Weinbau innovativ – Wissen zur Wirkung bringen

Koblenz(RH). Welche neuen Anwendungsfelder sind mit modernen neuen optischen Technologien zu erschliessen? Was lässt sich mit Big Data messen und steuern? Diese Fragen standen am 27.01.23 im Mittelpunkt der Konferenz „Wissen zur Wirkung bringen – Optische Technologien und Sensorik aus Rheinland-Pfalz innovativ in den Weinbau bringen“. AeroDCS stellt das UAV Air Barrow Fuel Cell mit seiner grossen Ausdauer und Reichweite vor. Veranstalter waren die IHK von Koblenz und Trier, das DLR Mosel in Kooperation mit dem Business Scout for Development Programm. Moderator Dr. Matthias Porten konnte während einer Rundführung an mehreren live-Demonstratoren die aktuellen Forschungsergebnisse der DLR Mosel vorstellen.

Zum einen wurde an einer Sortierungsanlage ein Blick in die Zukunft geworfen. Hierbei stellte man eine erweiterte optische Traubensortierung vor, die nicht nur auf RGB-Kameras beruht, sondern auch im automatischen Detektionsprozess mit weiteren 9 Reflektanzen arbeitet. Dies ermöglicht neben der Struktur der Beeren auch auf deren Inhaltsstoffe zu schließen (z.B. Zuckergehalt). Live wurde gezeigt, dass die guten Trauben somit auch noch in unterschiedliche Klassen getrennt werden können. Diese neue Art von Maschinen können einer Handselektion im Weinberg zukünftig deutlich überlegen sein.

Spritzdrohneneinsatz

An der zweiten Station dokumentierte man den Einsatz von Spritzdrohnen anhand einer DJI T30. Die vorgestellte Drohne wird in der Regel mit einem Wasseraufwand von 75 Liter/ha geflogen, sodass etwas mehr als 2 Aufstiege pro ha notwendig sind. Damit können mit den Neben- und Verlustzeiten etwa 2 ha pro Stunde behandelt werden.

Dadurch können Einsätze vom Boden deutlich reduziert und Hubschraubereinsätze vollständig ersetzen werden. Fernerkundung „Precision Viticulture“ In einem weiteren DLR- Forschungsprojekt wird Mittels fernerkundlicher Methoden sowie seitlichen Blattflächenaufnahmen und Detektionen mit Sensoren, exakte Wuchsanalysen von Rebflächen erstellt, um im Sinne des Precision Viticulture vor allem Geräte wie Vollernter und Laubsauger steuern zu können. Damit kann zum einem beim Vollernter das Schlagwerk bei kranken Rebstöcken abgestellt werden und somit eine qualitative Lese hinsichtlich schwächerer, schlecht ausgereifter Rebstöcke gegenüber hochqualitativen Rebstöcken vollzogen werden. Zum anderen können zielgerichtete Entlaubungen erfolgen, bei schwächeren Rebstöcken wird so zum Beispiel automatisch eine Entlaubung ausgesetzt.

Dies sind die ersten Schritte zur automatischen einzelstockbasierten Wuchsanalyse als Basis für die zukünftige Steuerung der Aktorik. Dabei werden Methoden der KI und des Deep-Learning angewendet, um die automatische Prozessierung zu erreichen.

KI-Rebschnitt Das Innovationsprojekt «KI-Rebschnitt» wurde von der wissenschaftlichen Mitarbeiterin Carolin Horst mit einer praktischen Anwendung an einem exemplarischen Rebstock aufgezeigt. Der KI-Rebschnitt lässt sich mit einer Datenbrille oder der Smartphone-Anwendung durchführen. Als Basis für die konkreten Schnittvorgaben dienen die Regeln des sogenannten sanften Rebschnitts. Diese Anwendung macht es möglich, auch Laien und ungelernte Arbeitskräfte den Rebschnitt in der wundarmen Art und Weise durchführen zu lassen, ohne aufwändige Schulungen und zeitintensive Betreuung durch den Winzer selbst.

Als nächste Evolutionsstufe kann eine Implementation von KI-Rebschnitt auf Robotern erfolgen. Damit könnte ein autonomes Agieren der Roboter im Weinberg möglich werden. Insgesamt ist dies eine sehr interessante Aussicht der aufgezeigten und bisher entwickelten Technik zum KI-Rebschnitt. Einsatz von KI im Weinbau bei der Firma Clemens

Tobias Steffes von der Firma Clemens stellt das Thema KI bei einem Vorschneider vor. Die Anforderungen bestehen u.a. darin, dass eine Erkennung des Trägerpfahls unabhängig von der Stickel-Art und -material erfolgen muss. Hauptaufgabe war das «Training» von nicht zu detektierenden Objekten wie Schildern, Unkrautpflanzen usw., die teilweise auch eine Verdeckung des Pfahls, einschließlich der Laubwand ergeben können. Zum Abschluss des Vortrags wurde in einem Video sehr eindrücklich die KI-basierte Erkennung der Pfähle mit automatischer Öffnung des Vorschneiders aufgezeigt – eine praktische Anwendung der KI, die jetzt schon umgesetzt wird. Sensorgestützte Detektion in der Landwirtschaft Herr Marcel Hommes stellte in einem sehr beeindruckenden Vortrag die Sensorentwicklung der Firma Premosys aus Kalenborn-Scheuern in der Eifel vor. Als herausragendes neues Projekt wurde der NANOS+ Sensor vorgestellt. Der Aufbau der Sensorik erlaubt das Filtern von spezifischen Wellenlängen mit Hilfe von Nanostrukturen direkt auf den CMOS-Chip. Daraus ergibt sich die Möglichkeit 1600 Farbaussagen in nanometergenau selektierten Wellenlängen des Metapixels zeitgleich auszuwerten. Insgesamt eine sehr faszinierende Technik, die nach mannigfaltigen Anwendungen im Precision Viticulture geradezu verlangt. Großräumige Datenerfassung mittels intelligenter Kameras

Dr. Roland Sonnenschein(Bild 9) von der Hesotech GmbH und Richard Haxel von der Ignaite AI GmbH stellen das Produkt DocuCam vor. Die stationäre DocuCam stellt einen automatisierten Roboter dar, der eigentlich Mitarbeiter emuliert, die regelmäßig Pflanzen fotografieren. Mit der DocuCam können wärmebildbasierte Aufnahmen spezifisch für einige Quadratmeter an Weinbergen dauerhaft ermittelt und zur Verfügung gestellt werden. Mit der DocuCam sollen Wetterdaten erhoben werden und weiterhin können zusätzlich beliebige Sensoriken integriert werden.

Nachhaltiger Einsatz von UAV im Weinbau – Antriebstechnik mit Wasserstoff und Brennstoffzelle Dieter Novotny von der AeroDCS GmbH aus Koblenz stellte den nachhaltigen Einsatz von UAVs im Weinbau auf der Basis der Antriebstechnik mit Wasserstoff und Brennstoffzelle vor.

Die AeroDCS will mit der Entwicklung der wasserstoffbasierten Drohne einen Impuls zum klimaneutralen Einsatz längerer UAV Missionen setzen. Der AirBarrow Fuel Cell ist ein Starrflügler, der senkrecht starten und landen kann und dabei Nutzlasten von 10 kg mitführt. Wasserstoff hat eine sehr hohe Energiedichte und ermöglicht somit eine hohe Ausdauer. 1 g Wasserstoff enthält 165 mal mehr Energie, als man in 1 g Akku speichern kann.

Die Schwierigkeiten in der Entwicklung war das Austarieren der Auslegung und der Architektur anhand der physikalischen und chemischen Gegebenheiten.

Bei der Veranstaltung konnte dargelegt werden, dass ab einer Stunde Flugzeit das Wasserstoffsystem gegenüber einem Akku-Betrieb klar im Vorteil ist. Das Design der Drohne sorgt für eine perfekte Symbiose aus Reichweite, Nutzlast und Zuverlässigkeit.

Anwendungsfelder ergeben sich, neben dem Weinbau, z.B. bei der Küsten- und Meereskontrolle, in der Forstwirtschaft, Erosionskontrolle etc.

Beindruckend und berührend war dabei die Vorstellung, dass solch eine Drohne mit einer 7-Stunden-Mission die Kommunikationsnetze in einem Katastrophengebiet, wie zum Beispiel damals an der AHR, schnell bereitstellen und aufrechterhalten könnte.

Neue Anwendungsfelder für die integrierte Nutzung zeitlich, geometrisch und spektral hochaufgelöster Fernerkundungsdaten

Prof. Dr. Thomas Udelhoven, Leiter der Geoinformatik an der Universität Trier, stellte neue Anwendungsfelder für die integrierte Nutzung zeitlich, geometrisch und spektral hochaufgelöster Fernerkundungsdaten dar. Als erstes Beispiel führte er ein großangelegtes europäisches Forschungsprojekt vor. Dabei stehen innerhalb des PANTHEON-Projekts die Prozesse, wie die Bewässerung und die Reduktion von Herbiziden und Pflanzenschutzmitteln auf Einzelbaumebene im Vordergrund.

In diesem Zusammenhang wurde das «maschinelle Sehen» auf der Basis von Deep-Learning im Weinbau erklärt und gezeigt, wie es zur Anwendung kommt. Als Beispiel hierfür wurde die Erkennung von Rebenkrankheiten mit multispektralen Nadir- und Schräg-UAV-Daten gezeigt.

Udelhoven resümiert, dass die integrierte Nutzung von Fernerkundungsdaten im Bereich des Precision Agriculture eine wichtige Rolle spielt, weil eine Reduktion von Herbiziden und Pflanzenschutzmittel erreicht wird und eine Verbesserung der Pflegemaßnahmen am Rebstock oder Baum erfolgen kann. Dabei zeigt sich weiterhin, dass für viele Anwendungen die Ansätze des Computer-Vision den pixelbasierten Verfahren überlegen sind.

Insgesamt wurde sehr viel Wissen zur Wirkung gebracht. Die Teilnehmer waren nicht nur von der Informationsfülle begeistert, sondern auch von dem Networking der Teilnehmer und Wissenschaftler. Weiterhin wurde die teilweise komplexe Thematik von den Referenten sehr gut und praxisgerecht nahegebracht. Damit hatte die Veranstaltung eine bleibende Wirkung, sodass nach Aussage der Teilnehmer alle viel für sich mitnehmen konnten, um eine zukünftig zielgerechtere Arbeitsweise zu erreichen.