Precision Farming steigert den Ertrag und reduziert Kosten, indem Dünger und Pflanzenschutzmittel nur dort eingesetzt werden, wo sie tatsächlich gebraucht werden. Die Herausforderung dabei: Daten im Feld erfassen, analysieren und entsprechende Aktionen in Echtzeit umsetzen. Hightech-Landmaschinen, die das ermöglichen, sind teuer und werden angesichts der langfristigen Nutzungsdauer nur sehr langsam eingeführt. Eine Alternative sind Drohnen für das Monitoring des Feld-Zustandes. Dabei sind Landwirte jedoch häufig auf entsprechende Dienstleister angewiesen. Das ist problematisch, wenn Maßnahmen aufgrund der Entwicklung von Witterung und Feldzustand zeitnah und schwer planbar erfolgen müssen, die Daten dann aber u.U. nicht mehr aktuell sind. Zudem ist die Steuerung der Landmaschinen basierend auf Drohnen- und Satellitenaufnahmen schwierig und oft ungenau.
In 30 Minuten installiert
Daher hat das dänische Startup PerPlant einen Sensor entwickelt, der innerhalb von rund 30 Minuten auf einem bestehenden Traktor installiert werden kann. Er ist direkt einsatzbereit, ermöglicht die präzise und automatische Steuerung von Feldspritzen und Düngegeräten und lässt sich einfach in den gewohnten Arbeitsablauf von Landwirten integrieren. Das Gerät scannt das Feld mit zwei Kamerasensoren für RGB- und Multispektral-Bilddaten und ermittelt daraus auf den Quadratzentimeter genaue Angaben zu Biomasse, Unkrautarten, Boden und Produktivitätszonen. Der Sensor verfügt dazu über ein integriertes Embedded Vision System, das die Kameradaten mittels KI analysiert. Es ermittelt in Echtzeit, welche individuellen Pflanzen und Teilflächen eine Behandlung benötigen; derzeit ist das für Gras, Weizen, Kartoffeln, Raps, Mais, Zuckerrüben, Gerste und Hafer möglich. Über die standardisierte Isobus-Anbindung werden die Daten an das Steuergerät der Traktoren übertragen. Die PerPlant-App ermöglicht Landwirten, Daten und ermittelte Dosierrate in Echtzeit auf dem Steuerdisplay des Fahrzeugs zu sehen und manuell zu justieren.
Autark dank Embedded Vision und Edge AI
Voraussetzung für die Entwicklung des Sensors war, dass Datenerfassung und -verarbeitung komplett autark auf dem Gerät erfolgen. Dieses musste möglichst kompakt sein, um flexibel auf jeder Landmaschine installierbar zu sein. Der Einsatz unter den rauen Umgebungsbedingungen der Agrarindustrie und die hohe Belastung durch Schock und Vibration erforderten zudem robuste, industrietaugliche und über lange Zeit zuverlässige Komponenten. Um das zu erreichen, setzt PerPlant auf VC MIPI Kameramodule mit dem IMX568 Sensor aus der Pregius-S Serie von Sony. Die Global-Shutter Kameras bieten eine Auflösung von 5,1MP und zeichnen sich durch ihre hohe Lichtempfindlichkeit bis in den IR-Bereich aus. Zusätzlich ist ein Lichtsensor in das System integriert, der das Umgebungslicht misst und so für eine optimale Helligkeitsanpassung und maximale Bildqualität sorgt. Als Embedded System für die KI-basierte Bildverarbeitung direkt auf dem Edge-Gerät kommt ein Nvidia Jetson Orin NX Prozessorboard zum Einsatz. Kameras und Prozessorboard sind dank der MIPI CSI-2 Schnittstelle direkt kompatibel. Mit den von Vision Components zur Verfügung gestellten Treibern waren die Inbetriebnahme und der Entwicklungsstart umgehend möglich. Sumod Nandanwar, Mitgründer und CTO von PerPlant: „Die Kameras für unseren Sensor mussten extrem robust und zuverlässig sein, gleichzeitig aber auch kompakt und leistungsstark. VC MIPI Kameras erfüllen all diese Anforderungen und zeichnen sich durch ihre Langzeitverfügbarkeit, ein günstiges Preis-Leistungsverhältnis und die Kompatibilität mit unserem Nvidia Jetson Orin NX Prozessorboard aus. Außerdem hat uns das VC-Team bei der Integration der Sensoren unterstützt. Wir sind uns sicher, mit den Kameras die bestmögliche Wahl getroffen zu haben.“
Bis zu 80% weniger Unkrautvernichter
Alle Sensordaten werden mit dem Embedded System erfasst und auf Wunsch in einer Cloud-Plattform gespeichert, inklusive genauer Positionsangaben. Landwirte können damit den Zustand ihrer Ackerflächen im zeitlichen Verlauf exakt beobachtet und dokumentieren. Auch Einsatz und Effizienz der Düngemittel können erfasst werden. Der smarte Sensor verbessert seine Präzision mit jedem Arbeitsgang und optimiert die Feldbearbeitung damit kontinuierlich. Der Einsatz des PerPlant Systems steigerte in ersten Installationen den Ertrag der Felder um bis zu 10 Prozent. Gleichzeitig konnte der Verbrauch von Düngern um 30 Prozent, von Unkrautvernichtern um 80 Prozent und der Einsatz von Fungiziden um 15 Prozent reduziert werden.