Precision Agriculture – Controlled Traffic Farming und Einzelpflanzen-Erkennung

• Forschungsstelle: ART
• Projektnummer: 08.34.04.02
• Projekttitel Englisch: Precision Agriculture – Controlled Traffic Farming and Detection of Individual Plants
• Kurztitel: Precision Agriculture

Schlüsselwörter (Englisch)

Weeds, 3-D-vision, image analysis, soil compaction, physical soil properties

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Mit den sich beständig weiter entwickelnden Möglichkeiten der Informationstechnologie und der Mechatronik ergeben sich innovative Ansätze zur Optimierung und Automatisierung von Produktions- und Arbeitsabläufen. Neben der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und der Arbeitsqualität und der Ergononie sind Produktionsmittel einzusparen und die Schonung der natürlichen Ressourcen zu verbessern.

TP 1: Controlled Traffic Farming

Die Hauptprobleme von Direkt- und Mulchsaatverfahren sind Ertragsreduktionen, die häufig auf verminderte Feldaufgänge und verzögerte Jugendentwicklung als Folge von verdichteten Strukturen im Oberboden zurückzuführen sind. Neben den negativen agronomischen Auswirkungen dieser Verdichtungen fördern diese Nährstoffabschwemmung und Bodenerosion.
Bei dem auf fest aufeinander abgestimmten Maschinenbreiten basierenden Controlled Traffic Farming (CTF) erfolgen sämtliche Arbeiten ausschliesslich von permanenten Fahrgassen aus. Zwischen den Fahrgassen wird der Boden nie mehr befahren. Es wird vermutet, dass CTF auch unter schweizerischen Bedingungen die Effizienz des Pflanzenbaus im allgemeinen und die von Direkt- und Mulchsaatverfahren im besonderen nachhaltig zu verbessern vermag. Neben der Anwendung im Ackerbau könnte sich diese Technik auch für das Grünland eignen. Positive Effekte könnten in besseren Erträgen und reduzierten Nährstoffabschwemmungen liegen.

Aktuelle Fragestellungen der Agrartechnik im Ackerbau: Im Lauf des AP2008-11 auftretende aktuelle, praxisnahe Fragestellungen sind aufzuarbeiten.

TP 2: Einzelpflanzen-Erkennung

Die gezielte Bekämpfung von Einzelpflanzen ist im Ackerbau wie auf Grünland sowohl bei der integrierten als auch bei der biologischen Produktion mit einem hohen, teils körperlich belastenden Arbeitsaufwand verbunden. Alternativ durchgeführte, unspezifische Flächenspritzungen wirken ertragsmindernd und umweltbelastend. Eine automatisierte Detektion und Bekämpfung von Einzelpflanzen würde im Gegensatz zu Flächenspritzungen eine grosse Einsparung von chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmitteln ermöglichen und somit die Umwelt schonen. Voraussetzung für die automatisierte Einzelstockbekämpfung ist die maschinelle Erkennung von Einzelpflanzen. Sie stellt eine hohe technische Hürde dar und wird dadurch erschwert, dass die Pflanzen je nach Entwicklungszustand unterschiedliche Formen und Grössen haben, sowie gegenüber ihrer Umgebung wenig kontrastieren, wie dies zum Beispiel bei der Ampferpflanze in der Wiese der Fall ist.

Projektziele (Deutsch)

TP 1: Controlled Traffic Farming

Die technische Umsetzbarkeit, das agronomische Potenzial sowie die Auswirkungen von CTF auf den Boden sind unter schweizerischen Bedingungen bekannt.
Für Demonstrationszwecke steht eine praxistaugliche Mechanisierung mit automatischem Lenksystem und aufeinander angepasste Maschinen für den Anbau und die Ernte von Mähdruschkulturen, Silomais und Kunstwiesen zur Verfügung.
Als Potenzialabschätzung für Praxis, Beratung und Wissenschaft sind die technischen, agronomischen, bodenphysikalischen und wirtschaftlichen Eigenschaften anhand von Feldversuchen untersucht und kalkuliert.
Aktuelle Fragestellungen sind adäquat (abhängig von Interesse, Umfang und Priorität) aufgegriffen, nach Ressourcenverfügbarkeit behandelt und die Ergebnisse an die entsprechenden Zielgruppen kommuniziert.

TP 2: Einzelpflanzen-Erkennung

Ein praxistauglicher Prototyp für die automatische Einzelpflanzen-Erkennung kombiniert mit einer Applikationseinheit für Pflanzenschutzmittel steht für die Regulierung des Ampfers im Grünland zur Verfügung.
Der Prototyp soll für Industrie, Beratung und Praxis mögliche Wege hin zur automatisierten Einzelpflanzenbehandlung aufzeigen.

Neue Kenntnisse/Literatur (Deutsch)

TP 1: Controlled Traffic Farming

Chamen, T., 2006: Controlled traffic farming: literature review and appraisal of potential use in the U.K., HGCA Research Review, London, 59.

Alakukku, L. et al, 2003: Prevention strategies for dield traffic-induced subsoil compaction: a review. Part 1. Machine/soil interactions, Soil and Tillage Research, 73(1/2), 45-160.

Chamen, T. et al, 2003: Prevention strategies for dield traffic-induced subsoil compaction: a review. Part 2. Equipment and field practices, Soil and Tillage Research, 73(1/2), 161-174.

Chamen, T., 2006: Controlled traffic farming on a field scale in the UK. Advances in Geoecology (39), 251-260.

Braunack, M. und McGarry, D., 2006: Traffic control and tillage strategies for harvesting and planting of sugarcane (Saccharum officinarum) in Australia, Soil and Tillage Research 89(1), 86-102.

Hamza, M.A. und Anderson, W.K., 2005: Soil compaction in cropping systems: a review of the nature, causes and possible solutions. Soil and Tillage research, 82(2), 121-145.

AGarcia-Torres, L. et al, 2003: Tillage and soil compaction. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/NL, Conservation agriculture: environment, farmers experiences, innovations, socio-economy, policy. 307-316.

Tullberg, J.N., 2000: Wheel traffic effects on tillage draught. Journal of Agricultural Engineering Research, 75(4), 375-382.

Bakker, D.M. und Barker T.M., 1998: Soil structure assessment and 3-dimensional visualisation of a vertosol under controlled traffic. Australian Journal of Soil Research, 36(4), 603-620.

Raper, R.L. et al, 1994: Conservation tillage and traffic effects on soil condition. Transactions of the ASAE, 37(3), 763-768

Tullberg, J.N., 1994: Controlled traffic in rainfed grain production. XII World Congress on Agricultural Engineering: Volume 2. CIGR General Secretariat, Merelbeke/BE, 1295-1301

Poesse, G.J., 1992: Soil compaction and new traffic systems. Commission of the European Communities, Brussels/BE: Possibilities offered by new mechanization systems to reduce agricultural production costs. 79-91

TP 2: Einzelpflanzen-Erkennung

Nieuwenhuizen, A.T. et al, 2007: Improved adaptive detection of volunteer potato plants in sugar beet fields. Wageningen Publishers, Precision Agriculture 2007, 349-356

Gebhardt, S. und Kühbauch, W., 2007: Continous mapping of Rumex obtusifolius during different grassland growths based on automatic image classification and GIS-based post processing. Wageningen Publishers, Precision Agriculture 2007, 499-506

Sökefeld M. et al, 2007: Image acquisition for weed detection and identification by digital image analysis. Wageningen Publishers, Precision Agriculture 2007, 523-528

Weisa, M. und Gerhards, R., 2007: Feature extraction for the identification of weed species in digital images for the purpose of site-specific weed control. Wageningen Publishers, Precision Agriculture 2007, 537-544

Projektspezifische Kosten (Deutsch)

1. Controlled Traffic Farming
Kosten 2008 einmalig automatisches Lenksystem Fr. 25'000; Sämaschine Fr. 50'000; Reserve jährlich Fr. 5000.-. Eine Teilfinanzierung mit Drittmitteln wird in Form von monetären und nicht-monetären Leistungen angestrebt.

2. Einzelpflanzen-Erkennung
Kosten Prototyp für Einzelpflanzen-Erkennung und Applikationseinheit für Pflanzenschutzmittel sowie Weiterentwicklung der Detektion jährlich Fr. 30'000.

PraktikantIn rund Fr. 10'000 pro Jahr