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Weidetierhaltung

Optische Sensorik: Weideüberwachung der Zukunft

Die Weidetierhaltung stellt Landwirte vor einen erhöhten finanziellen und zeitlichen Aufwand. Wie digitale Technik mit Kamerasystemen künftig helfen könnte, zeigt diese Idee dreier Nachwuchstalente.

Lesezeit: 4 Minuten

Die Haltung von Nutztieren auf der Weide trägt erheblich zum Wohlbefinden der Tiere bei, da sie hier ihre natürlichen Verhaltensweisen ausleben können. Außerdem genießt sie eine hohe gesellschaftliche Anerkennung. Jedoch bedeutet diese Form der Haltung einen erhöhten finanziellen und zeitlichen Aufwand für den Landwirt.

Die Arbeitsgruppe Digitalisierung in der Tierhaltung im sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie beobachtet daher seit sechs Jahren marktübliche Assistenzsysteme, die Weidetierhalter bei der Bewältigung der Herausforderungen unterstützen können.

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Der Forschungs- und Entwicklungsbedarf ist hierbei aufgrund der Komplexität und Bedeutung der Weidehaltung sehr hoch. Dies liegt vor allem an den Umwelteinflüssen auf der Weide, der Witterung und den Tieren selbst, auf die die Technik angepasst werden muss. Ein weiterer limitierender Faktor für den technischen Einsatz und eine der größten Herausforderungen ist die Energieversorgung der Sensoren inklusive Funktechnik am Tier über mindestens eine Weideperiode von 180 Tagen oder mehr. Ein Akkuwechsel ist mit der Fixierung der Tiere verbunden und bedeutet Stress für Mensch und Tier.

Precision Livestock Farming: die „panoptische" Weide

Um die Entwicklung von Lösungen für diese Problemstellung voranzutreiben, beteiligte sich das LfULG mit einer Aufgabenstellung beim Hackathon des Experimentierfeld Südwest, das zur GIL-Jahrestagung an der Universität Hohenheim unter dem Thema „Wie können wir die Landwirtschaft durch KI und digitale Technologien nachhaltiger gestalten?“ durchgeführt wurde. Eine Gruppe aus drei Nachwuchstalenten aus dem Bereich Precision Livestock Farming entwickelte einen Lösungsansatz namens „panoptische Weide“ - und gewann damit den Hackathon.

„Panoptisch“ bedeutet, dass das System alles überwacht. Dieses wachsame Auge, das dem Tierhalter in Zukunft assistieren kann, wollten die jungen Nachwuchstalente

  • Alexander Aue (wissenschaftlicher Mitarbeiter Thünen-Institut für Lebensverhältnisse in ländliche Räumen Braunschweig),

  • Nico Heider (wissenschaftlicher Mitarbeiter Smart Farming Lab – Universität Leipzig) und

  • Linus Schmidt (Schüler Dietrich-Bonhoeffer-Gymnasium Schweich – Hackerverein Maschinendeck)

durch ein kostengünstiges und energiesparsames Kameranetzwerk umsetzen. Der Hackathon fand im Februar 2024 im Rahmen der GIL-Jahrestagung an der Universität Hohenheim statt.

Ihre Lösung besteht aus der Verknüpfung von Kameras, Funktechnik und künstlicher Intelligenz. Bilder bieten eine hohe Informationsdichte bei vergleichsweise geringen Kosten. Moderne Computer-Vision-Anwendungen ermöglichen es, Bilddaten effizient auszuwerten. Beispielsweise können Nutztiere erkannt und identifiziert werden. Auch die Entfernung des Tieres kann von der Kamera berechnet werden, um seine Position auf der Weide zu ermitteln – und das ohne Sensoren am Tier.

Ein „intelligenter Pfosten" alle 200m

Ihre Idee visualisierten die drei „Hacker“ für die Projektpräsentation (siehe oben). Die zu entwickelnden intelligenten Pfosten sind entweder am Zaun oder in der Weide in entsprechend notwendiger Distanz positionierbar. Sie bauen untereinander ein eigenes Funknetzwerk auf, zum Beispiel über Wi-Fi oder LoRaWAN, und sind damit unabhängig von einer Internetverbindung.

Wie viele smarte Pfosten braucht es, um die Weide vollständig abzudecken? Die Bildauswertung erfolgt in den Kameras, sodass es für die geplante Funktion ausreicht, Bildkoordinaten zu übertragen und keine Bilddateien. So genügt eine Übertragungstechnologie mit geringer Bandbreite, jedoch hoher Reichweite. Aus diesem Grund wurde für Weiden, die sich territorial weit erstrecken, das Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) eingeplant. Mit dieser Funktechnologie lässt sich eine Weide von 100 x 1000 Metern mit nur 4 smarten Pfosten überbrücken.

Der limitierende Faktor wäre hierbei die Sichtweite der Kamera und eventuelle Landschaftsmerkmale, die die Sicht blockieren. In der Praxis wäre etwa alle 200 Meter ein Pfosten notwendig, um eine Weide vollständig zu überwachen und hochauflösende Bilder für Landwirte und die KI zu erhalten.

Futteraufwuchs, Gesundheit und Ausbrüche überwachen

Durch die digitale Überwachung auf der Weide könnten verschiedene Use Cases, wie z.B. die Kontrolle des Futteraufwuchses, das Gesundheitsmonitoring beim Einzeltier, die Lokalisation und die Überwachung im Sinne des Herdenschutzes auf der Weide erfüllt werden. Die Anwendungsgebiete für die smarten Pfosten reichen von der Tierart Rind bis zu Geflügel in der Freilandhaltung.

Die Präsentation auf der GIL-Tagung umfasste darüber hinaus eine Methode zur Ausbruchsüberwachung: Identifiziert das System ein Tier, dass die virtuelle Grenze überschreitet, wird ein Alarm ausgelöst).

System durch weitere Sensoren erweiterbar

Weiterhin wurden sichtverschlechternde Umwelteinflüsse wie Nebel oder Nacht bedacht. Hierbei setzten die jungen Entwickler auf Wärmebildkameras. Auch die Erweiterung des reinen Bildanalysesystems durch Bioakustik zur Weideüberwachung, Schwimmertechnik für die Tränken und Spannungsmessung des Zaunes sowie ein Drohneneinsatz ist durch die Integration weiterer Sensorik und Schnittstellen möglich.

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