Article in yearbook 2023

Plant Protection, Fertilizing and Irrigation More Digital, more Autonomous, more Selective - Trends in Crop Protection Technology

Abstract:

At this year's Agritechnica, only a few completely new products were shown in the field of crop protection equipment. However, a closer look shows that there are a few innovations. Many products have been improved on a small scale, with a particular focus on interfaces and digital connections that support the user in their work. When it comes to chemical plant protection, there are numerous innovations in the areas of spot spraying and selective individual plant treatment in particular.

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Long version

Drohnen

Die Firma Da-Jiang Innovations Science and Technology Co., Ltd. stellte bei ihrer ersten Agritechnica ihre neue Agrardrohne Agras T50 für die Behandlung von größeren Flächen vor. Die Sprühkapazität beträgt, wie bei der T40 Serie weiterhin maximal 40 kg, für die Aussaat kann das UAV mit bis zu 50 kg Saatgut pro Flug beladen werden. Laut DJI soll die Drohne ca. 21,3 Hektar pro Stunde behandeln können. Für kleinere Flächen wird die Agras T25 ebenfalls in Deutschland erhältlich sein. Mit einem Leergewicht von nur 25,4 kg und einem startbereiten Gewicht von 32 kg (mit Akku) ist sie für den Ein-Personen-Betrieb konzipiert. Die T25 bietet eine Ladekapazität von 35 Litern und kann entweder mit bis zu 20 kg Sprühmittel oder mit bis zu 25 kg Saatgut befüllt werden. Neben der Behandlung ist es möglich die Drohnen, die mit einer schwenkbaren hochauflösenden Kamera ausgestattet sind, für Mappingaufgaben zu nutzen und eine 2D (Feld) oder 3D Karte (Obstanlage) zu erstellen und Objekte, z.B. Einzelbäume zu erkennen (auch direkt auf dem Feld möglich) [1]. Daneben wurde das Kartierungssystem Mavic 3M erstmals in Europa gezeigt und auch das Relay Modul war vorher in Europa nicht erhältlich. Es handelt sich hierbei um einen Signalempfänger, der die Übertragung zwischen kompatiblen DJI Agras-Drohnen und der Fernsteuerung effektiv verlängern und verstärken kann und den Betrieb über größere Entfernungen und in komplexeren Umgebungen ermöglicht [2].

Robotik mit integrierter Pflanzenschutztechnik und autonome Fahrzeuge

Elektrisch angetrieben

Der schon bekannte Farmdroid kann jetzt auch mit einer Anlage zum Spot Spraying ausgerüstet werden. So kann bei Bedarf der Randbereich direkt um die Pflanze behandelt werden. Damit erweitert sich das Unternehmen von seiner Ausrichtung auf organischen Anbau um den integrierten Anbau, in dem hohe einsparpotenziale für Pflanzenschutzmittel liegen [3]. Daneben ist der FD20 jetzt auch mit 2 Fronträdern erhältlich (siehe Bild 1). Diese Option ist für den Beetanbau gedacht und schafft die Möglichkeit einer zusätzlichen Pflanzenreihe, da die zusätzliche Spur durch das mittige Frontrad entfällt [4].

Der Robot One von Pixelfarming eignet sich für großräumige und artenreiche Umgebungen. Zehn steuerbare Arme können mit verschiedenen Werkzeugen ausgestattet werden und sind unabhängig voneinander in Reihenbreite und Arbeitstiefe und bis zu 2 Millimeter genau verstellbar. Dies ermöglicht eine pflanzenspezifische Pflanzenbehandlung. Da das Gerät für den organischen Anbau bzw. für den Übergang dazu konzipiert ist, gibt es keine Pflanzenschutzsprühtechnik. Unkraut wird mit einem Greifer, einer Hacke, oder einem Laser (je nach Konfiguration der Maschine) entfernt. Grundsätzlich wäre das Gerät, mit seinen einzeln anzusteuernden Armen aber in der Lage einen Düsenträger auszurichten. Der rechteckig aufgebaute Grundkörper kann in längs- als auch in Querrichtung arbeiten und deckt damit alle gängigen Beetbreiten von 3,5 m bis 1,8 m ab. Um das Gerät zukunftssicherer zu machen, ist das System so aufgebaut, dass auch zukünftig erhältliche Hardware und Funktionen nachgerüstet werden können. Robot One ist in der Lage, Pflanzen zu erkennen und zu klassifizieren und mithilfe von Computer Vision eine 3D-Tiefenkarte des Geländes zu erstellen (siehe Bild 2). Mithilfe von vier stereoskopischen Tiefenkameras und prädiktiven Pflanzenwachstumsmodellen kann Robot One jeden einzelnen Arm millimetergenau bewegen und so nah wie möglich an die Pflanze herankommen, ohne sie zu beschädigen [5].

Bild 1: Farmdroid FD20 in der DFW (double front wheel) Version [3].

Figure 1: Farmdroid FD20 in the DFW (double front wheel) version [3].

Bild 2: Robot One beim Scannen (vorne) und Kartieren (hinten) einer Feldfläche [4].

Figure 2: Robot One while scanning (front) and mapping (back) a field plot [4].

 

Der Feldfreund von Zauberzeug entstand aus einem Forschungsprojekt und kann neben den erhältlichen Anbaugeräten für mechanische Unkrautbekämpfung auch mit Geräten von Dritt­anbietern ausgerüstet werden [6]. Da die Software OpenSource ist und alle Schnittstellen offen liegen, eignet sich dieser Roboter mit Raupenlaufwerken vor allem für den Prototypenbau und die Integration von Komponenten verschiedener Herkunft.

Autonome Traktoren

Daneben wurden autonome Träger und Zugfahrzeuge von Kubota (MR1000A Agri Robo KVT, auch manuell fahrbar) und Kuhn (Karl, vollautonom) vorgestellt, die in Zukunft auch Pflanzenschutzaufgaben übernehmen sollen. Zudem wurde der Prototyp eines autonom fahrenden Claas Xerion auf Raupenlaufwerken präsentiert [7].

Kombination von mechanischer Unkrautbekämpfung und Spot Spraying

Mit dem Spray-ING ProRow-X - Präzisions-Spotsprayer für das Hackband und der InRow-ING - Selektivhacke mit künstlicher Intelligenz und vollelektrischem Werkzeugantrieb hat Farm-ING Smart Farm Equipment GmbH hier eine neue Kombination mit 2,5 cm Düsenabstand präsentiert. Der Spray-ING FullCover-X - Präzisions-Spotsprayer deckt hier neben einer möglichen Spotapplikation auf 2,5 x 2,5 cm (Herbizide) auch Vollflächenbehandlungen (Insektizide, Fungizide, Herbizide, Wachstumsregler) ab [8].

Teilbreitenschaltung

Für Besitzer von Spritzen ohne Teilbreitenschaltung bietet Homburg Holland eine neue Variante der bekannten Smart Control mit Smart CONTROL USC an. Durch die Übersetzung von ISOBUS Signalen in CAN, serielle Steuerbefehle, oder direkt über 12V Signale wird hiermit eine Teilbreitenschaltung bzw. deren Nachrüstung ermöglicht. Durch die Hinzufügung von I/O-Modulen kann dieses System nun bis zu 48 Sektionen mit einem 12V-Signal steuern. Jedes dieser I/O-Module kann bis zu 8 Sektionen direkt steuern und liefert bis zu 3A pro Sektion. Die Konnektivität von Smart Control USC mit dem Traktor wird durch einen ISOBUS IBBC-Anschluss ermöglicht. Außerdem ist das System mit fast jedem ISOBUS VT-Display kompatibel, das über TC (TaskController)-Fähigkeiten verfügt [9].

Selektive Unkrauterkennung und -bekämpfung

Dammann präsentiert mit dem Green-Smart-Spraying ein komplettes System zur Erkennung und selektiven Behandlung von Unkräutern. Hierbei wurde das One Smart Spray System von Bosch/BASF in die Dammann Tracs integriert. Das intelligente System ist in der Lage, vor und nach Ausbringen der Saat („Grün auf Braun“ sowie „Grün auf Grün“), auch sehr kleine Unkräuter (6 mm x 6 mm) zu erkennen, von Kulturpflanzen zu unterscheiden und in Echtzeit über den idealen Einsatz zu entscheiden. Dank integrierter Lichtmodule (siehe auch Bild 3) ist das System unabhängig von der Tag- und Nachtzeit einsetzbar [10].

Von der Optronia GmbH gibt es mit PlantSens ein ähnliches System, das auch, tageszeitunabhängig, mit „Grün auf Braun“ sowie „Grün auf Grün“ Erkennung arbeitet. Das System soll 2 cm² große Pflanzen noch bei 25 Km/h in Echtzeit erkennen können und arbeitet sowohl horizontal als auch vertikal, und kann damit auch in Raumkulturen genutzt werden [11]. Beide Systeme können bei der Überfahrt auch eine Kartierung vornehmen, die für weitere Planung des Unkrautmanagements (Dammann, direkt in der Ackerschlagkartei) oder der Bewertung des Pflanzenwachstums (PlantSens) herangezogen werden können.

Bild 3: Green-Smart-Spraying Funktion [10].

Figure 3: Green-Smart-Spraying Function [10].

Pflanzenschutztechnik in Sonderkulturen

Physikalischer Pflanzenschutz

Für eng gesäte und empfindliche Kulturen (z.B. Möhren) im Keimblattstadium hat K.U.L.T. Kress Umweltschonende Landtechnik GmbH in Zusammenarbeit mit SIA WeedBot den K.U.L.T.aiLaser entwickelt. Kleinste Unkräuter werden erkannt und mittels Laserstrahl abgetötet. Hierdurch wird ein Handjäten unnötig. Optische Sensoren erfassen fortlaufend Bilder des Pflanzenbestandes. Diese Bilder werden mittels künstlicher Intelligenz (AI) analysiert. Die Kulturpflanze wird erkannt und von den Beikräutern unterschieden. Anschließend werden alle unerwünschten Arten gezielt und mit chirurgischer Präzision durch die Hitze des Lasers denaturiert (siehe Bild 4) [12].

Bild 4: Ablauf von Bildaufnahme (links), Pflanzen- (grün) und Beikrauterkennung (rot) und Laserzielbestimmung (rot schraffiert) beim K.U.L.T.aiLaser [12].

Figure 4: Sequence of image acquisition (left), plant (green) and weed detection (red) and laser target identification (shaded red) with the K.U.L.T.aiLaser [12].

Chemischer Pflanzenschutz

Mit der 332M und der 340M wurden von John Deere zwei neue Modellvarianten eines kompakten Selbstfahrers eingeführt. Die 332M bietet eine Tankgröße von 3200 Litern und einen 175 PS starken 4-Zylinder John Deere Motor. Eine Gestängebreite von bis zu 28 Metern und ein Wendekreis von 3,8 Metern sind ausgelegt für Arbeiten auf kleinstrukturierten Betrieben. Die 340M hat ein Tankvolumen von 4000 Litern und eine Gestängebreite von bis zu 36 Metern. Diese Breite, der 225 PS starke 6-Zylinder John Deere-Motor und ein Wendekreis von 4,2 Metern ermöglichen eine hohe Schlagkraft bei platzsparendem Handling. Mit ihrer kompakten Bauweise und der Allradlenkung sind beide Varianten der 300M für enge Straßen und Feldarbeiten ausgelegt. Die automatisch verstellbare Spurweite von 150-180 cm, 180-225 cm und 225-300 cm ermöglicht einen flexiblen Einsatz in allen Kulturen, vor allem in Sonderkulturen.

Beide Modelle der 300M werden mit einem Stahlgestänge und einem Edelstahlgestänge mit Luftunterstützung angeboten. Beide Varianten sind mit Einzeldüsensteuerung erhältlich.  Das luftunterstützte Gestänge der 300M soll vor allem in Sonderkulturen eine hervorragende Benetzung von hohen und blattreichen Beständen durch eine erhöhte Durchdringung des Bestandes bewirken [13].

Assistenzsysteme

Spray with Care

Spray with Care (SWC) ist ein System, dass in Echtzeit die Drift berechnet und neben Wetterfaktoren auch Maschineneinstellungen und dem Pfad der Pflanzenschutzspritze angrenzende gefährdete Risikoflächen (z.B. offene Gewässer) mit in die Risikobewertung einfließen lässt. Die errechnete Drift wird dem Fahrer zahlenmäßig und optisch am Bildschirm angezeigt. Das System kann an Pflanzenschutzgeräte aller Marken nachgerüstet werden [14].

OPAL

Die GeoInformationsDienst GmbH stellte auf der Agritechnica mit Opal ein digitales Assistenzsystem zur Applikation von Pflanzenschutzmitteln vor. OPAL wurde in einem Forschungsprojekt gemeinsam mit dem Julius Kühn-Institut, der Herbert Dammann GmbH und der Bayer Crop Science GmbH entwickelt. Das System unterstützt den Anwender von der Planung bis zur Dokumentation von Pflanzenschutzmitteleinsätzen. Welche Abstandsauflagen einzuhalten sind, wird in bundesweiten wie bundeslandabhängigen Vorgaben zum Anwohner-  und Gewässerschutz, den Informationen aus dem Kleinstrukturenverzeichnis und den aktuell geltenden BVL-Anwendungsbestimmungen geprüft. Durch die automatisierte Einbindung ausgewählter Datendienste und -quellen können teilflächenspezifische Applikationskarten unter Berücksichtigung der erforderlichen Schutzzonen geplant, erzeugt und dokumentiert werden (siehe Bild 5) [15].

Bild 5: Schematischer Aufbau der OPAL-Anwendung: 1. Auflagen abrufen, 2. Applikationskarten erstellen und 3. Dokumentation der Maßnahme [15].

Figure 5: Schematic Structure of the OPAL application: 1. checking restrictions, 2. Compile application cards and finally 3. Documentation of the sprayer work [15].

Zusammenfassung

Die neu vorgestellten Produkte zeigen weiter einen deutlichen Trend zur Reduktion von Pflanzenschutzmitteln auf. Dies wird vor allem mit smarten Technologien, digitalen Tools, und Robotik vorangetrieben. Smart Farming mit dem Fokus auf Spot-Spraying steht hier diesmal im Mittelpunkt der internationalen Aufmerksamkeit, auf nationaler Ebene ist das Neue Assistenzsystem Opal, ein digitaler Assistent für die Pflanzenschutzmitteleinsatzplanung, -ausbringung, und-dokumentation hervorzuheben. Viele der vorgestellten optischen Systeme haben die Option eine Kartierung vorzunehmen, die auch für andere pflanzenbauliche Maßnahmen genutzt werden kann und so die Vernetzung innerhalb eines Betriebes verstärkt.

Literatur

[1]     N.N.: Bald neue Modelle im Agrarbereich von DJI. Premium-drohne.de. URL: https://www.premium-drohne.de/pages/bald-neue-modelle-im-agrarbereich-von-dji-t25-t50. Zugriff am 21.12.2023.

[2]     N.N.: DJI Agriculture stellt fortschrittliche Agrartechnologie in Europa vor. Drones-magazin.de. URL: https://www.drones-magazin.de/presse/dji-agriculture-stellt-fortschrittliche-agrartechnologie-in-europa-vor/. Zugriff am 21.12.2023.

[3]     N.N. FarmDroid. FarmDroid ApS. URL: https://farmdroid.com/wp-content/uploads/Brochure-FD20-2023-web.pdf. Zugriff am 21.12.2023.

[4]     Groeneveld, R.: FarmDroid launches spot-application system. URL: https://www.futurefarming.com/tech-in-focus/field-robots/farmdroid-launches-spot-application-system/. Zugriff am 21.12.2023.

[5]     N.N.: Robot One. Pixelfarming Robotics. URL: https://pixelfarmingrobotics.com/wp-content/uploads/2023/02/brochure.pdf. 21.12.2023

[6]     N.N.: Fieldfriend - Your agricultural robot. Zauberzeug GmbH. URL: https://feldfreund.de/. Zugriff am 21.12.2023.

[7]     N.N.: Agritechnica 2023: Diese Landtechnik-Neuheiten gab es am Sonntag. URL: https://www.agrarheute.com/technik/agritechnica-2023-kommt-fendt-john-deere-613003. Zugriff am 21.12.2023.

[8]     N.N.: SprayIng - Präzisions Spot Sprayer. Farm-ING Smart Farm Equipment GmbH. URL: https://farm-ing.at/smart-farm-equipment-2/spot-sprayer/. Zugriff am 21.12.2023.

[9]     N.N.: SmartCONTROL. Homburg Holland URL: https://www.homburg-holland.com/de/smartsolutions/smartcontrol#. Zugriff am 21.12.2023.

[10]   N.N.: Green-Smart-Spraying - Das intelligente Kamerasystem zur punktgenauen Pflanzenerkennung. Heribert Dammann GmbH, URL: https://www.dammann-technik.de/wp-content/uploads/2022/07/Green-Smart-Spraying_07_2022_web-2.pdf, Zugriff am 21.12.2023.

[11]   N.N.: Optical Sensors - For spraying green on brown and green on green. OPTRONIA GMBH. URL: https://plansens.optronia.com/. Zugriff am 21.12.2023.

[12]   N.N.: K.U.L.T.aiLaser - Die hochpräzise Lasertechnologie von K.U.L.T. Kress. K.U.L.T. Kress Umweltschonende Landtechnik GmbH. URL: https://www.kult-kress.de/de/produkte/K.U.L.T.aiLaser.php. Zugriff am 21.12.2023.

[13]   Marien, F.N.: John Deere präsentiert neue selbstfahrende Spritze 300M - Pressemeldung. John Deere. URL: https://www.deere.de/de/unser-unternehmen/news-und-medien/pressemeldungen/2023/john-deere-prasentiert-neue-selbstfahrende-spritze-300M.html. Zugriff am 21.12.2023.

[14]    N.N.: The Spraying With Care (SWC) system: Technical description and background. Agritechnica Innovation Award Committee application. Tolefors Gard. URL:  https://tolefors.se/swc. Zugriff am 21.12.2023.

[15]   Jahnke, D.: URL: https://www.geoinformationsdienst.de/gid/forschung/opal/opal-uebersicht. Zugriff am 21.12.2023.

 

Autorendaten

Dr. Jan-Uwe Niemann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Julius Kühn-Institut Braunschweig am Institut für Anwendungstechnik im Pflanzenschutz.

M.Sc. Daniel Herrmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Julius bKühn-Institut Braunschweig am Institut für Anwendungstechnik im Pflanzenschutz.

Prof. Dr. Jens Karl Wegener ist Leiter des Instituts für Anwendungstechnik im Pflanzenschutz am Julius Kühn-Institut Braunschweig.

Keywords:
section switch, assistance systems, robotics, chemical crop protection, Physikalischer Pflanzenschutz, Spot-Spraying, Teilbreitenschaltung, Pflanzenschutzmittelreduktion, Einzelpflanzenbehandlung
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Recommended form of citation:
Niemann, Jan-Uwe; Herrmann, Daniel; Wegener, Jens Karl: More Digital, more Autonomous, more Selective - Trends in Crop Protection Technology. In: Frerichs, Ludger (Hrsg.): Jahrbuch Agrartechnik 2023. Braunschweig: TU Braunschweig / Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge, 2024. – pp. 1-9
Review date 09.02.2024

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