einer ressourcenschonenden Produktion von hochwertigen Lebensmitteln beitragen. Wir gehen davon aus, dass die neuen technologischen Möglichkeiten des Präzisionsobstbaus erhebliche Auswirkungen auf die Branche haben werden,“ resümiert Prof. Dr. Manuela Zude, Projektkoordinatorin von 3D-Mosaic am ATB. „Erzeuger, mit denen wir zusammengearbeitet haben, waren überrascht, welche Erleichterungen die sensorgestützte Informationsgewinnung für das Management im Obstbau bringen kann.“
Das vom Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) koordinierte Projekt 3D-Mosaic verfolgte einen horizontalen Forschungsansatz, wobei Arbeitsgruppen mit multidisziplinärem Fachwissen und Infrastruktur aus sieben ICT-Agri Mitgliedsländern zusammen arbeiteten. „Während des synergistischen Austauschs in Arbeitsgruppen über Robotik, Sensor-Robustheit oder neue Technologien zur Fruchtanalyse konnten wir eine bessere Sicht auf die Möglichkeiten des Präzisionsobstbaus erreichen – ein Thema, für das sich besonders der wissenschaftliche Nachwuchs begeistert hat,“ so Zude.
Mit dem erfolgreichen Projektabschluss von 3D-Mosaic (www.atb-potsdam.de/3d-mosaic) sind die Voraussetzungen für die nächsten Schritte geschaffen. Das Folgeprojekt USER-PA (USability of Environmentally sound and Reliable techniques in Precision Agriculture), das auf den Ergebnissen aus 3D-Mosaic aufbaut, ist bereits am Start. Hier geht es insbesondere darum, das System für den robusten Feldeinsatz weiterzuentwickeln und umfassende Informationen so aufzubereiten, dass Produzenten diese auf einfache Weise interpretieren und unmittelbar auf veränderte Bedingungen reagieren können.
3D-Mosaic und USER-PA sind Forschungsprojekte im Rahmen des ERA-Net ICT-Agri (European Research Area Net Information and Communication Technologies in Agriculture). Die Europäische Kommission unterstützt das ERA-Net als Koordinierungsmaßnahme nationaler Förderprogramme mit dem Ziel der Schaffung eines Europäischen Forschungsraums. ICT-Agri zielt auf eine verbesserte Qualität, Wirksamkeit und Effizienz transnationaler Forschung im Bereich Informations- und Kommunikationstechnologie und Robotik in der Landwirtschaft - für eine wettbewerbsfähige, nachhaltige und umweltfreundliche landwirtschaftliche Produktion. Deutschland wird darin durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) und die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) vertreten.
Nationale ERA-Net Konferenz am 3. September 2013 in Berlin
3D-Mosaic spiegelt die Innovationskraft und den Benefit von Netzwerkprojekten im Bereich der Agrarforschung wider und präsentiert sich bei der nationalen ERA-Net Konferenz am 3. September als eines der Leitprojekte des ERA-Net ICT-Agri. Unter dem Motto „Gemeinsam forschen für Europa“ kommen Vertreter der europäischen Forschung, Wirtschaft, Verwaltung und Politik in Berlin zusammen, um Neuausrichtungen und Kooperationsmöglichkeiten zu diskutieren. Vertreter der EU-Kommission werden neue Förderinstrumente vorstellen und Zukunftsperspektiven aufzeigen. Die Europäische Kommission bereitet derzeit das nächste Forschungsrahmenprogramm Horizon 2020 vor. Für den Zeitraum zwischen 2014 und 2020 wird voraussichtlich ein Budget in Höhe von 70 Mrd. Euro für Forschung und Innovation zur Verfügung stehen.
Kontakt:
Prof. Dr. Manuela Zude – Projektkoordinatorin 3D-Mosaic
Helene Foltan – Öffentlichkeitsarbeit
