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Zur Bewertung des Einsatzes von GNSS-Sensoren, ist es wichtig zu verstehen, wie Genauigkeit definiert werden kann.

Aufgrund sich stetig ändernder Satellitenkonstellationen und Umgebungsbedingungen, schwankt auch der Fehler in der Positionsbestimmung. Daher werden Angaben zur Genauigkeit von GNSS-Empfängern als Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern bei der Positionsbestimmung angegeben. Die Anforderungen an die Genauigkeit sind für verschiedene landwirtschaftliche Anwendungen unterschiedlich. Für Arbeiten bei denen eine Spur nach der anderen bearbeitet wird, reicht beispielsweise eine hohe Spur-zu-Spur Genauigkeit aus, wohingegen diese beim Vermessen von Feldgrenzen nicht ausreichend ist. Um GNSS-Sensoren bewerten zu können wird daher zwischen zwei Genauigkeitsarten unterschieden.

Dabei gibt die absolute Genauigkeit (wiederholbare Genauigkeit) an, wie präzise eine markierte Position nach einigen Tagen oder auch Jahren wieder angesteuert wird (wichtig z.B. bei Controlled Traffic Farming oder Strip Till).

Die relative Genauigkeit (Spur-zu-Spur Genauigkeit) gibt an, wie präzise die Anschlussfahrt erfolgt, wenn innerhalb von 15 Minuten an der vorangegangenen Spur entlanggefahren wird (Bodenbearbeitung, …).

Eine Ackerschlagkartei – auch als ASK bezeichnet – ist ein Programm, in dem betriebliche Ressourcen verwaltet und Maßnahmen dokumentiert werden können. Sie wird im englischsprachigen Bereich auch als Farm Management Information System (FMIS) bezeichnet.

Aufgrund der immer größer werdenden Relevanz der Maßnahmendokumentation gewinnen digitaler Ackerschlagkartein an Bedeutung. Zwar sind digitale Ackerschlagkartei nicht gesetzlich vorgeschrieben, haben aber gegenüber der analogen Variante einige Vorteile:

• Durchführung von betriebswirtschaftlichen Analysen (z.B. Deckungsbeitrag)
• Getrennte Analyse von einzelnen Schlägen, Maschinen und Geräten
• Möglichkeit zur Rückverfolgung und Schaffung von Transparenz für verarbeitende Betriebe und Verbraucher
• Ortsunabhängige Verfügbarkeit der Datgen (bei Nutzung von Cloudlösungen)

Heutzutage gibt es eine Vielzahl von Herstellern von Ackerschlagkarteien. Die Hersteller unterscheiden sich sowohl in der Art der Anwendung (Cloudlösungen, auf die von jedem Endgerät mit Internetanschluss aus zugegriffen werden kann oder Desktoplösungen, auf die nur vom heimischen PC aus zugegriffen werden kann), in dem Funktionsumfang (Ackerschlagkartei, HI-Tier Modul, Maschinenmanager, Nährstoffvergleichsrechner, …) und vor allem den Kosten (Abomodelle mit jährlicher Gebührt pro Hektar oder nach Funktionsumfang).

Controlld Traffic Farming (CTF) – Hierbei werden Fahrspuren einmalig in einem Programm geplant und angelegt. Diese Fahrspuren werden dann für nachfolgende Arbeiten über mehrere Jahre genutzt. Voraussetzung für Controlled Traffic Farming ist die Nutzung von GNSS-Systeme auf den Fahrzeugen, die nur so das Wiederfinden der Fahrspuen gewährleisten. Ein weiteres Kriterium für CTF ist das Abstimmen der einzelnen Arbeitsbreiten aufeinander. Möglicherweise müssen auch Veränderungen an Maschienen vorgenommen werden (z.B Spurbreite von Traktor, selbstfahrende Erntemaschinen und Anhänger). Ebenso sollten sich die Fahrspuren von einem Lenksystem zu anderen übertragen und sichern lassen. Zielführend sollen durch CTF das Wurzelwachstum der Pflanzen, die Wasserhaltefähigkeit und die Durchlüftung des Bodens verbessert werden. Ebenso können durch Zusammenspiel von Vermeidung der Schadverdichtungen unter richtigen Rahmenbedingungen Erträge gesteigert werden. Nicht zu Vernachlässigen ist auch, dass Fahrspuren durch fortlaufende Überfahrt so verdichtet werden, dass selbst bei feuchten oder nassen Bedingungen eine Überfahrt ermöglicht wird. Dies ist vor allem für Regionen mit „Minutenböden“ interessant, also solchen die durch einen hohen Tongehalt nur sehr kurzzeitig bearbeitet werden können.

DGNSS (Differential Global Navigation Satellite System) beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit von GNSS-Systemen.

In dieser Technologie wird eine Korrektur der Laufzeitdifferenzen zwischen dem GNSS-Satelliten und dem Empfänger verwendet, die durch „Wetter“-Störungen in der Ionosphäre hervorgerufen werden. Diese Phänomene sind üblicherweise innerhalb eines 20-km Bereichs des Empfängers im Aufenthaltsort annähernd konstant. Die erwartete Laufzeit ergibts sich zwischen der Distanz von der Referenzstation und dem Satelliten. Die Differenz ist demnach der Unterscheid zwischen der tatsächlichen und der erwarteten Laufzeit.

Diese nun notwendige Korrekturen, für die Positionsunterschiede, werden anschließend per Datenfunk, Mobilfunk oder per Satellit an mobile GNSS-Empfänger gesendet. Diese Korrekturen, die von den Satellitensignalen hergeleitet werden, nutzt man für das Korrigieren der Positionberrechnung. Das Ergebnis der Positionsberechnung wird dann als differenziell korrigiert bezeichnet.

Zum einen sind das Korrekturen der Laufzeitmessung (Codemessung) und zum anderen Korrekturen der Trägerphase (Phasenmessung). Empfänger, die ausschließließlich auf der Codemessung beruhen, erreichen mit den Korrekturen maximal eine Genauigkeit von ca. 50 cm und eine Spur-zu-Spur- Genauigkeit von 10cm bis 15 cm. Wird auch die Trägerphasenmessung als Korrektur verwendet, spricht man von RTK, Diese Genauigkeit kann dann bis zu einem Zentimeter betragen.

Digital Farming, Smart Farming, Precision Farming und Farming 4.0 sind Begriffe, die aus praktischer Sicht gleich gesetzt werden können. Sie beschreiben verschiedene Methoden, die eine daten- und informationsgestützte Landwirtschaft ermöglichen.

Dabei stellt sich nicht die Frage, ob man Digital Farming betreibt oder nicht – man kann sich auch auf die Anwendung einzelner Methoden beschränken, zum Beispiel der Einsatz von Automatischen Lenksystemen.

Digital Farming betrifft alle Bereiche der Landwirtschaft, also sowohl die Innen- als auch die Außenwirtschaft. Dabei kann man folgende Unterteilung vornehmen:

• Innenwirtschaft
  • Automatische Melsysteme
  • Automatische Fütterungssysteme
  • Stallklimatisierung
  • Energiemanagement
• Außenwirtschaft
  • Dokumentation
  • teilflächenspezifische Bewirtschaftung
  • Remote Service und Flottenmanagement
  • Lenksysteme und Agrarrobotik

Sensoren sind die technische Grundlage beim Digital Farming dar. Die erfassten Messwerte können gespeichert und ausgewertet werden, zum Beispiel in einer Ackerschlagkartei. Augrund der Aufzeichnung können betriebliche Abläuge optimiert und unterstützende Informationen für Entscheidungen abgeleitet werden (Investitionen, Maschinenauslastung, Personaleinsatz, Fruchtfolgen, Betriebsausrichtung). Oft werden die Messwerte von Sensoren auch bei der Automatisierung von Prozessen (Lenksystem, Teilbreitenschaltung, teilflächenspzifische Bewirtschaftung, Tractor Implement Management).

Satellitenortungssysteme gehören in der Außenwirtschaft zur wichtigsten Technologie. Mit GNSS-Sensoren können Position, Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und Uhrzeit bestimmt werden. Sie sind die Grundlage für Lenksysteme, Teilbreitenschaltungen und teilflächenspezifische Bewirtschaftung. Vereinzelt werden die Sensoren bei Weidetieren auch für die Ortung eingesetzt.

Mit Geographischen Informationssystemen können Karten, Satellitenbilder und Drohnenaufnahmen angezeigt und ausgewertet werden. Sie kommen bei der teilflächenspezifischen Bewirtschaftung und beim Flottenmanagement zum Einsatz.

Die Übertragung von Daten in Schleppern und Anbaugeräten erfolgt meist über den CAN-Bus nach ISO 11783 (ISOBUS). Er wird genutzt im einem Netzwerk Daten zwischen verschiedenen Steuereinheiten auszutauschen. Der CAN-Bu s nach ISO 11783 bietet den großen Vorteil, dass er unabhängig vom Hersteller genormt ist. Die Daten sehen also immer gleich aus. Ebenfalls genormt sind die Bedienterminals (Universal Terminal, die Funktion von Teilbreitenschaltungen sowie die Dokumentation und Mengenregelung.

Für die Vernetzung über komplette Flotten und Maschinen mit dem Büro sind Telemetriesysteme unerlässlich. Sie übertragen Daten drahtlos, meist über das Mobilfunknetz oder aber über WLAN oder LoRaWAN.

Nicht zuletzt spielen NIR-Sensoren in der Innen- und Außenwirtschaft eine zentrale Rolle bei der Beurteilung der Futterqualität, der Feuchtemessung auf Erntemaschinen oder bei Bestimmung der Stickstoffaufnahme von Pflanzen. Nicht zuletzt kommen auch bei der Fernerkundung (Satellitenaufnahmen) NIR-Sensoren zum Einsatz.

Als Ebene oder Layer werden unterschiedliche Datensätze bezeichnet, die in einem GIS (Geografisches Informationssystem) unter- oder übereinander angezeigt werden. Bei Datensätzen unterscheidet man Vektordaten (Punkte, Linien, Polygone, stehen immer in einem Bezug zu einer Attributtabelle) und Rasterdaten (Bilder, Drohnenbilder, Satellitenbilder).

Mit jedem Layer sind Eigenschaften bzw. Informationen verknüpft, anhand dieser die grafische Darstellung verändert werden kann. Werden mehrere Layer in das GIS geladen, so können diese auch miteinander verrechnet werden. Lädt man sich beispielsweise Ertragsdaten (Vektordatensatz) einer Saison von einem Mähdrescher in das GIS und möchte Aussagen über spezifische Felder tätigen, so können diese Ertragsdaten mit dem Layer Feldgrenzen verschnitten und separiert werden (Funktion: Clipping). Gleiches gilt auch für Rasterdaten. Hier ist es möglich, Pixelwerte von einem Bild mit denen eines anderen Bildes zu verrechnen.

Die Ertragskartierung stand bei der Entwicklung von Precision Farming – in den frühen 1990er-Jahren – am Anfang der Entwicklung. Seitdem hat sich aus technischer Sicht wenig verändert.

Grundlage für die Ertragskartierung ist die Ertragserfassung. Diese erfolgt in der Regel am Elevator des Mähdreschers. Gemessen wird der Durchsatz, als Volumen- oder Massenstrom. Der Volumenstrom kann über Zellräder oder Lichtschranken gemessen werden. Um den Massenstrom aus dem Volumenstrom zu berechnen, muss zusätzlich die Schüttdichte des Ernteguts bekannt sein. Andere Sensoren messen den Massenstrom direkt, indem sie die Kraft bzw. den Impuls messen, den das Erntegut am Elevatorkopf beim Auftreffen auf eine schräg gestellte oder gekrümmte Platte ausübt.
Für die Ertragserfassung muss zusätzlich die Geschwindigkeit und die Schneidwerksbreite bekannt sein. Aus Geschwindigkeit und Schneidwerksbreite wird die im Messintervall beerntete Fläche berechnet, aus dem Massenstrom wird die im Messintervall geerntete Menge bestimmt. Aus Menge und Fläche wird dann der lokale Ertrag berechnet und mit der aktuellen Position des Mähdreschers abgespeichert.

Ertragskarten zeigen, an welcher Stelle des Schlages wie viel geerntet wurde. Diese Informationen liefern die Basis für eine gezielte Ursachenforschung in Niedrigertragszonen und bieten eine Entscheidungsgrundlage für zukünftige Maßnahmen. Die Ertragskartierung erfolgt in den meisten Fällen über eine Datenaufzeichnung am Mähdrescher oder Feldhäcksler.

GIS ist die Abkürzung für Geografisches Informationssystem. Dieses ermöglicht es, Daten mit Raumbezug zu erzeugen, zu verändern, zu analysieren und darzustellen. Bei Daten mit Raumbezug unterscheidet man Rasterdaten (Bilder, Drohnenbilder, Satellitenbilder) und Vektordaten (Punkte, Linien, Polygone, stehen immer in einem Bezug zu einer Attributtabelle). Diese Daten sind in Ebenen angeordnet, welche auch als Layer bezeichnet werden, und liegen über- oder untereinander. Beim Abspeichern eines Projektes werden keine Datensätze abgespeichert, sondern Pfade, also Orte an denen die verwendeten Dateien abgespeichert sind.

QGIS ist ein solches GIS-Programm, welches allen Nutzern kostenfrei zur Verfügung steht. Zudem ist es auch eines der meistgenutzen GIS-Programme mit nahezu unendlichen Möglichkeiten.