Inmitten von Dürre und steigenden Energiekosten zählt jeder Tropfen. In Andalusien hat eine Forschergruppe eine Methode entwickelt. AquaCrop-IoT ist eine digitale Plattform, die Landwirten helfen soll, den täglichen Wasserbedarf ihrer Pflanzen zu ermitteln. und können problemlos über Ihr Mobiltelefon oder jedes andere Gerät mit einem Browser darauf zugreifen.
Das Tool wurde als Wette auf die Ministerium für Universitäten, Forschung und Innovation der Regionalregierung von Andalusien, das ein von der Universität Córdoba (UCO) und Institut für nachhaltige Landwirtschaft (IAS-CSIC)Dank der Kombination aus Bildern des landwirtschaftlichen Betriebs selbst, meteorologischen Daten und Simulationsmodellen passt die Plattform die Bewässerungsempfehlungen in Echtzeit an und, ersten Versuchen zufolge, Es ermöglicht Ihnen, rund 32 % Wasser zu sparen. ohne die Ernte zu beeinträchtigen.
Ein System, mit dem Sie die tägliche Bewässerung per Mobiltelefon steuern können.
AquaCrop-IoT wurde als ein ein praktisches Werkzeug für den Alltag des LandwirtsAnstatt sich mit übermäßig komplexen oder schwer verständlichen Lösungen herumzuschlagen, erhält der Benutzer über eine Webanwendung aktuelle Bewässerungsempfehlungen, die auf den tatsächlichen Gegebenheiten des Grundstücks basieren und nicht nur auf allgemeinen Schätzungen.
Das Projekt wurde von einem Team aus Fachbereich Agronomie der UCO und IAS-CSIC, der seine Ergebnisse in der wissenschaftlichen Zeitschrift präsentiert hat Computer und Elektronik in der Landwirtschaftunter dem Titel AquaCrop-IoT: Eine intelligente Bewässerungsplattform, die Echtzeitbilder und Wettervorhersagen integriertIn dem Artikel wird beschrieben, wie eine relativ kostengünstige Lösung große Datenmengen in … umwandeln kann. klare und leicht verständliche Bewässerungsanweisungen.
Die Plattform ist so konzipiert, dass sie von überall mit Internetanschluss zugänglich ist, sodass die für den Betrieb verantwortliche Person einen Überblick behalten kann. Bilder, Grafiken und individuelle Prognosen ohne die Notwendigkeit, ständig zum Hof fahren zu müssen. Ziel ist es, sich weniger auf Intuition zu verlassen und eine objektive Grundlage für die Entscheidung zu haben, ob heute bewässert, gewartet oder der geplante Bewässerungsplan angepasst werden soll.
Für die andalusische Verwaltung passt diese Arbeitsweise zu ihrem Bestreben nach einer effizienteren Landwirtschaft im Umgang mit Wasser- und Energieressourcen, insbesondere im extensiven Anbau in der Region, wo Die Bewässerung stellt einen erheblichen Teil der Produktionskosten dar..
Vom AquaCrop-Modell zum digitalen Zwilling des Grundstücks
Das Herzstück von AquaCrop-IoT liegt im Konzept von digitaler ZwillingEine virtuelle Nachbildung bildet den Zustand des Feldes ab und ermöglicht die Simulation verschiedener Bewässerungsszenarien. Diese Darstellung wird kontinuierlich mit realen Pflanzen- und Atmosphärendaten aktualisiert.
Ausgangspunkt ist AquaCrop, das von der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen entwickelte Modell (FAO) um abzuschätzen, wie verschiedene Nutzpflanzen auf verfügbares Wasser reagieren. Es ist eine international weit verbreitete Referenz für die Planung von Bewässerungsstrategien, aber das Team selbst räumt ein, dass Es ist nicht darauf ausgelegt, so schnell zu reagieren, wie es die täglichen Geschehnisse auf dem Spielfeld erfordern..
Hier kommt die Cordoba-Version ins Spiel: AquaCrop-IoT automatisiert und erweitert das ursprüngliche ModellIndem es mit einem Netzwerk von Sensoren und Kameras verbunden wird, die seine Berechnungen kontinuierlich korrigieren, bleibt der digitale Zwilling keine theoretische Projektion, sondern bildet die tatsächlichen Gegebenheiten der Plantage ab.
Wie der Forscher des IAS-CSIC erklärte Margarita García-VilaLaut dem Studienautor stellt AquaCrop allein eine vereinfachte Darstellung dar, die nicht alle möglichen Faktoren wie das Auftreten von Schädlingen oder bestimmten Krankheiten berücksichtigt. Dank der Integration mit Geräten im Feld, Die Realität des Anbaus „korrigiert“ das Modell wenn es Abweichungen zwischen dem Erwarteten und dem Beobachteten feststellt.
Dieser Ansatz ermöglicht es dem Landwirt, sich die Sachlage auf zugängliche Weise vorzustellen. wie sich die Vegetationsdecke entwickelt, wie hoch der Wasserverbrauch ist und was passieren würde, wenn die Bewässerung in den kommenden Tagen erhöht oder verringert würdeEs geht nicht nur darum, den aktuellen Zustand zu erfassen, sondern auch darum, Konsequenzen vorherzusehen und die Strategie entsprechend anzupassen.
Tägliche Bilder, Sensoren und automatische Bewässerungsanpassungen
Um den digitalen Zwilling mit aktuellen Informationen zu versorgen, nutzt AquaCrop-IoT eine Kombination aus tägliche Bilder und FeldmessungenEine herkömmliche Kamera, die auf dem Bauernhof installiert ist, macht jeden Tag ein Foto der Anbaufläche, und das System analysiert dieses Bild automatisch.
Anhand dieses Fotos berechnet die Plattform die BodendeckerDas heißt, der Anteil des Bodens, der von den Blättern der Kulturpflanze bedeckt ist. Dieser Parameter dient als deutlicher Indikator für Pflanzenwachstum und Transpiration. Nimmt die Bedeckung nicht wie erwartet zu, deutet dies darauf hin, dass etwas die Entwicklung hemmt.
Wenn das System feststellt, dass die Pflanzen nicht im erwarteten Tempo wachsen – sei es aufgrund von Wasserstress, Schädlinge oder NährstoffmängelDas System passt die Bewässerungsempfehlungen automatisch an. In vielen Fällen führt eine zusätzliche Bewässerung bei verlangsamtem Wachstum nicht zu einer Verbesserung, sondern im Gegenteil zu unnötiger Wasser- und Energieverschwendung.
Die Integration von Sensoren ermöglicht zudem eine detaillierte Überwachung des Pflanzenwachstums, ohne dass der Landwirt all diese Daten manuell verarbeiten muss. Die Plattform übersetzt diese Informationen in Genaue Anweisungen: Wie viele Millimeter Wasser sollen verwendet werden und zu welchem Zeitpunkt?.
Das Ergebnis ist, dass Bewässerungsentscheidungen nicht mehr allein auf gesammelten Erfahrungen oder allgemeinen Näherungen beruhen, sondern stattdessen auf Objektive Beweise, die auf dieser Verschwörung und während dieser Kampagne gesammelt wurdenmit der Fähigkeit, auf unvorhergesehene Ereignisse zu reagieren.
Meteorologie, Aemet und Edge-Computing zur Überwindung schlechter Abdeckung
Zusätzlich zur Arbeit der Kameras stützt sich AquaCrop-IoT auf … Wetterstation mit einem Dutzend SensorenDiese Geräte erfassen wichtige Parameter wie Sonneneinstrahlung, Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Niederschlag sowie Windgeschwindigkeit und -richtung.
Diese lokalen Informationen werden ergänzt durch Historische Daten und Vorhersagen der staatlichen Wetterbehörde (Aemet)Dadurch lässt sich der digitale Zwilling mit langfristigen Datenreihen und wahrscheinlichen Zukunftsszenarien anreichern. Die Kombination der aktuellen Feldbedingungen mit den Erwartungen für die kommenden Tage trägt zu einem präziseren Bewässerungsplan bei.
In den Worten des UCO-Forschers Franz PuigLaut einem der Koautoren der Studie konsultieren viele Landwirte bereits regelmäßig Wettervorhersagen, da diese für die Bewirtschaftung ihrer Betriebe hilfreich sind. AquaCrop-IoT geht nun noch einen Schritt weiter: Diese Prognosen werden durch eine Simulation der Pflanzenentwicklung, potenzieller Stressereignisse und empfohlener Bewässerung ergänzt. um den Wasser- und Energieverbrauch zu minimieren.
Eines der Probleme, die das Team berücksichtigt hat, ist die eingeschränkte Konnektivität in ländlichen GebietenUm nicht auf eine ständige Internetverbindung angewiesen zu sein, nutzt die Plattform Edge Computing (Edge-Computing), sodass die Datenverarbeitung direkt auf dem Bauernhof, auf einem kleinen lokalen Server, erfolgt.
Anschließend werden all diese Informationen in einem Dokument zusammengefasst. Webanwendung mit einer intuitiven BenutzeroberflächeÜber diese Plattform können Nutzer täglich Bilder, Trenddiagramme und personalisierte Bewässerungsempfehlungen einsehen. Die Idee dahinter ist, dass Technologie kein Hindernis, sondern eine echte Hilfe bei der Entscheidungsfindung sein sollte.
Hartweizenversuch in Córdoba: weniger Bewässerung und 32 % Wassereinsparung
Die Plattform wurde unter realen Bedingungen getestet. Privater Anbau von Hartweizen in der Landschaft von CórdobaIn einer besonders trockenen Vegetationsperiode wurde die Kulturpflanze im Januar 2023 ausgesät und ihr gesamter Zyklus überwacht, um die Ergebnisse des klassischen AquaCrop-Modells mit denen von AquaCrop-IoT zu vergleichen.
Bei diesem Test stellte der digitale Zwilling fest, dass Der Feldaufgang hatte sich im Vergleich zu den Erwartungen verzögert. Aufgrund des ursprünglichen Modells führte diese Diskrepanz zu einer Neukalibrierung des Bewässerungsplans und einer Anpassung der Wassermenge an die tatsächlichen Gegebenheiten der Plantage.
Wenn nur die Standard-AquaCrop-Simulation befolgt worden wäre, wäre Folgendes programmiert worden. vier Bewässerungen mit insgesamt 64,8 Millimeter WasserNach Einbeziehung der Informationen aus den Bildern und Sensoren empfahl AquaCrop-IoT jedoch Folgendes: drei Bewässerungen und 44,1 Millimeterwas Einsparungen von nahezu 32 % des Wasservolumens.
Das Relevante ist das Diese Reduzierung führte zu keinem Leistungsverlust. bei der Weizenernte. Angesichts von Wasserknappheit und steigenden Energiekosten für die Bewässerung kann dieser Spielraum für die Rentabilität vieler Getreidebetriebe entscheidend sein.
Diese Wassereinsparung kommt zusätzlich zu einer Reduzierung des EnergieverbrauchsDies wird durch die Reduzierung sowohl der Anzahl der Bewässerungsvorgänge als auch der gepumpten Wassermenge erreicht. Die Auswirkungen verbinden somit wirtschaftliche Vorteile für den Landwirt mit einer nachhaltigeren Ressourcenbewirtschaftung.
Niedrige Kosten, Potenzial für andere Nutzpflanzen und laufende neue Entwicklungen
Obwohl die erste Validierung an Weizen durchgeführt wurde, betonen die Forscher, dass AquaCrop-IoT kann an andere krautige Nutzpflanzen angepasst werden.Beispielsweise bei Mais oder Gemüse, wo Bewässerung ebenso wichtig ist. Die Flexibilität des Modells und der Infrastruktur ermöglicht es, die Plattform an verschiedene Arten von landwirtschaftlichen Betrieben anzupassen.
Eines der Highlights des Projekts ist seine geringe ImplementierungskostenLaut dem Team reichen die im Test verwendeten Geräte von... 150 Euro pro Kamera und weniger als 200 Euro pro ServerDies ermöglicht die Installation auf mittelgroßen landwirtschaftlichen Betrieben ohne hohe Anfangsinvestitionen. Darüber hinaus sind viele Systemelemente, wie zum Beispiel Im Test verwendete GeräteSie sind leicht zugänglich und preiswert.
Das System ist zudem so konzipiert, dass es mit der Zeit erweitert werden kann. Neben den Kameras und der Wetterstation können weitere Komponenten integriert werden. neue Bodenfeuchtesensoren oder andere agronomische Indikatorenund Bilder von Drohnen die über den Bauernhof fliegen und einen umfassenderen Überblick über den Zustand der Ernte ermöglichen.
Das Team arbeitet bereits an der Integration mit mobilen Anwendungen, damit der Landwirt selbst Mach ein Foto mit deinem Handy und sende es an die Plattform.Die Idee ist, dass dieses Bild zur automatischen Kalibrierung des Pflanzenwachstums verwendet wird, ohne dass feste Kameras auf dem Feld installiert werden müssen, was die Anwendung des Werkzeugs weiter vereinfachen könnte.
Wie der UCO-Forscher zusammenfasst Juan Antonio Rodríguez-DíazLaut einem Mitautor der Studie hat die technologische Revolution auch die Landwirtschaft erreicht: Zahlreiche Sensoren generieren Daten, die jedoch häufig in Systeme eingespeist werden, die nur wenig Benutzerinteraktion ermöglichen. AquaCrop-IoT zielt genau darauf ab, diese Informationen zu integrieren. ein nützliches und intuitives Werkzeug zur Entscheidungsfindung, wodurch die technologische Ebene mit der Realität des Landwirts verbunden wird.
Mit AquaCrop-IoT erweitert die andalusische Landwirtschaft ihr Angebot um eine Kombination aus angewandter Wissenschaft, Digitalisierung und lokalem Wissen. Bewässerung optimieren, Verbrauch senken und Produktivität erhaltenAngesichts der Unsicherheit des Klimawandels und der Wasserknappheit können Lösungen dieser Art zu wichtigen Verbündeten bei der Modernisierung des ländlichen Raums werden, ohne dabei die wirtschaftliche Tragfähigkeit der landwirtschaftlichen Betriebe aus den Augen zu verlieren.
