Digitale Weinlandschaften: Visionen Hemmnisse - Lösungen. Prof. FraunhoferDr.-Ing. Peter Liggesmeyer, Fraunhofer IESE

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1 Digitale Weinlandschaften: Visionen Hemmnisse - Lösungen 1 Prof. Dr.-Ing. Peter Liggesmeyer, Fraunhofer IESE

2 Landwirtschaft im Umbruch Warum jetzt? weltweit wichtiger Wirtschaftszweig globale Herausforderungen Welternährungslage Klimawandel Nachhaltigkeit Wettbewerbsfähigkeit Aber: Noch keine GANZHEITLICHEN Lösungen! Chancen durch Technologien Digitalisierung Biosphärenmonitoring Automatisierung 2

3 Weinbau im Umbruch Qualitätsbewusstsein der Weinkäufer: Weniger Massenweine Kenntnisreichtum der Weinkonsumenten Ökologisches Bewusstsein, z.b. Biowein Veränderte klimatische Bedingungen (Trockenheit, Temperatur, ) Kleinteiligkeit der Parzellen in Kombination mit schwer zu bewirtschaftenden Lagen (Steillagen) mit z.t. hoher Reputation und langer Tradition Zusätzliche Vermarktungskonzepte (Direktvermarktung via Internet, ) Fazit: Wein soll hochqualitativ, in großer Tradition und ökologisch sauber und zu einem günstigen Preis produziert werden, und der Winzer hat die Aufgabe, das zu gewährleisten und dabei wirtschaftlich sinnvoll zu agieren. 3

4 Beispiel Ökobilanz: Bedarfsgerechte Düngung Relevanz und Potential des Themas Weltweiter Stickstoffeintrag durch Düngung * Ist: 120 Mio. t im Jahr Nachhaltigkeitslimit: 35 Mio. t im Jahr Bedarfsgerechte Düngung! Kostenersparnis und Schonen von Ressourcen nachhaltige Bewirtschaftung mit hohen Erträgen vereinfachte Einhaltung der Düngeverordnung Erhalt der Grundwasserqualität und Artenvielfalt Klimaschutz durch geringere Emission von klimaschädlichen Treibhausgasen *Rockström, J. et al., Nature, 461 (7263), (2009) 4

5 Vision Entwicklung einer Plattform für den Weinbau, die es gestattet, Daten über den Bodenzustand, Wasser, den Zustand der Trauben, Schädlingsbefall, Pflanzenkrankheiten, Nährstoffverfügbarkeit, Wetterdaten, Marktsituation, zu gewinnen, diese auswertet und dem Winzer ermöglicht, Entscheidungen auf Basis verlässlicher Informationen zu treffen, und Handlungen weitgehend automatisiert im Weinberg umsetzt. 5

6 Beispiel:»Agricultural Data Space«konsistent zum International Data Space spezifisch auf den Agrarbereich ausgerichtet in der digitalisierten Leistungserstellung (z. B. Feldrobotik) und dem digitalisierten Leistungsangebot (z. B. behördliche Dienste) digitalisierte Leistungsüberwachung kognitive Fähigkeiten zur Entscheidungsunterstützung 6

7 Lösungsbaustein Biosphärenmonitoring Hyperspektrale Luftaufnahmen Klassifikation von Boden bzw. versiegelten Flächen Ableitung des relativen Ton-Gehaltes Ableitung des relativen Karbonat-Gehaltes Stress im Bewuchs Fraunhofer IOSB 7

8 Lösungsbaustein Biosphärenmonitoring Stickstoffgehalt des Bodens riechen! Infrarotspektroskopie mit laserbasierten Messsystemen für Lachgas (N 2 O) Ammoniak (NH 3 ) Detektion im ppb-bereich Voraussetzungen für die Integration in Landmaschinen: Miniaturisierung Robustheitssteigerung Empfindlichkeitssteigerung Fraunhofer IPM 8

9 Lösungsbaustein Biosphärenmonitoring Mikroseismische Bildgebung der Bodenstruktur schallwellenbasierte Messung: Bodendichte, Bodenarten, Wassergehalt erstmalig räumlich feines Bodenstrukturbild Voraussetzungen für die Integration in Landmaschinen: miniaturisierte Komponenten Automatisierung des Verfahrens effiziente Bildgebung 9 Fraunhofer IKTS

10 Lösungsbaustein Biosphärenmonitoring Zusammenführung von Sensordaten Integration in verschiedene Geräte automatisierte Datenerfassung und -übertragung Datenfusion, teilweise schon im Sensor John Deere Fraunhofer IFF 10

11 Lösungsbaustein Automatisierung Entwicklung autonomer, kooperativer Robotereinheiten (Boden Luft) Selbstorganisation Nutzung kognitiver Funktionen zur Analyse der Daten und Optimierung von Arbeitsprozessen Orthomosaik Höhenkarte 11

12 Das Zusammenspiel der Bestandteile: Cognitive Agriculture 12

13 Ausgewählte Forschungsfragen Software, Datenverarbeitung, Auswertung Kognitive Technologien Wie lassen sich unvollständige oder widersprüchliche Daten nutzen? Datenkonsistenz Wie erzielt man konsistente Daten trotz mangelhafter Netzabdeckung? Datendokumentation Wie lassen sich Daten sichern und für Behörden zugänglich machen? Multiskalare Sensordaten Wie lassen sich Sensordaten multiskalar verschränken? Sensor, Komponenten und Gesamtsystem Sensor-Technologien Wie lassen sich robuste und gleichzeitig kostengünstige Sensoren entwickeln? Roboterschwärme Wie kann sich ein Feldroboter-Schwarm sicher und effizient selbstorganisieren? Interaktion mit Umwelt Wie können Landmaschinen und Feldroboter sicher die Umwelt wahrnehmen? Resilienz Wie kann die erforderliche Resilienz des Gesamtsystems erreicht werden? 13

14 Zusammenfassung Die Digitalisierung des Agrarbereichs auch im Weinbau ist auf dem Vormarsch. Allerdings sind übergreifende, ganzheitliche Lösungen derzeit noch nicht verfügbar. Hemnisse sind u.a. die Kleinteiligkeit der Parzellen in Europa und die Bereitstellung und der Schutz der Daten. Eine geeignete Lösung muss in der Lage sein, dem Nutzer transparente Entscheidungsunterstützung für die z.t. widersprüchlichen Ziele anzubieten. Entsprechende Plattformen werden derzeitig konzipiert, aufgebaut und erprobt. 14