Big Data erlaubt Smart Farming Die Twitter-Kuh oder: M2M revolutioniert die Landwirtschaft

Autor / Redakteur: Gert Pauwels / Ulrike Ostler

Natürlich erwartet man High-Tech in der Stadt. Bei Landwirtschaft hingegen sehen viele immer noch den Traktor, der langsam über die Felder tuckert, oder die Tiere im Stall oder auf der Weide. Weit gefehlt.

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Die SMS-sendende Kuh sorgt auch in Wirtschaftsmedien für Schlagzeilen.
Die SMS-sendende Kuh sorgt auch in Wirtschaftsmedien für Schlagzeilen.
(Bild: Orange)

Die steigende Nachfrage nach Lebensmitteln hat auch die Gestehungskosten nach oben getrieben – vor allem die Preise von Rohstoffen und Energie. Gleichzeitig sinken die Preise, die Landwirte für ihre Produkte erzielen können – zumindest in der konventionellen Landwirtschaft. Effiziente Produktion und Ertragssteigerung rücken damit in den Vordergrund.

Gezwungenermaßen sind Landwirte heute oft Technik-Spezialisten, die ihren Betrieb mittlerweile auch über mobile Geräte steuern. In immer größerem Maße steigen dabei Genauigkeit, Relevanz und Kontrolle. Überwacht wird nicht etwa nur der Markt oder das Funktionieren von Maschinen.

Vor allem Umweltbedingungen wie Bodenbeschaffenheit, Feuchtigkeit oder die Befindlichkeiten von Nutztieren werden kontrolliert. Machine-2-Machine Module setzen hier neue Maßstäbe und helfen den Landwirten, ihre Gewinne zu halten oder zu steigern, und dabei noch den Überblick über die Produktion zu behalten.

Das ganze Equipment unter Kontrolle

Bestandskontrolle beispielsweise für Tanks oder Funktionskontrolle von Maschinen ist für eine Branche, die in engen Zeitfenstern für Pflanzung oder Ernte agieren muss, essenziell. Sowohl das Gerät selbst als auch sein korrektes Funktionieren und seine Leistung werden über M2M Sensoren überwacht.

Mit Hilfe von GPS und WLAN Verbindungen kann der Maschineneinsatz vielfach remote kontrolliert und optimiert werden. Um eine höhere Genauigkeit zu erzielen, nutzt man zusätzlich Korrekturdaten, die über GPRS auf die arbeitenden Geräte überspielt werden. Der Landwirt hat alles auf dem Monitor, kann das Equipment steuern und den Einsatz termingerecht und in Übereinstimmung mit den Rahmenbedingungen planen. Jede Abweichung vom Soll wird registriert und löst einen Alarm aus. Auch Manipulation oder Diebstahl wird über Alarmfunktionen der Riegel vorgeschoben.

Automatische Lenksysteme unterstützen die Fahrer landwirtschaftlicher Maschinen bei der Einhaltung von Fahrspuren. Die dabei zugleich erfassten Bodenkennzahlen helfen dabei, ortsspezifisch zu düngen oder zu säen.

Sensoren machen’s möglich

Auch der Zeitpunkt des Gerätebetriebs kann automatisch über Sensoren gesteuert werden. So schaltet sich beispielweise eine Wasserpumpe nicht nur ab einem bestimmten Wasserstand ein, sondern auch dann, wenn sich durstige Nutztiere nähern. Die Regeln dafür werden über eine mobile oder PC-basierte Schnittstelle vorgegeben.

Darstellung des Prinzips "Precision Farming"
Darstellung des Prinzips "Precision Farming"
(Bild: www.landwirtschaft.sachsen.de)
Über Sensoren festgestellter Feuchtigkeitsgehalt im Boden, ermöglicht die gezielte und sparsame Bewässerung. Wasser und Energie werden auch durch die Überwachung und Steuerung von Temperatur und Sonneneinstrahlung in Gewächshäusern eingespart. Über Smartphone wird hier Beschattung und Belüftung reguliert – das spart Arbeitszeit, vor allem nachts und an Wochenenden.

Ein weiteres Beispiel für nahtlose Überwachung betrifft Schüttgut-, Getreide- oder Futtersilos. Dabei können neben der Füllmenge auch Parameter wie Temperatur oder Feuchtigkeit erfasst werden. Verbrauchsdaten werden aufgezeichnet und über GSM/GPRS Mobilfunknetze wird automatisch ein Alarm ausgelöst, wenn eine Abweichung vom vorgegebenen Soll-Zustand eintritt. Schädlingsbefall und Fäulnisprozesse sind dank Früherkennung leichter in den Griff zu bekommen.

Optimierung des Düngemitteleinsatzes

Mehr als andere Wirtschaftsbereiche ist die Landwirtschaft abhängig von Rahmenbedingungen wie Wetter (Windgeschwindigkeit, Sonneneinstrahlung, Luftdruck, Feuchtigkeit/Regen) oder Schädlingsbefall. Diese Parameter bestimmen den Zeitpunkt der Aussaat und der Ernte, der Bewässerung sowie Menge und Art des Pestizid- oder Düngereinsatzes.

Wie bewegt sich Wasser innerhalb eines Feldes? Wie sehen die Kohlenstoff- und Stickstoff-Zyklen aus? Darauf geben Sensoren im Boden die Antwort. Sie bestimmen die Feuchtigkeit und den Nährstoffgehalt und veranlassen die notwendige Bewässerung oder Düngung – ohne die tägliche Arbeit zu beeinträchtigen.

Werden darüber hinaus noch andere Daten wie Wettervorhersagen, Frost- und Sturmwarnungen eingebunden, hat der Landwirt schon weitgehende Planungssicherheit. Mit Hilfe von IP-basierten Kameras können Farmer Wachstum und Gesundheit der Pflanzen bestimmen, dem Unkraut auf der Spur bleiben und trotzdem ihre Präsenz auf den Feldern einschränken.

Das Big Data-Interface zum Boden

Zim Plant Technology stellt magnetische Sensoren her, mit denen Pflanzen quasi sprechen lernen.
Zim Plant Technology stellt magnetische Sensoren her, mit denen Pflanzen quasi sprechen lernen.
(Bild: http://www.zim-plant-technology.com/?Home)
Die Industrie arbeitet derzeit an geschlossenen Automatisierungszyklen, die von der umfassenden Datensammlung bis hin zur automatischen Konsequenz daraus alle Bereiche umfassen. Ein erster Schritt in diese Richtung ist „Smartdust“. Es wurde als RF-basiertes Netzwerk aus kleinsten drahtlosen micro-elektromechanischen Systemen wie Sensoren, Robotern oder anderen Geräten erdacht und misst so gut wie alles: Licht, Temperatur, Erschütterungen, aber auch chemische Zusammensetzungen.

Mit Saatmaschinen werden die Systeme im Boden angebracht und bilden so von Anfang an eine „Schnittstelle zum Boden“. Die Echtzeit-Informationen bringen Erkenntnisse über biologische Aktivitäten bis zur Zell- und Molekülebene. Der Preis jedoch verhindert den Masseneinsatz und die umfassende wirtschaftliche Verwertung.

Animal-to-Machine: Die jüngste Dimension

Aufzeichnung von Kaubewegungen einer Kuh mithilfe eines "MSR Spezial Datenlogger"
Aufzeichnung von Kaubewegungen einer Kuh mithilfe eines "MSR Spezial Datenlogger"
(Quelle: MSR)
Die vielleicht größte Aufmerksamkeit findet der Einsatz vom M2M Technologie in der Viehwirtschaft. Überwacht wird jede Art von Nutztier, von Geflügel bis hin zur Kuh.

Doch meist beschränkt sich diese Überwachung auf die Kontrolle des Umfeldes, etwa des Stalls in Bezug auf verschiedene Parameter. Das Bewegungsmuster, das Fressverhalten oder die Reaktion auf Umweltfaktoren werden ebenso gemessen wie die die Eiergröße in Geflügelfarmen oder die Futterverwertung.

Für Schlagzeilen hat die SMS-sendende Kuh gesorgt – das Pilotprojekt mit 5.000 Höfen in Europa gilt als Benchmark für die M2M Technologie. Im Konzept der Firma Medria lesen Datensammler an Schlüsselstellen, sei es auf dem Feld oder an Laufwegen die Vitaldaten der überwachten Tiere aus, die von speziellen, an oder in der Kuh angebrachten Sensoren mittels Nahfunk-Signalen übertragen werden.

Die SMS-Kuh und das Dokumenten-Schwein

Ziel ist es, das enge Brunftfenster der Tiere schnell zu erfassen oder auch festzustellen, wann die Geburt des Kalbs einsetzt. Weicht das Verhalten oder die Körpertemperatur der Kuh von den vorgegebenen Regeln ab, so wird automatisch eine SMS ausgelöst damit Veterinär oder Landwirt zeitgenau aktiv werden können.

Gesammelt stehen diese Daten zusätzlich über eine Internetplattform zum Abruf bereit. Angeblich produziert eine Kuh pro Jahr 200 MB Daten – doch manches mag nicht nur zur Produktionssteigerung beitragen – so twittern beispielsweise Kühe in Kanada über ihre Milchproduktion.

Auch freilaufende iberische Schweine senden Informationen über ihr Befinden und ihre Position an die Produzenten des berühmten Schinkens. Dies verhindert nicht nur die Ausbreitung von Krankheiten und erleichtert das Einfangen der Tiere, die Züchter können so auch die vorgeschriebene spezielle Haltung für die Zertifizierung dokumentieren.

Die Technologie dahinter

M2M liefert eine Menge Rohdaten für Big-Data-Analysen.
M2M liefert eine Menge Rohdaten für Big-Data-Analysen.
(Bild: http://de.slideshare.net/orangebusiness/orange-business-live-2013-m2-m-breakout)
Die Basis all dieser Anwendungen sind eine stabile und verfügbare Mobilfunkverbindung und M2M SIMs. Roaming ermöglicht es, die Dienste mehrerer Mobilfunkanbieter in Anspruch zu nehmen.

Sollte das GSM-Netz nicht ausreichen, so bietet sich der Einsatz der 868 Megahertz-Technik im Schmal- und Breitbandbereich an. Gut funktioniert M2M allerdings nur, wenn Netzwerkverbindung, Applikationen und deren Integration reibungslos funktionieren.

Um für jeden Anwendungsfall auch die richtige M2M Applikation entwickeln zu können, betreibt Orange ein eigenes Internationales M2M Center (ICM) in Brüssel. Hier werden M2M Projekte von Anfang an geplant, aufgesetzt, getestet und schließlich auch im laufenden Betrieb für die Kunden verwaltet. Die unterschiedlichsten Sensoren und Messvorrichtungen können mit reinen M2M Modulen über digitale, analoge oder serielle Schnittstellen verbunden werden.

Egal welcher Gerätetyp im Feld eingesetzt wird: Er muss hohen Ansprüchen in Richtung Stoß- und Wasserfestigkeit erfüllen. Häufig sind dies RFID Systeme, bestehend aus Transpondern und Lesegeräten.

Letztere bestehen aus einem Hochfrequenzteil, einem Kontrollmodul mit Schnittstellen und einer Antenne oder Spule. Der Transponder ist meist eingekapselt und bezieht seine Energie aus einem Kondensator. Er wird bei Tieren extern oder intern angebracht und kann mit einem Sensor ausgestattet sein.

Cool und technologisch wegweisend

Noch wird M2M in der Landwirtschaft von den relativ hohen Kosten für Sensoren und Chips gebremst. Doch die Szenarien reichen bereits weit. Thomas Frey, Executive Director und Senior Futurist beim DaVinci Institute, sieht die Welt der Konsumenten mit der der Produzenten so eng zusammenwachsen, dass automatisch und fast in Echtzeit den – ebenfalls durch Sensoren festgestellten – Bedürfnissen der Käufer entsprochen werden kann.

Das Konzept des Vertical Farming zeichnet ein Science Fiction-ähnliches Szenario mit hochproduktiven vertikalen Silos und Treibhäusern, die oberirdisch und unterirdisch vollautomatisch mit Robotertechnologie bedient werden.

Angefangen mit Präzisionslandwirtschaft und getrieben von einem steigenden Bedarf an Lebensmitteln wird der Agrarbereich dabei zum Technik-Vorreiter und das Berufsbild des Landwirts ändert sich radikal. Bereits heute sieht Frey Farming als den „coolsten Beruf der Welt“.

Der Autor Gert Pauwels ist auch in Twitter zu finden.: @PauwelsGert
Der Autor Gert Pauwels ist auch in Twitter zu finden.: @PauwelsGert
(Bild: Gert Pauwels)

Der Autor:

Gert Pauwels ist Marketing Director M2M Center bei Orange Business Services.

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