Lenksysteme und Düngung: Stand der Technik und Kosten

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Felix Bauer
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1 Agrar- und Ernährungswissenschaftliche Fakultät Lenksysteme und Düngung: Stand der Technik und Kosten Prof. Dr. Yves Reckleben Fachhochschule Kiel Fachbereich Agrarwirtschaft Fachgebiet Land- und Verfahrenstechnik

2 Anforderungen der Praxis an die GPS-Technologie Anforderungen sind ökonomisch begründet Vermeidung von Mehraufwendungen bei der Arbeit Ziele: > exakt >> bedarfsgerecht >>> zeitnah real-time >>>> wiederholbar >>>>> nachvollziehbar Notwendiges Maß Gute fachliche Praxis Cross Compliance Funktions- und Einsatzsicherheit (jederzeit und überall) Prof. Dr. Yves Reckleben 2

3 Benötigte Ortungsgenauigkeit bei verschiedenen Arbeitsverfahren (Hüter et al. 2007) Prof. Dr. Yves Reckleben 3

4 Einsparpotentiale durch automatische Lenksysteme Streuereinsatz Düngemittel Spritzeneinsatz PSM Grubbereinsatz Einsparung [ ] Fahrgassenbasierte Maßnahmen bringen die größten Effekte ha 300 ha 500 ha 1000 ha Grubber: 25 /ha; PSM: 160 /ha, Ma.-Kost. 7 /ha Einsatzfläche * 5 ÜF; Dünger: 115 /ha, Ma.-Kost. 3 /ha * 4 ÜF Prof. Dr. Yves Reckleben (RKL Schrift 4.1.0, S bis 1224) 4

DGPS-Technik Korrektursignale RTK (2cm) Omnistar HP/ JD Starfire 2 (5-19 cm) Fahrgassen speichern/controlled Traffic nur mit RTK DGPS (Küstenfunk oder EGNOS) (0,2-1m)

5 DGPS-Technik Korrektursignale RTK (2cm) Omnistar HP/ JD Starfire 2 (5-19 cm) Fahrgassen speichern/controlled Traffic nur mit RTK DGPS (Küstenfunk oder EGNOS) (0,2-1m) Autonomes GPS (bis 15m) (geo-konzept, 2010) horizontale Absolutgenauigkeit (95% der Zeit) Prof. Dr. Yves Reckleben Einmalinvestition jährliche Lizenzgebühr kostenfrei 5

6 Spurführung landwirtschaftlicher Maschinen tracking Spurführung hochgenaues GPS: -RTK, -JD Starfire 2, - Omnistar-HP manuell automatisch Lenk-Assistenzsysteme Automatische Lenksysteme Autopiloten Prof. Dr. Yves Reckleben 6 (Fotos: Trimble, 2007)

7 Vergleich Spur zu Spur -Genauigkeit verschiedener Systeme eines Herstellers 15 12,5 Herstellerangaben Messergebnisse (tatsächlich) 12 Genauigkeit in [cm] 10 7, ,5 0 Assistenz System Automatisches Lenksystem Automatisches Lenksystem mit RTK 3,5 2 1,2 Prof. Dr. Yves Reckleben (RKL-Untersuchung, 2007) 7

Flächendeckende RTK-Korrekturdaten (große Hof-Feld Entfernungen) Datenfunk geringe Reichweite um eine Basis-Station (5 bis 20 km) viele Stationen oder mobile Stationen Vernetzung möglich

8 Flächendeckende RTK-Korrekturdaten (große Hof-Feld Entfernungen) Datenfunk geringe Reichweite um eine Basis-Station (5 bis 20 km) viele Stationen oder mobile Stationen Vernetzung möglich Bundesnetzagentur Küstennähe/Nachbarländer Sendeleistung GSM/GPRS (Mobilfunk) flächendeckend verfügbar Vernetzung nötig VBS (Virtual Base Station) möglich weniger Basis-Stationen Überlappung 10 bis 40 % Prof. Dr. Yves Reckleben 8

Möglichkeiten eines RTK-Netzwerkes RTK-Stationen sind ständig mit einem Server vernetzt Fahrzeug/Nutzer meldet sich mit aktueller Position im Netzwerk an bekommt eine für den

9 Möglichkeiten eines RTK-Netzwerkes RTK-Stationen sind ständig mit einem Server vernetzt Fahrzeug/Nutzer meldet sich mit aktueller Position im Netzwerk an bekommt eine für den aktuellen Standort berechnete GPS-Korrektur von den umliegenden RTK- Stationen zurück mit wenigen Stationen hohe Flächenabdeckung Kosten für die Dauer der Anmeldung Prof. Dr. Yves Reckleben 9

Oktober 2010 Trimble AgGPS 442, 1 Hz Aufzeichnungsfrequenz feste Trimble AgGPS 450 RTK-

10 Ergebnisse Vergleich RTK-GPS Korrekturdaten (stationäre RTK vs. RTK Netzwerk) Messung vom 5.6. und 7. Oktober 2010 Trimble AgGPS 442, 1 Hz Aufzeichnungsfrequenz feste Trimble AgGPS 450 RTK- Referenzstation 111 m entfernt (65500 Messwerte) RTK-Netz Ag 3000 Ntrip Modem TD1-Karte, Stationen 44, 50, 102 und 168 km entfernt (63000 Messwerte) Prof. Dr. Yves Reckleben 10

11 Kosten verschiedener Lenk-Systeme (2010) Investitionskosten Assistenz System Automatisches Lenksystem Automatisches Lenksystem mit RTK Automatisches Lenksystem im RTK-Netzwerk Listenpreis [ ] RTK Station [ ] Summe Investitionskosten [ ] jährliche Kosten Afa 5 Jahre [ ] Zinsansatz 6% [ ] Reparaturkosten 5% [ ] jährliche Lizenzgebühr für Satellitenkorrektur [ ] Summe Kosten/Jahr [ ] Ascos PED Flatrate 2800 /Jahr Trimble VRS Now Deutschland unlimited 3000 /Jahr Prof. Dr. Yves Reckleben 11

12 Zusammenfassung Betriebsmitteleinsparungen und damit Effizienzverbesserungen sind möglich Flächendeckende Korrekturdaten sind interessant für: - kleine und große Betriebe - Betriebe mit großer Hof-Feld Entfernung - Lohnunternehmen Herstellerübergreifende Lösungen und Erprobungen sind nötig Vernetzungen von existierenden RTK-Stationen bietet Chance zur Kostensenkung Minutengenaue Abrechnung ist für landwirtschaftliche Anwendungen nötig Prof. Dr. Yves Reckleben 12

13 Stickstoff Düngung mit Sensoren

14 - Messgrößen zur Pflanzenanalyse - Messgrößen zur Pflanzenanalyse -Reflexion - Absorption - Transmission - Fluoreszenz - Biegewiederstand (n.reusch,1998) Viele Sensorsysteme beruhen auf der Ausnutzung elektromagnetischer Strahlung (optische Messgrößen) und messen berührungslos Prof. Dr. Yves Reckleben 14

15 Sensor- und Managementsysteme zur Bestandesführung Pflanzen: - Grünfärbung (Chlorophyll) als Indikator für Nährstoffversorgung - Biomasse als Indikator für Stress (Wassermangel, Krankheit usw.) Die Anpassung der Bewirtschaftung (z.b. N-Düngung, Pflanzenschutz) erfolgt seit jeher nach folgendem Prinzip: > Zustandserfassung Festlegung der Intensität Applikation < Prof. Dr. Yves Reckleben Mapping Systeme (Luft- und Satellitenbilder) Crop Meter Crop Sensor N-Sensor & ALS MiniVeg N Isaria CropCircle Greenseeker offline Systeme (Zeitspanne > 48h) online Systeme (Echtzeit) 15

16 online Systeme Die online Sensor-Systeme Messen-Berechnen und Regeln in einem Arbeitsgang (in Echtzeit). Dafür ist eine Kalibrierung am Feld zum Applikationstermin notwendig: - Festlegung des Düngeniveaus (Standort, Ertragspotenzial, Sorte, EC-Stadium) - Festlegung der Düngestrategie (gut versorgter Bestand viel oder wenig Dünger) - Festlegung der minimalen und maximalen Applikationsmenge ( Regelbereich ) Eine online Sensordüngung ist ohne GPS möglich und erfordert keine Datenvorbereitung zur Ausbringung. Zur Dokumentation der Maßnahme ist ein GPS und nachträgliches Datenmanagement erforderlich. 16

17 - Messgröße vs. Zielgröße - Messgröße Hilfsgröße Zielgröße Reflexion (N-Sensor, ALS, Greenseeker, CropCircle, ISARIA, Crop Sensor) Transmission (N-Tester) variable Fluoreszenz Fluoreszenzemission (MiniVeg N, CropSpec) C Chl, LAI, NDVI C Chl Photosyntheseaktivität Phenole, Mehltau, C Chl Stickstoffversorgung, Biomasse Stickstoffversorgung Befall mit Pilzen Befall mit Pilzen, Stickstoffversorgung (verändert, n.thiessen,2003) Prof. Dr. Yves Reckleben 17

18 Reflektionsspektren eines Weizen Bestandes Prof. Dr. Yves Reckleben 18

19 - Spektralindizes - Typische Spektralindizes IR/R IR/G NDVI SAVI REIP F-Quo. = Infrarot zu Rotverhältnis* = Infrarot zu Grün Verhältnis* = Normalized Difference Vegetation Index* = Soil Adjusted Vegetation Index* = Rede Edge Inflection Point (Wendepunkt) a = Fluoreszenzquotient * = Biomasse a = Chlorophyllkonzentration C Chl, N-Aufnahme Prof. Dr. Yves Reckleben 19

20 Zusammenfassung der Unterschiede Online Systeme Optische Sensoren mit eigener Lichtquelle bzw. Tageslicht Unterschiedliche Blickrichtungen in den Bestand senkrecht schräg Messgrößen (NDVI, N-Aufnahme, Biomasse, Fluoreszens ) Montageort Schlepperdach Frontanbau Erfasste Fläche pro Messintervall Anzahl der genutzten Sensoren Prof. Dr. Yves Reckleben 20

21 Fazit Sensortechnik zur Bestandesführung - Die vorgestellten Systeme offenbaren die natürlich existierende der Bestandesentwicklung. - In der Heterogenität liegen Ursache und Effekt der Teilflächen- Bewirtschaftung, da sie eng mit dem Ertrag korreliert. - Egal welches online System, eine Anpassung der Intensität an den Bedarf der Pflanzen ist ökonomisch und ökologisch sinnvoll. - Eine kontinuierliche Dokumentation ist mit der online Sensorik durch zusätzliche Überfahrten möglich. 21

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