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Teilprojektbeschreibung

Teilziel 2 (Dipl.-Ing. Ralph Ostermeier)

Entwicklung und Test eines "In-field Controllers"

Einleitung:
Innerhalb der Teilflächenbewirtschaftung unterscheidet man für die Prozessführung in mobilen Applikationssystemen drei verschiedene systemtheoretische Ansätze.
Die bisher weiteste Verbreitung hat der "Kartierungs-Ansatz" (Mapping Approach) gefunden. Dabei werden auf Basis historischer Daten des Ertrages und der im Boden verfügbaren Nährstoffe in Abhängikeit vom jeweiligen Ertragsziel teilflächenspezifische Applikationswerte insbesondere für Phosphat- und Kalidüngung abgeleitet. Über eine Applikationskarte erfolgt deren Umsetzung in teilflächenspezifisch agierenden Ausbringsystemen.
Speziell in Europa wird der "Sensor-Ansatz" (Sensor oder Real-time Approach) für die Stickstoffdüngung verfolgt, welcher die Wachstumssituation des Pflanzenbestandes erfasst. Anhand einer definierten Wachstumskurve erfolgt damit eine Aufdüngung im Hinblick auf ein angestrebtes Erftragsniveau.
Die Vor- und Nachteile der beiden Systemansätze sind genau gegensätzlich. Der "Kartierungs-Ansatz" berücksichtigt aktuelle (Pflanzen)Zustände nicht. Der "Sensor-Ansatz" lässt grundsätzliches Wissen über lokale Ertragspotentiale und umweltschutzbedingte Einschränkungen der vorliegenden Teilfläche unberücksichtigt. Im Sinne einer optimalen Lösung liegt daher die Kombination der beiden Systemansätze zum "Sensor-Ansatz mit Kartenüberlagerung" ("Real-time approach with map overlay") nahe.

Bei der landtechnischen Umsetzung lassen sich zwei Vorgehensweisen unterscheiden. Entweder erfolgt die Implementierung als proprietäre Insellösung oder eine offene Systemarchitektur auf der Basis von verteilten elektronischen Kommunikationssystemen wird gewählt. Dafür stehen mit der Einführung der Landwirtschaftlichen BUS-Systeme (ISO 11783, DIN 9684) standardisierte Protokolle zur Verfügung. Unglücklicherweise fehlen in den standardisierten Landwirtschaftlichen BUS-Systemen ausreichende Definitionen für die Implementierung des "Sensor-Ansatzes mit Kartenüberlagerung". Die getroffenen Normfestlegungen sehen Teilflächenbewirtschaftung nur aus der Sichtweise des "Kartierungs-Ansatzes". Eine zufriedenstellende Integration von Online-Sensorik sucht man vergebens, gescheige denn Dienste und Mechanismen für die Kartenüberlagerung. Sollten bisher Realisierungen und Untersuchungen dazu durchgeführt worden sein, dann nur im proprietären Bereich. Proprietäre Systeme bzw. Lösungen sind jedoch charakterisiert durch fehlende Transparenz, Inkompatibilität, Herstellerabhängigkeit und meist begrenzte Erweiterungsmöglichkeiten.
Ziele:
Es ist das Ziel dieser Arbeit eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie einerseits der "Sensoransatz mit Kartenüberlagerung" normkonform zu ISO 11783 (ISOBUS) und DIN 9684 (LBS) realisiert werden kann. Anderseits soll diese Lösung es ermöglichen, dass der Nutzer die Prozessführung entsprechend seinen Anforderungen adaptieren und skalieren kann (von manueller Kontrolle bis hin zur Unterstützung durch ein Expertensystem auf dem mobilen System).
Ausgehend von dieser allgemeinen Grundlage ist eine sensorgestütze Prozessführung mit Kartenüberlagerung für die Stickstoffdüngung auf der Basis von LBS/ISOBUS (DIN 9684, ISO 11783) zu definieren und in einer Laborumgebung zu simulieren und zu testen.
Methode:
Die Aufgabenstellung erfordert einen informationstechnischen Ansatz. Die beiden Systemtechnik-Prozessmodelle "V-Modell" und das Prototyen-Modell geben die Richtung vor. Die Systemerstellungsphase beginnt mit der Anforderungsdefinition, fährt mit der Materialanalyse fort und endet mit dem konkreten Systemdesign. In der Qualitätssicherungsphase sollen Anforderungsdefinition und Materialanalyse durch öffentliche Präsentation und Diskussion überprüft werden. Mittels eines "Vertikalen Prototyps" soll das Systemdesign aus dem Blickwinkel eines "proof of concept" validiert und verifiziert werden. Die Realisierung des Vertikalen Prototps erfolgt als Implementierung in Laborumgebung für die N-Düngung. Dabei spielt die im Rahmen des IKB-Teilprojekt TP2 "Prozeßdatenerfassung im Landwirtschaftlichen BUS-System" erstellte Open Source Programmbibliothek LBS-Lib eine wichtige Rolle.
Lösungsansatz:
Die Definitionserweiterung des "Task Controllers", der nur fest vordefinierte Aufträge abarbeitet, ist eine Lösungsmöglichkeit, wesentlich universeller wäre jedoch die Neudefinition eines zusätzlichen BUS-Teilnehmertyps, des "In-field Controller".
Der "In-field Controller" überwacht, steuert und dokumentiert "In-field Aktivitäten" flexibel und in Echtzeit direkt auf dem Feld. Dazu übernimmt er vom FMIS (Farm Management Information System) "Precision Farming maps" ( Teilziel 1), Sollwertvorgaben und Expertenwissen, empfängt vom "Task Controller" weitere organisatorische Daten und das Arbeitsstart- und stoppsignal, erhält oder ruft vom Positionsdienst (GPS) die aktuelle Position ab, liest den oder die Online-Sensorwert(e) und leitet schliesslich den lokalen Applikations-Sollwert ab. Der "In-field Controller" übernimmt auch die Dokumentation der lokalen Soll- und Messwerte, soweit der Task Controller dies nicht bereits durchführt.
Eine Möglichkeit zur Ableitung des Applikationswertes ist der Einsatz eines Expertensystems im "In-field Controller". Die dazu nötigen Entscheidungsregeln werden im IKB-Teilprojekt TP12 "Überprüfung von Produktionsfunktionen und Ableitung von Entscheidungsregeln für die teilflächenspezifische Bestandesführung" erarbeitet.
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Melody Thomas, 26.11.2003, Impressum