RT Dissertation/Thesis
T1 Teilschlagspezifische Unkrautbekämpfung durch raumbezogene Bildverarbeitung im Offline- und (Online-) Verfahren (TURBO)
A1 Oebel,Horst
WP 2006/06/06
AB Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Verfahren Teilschlagspezifische Unkrautbekämpfung durch raumbezogene Bildverarbeitung im Offline- (und Online-) Verfahren (TURBO) auf Praxisflächen in den Jahren 2004 und 2005 untersucht. Die aus der praktischen Umsetzung des Verfahrens gewonnenen Ergebnisse lassen eine Bewertung der eingesetzten Technologien in den Verfahrensbereichen Bildaufnahme, Bildauswertung und teilschlagspezifische Herbizidapplikation im Feldeinsatz zu. Sie lassen sich wie folgt zusammenfassen: Zur Online-Bildaufnahme von Unkräutern und Kulturpflanzen wurden Bispektralkameras entwickelt, die durch die Verknüpfung von zwei spektralen Kanälen im roten und nah-infraroten Spektrum homogene und kontrastreiche Grauwertbilder lieferten. Drei dieser
Bispektralkameras wurden auf einem Trägerfahrzeug montiert. Bei Fahrgeschwindigkeiten von bis zu 10 km/h konnten durch eine automatische Shuttersteuerung konturscharfe Grauwertbilder von Unkräutern in Getreide, Körnermais, Zuckerrüben, Körnererbsen und Winterraps aufgenommen und automatisch über ein GPS georeferenziert werden. Die Bispektralbilder waren auch bei wechselnden Lichtverhältnissen weitgehend frei von Störungen. Steine, Mulch, Boden und Stroh wurden durch die verwendete Aufnahmetechnik in den Bildern nicht abgebildet. Die Qualität der Bilder zeigt eine deutliche Verbesserung zur bisherigen Bildanalysetechnik mit Farb- und Infrarotkameras im Pflanzenbau. Die Auflösung der Kameras war für den Einsatz im Offline-Verfahren zur Erstellung von Applikationskarten ausreichend.  Das dichte Aufnahmeraster mit ca. 3500 Boniturpunkten pro Hektar erlaubte eine effiziente Erfassung der Unkrautverteilung auf Ackerflächen. Das Verfahren der Pflanzenerkennung über Formmerkmale erlaubte bei der automatisierten Bildverarbeitung der Bispektralbilder eine gute Differenzierung von Kulturpflanzen und drei Unkrautklassen. Dabei konnten von der verwendeten Bildverarbeitungssoftware bis zu 20 Bilder pro Sekunde verarbeitet werden. Die Erkennungsgenauigkeit von unbekannten Pflanzen über das Prinzip der minimalen Distanz bzw. über Fuzzy Logic lag zwischen 73 % (Sommergerste) und 85 % (Winterraps). Die Berechnung der Diskriminanzfunktionen zur Trennung von Kulturpflanze und Unkrautklassen anhand der in der Wissensbasis gespeicherten Formparameter erlaubte eine deutlich bessere Klassifizierung von unbekannten Pflanzen und erhöhte die Erkennungsqualität auf 88,4 % (Zuckerrüben) bis 94 % (Sommergerste). Die Formparameter von 45 Unkrautarten in den Entwicklungsstadien BBCH 10 bis BBCH 14 wurden in einer Datenbank aufgezeichnet und die Differenzierungsmöglichkeiten von Unkrautarten in Braugerste, Mais und Zuckerrüben über die Diskriminanzanalyse untersucht. Im Entwicklungsstadium BBCH 10 konnten Unkrautarten durchschnittlich zu über 70 % voneinander unterschieden werden. Sehr gut konnten Kulturpflanzen von Unkräutern sowie mono- und dikotyle Arten differenziert werden. Ein Zusammenfassen von Pflanzenarten (BBCH 10) in Wirkstoffgruppen (sonstige Unkräuter, Ungräser, Galium aparine) führte zu richtigen Klassifikationsergebnissen von 83 % (Sommergerste) bzw. 96 % (Mais). 
Über manuelle, GIS- und kameragestützte Boniturverfahren wurden Applikationskarten für drei Herbizidklassen zur teilschlagspezifischen Unkrautbekämpfung anhand von Bekämpfungsschwellen in Getreide, Zuckerrüben, Mais, Winterraps und Erbsen auf insgesamt 138 ha erstellt. Die Herbizidapplikation erfolgte mit einer neu entwickelten Dreikammerspritze. Diese integriert die Bauteile von drei konventionellen Pflanzenschutzspritzen auf einem Trägerrahmen und erlaubt durch drei getrennte Flüssigkeitssysteme, Teilbreitenschaltung (3 m), dGPS Ansteuerung und eine zentrale Steuerungseinheit die präzise, kleinräumige Ausbringung von bis zu drei verschiedenen Herbizidmischungen über Applikationskarten. 
Die Herbizideinsparungen durch die teilschlagspezifische Unkrautkontrolle variierten in Abhängigkeit von Kulturpflanze, Jahr, Betrieb sowie Unkrautartenzusammensetzung und Samenpotential des jeweiligen Schlages. Durchschnittlich konnten 47 % der Herbizide für Ungräser und 35 % für Unkräuter eingespart werden. Behandlungen gegen Problemunkräuter wie Galium aparine und Cirsium arvense führten zu einer durchschnittlichen Einsparung von 71 %. Die Effizienz der teilschlagspezifischen Unkrautbekämpfung wurde durch manuelle Bonituren vor und nach der Herbizidbehandlung dokumentiert und lag zwischen 71,8 % und 98,8 %. Eine ökonomische Bewertung der eingesetzten Boniturverfahren sowie der Applikationstechnik wurde anhand der Erfahrungen von zwei Jahren Praxiseinsatz durchgeführt. Für eine teilschlagspezifische Herbizidausbringung nach Unkrautklassen (Offline) entstanden Kosten in Höhe von 16,26 ?/ha für die Unkrauterfassung und für eine selektive und kleinräumig differenzierte Ausbringung von Wirkstoffen. Demgegenüber wurden durchschnittliche Herbizideinsparungen von 27,61 ?/ha berechnet. 
K1 Unkrautbekämpfung
K1 Bildverarbeitung
K1 Präzisionslandwirtschaft
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2006/150