Technik   11. Septeber 2020

So sieht die Unkrautbekämpfung von morgen aus

Kameras, Algorithmen, Drohnen und Co.: Intelligente Technik kann Unkrautbekämpfung effizienter machen. Wir erklären, wie das funktioniert, woran John Deere gerade arbeitet und warum der Landwirt nach wie vor die entscheidende Rolle spielt.


Text: Steffen Beck / Bilder: John Deere

Ein John Deere Spritzer fährt über das sehr gepflegte Feld

John Deere hat bereits hochpräzise Spritzentechnologien entwickelt.

Jeder Landwirt weiß, dass Unkraut verteilt über eine bestimmte Fläche wächst. Doch mangels geeigneter Technologien wird derzeit das gesamte Feld flächendeckend gespritzt. Eine effiziente technische Lösung muss daher auf drei Bereiche eingehen: Unkraut erkennen, über Art und Menge der Behandlung entscheiden und schließlich behandeln. Aus diesem Prinzip von „Erkennen und Handeln“ können sich für den Landwirt erhebliche Vorteile in Form von höheren Erträgen und geringeren Betriebsmittelkosten ergeben.

Die Umwelt profitiert von einem geringeren Chemikalieneintrag. Außerdem sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass sich bei den Unkräutern Resistenzen entwickeln. „Erkennen und Handeln“ ist ein Prinzip, das in einer Vielzahl von Produktionssystemen eine Rolle spielt, und neue Verdienstmöglichkeiten für die Landwirte sowie positive Umwelteffekte erschließt.

Unkraut zuverlässig erkennen

Die verfügbare Technologie kann relativ einfach zwischen grünem Unkraut und braunem Boden unterscheiden. Eine Weiterentwicklung besteht darin, in Reihenfrüchten wie beispielsweise Mais, auch Unkraut zwischen den Reihen zu erkennen. Besonders schwierig zu erfassen sind derzeit allerdings Unkräuter, die innerhalb einer Reihe zusammen mit der Kulturpflanze stehen. Um das volle Potential dieser Technologie auszuschöpfen, muss sowohl das Unkraut zwischen als auch innerhalb der Reihen erkannt und behandelt werden.

Genau darin besteht aber auch die größte Herausforderung. Einige Unkrautpflanzen weisen dasselbe morphologische Erscheinungsbild wie die Feldfrucht auf, sodass sie schwer auszumachen sind. So ist es im frühen Wachstumsstadium schwierig, Ungräser von Getreide zu unterscheiden. Je größer die Ähnlichkeiten sind, desto schwieriger wird die Erkennung des Unkrauts. Und umso anspruchsvoller ist die Aufgabe, eine technische Lösung zu entwickeln, die die komplexen Anforderungen an Kamera, Sensor und Algorithmus erfüllt.

Daher hat John Deere einen sehr leistungsfähigen Computer entwickelt, der über die erforderliche Widerstandsfähigkeit für den Einsatz in der Landwirtschaft verfügt, und in Zukunft an einem Spritzgestänge angebracht werden kann. Dadurch wird es möglich sein, ein Bild aufzunehmen, innerhalb weniger Millisekunden dessen Daten zu verarbeiten, eine Entscheidung zu treffen und deren Umsetzung zu veranlassen und auszuführen – und so die Aufrechterhaltung der Produktivität sicherstellen.

Ein Bild aus der Kameraansicht auf der man sehen kann, wie das System eine Pflanze von einem Unkraut auf dem Feld unterscheidet

Feldfrucht oder Unkraut? Die Entwicklung moderner Systeme ermöglicht eine automatische Pflanzenklassifikation zur Entscheidung über die weitere Vorgehensweise.

Datenerfassung in Echtzeit oder zeitlich versetzt

Wie komplex eine technische Lösung letztlich ausgestaltet sein muss, entscheidet auch die Wahl des technologischen Ansatzes: online oder offline. Die sogenannte Echtzeiterfassung (online) bietet den großen Vorteil, dass Datenerhebung und Pflanzenbehandlung verzögerungsfrei erfolgen. Die Bedingungen im Feld wie z. B. Staub, Feuchtigkeit, Wind oder Bewegungen des Spritzgestänges stellen aber erhebliche Anforderungen an die Kamera und das Sensorsystem, und erschweren daher die Umsetzung dieses Ansatzes.

Beim Offline-Ansatz wird das Feld dagegen zuerst gescannt, beispielsweise mit einer Drohne oder in Zukunft sogar mit einem Satelliten. Eine Herausforderung stellt allerdings die Auflösung der Bilder dar. Die Daten können mit Hilfe eines relativ einfachen cloud-basierten Systems gründlich analysiert werden. Der benötigte Zeitaufwand birgt allerdings die Gefahr, dass sich bei der Umsetzung der Handlungsempfehlung die Situation im Feld bereits verändert hat.

Der Entscheidungsprozess

Ist das Unkraut erkannt, stellt sich die Frage, was der Landwirt damit macht. Üblicherweise entscheidet er über das Herbizid und die Aufwandmenge. Je mehr Faktoren – wie beispielsweise die Art des Unkrauts, die Feldfrucht, die Fruchtfolge, der erwartete Ertrag, das Wetter, die Kosten für Pflanzenschutzmittel oder Teilflächen innerhalb eines Feldes – jedoch berücksichtigt werden, umso komplexer wird zwar die Entscheidungsfindung, gleichzeitig steigt aber auch das Einsparpotential. In diesem Prozess wird der Landwirt auch in Zukunft eine zentrale Rolle übernehmen. John Deere verfügt bereits heute über zahlreiche Lösungen, die ihn dabei unterstützen können.

Ein Bild, das zeigt, wie das System eine Pflanze von einem Unkraut auf dem Feld unterscheidet.

Die grünen Stellen zeigen, wo das Feld mit Chemikalien besprüht wurde.

Unkrautbekämpfungstechnologien

Die ExactApplyTM Technologie ermöglicht bereits heute eine präzise Anwendung von Pflanzenschutzmitteln und kann die Mittelkosten um bis zu 5 % senken. Die in der Entwicklung befindliche Technologie mit dem Fokus auf „Erkennen und Handeln“ wird eine exakte und teilflächenspezifische Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln ermöglichen. Das Einsparpotenzial wird auf 50 bis 90 % geschätzt.

Mit der Übernahme von Blue River Technology im Jahre 2017 hat John Deere sein Engagement verdeutlicht, in Präzisionsausrüstung zu investieren. Blue River Technology setzt seine erfolgreiche Entwicklungsarbeit im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) fort – mit dieser Technologie „lernt“ die Maschine, während sie sich fortbewegt. Zusätzliche Kameras stellen sicher, dass die Ausführung wie gewünscht erfolgt, und eine Selbstoptimierungsfunktion sorgt dafür, dass die Maschinenleistung kontinuierlich verbessert wird.