SpotSpraying von geo-konzept: Nur Unkrautnester behandeln
Das SpotiSpray von geo-konzept findet Unkrautnester und erstellt Karten für deren gezielte Bekämpfung. Wir zeigen Ihnen den Weg vom Drohnenfoto bis zum Spritzauftrag.
Unkräuter in Kulturpflanzenbeständen lassen sich mit den meisten Pflanzenschutzspritzen bislang nur ganzflächig behandeln, selbst wenn sie nur nesterweise auftreten — es sei denn, der Fahrer schaltet die jeweiligen Teilbreiten manuell ein und aus.
Bei nicht allzu hoher Fahrgeschwindigkeit und einer Bedienung der Teilbreiten mit Kipphebeln oder einem Tastenterminal mag das gehen. Es erfordert allerdings höchste Konzentration. Bei einer Bedienung mit modernem Touch-Display ist es hingegen schwierig bis unmöglich, die Unkrautnester tatsächlich zu treffen.
Das ist schade, denn der Verzicht einer Behandlung von unkrautfreien oder unkrautarmen Arealen hat verschiedene Vorteile: Der Wuchs der Kulturpflanzen würde dort nicht durch Herbizide gestört. Es ließen sich Mittelkosten sparen. Und der Landwirt könnte — wie es die EU-Kommission vorsieht — seinen Beitrag dazu leisten, bis 2030 den Pflanzenschutzmittelaufwand zu halbieren.
Die Lösungen
Zwei Lösungen für dieses Dilemma gibt es: Entweder erfasst ein Kamerasystem an der Spritze im Echtzeitverfahren, wo im Bestand die Schadschwelle für Unkräuter überschritten ist und steuert daraufhin online die Teilbreiten der Spritze. geo-konzept bietet hierfür das nachrüstbare Kamerasystem Ecopatch von DAT an. Oder im absätzigen Verfahren nimmt eine Drohne Fotos vom Schlag auf, eine Bildverarbeitung wertet diese aus, um dann anschließend eine Auftragskarte für das Ein- und Ausschalten der Teilbreiten zu erstellen.
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Unkräuter in Kulturpflanzenbeständen lassen sich mit den meisten Pflanzenschutzspritzen bislang nur ganzflächig behandeln, selbst wenn sie nur nesterweise auftreten — es sei denn, der Fahrer schaltet die jeweiligen Teilbreiten manuell ein und aus.
Bei nicht allzu hoher Fahrgeschwindigkeit und einer Bedienung der Teilbreiten mit Kipphebeln oder einem Tastenterminal mag das gehen. Es erfordert allerdings höchste Konzentration. Bei einer Bedienung mit modernem Touch-Display ist es hingegen schwierig bis unmöglich, die Unkrautnester tatsächlich zu treffen.
Das ist schade, denn der Verzicht einer Behandlung von unkrautfreien oder unkrautarmen Arealen hat verschiedene Vorteile: Der Wuchs der Kulturpflanzen würde dort nicht durch Herbizide gestört. Es ließen sich Mittelkosten sparen. Und der Landwirt könnte — wie es die EU-Kommission vorsieht — seinen Beitrag dazu leisten, bis 2030 den Pflanzenschutzmittelaufwand zu halbieren.
Die Lösungen
Zwei Lösungen für dieses Dilemma gibt es: Entweder erfasst ein Kamerasystem an der Spritze im Echtzeitverfahren, wo im Bestand die Schadschwelle für Unkräuter überschritten ist und steuert daraufhin online die Teilbreiten der Spritze. geo-konzept bietet hierfür das nachrüstbare Kamerasystem Ecopatch von DAT an. Oder im absätzigen Verfahren nimmt eine Drohne Fotos vom Schlag auf, eine Bildverarbeitung wertet diese aus, um dann anschließend eine Auftragskarte für das Ein- und Ausschalten der Teilbreiten zu erstellen.
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SpotiSpray von geo-konzept unterstützt die absätzige Methode. Das Software-Modul im windowsbasierten Programm CoGIS wertet georeferenzierte Luftbilder aus. Die Bildanalyse unterscheidet hierbei die Farbtöne Grün und Braun. Dadurch ist auch eine Unterscheidung zwischen Kulturpflanzen und Unkräutern möglich. Denn je nach Entwicklungsstadium sind die Pflanzen mehr oder weniger grün bzw. mehr oder weniger braun. SpotiSpray findet beispielsweise Distelnester in jungen Zuckerrüben oder wie bei unserem Einsatz in abgereiftem Getreide. Die Lizenz für die Zusatzoption kostet 1 540 Euro. Voraussetzung ist die Basisversion CoGIS Basic für 450 Euro (alle Preise ohne MwSt.).
Schritt 1: Drohnenfotos
Um das georeferenzierte Luftbild zu erzeugen, muss der Schlag mit einer Kameradrohne beflogen werden. geo-konzept empfiehlt dafür eine RTK-fähige Drohne, die mit einer hochauflösenden RGB-Kamera ausgestattet ist. Die Kamera sollte Einzelbilder im sogenannten Global-Shutter-Modus aufnehmen können. In diesem Modus belichtet die Kamera alle Pixel des Bildsensors gleichzeitig. Dadurch kommt es nicht zu einer Bewegungsunschärfe und Verzerrungen im Foto. Die kostengünstigeren Rolling-Shutter-Kameras hingegen belichten die Pixel des Sensors zeilenweise nacheinander.
Die Drohne nimmt Fotos vom Pflanzenbestand auf.
(Bildquelle: Tovornik)
Die DJI Mavic 3 ist mit einer Kamera ausgestattet, die verzerrungsfreie Bilder liefert.
(Bildquelle: Tovornik)
Auch eine Flugplanung sollte vorab möglich sein. Das erleichtert im Anschluss an die Befliegung das sogenannte Stitching der Einzelbilder zu einem Gesamtluftbild. Für das georeferenzierte Zusammenfügen der einzelnen Fotos bedarf es einer Photogrammetrie-Software. Optional bindet geo- konzept eine solche Software an das SpotiSpray-Modul an, so dass sie dann über CoGIS zu bedienen ist. Der Nutzer wählt für den Start des Stitchings lediglich die Verzeichnisse aus, in denen die Drohnenfotos liegen und wo das zusammengebaute, georeferenzierte Luftbild anschließend gespeichert werden soll.
Der Paketpreis SpotiSpray plus Photogrammetrie-Software beträgt 5.640 Euro. Ebenfalls auf Wunsch liefert geo-konzept zusätzlich die Kameradrohne Mavic 3 Multispectral von DJI (Aufpreis 4.620 Euro).
Schritt 2: Kontrast verstärken
Bevor SpotiSpray im Luftbild automatisiert Unkräuter erkennen und Unkrautnester finden kann, sind zwei Schritte nötig: erstens das Laden oder Einzeichnen der Feldgrenzen und zweitens das Laden des georeferenzierten Luftbilds.
SpotiSpray erzeugt beim Laden des Luftbilds ein grünes, kontrastverstärktes Bild und kreist mögliche Unkrautnester ein.
(Bildquelle: Tovornik)
Im eingekreisten Areal liegen vermehrt dunkelgrüne Bildpunkte. Hier sind Unkräuter.
(Bildquelle: Tovornik)
Das Luftbild ist im Original ein RGB-Farbbild. Beim Laden des Luftbilds berechnet SpotiSpray für jeden Bildpunkt einen Index und stellt anschließend die Fläche in verschiedenen Grüntönen dar. Vorher braune Bildpunkte sind dann hellgrün und vorher grüne werden dunkelgrün. Dabei gilt, je brauner der Bildpunkt vorher war, desto hellgrüner ist dieser im neu berechneten Luftbild, und je grüner er vorher war, desto dunkelgrüner ist er danach. Durch diese Kontrastverstärkung kann die Bildverarbeitung die Unkrautnester besser herausfiltern.
In unserem Fall wuchsen an den dunkelgrünen Stellen Disteln im ansonsten hellgrün dargestellten Getreidebestand. Im Originalbild war das Getreide beige, weil es bereits abgereift war.
Schritt 3: Nester eingrenzen
Doch noch weiß SpotiSpray nicht, was die mehr oder weniger dunkelgrünen Flecken im Kontrastbild bedeuten. Um festzulegen, wo die Unkrautnester liegen und vor allem wie groß diese sind, startet der Nutzer den dritten Menüpunkt von SpotiSpray: die Erkennung.
Über einen dreistufigen Regler kann der Nutzer festlegen, wo die Schwelle für die Zuordnung der Bildpixel zur Kategorie Unkraut liegen soll. Je nach Einstellung sind die erkannten Unkrautnester anschließend mehr oder weniger groß. Welche Erkennungsschwelle die beste ist, hängt laut geo-konzept auch vom Befliegungszeitpunkt ab, unter anderem weil die Bewölkung einen Einfluss auf die Farbgebung hat.
SpotiSpray markiert die gefundenen Unkrautnester rot. Kleinere Nester, sogenannte Spots, lassen sich zu größeren Nestern zusammenfassen. Hierbei sind mehrere Gruppierungsschritte nacheinander möglich, und jeder Schritt lässt sich wieder rückgängig machen. Beim Zusammenfassen von Spots berücksichtigt SpotiSpray die vom Nutzer vorgegebene minimale Größe der später zu behandelnden Nester.
Die Arbeitsbreite der Pflanzenschutzspritze und deren Teilbreiten sowie die Fahrtrichtung werden hierbei bislang nicht berücksichtigt. Laut geo-konzept ist zukünftig eine Verknüpfung zu Farmmanagementsystemen geplant. Das Programm könnte dann die Informationen zur eingesetzten Maschine und zu den geplanten Fahrspuren zur Verfügung stellen.
Schritt 4: Karte generieren
Die automatisch erkannten Unkrautspots kann der Landwirt bei Bedarf auch einzeln manuell löschen, z. B. wenn Bewuchs um einen Strommast herum mit dem Spritzgestänge gar nicht erreichbar ist oder wenn seiner Meinung nach Unkrautnester fälschlicherweise als solche erkannt wurden. Außerdem könnte er, wenn nötig, Bildpunkte von Hand markieren, die SpotiSpray nicht als Unkraut identifiziert hat.
„SpotiSpray ist ein Werkzeugkasten, mit dem sich sowohl automatisiert als auch manuell Unkrautnester in einem georeferenzierten Luftbild markieren lassen. Wichtig war uns bei der Entwicklung von SpotiSpray, dass der Landwirt sein Wissen mit einbringen kann und dass für ihn das Ergebnis nachvollziehbar ist“, sagt geo-konzept-Geschäftsführer Thomas Muhr.
Nachdem SpotiSpray die endgültige Karte schließlich generiert hat, berechnet das Programm den Anteil Unkrautnester an der Gesamtfläche, die Größe der zu behandelnden Fläche und wie viel Spritzbrühe dafür mindestens gebraucht wird. Je nach Teilbreitenaufteilung der Spritze sollte der Landwirt auf diese Menge noch 10 bis 15 % draufschlagen, damit der Behälter am Ende nicht doch vorzeitig leer ist.
Schritt 5: Nester bekämpfen
Und zu guter Letzt muss die Karte für die automatisierte Nesterbekämpfung noch auf den Bordcomputer der Pflanzenschutzspritze übertragen werden. Dazu wird sie zunächst exportiert. Mögliche Formate sind hierbei Shape oder ISOXML sowie herstellereigene Formate. Die Datenübertragung erfolgt dann per USB-Stick. Auch eine drahtlose Übertragung über die Datenaustauschplattform agrirouter von DKE oder Hersteller-Portale wie My John Deere wären möglich.
Wir haben die Applikationskarte zur chemischen Bekämpfung von Distelnestern zusammen mit einem John Deere 6215R und einer Horsch Leeb 6 LT eingesetzt. Für die Visualisierung der SpotiSpray-Karte mit den Unkrautnestern war ein ISO-Bus-Terminal von Topcon installiert. Das Schlepper-Terminal zeigte die Funktionen der 30 m breiten Leeb-Anhängespritze mit ihren dreizehn Teilbreiten. An beiden Terminals und auch am Spritzgestänge selbst konnten wir verfolgen, wie die Teilbreiten bei Erreichen von Unkrautnestern automatisch einschalten und beim Verlassen der Nester wieder ausschalten.
Karte wiederverwendbar
Gegenüber einer automatischen Teilbreitenschaltung mit Kamera in Echtzeit hat die absätzige Methode bei witterungsbedingtem Termindruck Nachteile. Andererseits bietet das Erstellen der SpotiSpray-Karte auch Vorteile: Der Landwirt oder sein Berater kann das Ergebnis der Bildauswertung vorab bewerten. Außerdem ist die notwendige Mittelmenge besser planbar.
Zudem ist die Karte mehrfach wiederverwendbar. Der Landwirt könnte sie auch für eine andere teilschlagspezifische Behandlungsmaßnahme als visuelle Unterstützung verwenden. Beispielsweise könnte er Diesel und somit Geld sparen, indem er seinen Boden nur an Stellen mit Unkrautnestern, z. B. Ackerschachtelhalm, tief bearbeitet, ansonsten aber auf eine tiefe Bodenbearbeitung verzichtet. Oder er könnte die chemische Bekämpfung der Distelnester in Getreide in einem sehr frühen Stadium mit Wuchsstoffen durchführen. Schließlich ist dank der SpotiSpray-Karte bekannt, wo die Distel kommen wird.
Was uns sonst noch auffiel:
Beim nächsten Update von SpotiSpray soll noch eine Funktion hinzukommen, mit der sich die Nester schrittweise vergrößern lassen.
Sollte die Unkrauterkennung in SpotiSpray nach Ansicht des Landwirts Unkrautnester übersehen haben, so kann eine Erhöhung der Kontraste in der Feinjustierung das Ergebnis unter Umständen verbessern.
Die Basisversion CoGIS Basic eignet sich zum Darstellen von Shape-Dateien, und es lässt sich ein GNSS-Empfänger anbinden. Durch Zusatzmodule sind z. B. auch das Planen von Fahrspuren, das Erzeugen von Düngekarten, die Suche von Grenzsteinen oder das Vermessen von Wildschäden möglich.
Fazit
Etliche Unkrautarten treten oft nur nesterweise auf. Bei ihrer chemischen Bekämpfung könnten Landwirte erhebliche Herbizidmengen einsparen, wenn sie nur die Areale mit Unkräutern behandeln. Das Software-Modul SpotiSpray von geo-konzept hilft ihnen dabei, indem es Unkräuter in georeferenzierten Luftbildern erkennt, Nester markiert und Applikationskarten für die Spritze erstellt.
Die Karte enthält die Schaltpunkte für die Pflanzenschutzspritze, so dass sie beim Erreichen von Unkrautnestern automatisch die jeweils passenden Teilbreiten ein- und wieder ausschaltet. Für das Erzeugen des Luftbilds sind vorher eine Befliegung des Schlags mit einer RTK-fähigen Kameradrohne und das Zusammenfügen der einzelnen Fotos zu einem Gesamtbild nötig.
geo-konzept bietet das SpotiSpray für 1.540 Euro an. Als Gesamtpaket einschließlich Drohne und Photogrammetrie-Software kostet das System 10.260 Euro.
