Industrielle Automation 3/2019

Exakt im Blick

Exakt im Blick Wärmebildkameras unterstützen Automatisierungsprozess in Japans Landwirtschaft Thomas Jung ist Sales Director Central & East Central Europe – Instruments bei der FLIR Systems GmbH in Frankfurt am Main Um die Anbautechnologien in der Landwirtschaft Japans zu optimieren, sollen diese sukzessive automatisiert werden. Wärmebildkameras leisten hierbei einen wesentlichen Beitrag in der Feldüberwachung. Fest installierte Infrarot-Kameras visualisieren über einen definierten Zeitraum die Oberflächentemperaturen der Pflanzen und erlauben Forschern somit einen Einblick in die Wachstumsprozesse. J apans Agrarwesen sieht sich mit vielen Herausforderungen konfrontiert: Die Arbeitskräfte werden immer älter, es gibt nicht ausreichend Nachfolger und die Liberalisierung des Handels im Rahmen der Transpazifischen Partnerschaft stellt eine weitere Schwierigkeit dar. Um diese Probleme langfristig in den Griff zu bekommen, werden Forschungsarbeiten zur Optimierung und Automatisierung der Landwirtschaft durchgeführt. Der Titel einer aktuellen Studie lautet „Development of plant growth estimation technologies combined with robust field monitors and micro-fluidic model simulating plant vascular system“ (Entwicklung von Technologien zur Abschätzung der Entwicklung des Pflanzenwachstums in Kombination mit robusten Feldüberwachungsgeräten und einem mikrofluidischen Modell zur Simulation des Pflanzenvaskularsystems). Die Abhandlung ist das Ergebnis eines gemeinsamen Ansatzes von Forschern verschiedener Universitäten mit Unterstützung der Crest-Initiative der Japan Science and Technology Agency, einem Förderprogramm für Teamforschung. Teil der Forschungsgruppe sind Prof. Ryo Miyake an der University of Tokyo, Professor Atsushi Ogawa an der Akita Prefectural University und Associate Professor Tetsushi Koide an der Hiroshima University. Koide und sein Team sind für das Sammeln und Analysieren von Daten zum Anbau prozess von landwirtschaftlichen Pflanzen zuständig. Zum Einsatz kommt eine Infrarot-Wärmebildkamera vom Typ AX8 von Flir. Sie liefert essentielle Temperaturbilder der Pflanzen während des Anbauprozesses und somit wichtige Erkenntnisse für das Forscher-Team. Automatisierung in vollem Gange Aufgrund des Alterns der Arbeitskräfte und des Mangels an Nachfolgern in der japanischen Landwirtschaft sind die Bemühungen in Richtung Automatisierung in verschiedenen Bereichen in vollem Gange. Aktuell ist Japan die weltweit fünftgrößte Landwirtschaft. Mehr als 60 % der in der Landwirtschaft tätigen Bevölkerung ist jedoch bereits 65 Jahre alt oder älter. Personen unter 35 Jahren machen nur 5 % der arbeitenden Bevölkerung aus. In der japanischen Landwirtschaft ist es besonders wichtig, das Fachwissen zur Pflege von landwirtschaftlichen Pflanzen weiterzugeben. In den letzten Jahren geht die Zahl der Nachfolger allerdings zurück. Dieses Wissen muss aus einer Vielzahl anderer Quellen gesammelt werden. Dazu zählt z. B. das Verständnis wie Düngemittel und Nährstoffe zukünftig bereitgestellt werden sollten. Koide: „In Japan ist das Klima regional sehr unterschiedlich. Die Klimaumgebung wird sich auch in Japan aufgrund verschiedener Faktoren ändern. “ Durch die Verwendung der Wärmebild kamera kann jedoch die Oberflächentemperatur landwirtschaftlicher Pflanzen ermit telt werden. Die Forscher sammeln Temperaturdaten und arbeiten auf die Visualisierung von landwirtschaftlichen Pflanzen hin. So sollen neben der Bestimmung allgemeiner Temperaturverteilungen neue Aktivitäten wie die Berechnung von Sonnenlichtstunden in bestimmten Bereichen ermöglicht werden. Die jährlichen Wettervorhersagen waren tatsächlich nicht immer genau. Wenn das Team aber Temperaturdaten, Wärmebilder und visuelle Bilder in Echtzeit und in regelmäßigen Abständen von einer fest installierten Kamera sammeln kann, kann die Anpassung an Änderungen der Umgebung möglicherweise durch die entsprechende Einstellung der Düngemittel- und Nährstoffmenge erfolgen. Schäden durch Temperaturschwankungen Neben einer optimierten Anreicherung von Düngemittel und Nährstoffen arbeiten Forscher an der Entwicklung neuer Reissorten. Derzeit sind im Land mehr als 800 Reissorten registriert, und darüber hinaus kommt auch deren Verbesserung in Fahrt – dabei spielen Infrarot kameras eine große Rolle. In den letzten Jahren ist es in Japan häufig zu ungewöhnlichen Wettergeschehen und steigenden Temperaturen gekommen. Die höheren Temperaturen wirken sich nicht nur auf die Gesundheit von Menschen und

Tieren, sondern auch auf das Wachstum landwirtschaftlicher Pflanzen aus. Wenn die Temperatur z. B. beim Reisanbau während der Reifeperiode ansteigt, kommt es zu Schäden, da die Pflanze mit vielen unreifen weißen Körnern und ähnlichem heranwächst. Dies ist nicht nur auf die übermäßig hohen Temperaturen, sondern auch auf den Umgang von Landwirten mit Wasser und Düngemitteln zurückzuführen. Ein solcher Schaden durch hohe Temperaturen wirkt sich auch auf die Güteklasse des betroffenen Reises aus. Wachstumsschäden der Reispflanze vorbeugen Mit einer Infrarotkamera können die Forscher alle Verbindungen zwischen den Daten zur Temperaturverteilung und den Wärmebildern in Echtzeit ermitteln und die Tendenz des Auftretens eines Schadens durch hohe Temperaturen bestimmen. Wenn solche Kameras früh eingeführt werden, kann möglicherweise eine Umgebung geschaffen werden, die die Schäden am Reis minimiert. Durch das Sammeln von Temperaturdaten kann das Team ebenfalls die Sonnenlichtstunden und die Temperaturverteilungen des Reises und der Blätter überprüfen und hierdurch den Schaden am Reis durch Bestimmung der passenden Feuchtigkeitsmenge reduzieren (Bild rechts). Die weitere Sammlung von Daten hilft dem Team dabei, zu entscheiden, ob der Anbau in den folgenden Jahren beschleunigt oder verlangsamt werden sollte. Infrarotkameras sind unter solchen Umständen effektiv, da mit ihnen der Zustand der Blatttemperatur in Echtzeit überwacht werden kann. Herkömmlicherweise haben Landwirtschaftswissenschaftler den Zustand der Fotosynthese gemessen, indem sie Pflanzen in eine Kammer gestellt haben. Mit einer Infrarotkamera kann die Blatttemperatur gemessen (ohne dabei die Blätter zu belasten) Infrarotkameras überwachen das Pflanzenwachstum kontinuierlich und der Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Pflanzenverdunstung geklärt werden. Das Ziel von Koide und seinem Forschungsteam ist es, die Anbautechnologie der nächsten Generation praktikabler zu gestalten und den großflächigen Einsatz von Bild gebungstechnologie bei Landwirten zu fördern. Gleichzeitig soll die Nutzung solcher Technologien vereinfacht werden. Technologien in der Landwirtschaft beruhten traditionsgemäß hauptsächlich auf dem Fachwissen und den Erfahrungen der Landwirte. Für sie ist es eine neue Erfahrung, Temperaturdaten in regelmäßigen Abständen in Echtzeit zu erhalten und diese Daten zur Erstellung eines Trenddiagramms der Temperaturen des Reises und der Reisblätter zu verwenden. Durch das Führen von Aufzeichnungen der Temperaturtrends können Landwirte den Zustand der Fotosynthese messen. Die Wärmebildkamera vom Typ AX8 spielt bei all diesen Untersuchungen und Einsatzbereichen eine große Rolle. Bilder: Aufmacher Fotolia; Sonstige Flir www.flir.de 8 12 16 25 35 50 Keine Lottozahlen, sondern die Brennweiten der neuen CF-ZA Serie für 1.1" Sensoren Immer sechs Richtige: Mit nur 39 mm Durchmesser und 2.5 µm Pixelgröße Speziell für 1.1" Sensoren entwickelt, bietet die neue CF-ZA Serie ein Auflösungsvermögen von 2.5 µm Pixelgröße und konstant helle Bilder von der Mitte bis zum Rand – ohne Vignettierung. Und das bei einem extrem kleinen Durchmesser von nur 39 mm. Mehr auf www.fujifilm.eu/fujinon. Fujinon. Mehr sehen. Mehr wissen.