Automatisierte Blacken-Bekämpfung

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Matthias Hatt testet die Düse, die Agroscope in Zusammenarbeit mit der Hans Bachmann Hochdruck-Anlagen AG entwickelt hat.

Stärken vereinen, um Blacken zu bekämpfen – nach dem Motto arbeitet Agroscope mit niederländischen, dänischen, französischen und Schweizer Partnern an Lösungen gegen die unerwünschte Pflanze. Ziel des europäischen Era-Net-ICT-Agri-Projekts «DockWeeder» ist die Entwicklung eines autonomen Blacken-Roboters, der mit Heisswasser auf Blacken-Jagd geht. 

Die Blacken-Bekämpfung im biologischen Landbau ist eine zeitraubende und arbeitsintensive Handarbeit. Der Unkrautdruck durch Blacken kann dazu führen, dass Landwirtinnen und Landwirte aus der Bioproduktion aussteigen. Mit der Entwicklung der Heisswasserbehandlung hat Agroscope eine Alternative für eine chemiefreie Blacken-Bekämpfung im Grünland geschaffen, die u.a. in Form des Heisswasser-Blackenbekämpfungsgeräts der Hans Bachmann Hochdruck-Anlagen AG Eingang in die Praxis gefunden hat. Als nächster Entwicklungsschritt kommt nun die Automatisierung der Bekämpfung ins Spiel. Dies will man lösen mit einem unbemannten Trägerfahrzeug, das autonom auf den Flächen navigiert, die Pflanzen automatisch erkennt und sie anschliessend mit Heisswasser behandelt. Im Projekt DockWeeder befassen sich niederländische, dänische und Schweizer Projektpartner mit der Bilderkennung der Pflanzen. Den Teil des autonomen Fahrzeugs und den Wissenstransfer in die Praxis verantworten zwei französische Partner. Der Baustein zur Heisswasserbehandlung der Pflanzen wird von Agroscope und der Bachmann AG, Bütschwil übernommen.

Die unerwünschte Pflanze fehlerfrei erkennen

Das IMS-Institut der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW entwarf ein Bilderfassungssystem mit drei monochromen Kameras sowie einem LiDAR-Laserscanner. Das System ermöglicht die synchronisierte Datenerfassung mit präzisen Zeitstempeln und zentimetergenauer Ortung für jeden Datentyp. Die Datensammlung erfolgte mit dem ZHAW-IMS-Roboter «MAVERiC» auf Standorten in der Schweiz, in Frankreich und in den Niederlanden. Die erhobenen Daten dienten den Projektpartnern als Grundlage für die Bildverarbeitung.

Wageningen University & Research (WUR) koordinierte das gesamte Projekt. Weiter befasste sich WUR mit der Kombination von Information aus zwei oder mehr Quellen, wodurch eine robustere Erkennung erreicht werden soll. Beispielsweise können Bilder aus Kameras mit den dreidimensionalen Laserscans überlagert werden. Abweichungen bei den Erkennungsergebnissen der unterschiedlichen Verfahren werden dann mithilfe von Schätzverfahren unter Berücksichtigung der Unsicherheit der Messmethode kombiniert.

Die Aalborg University, Dänemark (AAU) ist für die Zusammenstellung der Benutzeranforderungen des Projektes und einen Teil der Unkrauterkennung verantwortlich. Selbstlernende Rechenverfahren wurden für die Blacken-Erkennung in 2D-Bildern eingesetzt. Zum Training der Algorithmen wurde eine Vielzahl von Bildern mit gekennzeichneten Blacken eingelesen. Als Ergebnis liefert der Erkennungsalgorithmus Resultate für die einzelnen Bildsegmente. So erkennt das Gerät die Blacken.

Einen funktionstüchtigen Roboter bauen

Terrena als grösste landwirtschaftliche Genossenschaft Frankreichs brachte einen technischen und ökonomischen Benutzeranforderungskatalog ihrer Mitglieder in das Projekt ein. Gemeinsam mit der ZHAW organisierte sie die Bilderfassungskampagne. Terrena betreute die Projektseite www.dockweeder.eu. Und die Franzosen betrieben Öffentlichkeitsarbeit und repräsentierten das Konsortium während der Space2017 in Rennes. Zudem stellt Terrena das Bindeglied zu Shark Robotics dar, welche das Konsortium durch die Projektierung eines autonomen Trägerfahrzeugs unterstützten.

Agroscope als Verfahrensentwickler und die Schweizer Hans Bachmann Hochdruck-Anlagen AG als Hersteller handgeführter Heisswasser-Blackenbekämpfungsgeräte sind mit der Ausführung der Heisswasserapplikation betraut. Die automatisierte Wasserapplikation an die Wurzeln machte die Neukonstruktion einer rotierenden Düseneinheit und die Anpassung des Geräts an die neue Düse nötig. Kreuzweise verschiebbare Lineareinheiten ermöglichen es, den neuen Applikationskopf über der zu behandelnden Pflanze zu positionieren.

Die grenzübergreifende Zusammenarbeit erwies sich als sehr fruchtbar. Die erzielten Fortschritte in den diversen Bereichen lassen hoffen, dass ein praxistauglicher Roboter bald Realität wird.

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Blacken sind ein Problemunkraut auf Wiesen und Weiden.
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Zum Training der Algorithmen wurde eine Vielzahl von Bildern mit gekennzeichneten Blacken eingelesen.
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Die automatisierte Wasserapplikation an die Wurzeln machte die Neukonstruktion einer rotierenden Düseneinheit nötig.

Weitere Informationen

Video

Blackenregulierung mit Heisswasser (Beitrag über die Versuche im 2013)

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