Automatisierung der Pflanzenbonitur sowie visuelle Klassifizierung

Derzeit nehmen die Erhebung und Erfassung der Daten durch physische Inspektionen der Parzellen bzw. Test- oder Anbauflächen einen hohen Personal- und Zeitaufwand in Anspruch.
Die Arbeit im Feld ist auch mit körperlichen Anstrengungen verbunden und wird durch Wetterbedingungen (Sonneneinstrahlung, Wind, Regen, Nebel etc), chemische Belastungen sowie eventuelle Allergien weiter erschwert.
Die Standardisierung der Bonituren ist herausfordernd, da die Beobachtungen und Bewertungen zwar durch geschulte Personen erfolgen, subjektive Verzerrungen allerdings nicht vollständig ausgeschlossen werden können.
Weiters ist die Durchführung der Bonitur sehr ressourcenintensiv, da diese in der Vegetationsphase (je nach Fachbereich 3-4x/Woche) stattfinden muss. Voraussetzung hierfür stellen entsprechende Einschulungszeiten dar, welche zusätzliche Personal-Ressourcen als auch Zeitressourcen benötigen.
Bisher verwendete Geräte sind ein Messgerät für Erfassung der Pflanzenhöhe sowie die Fähigkeiten der autorisierten Personen, welche die Aufnahmen der Daten sowie Bewertungen durchführen.

Im Bereich Pflanzengesundheit ist zusätzlich eine schnelle Erkennung von Veränderungen im Pflanzenbestand notwendig. Eine standardisierte und automatisierte Erhebung verschiedener Werte zur Pflanzengesundheit (Photosynthese-Index, Farbverschiebungen, Trockenstress etc.) kann eine rasche Erfassung von Pflanzenkrankheiten bzw. dem Auftreten von Schadinsekten im Feld ermöglichen. Wodurch rechtzeitig Kontrollmaßnahmen gesetzt werden können.

Idealerweise erfolgt die Aufnahme der Bonitur bzw. Erhebung der Pflanzengesundheitswerte automatisiert, wobei die verantwortliche Person in Beobachtung der Aufnahmen der Maschine fungiert. Bestenfalls stellt diese eine enorme körperliche Arbeitserleichterung dar (z.B. bei der Messung der Wuchshöhe, bei der Zählung der Pflanzenanzahl pro m² etc). Plausibilitätstests sollen stichprobenartig vor Ort möglich sein, um die Qualität der Aufnahmen direkt vor Ort beurteilen zu können.

Die Mindestanforderungen (Muss-Kriterien) an diese Technik sind folgende:

• Da die Erfassung der Pflanzen-Daten im nicht-wettergeschützten Bereich (outdoor) erfolgt, ist die Nutzung der Hardware von ständiger Wetterfestigkeit, mobiler- sowie offline-Nutzbarkeit geprägt

• Erkennung der Kulturpflanze durch ein Kamerasystem sowie den Bestand auf einer definierten Fläche „auszählen“ bzw. abzuschätzen (Pflanzenzählung)

• Feststellung der Pflanzenbestandsdichte

• Erfassung der Wuchshöhe der gemessenen Kultur (diese ist je nach untersuchter Kultur sehr unterschiedlich; von einigen cm bis ca. 3m Höhe bei Mais)

• Erfassung des Blühzeitpunktes einer Kultur

• Pro Kultur können mindestens fünf bis 10 Pflanzenmerkmale als „Mindestkriterien“ erfasst werden (dies ist notwendig, um die Bestimmbarkeit bspw. der Sorte oder der nicht sortenidenten Pflanzen festzulegen)
  o Farbe
  o Form (z.B. Form der Ähre pyramidenförmig)
  o Haltung (z.B. Haltung der Ähre aufrecht oder hängend)
  o Anzahl der Seitenäste

• die Möglichkeit der Ausbringung von Nützlingen im Feld

• Lokalisierung von Einzelpflanzen bzw. Erfassung mittels GPS-Daten (z.B. direkte Lokalisierung bei der Aussaat) sowie die Möglichkeit der Verarbeitung von GPS-Daten

• Erkennung und Unterscheidung von Pflanzenarten (Kulturen voneinander, Fremdbefruchter und Beikraut etc)

• Erkennung und Unterscheidung von Sorten einer Kulturart (bspw. Kulturart Weizen, Sorte Josef, Sorte Philipp)

• Unterscheidung zwischen Kulturbeständen (z.B. Abstände zu anderen Kulturarten erkennen)

• Durchführung einer Bonitur nach vorgefertigten Routen im Pflanzenbestand bzw. Erfassung einer bestimmten Fläche oder mehrerer Teilflächen innerhalb eines Feldes

• Visuelle Fernbewertung der Pflanzengesundheit (z.B. Infrarotspektren, Photosynthese Index
  NDVI)

• Erfassung von Veränderungen des Pflanzenbestandes (Trockenstress, Wasserstress, Fraßschäden, etc.)

Erweiterte Anforderungen (= Soll-Kriterien) stellen dar:

• Schnelle Bestanderhebung auch nach Schadenseintritt z.B. Schäden durch z.B. Pilze / Insekten / Fraßschäden, Boden- und Blattbeschaffenheit festhalten nach Trockenheit oder Starkregenereignissen
  Hinweis: Wetter verändert den Bestand und das Aussehen (z.B. bei Nebel, Regen, Wind, Wolken und Sonneneinstrahlung wegen Schattenbildung)

• Wiedererkennung von sogenannten „Abweichern“ (nicht sortenidenten Pflanzen) bei einer späteren zu wiederholenden Bonitur (Identifikation eines Datensatzes im echten Feld)

• es sind bis zu 30 Merkmale pro Kultur verfügbar, welche nach Entwicklungsstadium der Pflanze nur zu spezifischen Zeitpunkten ersichtlich sind

Hinweise:
Es sind über 60 Kulturarten über die AGES zu identifizieren.
Es wird angestrebt, möglichst wenig Eingriff in den Bestand bzw. die angebauten Kulturen zu erreichen (großteils ist eine „Durchfahrt“ zwischen den Pflanzen gar nicht möglich).
Etwaige Rechtliche Vorgaben sind zu berücksichtigen.

Als Nicht-Ziele wurde folgendes definiert:

• Grenzwertcheck erfolgt in AGES Systemen und ist daher ein Nichtziel im gesuchten System (= z.B. Prüfung der Sortenreinheit durch bestimmte Merkmale)

• Es ist keine manuelle Probenahme durch das System erforderlich

• Weiters sind keine manuellen Pflegemaßnahmen durch das System erforderlich (wie z. B. Unkrautmanagement)

• die Schaffung eines abhängigen Systems durch welches die AGES einer laufenden Betreuung durch den Lieferanten bedarf (es wird Autarkie in der Bedienung des neuen Systems angestrebt)

Die AGES ist auf der Suche nach einem Tool, welches die Datenerhebung in einer Pflanzenbonitur und einer darauffolgenden Datenanalyse möglichst ressourcenschonend und minimalinvasiv durchführen kann.

Neben einer Automatisierung der Bonitur soll ebenso die körperliche Arbeitsbelastung reduziert werden, indem die Anwendung der Technik gewisse wiederholende Arbeiten selbständig durchführt, wobei der Mensch immer die Kontrolle haben muss.

Eine effiziente Datenerfassung (Erkennung, Zählung, Erfassung von Pflanzen-Merkmalen sowie Schadenserkennung) sind dabei Mindestanforderungen.

Da die Erfassung der Pflanzen-Daten im nicht-wettergeschützten Bereich (outdoor) erfolgt, ist die Nutzung der Hardware von ständiger Wetterfestigkeit. mobiler- sowie offline-Nutzbarkeit geprägt.
Erweiterte Funktionen: Das System soll in der Lage sein, Pflanzenarten zu erkennen, Abweichungen vom Standard zu identifizieren und Besichtigungsvorgaben nach bestimmten Normen durchzuführen.

Jedenfalls gewünscht ist eine umfassende Darstellung des Tools und dessen notwendigen Voraussetzungen, damit diese in den laufenden IT-Betrieb der AGES integriert werden können.

Ergänzt werden Informationen zu Referenzen bzw. Erfahrungswerten über bisherige Projekte in der Bilderfassung und -interpretation. Weiters interessiert die Auftraggeberin, ob es Möglichkeiten eines Proof of Concept (PoC) geben kann.

Vervollständigt werden die Unterlagen durch ein Konzept, welches die Service-Bedingungen, Wartung als auch Support bei Ausfällen beschreibt.