GPS - heute und morgen

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1 GPS - heute und morgen Prof. Dr. Hermann Auernhammer GPS, das Global Positioning System ist innerhalb der letzten 10 Jahre in der Landwirtschaft zu einem gängigen Begriff geworden. Wie bei neuen Technologien stehen sich auch dabei wieder alle Schattierungen der Bewertung und Einschätzung von totaler Ablehnung bis hin zur euphorischen Überbewertung gegenüber. Nachfolgende Einsatzmöglichkeiten mögen dazu beitragen, die Diskussionen zu versachlichen und dem möglichen Nutzer Beurteilungs- und Entscheidungshilfen zu geben. Die Technik Unser heutiges GPS (NAVSTAR-GPS) ist Eigentum der USA und ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt worden. Mittlerweile werden jedoch die Potenziale der zivilen Nutzung immer deutlicher, weshalb der Betreiber verstärkt in diese Nutzungsmöglichkeit investiert. Dies erfolgt zudem vor dem Hintergrund, dass sich mittlerweile auch die EU um diesen neuen Markt bemüht und mit einem eigenen, ausschließlich auf zivile Nutzung ausgerichteten System in Konkurrenz zu den USA treten will. Dadurch sind für alle potentiellen Nutzer die Zukunftsaussichten enorm günstig geworden. GPS wird nämlich künftig immer allgemein verfügbar sein und bei kostenloser Nutzung immer genauer werden. Hingegen werden Anforderungen an höhere Genauigkeiten und an garantierte Verfügbarkeit auch künftig einen zusätzlichen Kostenaufwand erfordern. Dabei sollte nicht vergessen werden: GPS liefert Ort (Position) und Zeit. GPS ist also weit mehr als nur ein Positionierungsdienst, GPS garantiert die Einmaligkeit von Ereignissen; denn zum gleichen Zeitpunkt können am gleichen Ort bei ausreichender Auflösung nie mehrere Dinge gleichzeitig sein. Einsatzmöglichkeiten in der Landwirtschaft GPS kann für Ortungs- und Navigationsaufgaben eingesetzt werden. Die Einsatzmöglichkeiten reichen von der georeferenzierten Informationserfassung bis hin zum Feldroboter (Abb. 1) Abbildung 1: Einsatzmöglichkeiten von GPS in der Landwirtschaft für Ortung und Navigation Dabei handelt es sich um Einzelmaßnahmen. Innerhalb der Produktionssysteme führt GPS zur präziseren Arbeitserledigung. Landwirtschaft wird damit zur Präzisionslandwirtschaft oder in der heute weltweit verwendeten Bezeichnung zum Precision Farming (Abb. 2) Abbildung 2: Einsatzmöglichkeiten von GPS in der Landwirtschaft für Ortung und Navigation

2 Darin sind vier Einsatzformen mit völlig unterschiedlichen, z.t. aufeinander aufbauenden Zielrichtungen enthalten. Diese gehen weit über die heute üblicherweise diskutierte Teilflächenbewirtschaftung hinaus und werden dementsprechend nahezu jeden landwirtschaftlichen Betrieb in der einen oder anderen Form tangieren. Dokumentation zum Nutzen für jedermann Als immer verfügbare und zugleich automatisch arbeitende Stoppuhr liefert GPS Ort und Zeit im Sekundentakt. Erstmals wird damit eine automatische Dokumentation aller Arbeiten möglich, wenn die über GPS gewonnenen Informationen der jeweiligen Tätigkeit zweifelsfrei zugeordnet und gespeichert werden können (Abb. 3) Abbildung 3: Beispiele für die automatisierte Datenerfassung mit GPS, LBS und IMI Zusammen mit der verfügbaren standardisierten elektronischen Kommunikation über das Landwirtschaftliche Bus-System (LBS) nach DIN 9684 und/oder ISO werden elektronische Erkennungseinheiten in den Maschinen und Geräten (vergleichbar dem Transponder in der Tierhaltung) benötigt. Diese Gerätekenner (Implement Indicator IMI ) enthalten gerätespezifische Daten wie Hersteller, Baujahr und Arbeitsbreite oder Tragfähigkeit bei Transportfahrzeugen und andere. Zusätzliche Sensoren an den IMIs ermöglichen die Erfassung wichtiger Prozessgrößen wie die Arbeitstiefe, die aktuelle Arbeitsbreite bei Variopflügen, den Beladungszustand von Transporteinheiten und vieles andere mehr. In den IMIs können auch Einsatzdaten gespeichert werden, wodurch sie die Funktion einer Gerätekennkarte erhalten und im Wiederverkauf, aber auch im Service eine zusätzliche Leistung erbringen können. Dokumentationssysteme in dieser Form lassen sich sehr preisgünstig realisieren. Unterschiedliche Auswertealgorithmen (Tab. 1) in den Systemen direkt oder in der Nachbearbeitung im PC erfüllen vielfältige Anforderungen: Der Landwirt erhält erstmals eine lückenlose Datenbasis für seinen Betrieb, Betriebsführung und Qualitätsmanagement erreichen eine neue Dimension Der ÜMV kann eine leistungsbezogene Abrechnung gewährleisten, Kosten werden transparenter, strukturelle Vor- und Nachteile werden bezifferbar Der Staat kann seine Eingriffe differenzieren und Umweltleistung über den einfach zu erbringenden Nachweis honorieren Die Gesellschaft (der Verbraucher) erhält Informationen zu den erzeugten Produkten (Traceability) und kann damit erstmals die Erzeugung nachvollziehen, beeinflussen und mitgestalten Tabelle 1: Ergebnisse einer automatischen Prozessdatenerfassung (Grubbern, Schafhof, ) 00-2AB-532

3 Teilflächenbewirtschaftung Vielfach wird heute mit GPS und Precision Farming ausschließlich die Möglichkeit der Teilflächenbewirtschaftung verbunden, ohne zwei Fakten zu beachten: Der Landwirt hat in der Vergangenheit immer teilflächenspezifisch gearbeitet und gedüngt, solange er selbständig die Bewirtschaftung seiner Felder vornahm und über die langjährige Erfahrung und Ortskenntnis mit geeigneter Technik darauf reagieren konnte Mit zunehmendem überbetrieblichen Maschineneinsatz, vermehrter Bewirtschaftung von Pachtflächen und Einsatz von Fremd-, bzw. Saisonarbeitskräften ging teilflächenspezifisches Wissen verloren. Die uniforme Behandlung war die zwangsläufige Folge Hier setzt nun GPS an. Technik mit GPS kann teilflächenspezifisch die Erträge erfassen, Bodenbeprobungen punktgenau zuordnen und in der Applikation die Teilflächen berücksichtigen. Allerdings stellt sich dann die Frage, ob der zusätzliche technische Aufwand gerechtfertigt ist, wenn in weiten Gebieten auf Kleinstrukturen gearbeitet wird, welche naturgemäß eher der Homogenität zuneigen und dort die Probleme im überhöhten Arbeitsaufwand, dem überhohen Anteil an Vorgewenden, unvermeidbaren Überlappungen im Vergewendebereich und in den Reststreifen, einem hohen Grenzflächenanteil und in unverhältnismäßig großen Wegeanteilen liegen. Hier eröffnet GPS in der Virtuellen Flurbereinigung völlig neue Perspektiven und kehrt das Prinzip der eigentlichen Teilflächenbewirtschaftung um (Abb. 4) Abbildung 4: Formen der Gewannebewirtschaftung Nunmehr bilden die Eigentumsflächen Teilflächen in einem Gewanne. Deren Bewirtschaftung kann nach unterschiedlichen Zielsetzungen erfolgen, wobei die ertragsorientierte Bewirtschaftung mit gemeinsamen Ertragsziel den geringsten technischen Aufwand erfordert (Tab. 2) und ohne Maschinenneuinvestitionen die beste verfügbare Technik nutzen und die beste Erfahrung der Beteiligten umsetzen kann. Tabelle 2: Anforderungen und Beurteilungen der verschiedenen Formen der Gewannebewirtschaftung Gewannebewirtschaftung-V2.0,wps (4) Gegenüber den traditionellen Verfahren einer Flurneuordnung können damit: einzelne Landwirte schnell eine Verbesserung erreichen, schrittweise in die Erprobung einsteigen, diese bei Bedarf erweitern, günstige Voraussetzungen für eine großflächige Flurneuordnung schaffen.

4 Jegliche Form der Gewannebewirtschaftung führt jedoch zu größeren zusammenhängenden Bewirtschaftungseinheiten und damit zu mehr Heterogenität innerhalb dieser Einheiten. Zwangsläufig muss deshalb bei dieser Bewirtschaftungsform die Teilflächenbewirtschaftung im heute diskutierten Sinn folgen und GPS die dafür erforderlichen Voraussetzungen, bzw. Leistungen bringen (Abb. 5) Abbildung 5: Teilschlagtechnik im Präzisen Pflanzenbau Denkbar und sinnvoll sind: differenzierte Saatstärken zur Nutzung begrenzt verfügbarer Wasservorräte, die teilflächenbezogene mineralische Grunddüngung als Voraussetzung hoher Ertragsstabilität, lokal differenzierte Stickstoffgaben zur Verringerung von umweltbelastenden Überdüngungen, lokale Differenzierungen bei der Ausbringung organischer Dünger zur Bodenverbesserung, teilflächenbezogene Maßnahmen im Pflanzenschutz, angepasste Beregnungsmengen entsprechend den vorliegenden Bodenarten durch die lokale Informationsgewinnung, deren Analyse und Zusammenführung mit vielfältigen anderen Informationsquellen zur Ableitung von erforderlichen Prognosen in Applikationskarten. Verbesserte Organisation für den Spezialisten Mit der automatisierten Dokumentation und den unterschiedlichsten Formen der Kommunikation eröffnet GPS den Übergang zu wesentlich leistungsfähigeren Organisationsformen. Diese sind zuerst für den überbetrieblichen Maschineneinsatz sinnvoll, um dort bei verringerter Maschinenkapazität die zeitgerechte Arbeitserledigung zu ermöglichen, Schwächen bei der Maschinennutzung zu erkennen und bei veränderten Einsatzbedingungen schneller und sicherer reagieren zu können. Erforderlich sind: Die Erfassung der zu bearbeitenden Flächen und der erforderlichen Maßnahmen, eine darauf basierende Ablaufplanung und Ablaufoptimierung, die ständige Aktualisierung der durchgeführten Maßnahmen mit Dokumentation und die daraus direkt abgeleitete Kostenrechnung. Erste Einsätze werden derzeit im Zuckerrübenanbau (Abb. 6) und beim Einsatz von großen Mähdrescherflotten realisiert und getestet. Dabei kommt dem Wettergeschehen eine zentrale Bedeutung zu, weshalb schärfer differenzierende Vorhersagen mit hoher Zuverlässigkeit eine unabdingbare Voraussetzung darstellen Abbildung 6: Logistik für das Flottenmanagement beim Zuckerrübenanbau Feldrobotik für die Anforderung von morgen Schließlich kann GPS auch zur Automatisierung in der Bedienung der Technik bis hin

5 zur Realisierung fahrerloser Systeme für die Feldbearbeitung eingesetzt werden. Sinnvolle Ansätze sind im sicheren Anschlussfahren bei größeren Arbeitsbreiten, in der zuverlässigen Vermeidung von Überlappungen bei unförmigen Flurstücken, in der Sicherheitstechnik mit gezielter Unterbrechung der Arbeit bei zu starker Annäherung an gefährliche Hindernisse oder mit entsprechender sicher Führung um das Hindernis herum zu sehen. Hingegen sind fahrerlose Systeme als unbemannte Folgefahrzeuge (Drohnen) bei der Feldbestellung und bei der Ernte wenigen Einsatzfällen vorbehalten; es sei denn, diese dienen der Entwicklung kleinerer, leichterer und damit umweltfreundlicherer Einheiten, welche die immer noch anhaltende Entwicklung zur Gigantomanie unterbrechen würden. Schlussfolgerungen und Ausblick Mit der Integration von Elektronik und der Satellitenortung GPS in die Landtechnik wird die Verfahrenstechnik zunehmend verändert, Landbewirtschaftung wird präziser und damit umweltfreundlicher: Die automatische, georeferenzierte Prozessdatenerfassung mit GPS garantiert - dem Landwirt Betriebsführung auf einem neuen Niveau - dem ÜMV leistungsgerechte Entlohnung - dem Konsumenten Herkunftssicherheit - der Gesellschaft (dem Staat) differenzierte Umweltleistungen GPS ermöglicht in der Virtuellen Flurbereinigung strukturelle Veränderungen unter Beibehaltung gewachsener Eigentumsstrukturen mit schneller Anpassung an veränderte Rahmenbedingungen In heterogenen Bewirtschaftungsräumen kann GPS die Teilflächenbewirtschaftung lokale Gegebenheiten berücksichtigen GPS ermöglicht das Flottenmanagement mit verringerten Maschinenkapazitäten und schnellen Reaktionsmöglichkeiten auf veränderte Bedingungen GPS kann in der Feldrobotik die Arbeit erleichtern und wahrscheinlich den immer noch weiter fortschreitenden Prozess zur Gigantomanie stoppen deshalb: GPS ergänzt Landwirtschaft wie kaum eine andere Technik zuvor!

6 Abbildungsnummern Abb. 1: Abb. 2: Abb. 3: Abb. 4: Abb. 5: Abb. 6: Tabellennummern Tab. 1: Tab. 2: 00-2AB-532 Tabelle 2.xls (schon bei Frau Körbitz)