Erdbeobachtung liefert Business Intelligence für eine intelligente Landwirtschaft
Das durch die EU finanzierte Horizont 2020 und KMU-Instrument SAGRIS-Projekt unterstützte die Entwicklung eines kostengünstigen, problemorientierten Entscheidungshilfe-Backend-Dienstes für die intelligente Landwirtschaft. Er stützt sich auf quelloffene genormte Softwarekomponenten und offenen Daten aus dem EO-Programm von Copernicus. Das Programm mit seinen aktiven Sentinel-1 Radarsensoren stellt eine kontinuierliche Zeitreihe aus SAR-Bildmaterial (Radar mit synthetischer Apertur) unabhängig von der Wolkendecke bereit, um aggregierte statistische Datenschichten und dynamische zusammengesetzte Bilder in verschiedenen Maßstäben zu erstellen, um bestimmte Nutzpflanzenarten zu erkennen und deren Entwicklung während der Anbausaison zu überwachen. Für die Konditionierung bestimmter Kulturen werden Sentinel-1-SAR-Bilder mit Hilfe von wolkenfreien Sentinel-2 Multispektral-Instrumentendaten kalibriert. Auf diese Weise werden häufige, zuverlässige und regelmäßige Bewertungen extremer Bodenfeuchtebedingungen und der Entwicklung der Pflanzen im Frühjahr und Sommer sowie operative Kartierungen, Empfehlungen für die Landwirtschaft und die Bewertung von Schäden oder Ernteausfällen bereitgestellt. „SAGRIS entwickelt sich zu einem Cloud-gestützten Bildverarbeitungs- und Big Data-Analysesystem, das zur Überwachung von Millionen Ackerparzellen, kontinuierlichen Versorgung der Endverbraucher mit Lageberichten und Frühwarnungen bei negativen Entwicklungen aller Art geeignet ist“ sagt Dr. Gediminas Vaitkus, Projektkoordinator und Direktor der litauischen SME Geomatrix UAB. Die Macht der Verarbeitungskette SAGRIS nutzt EO-Daten für Endnutzeranwendungen, indem analytische Informationen aus rohen Satellitenbildern gewonnen und gesammelt werden. Diese werden in einen Backend-Dienst umgewandelt, der pro Parzelle Daten für verschiedene Smart Farming-Anwendungen sowie für die angewandte Forschung in der Landwirtschaft, im Umweltbereich und für die Ökonomie bereitstellt. Dieser EO-Daten-„Verarbeitungsketten“-Dienst, der als eine Sammlung von modularen „Verarbeitungsblöcken“ implementiert wird, verfügt über technisch unabhängige, aber funktionell miteinander verbundene Komponenten, die für bestimmte Operationen zur Vorbehandlung der EO-Daten und Mehrwertgenerierung genutzt werden. Diese Blöcke können einzeln auf DIAS-Plattformen oder in lokalen Clustern eingesetzt werden, um gewisse automatisierte Verarbeitungsoperationen durchzuführen, oder zu automatisierten Workflows kombiniert werden, um Informationsprodukte mit höherem Mehrwert zu produzieren. „Wir arbeiten derzeit an Analysemodulen, die verschiedene raumbezogene und statistische Analyseverfahren, vom einfachen Clustering bis hin zum komplexen Maschinenlernen, anwenden“, erklärt Dr. Vaitkus. Die SAGRIS-Blöcke dienen der Bildvorverarbeitung, der statischen und dynamischen Kartierung sowie der statistischen Datenverprobung. Oberstes Ziel des Prozesses ist die Reduzierung des EO-Datenvolumens zu kompakten, aber dennoch komplexen Business Intelligence-Datenbanken, die für eine gezielte Datensuche (Data Mining) und Anwendungen des maschinellen Lernens geeignet sind. „Statistische Stichproben auf Grundlage von Parzellen liefern enorme Mengen an Business-Intelligence-Daten für verschiedene Analyseanwendungen und Fallstudien. Selbst in einem eher kleinen Land wie Litauen kann SAGRIS hunderte Millionen statistischer Messungen pro Parzelle aus einer Zeitreihe von Sentinel 1- und 2- Sensoren sammeln und so eine noch nie dagewesene Stichprobe von Business-Intelligence-Daten liefern“, kommentiert Dr. Vaitkus. Die Vorteile der intelligenten Landwirtschaft Die Kombination aus Radar- und optischen Sensoren zeichnet ein vollständiges Bild des Zustands von Ackerland und Nutzpflanzen und ermöglicht eine frühzeitige Warnung vor Naturgefahren sowie effiziente und genaue Bewertungen von Ernteausfällen bei Versicherungsansprüchen und Anträgen auf Beihilfen. Die von SAGRIS bereitgestellten Informationen können von den Landwirten direkt genutzt werden, um neu aufkommende Bedrohungen zu mildern oder die wirtschaftlichen Folgen durch Wildtierschäden und ungünstige klimatische Bedingungen zu verringern. Vor allem aber können sie das vorhandene Paradigma des EO-Informationswerts für die Landwirtschaft im Allgemeinen auf einen neuen Stand bringen. Anstelle internetgestützter Grafiken und Beschreibungen, die wertvolle Zeit vergeuden und zu subjektiven Annahmen, potenziellen menschlichen Fehlern und Ausfällen führen, hat SAGRIS einen kontinuierlichen Strom von Messungen und Satellitendatenstichproben pro Parzelle zur Nachverfolgung für KI-Engines und zur Lösung spezieller Probleme zu bieten. Andererseits weist Dr. Vaitkus darauf hin, dass SAGRIS gleichermaßen einen wichtigen sozioökonomischen Aspekt hat. Dienste für intelligente Landwirtschaft auf Grundlage von offenen Copernicus-Daten sollten für Kleinbauern erschwinglich sein, ohne dass sie erst erhebliche Investitionen tätigen müssen. „Wir sagen voraus, dass Smart Farming-Dienste auf Basis öffentlich zugänglicher Satellitendaten die Transparenz in den Abläufen der Gemeinsamen Agrarpolitik der EU sicherstellen und die Selbstbildung, eine fortschrittliche Geisteshaltung und die Kommunikation unter den kleinen und mittleren Landwirten fördern werden“, schließt er seine Ausführungen.
Schlüsselbegriffe
SAGRIS, Daten, Landwirtschaft, Erdbeobachtung (EO), Copernicus
