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05.04.2018 - Hermann Leithold (E-Mail schreiben an Hermann Leithold)

Satellit oder Sensor?

Satellit oder Sensor?

Seit der Verfügbarkeit von Sentinel-2 Satellitenbildern, sind Angebote für die Nutzung dieser Daten wie Pilze aus dem Boden geschossen. Vom Start-Up bis zum internationalen Konzern ringen derzeit alle um die Gunst potentieller Kunden. In diversen Marketingaussagen wird der Landwirtschaft eine neue Welt suggeriert, in der mit kostengünstigen (zumeist kostenlosen) Dienstleistungen Er-träge gesteigert sowie Dünger- und Pflanzenschutzmittel eingespart werden sollen. Diese seien zudem kinderleicht zu bedienen. Damit stellt sich nun die Frage, welche Daseinsberechtigung Sensoren am oder auf dem Traktor bzw. der Maschine noch haben?

Fakt ist: Smart Farming benötigt möglichste genaue Informationsquellen als Ausgangspunkt für die Automatisierung von Produktionsprozessen. Der Anspruch an die Informationsquelle lässt sich immer wieder anhand von vier Punkten festlegen:

  1. der richtige Messwert,
  2. Messgüte und Genauigkeit,
  3. wiederholbar und verlässlich,
  4. praktikabel und preiswert.

Egal ob Sensor oder Satellit (oder auch das Auge des Herrn): jede Informationsquelle hat sich an diesen vier Punkten zu messen. 

Der richtige Messwert und Messgüte

N-SensorSatellitenbild
MessverfahrenReflexion von spektralen BändernReflexion von spektralen Bändern
Abgeleiteter MesswertIndizes mit Kalibrierung auf die absolute N-Aufnahme in kg N/haRelative Indizes ohne Kalibrierung auf die absolute N-Aufnahme („mehr oder weniger“)
Einfluss AtmosphäreNeinJa

Beide Verfahren messen spektrale Informationen. Beim Sensor beträgt der Abstand zum Pflanzenbestand nur wenige Meter. Die Aufnahmekameras der Satelliten befinden sich 786 km entfernt vom Pflanzenbestand. Dazwischen befindet sich die komplette Erdatmosphäre. Alle in ihr enthaltenen Partikel (Staub,  Wasserdampf, Aerosole etc.) befinden sich also in ständig wechselnden Anteilen zwischen dem Messgerät und unseren Pflanzen.

Aus diesem Grund ist die Messgenauigkeit von Satellitenbildern deutlich geringer als die eines Bodensensors. Eine Kalibrierung auf die absolute N-Aufnahme, welche für die N-Düngung benötigt wird, ist daher nach aktuellem Wissensstand nicht möglich. Das bedeutet, dass in einem verfügbaren und auswertbaren Satellitenbild lediglich räumliche Strukturen mit Unterschieden erkannt werden können. Die Herausforderung besteht nun darin, diesen Unterschieden exakte und agronomische Werte zuzuordnen. Dies ist jedoch schlicht unmöglich.

Beispiel: Die Satellitenbildaufnahme eines Feldes mit Winterraps im Herbst zeigt eine Skalierung zwischen einer hohen, mittleren und niedrigen Reflexion. Ob diese zu interpretieren sind als eine aktuelle N-Aufnahme von 160, 100 und 40 kg N/ha (Fall 1) oder 140, 130 und 120 kg N/ha (Fall 2) oder als 60, 40 und 20 kg N/ha (Fall 3) ist gänzlich unbekannt. Im Fall 1 ergibt sich eine korrekte Düngungsmenge von 0, 60 und 120 kg N/ha, im Fall 2 von 20, 30 und 40 kg N/ha und im Fall 3 von 100, 120 und 140 kg N/ha. Man könnte alternativ auch einfach würfeln.

Räumliche Auflösung

N-SensorSatellitenbild
Messwerte je ha12520
Lagegenauigkeit +/- 0,1 … 0,3 m+/- 11 m (im hügeligen Gelände auch größer)

Die Messungen des N-Sensors haben eine fünffach höhere räumliche Auflösung als ein Satellitenbild. Satellitenbilder haben eine mittlere Lageungenauigkeit von +/- 11 m. Jede „Bildkachel“ ist 20 mal 20 m groß und enthält nur eine Information. Die Lage der Bildkachel kann sich in alle Richtungen um jeweils 11 m zur Realität verschieben. Somit können kleinräumige Unterschiede kaum noch sicher erfasst werden.

Verfügbarkeit

N-SensorSatellitenbild
WetterunabhängigkeitJaNein
VerfügbarkeitImmerNur bei wolkenlosen Himmel während des Überfluges und wolkenschattenfreien Feldern
Alter der MessungEchtzeit? … Tage, Wochen, z.T. Monate je nach Bewölkung

 

Ein weiteres Hauptproblem der Satellitenbilder besteht darin, dass nur Felder (Bilder) ausgewertet werden können, wenn keine Wolken zwischen Satellit und Feld sind. Auch dürfen sich keine Wolkenschatten auf dem Feld befinden. Das führt dazu, dass nur eine sehr geringe Anzahl Bilder/Felder wirklich regelmäßig auswertbar sind. Bei unseren Vergleichsmessungen zwischen Satelliten und Sensoren im letzten Frühjahr hatten wir z.B. auf fast allen Standorten zwischen Ende März und Anfang Mai 2017 nicht eine auswertbare Szene. Die Hoffnung, dass zusätzliche Radar-Messungen der Sentinelsatelliten hier Abhilfe schaffen könnten, war vergebens. Jeder, der sich schon mal mit Radar beschäftigt hat, kennt das Messprinzip und die Messgüte. Hieraus erwächst keine zusätzliche Information für die Beurteilung des Ernährungszustandes eines grünen Pflanzenbestandes.

Kosten und Nutzen bzw. nachgewiesene positive Effekte

Je nach Betriebsgröße ergeben sich für den N-Sensor jährliche Kosten in Höhe von 5 bis 20 €/ha, wenn man eine Betriebsgröße zwischen 2000 und 150 ha unterstellt. Diese Kosten entstehen hauptsächlich durch die Abschreibung auf die Investition.

Auch die Bereitstellung von Satellitenbildern bzw. Applikationsempfehlungen kostet Geld. Kostenlose Dienste werden lediglich zum „Anfüttern“ genutzt. Oder warum sollte jemand den Aufwand, den er selbst betreiben muss, jemanden Dritten schenken? Bei dauerhaft kostenlosen Angeboten dürfte auch klar sein, dass aus den Daten der Kunden Kapital geschlagen wird, denn Daten sind eine kostbare Währung. Bisher liegen die Preise für die aufbereiteten Satellitenbilder bei 3-7 €/ha und Jahr, je nach Betriebsgröße gestaffelt. Im Gegensatz zu den Bodensensoren fallen diese Gebühren aber dauerhaft an. Man kann sich schnell ausrechnen, im wie vielten Jahr der Nutzung die Bodentechnik preiswerter ist als die Satellitenbilddienste. 

Aber die Kostenseite ist nur zweitrangig. Die wirklich entscheidende Frage ist, was bekommt man dafür? Nach aktuellem Wissenstand sind nur für den N-Sensor die Vorteilswirkungen nachgewiesen. Dazu gehören N-Einsparungen bis 15%, Ertragssteigerungen um 5%, Verbesserung des Mähdrusches und der Qualität des Ernteproduktes und das Vermeiden von Lager. Daraus ergeben sich Vorteile von durchschnittlich 100 €/ha und im Pflanzenschutz jeweils 45 €/ha bei der Ausbringung von Wachstumsreglern und Fungiziden. Damit sind Investitionen in Bodentechnik hoch wirtschaftlich und ein return of investment meist schon nach einem Jahr gegeben. Weder Greenseeker oder Isaria/Fritzmeyer, noch die Satellitenbilder haben bis heute diesen Nachweis erbracht.

 

Zusammenfassung

Fasst man zusammen, dann ergeben sich vier wesentliche Aussagen zu Satellitenbildern:

1.der richtige Messwert,-> möglich, liefern nur relative Werte
2.Messgüte und Genauigkeit,-> Schwache Auflösung und lageungenau
3.Wiederholbar und verlässlich,-> Oft nicht vorhanden
4.Praktikabel und preiswert.-> Positive Effekte sind nicht nachgewiesen

Die Nutzung von Satellitendaten für den operativen Pflanzenbau kann daher aktuell nicht empfohlen werden. Mit der Bodentechnik stehen sehr viel zuverlässigere Systeme zur Verfügung, die zudem anwendungssicher sind.

Die einzigen Systeme am Markt mit belastbaren wissenschaftlichen Ergebnissen und ohne die genannten technischen Nachteile der Satelliten sind der N-Sensor und die P3-Sensorsysteme. Ihre kontinuierliche Weiterentwicklung in den vergangenen 20 Jahren ermöglicht heute ein Gesamtpaket für Betriebe mit einem garantierten Leistungsversprechen. Allein in Deutschland arbeiten über 750 Systeme auf Landwirtschaftsbetrieben. Oft werden die hohen Anschaffungskosten von Sensoren angesprochen. Die Kosten betragen je nach Flächenauslastung zwischen 5-20 €/ha/a in den ersten fünf Jahren. Bei zu erwartenden Mehrerlösen von über 100 €/ha und Jahr ist es hoch wirtschaftlich. Darüber hinaus können sich Anwender aufgrund der stets verfügbaren Daten immer sicher sein, jede Applikation am Bedarf angepasst durchführen zu können.

Lassen Sie sich von unseren Fachberatern vor dem Einstieg in das Smart Farming professionell beraten, denn Ihre Zeit ist ein kostbares Gut, das Sie nicht verschenken sollten!

Weiterführendes: Wer seinen Betrieb ohne Login einmal aus Sicht der Satelliten sehen möchte, kann dies unter folgendem Link: https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/

 

This project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement 720176.

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