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Using Copernicus Earth Observation radar data to disrupt Precision Agriculture

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Mit besseren Satellitenbildern die Präzisionslandwirtschaft erweitern

Satelliten werden zweifellos für den Alltag immer wichtiger. Auch bringen sie dem Agrarsektor ein stetig größer werdendes Spektrum an Vorteilen. Ein EU-finanziertes Projekt setzt nun verbesserte Satellitendaten aus dem Copernicus-Programm dazu ein, die europäische Nutzpflanzenproduktion zu steigern und die ökologische Nachhaltigkeit zu verbessern.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Die Präzisionslandwirtschaft (Precision Agriculture, PA) stellt Satellitenbilder in ihren Dienst, um Landwirtschaftsbetriebe mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu verwalten. Bestandteil der zentralen Entwicklungsrichtung der PA ist das Copernicus-Programm für Erdbeobachtung (EO) der EU, dessen Sentinel-Satellitenmissionen eine Fülle von Informationen über Wuchsbedingungen und Anbaupflanzengesundheit liefern, die zur Verbesserung der landwirtschaftlichen Effizienz verwendet werden. Sentinel-1 stellt Allwetter-, Tag- und Nacht-Radarbildgebung von Land und Meer zur Verfügung, während Sentinel-2 eine hochauflösende optische Bildgebung für Landdienste wie etwa Bildmaterial über Vegetationsdecke und Bodenbedeckung bietet. Durch Überwachung von Anbaubedingungen und Bodeneigenschaften sowie Kartierung der Bodenbearbeitungsaktivitäten können Satelliten zur Bewertung der Flächennutzung, Vorhersage der Ernten, Überwachung jahreszeitlich bedingter Veränderungen und Umsetzung von nachhaltigen Entwicklungstrategien beitragen. Die Leistungskennzahlen vorhersagen Das Projekt AgroRadar entwickelt Algorithmen und Datenmodelle, um EO-SAR-Daten (Synthetic Aperture Radar; Radar mit synthetischer Apertur) von Copernicus zu verarbeiten. Die resultierenden Bilder sind detailreicher und präziser als die aller anderen PA-Dienste weltweit. Projektkoordinator Professor José Rafael Marques da Silva erläutert dazu: „Das SAR-Bildmaterial wird von einem SAR-aktiven Sensor übermittelt, der eine spezielle elektromagnetische Strahlung zur Erde sendet und die zurückkommende elektromagnetische Strahlung einliest und auf diese Weise Informationen über Erdoberfläche und Anbaupflanzen liefert.“ Die von AgroRadar produzierten Bilder ermöglichen den Landwirten die Vorhersage der wichtigsten agrarwissenschaftlichen Leistungsvariablen. Sie dienen der verbesserten Ausbringung von Düngemitteln sowie dem Nachweis von Anomalien bei den Anbaupflanzen aufgrund von Faktoren im Zusammenhang mit Boden, Wasser, Schädlingen, Krankheiten und weiteren Faktoren. Professor Marques da Silva zufolge können „die Bilder gleichermaßen zur Vorhersage von Erntetrends und agrarwissenschaftlichen bestmöglichen Verfahren sowie potenziellen wirtschaftlichen Problemen dienen, um die Rentabilität der Investitionen von Landwirten zu verbessern.“ Eine Allwetterlösung SAR-Bildmaterial hat gegenüber optischen Daten einen Vorteil: es wird nicht durch Wolken oder Nebel beeinträchtigt. So kann der durch die Copernicus-Sentinel-Satelliten zur Verfügung stehende 5-Tage-Bildgebungszeitraum vollständig ausgenutzt werden. Es können wöchentliche Berichte für Endnutzer wie etwa Landwirte erstellt werden, die Woche für Woche Bewirtschaftungsentscheidungen treffen müssen. „SAR-Bildmaterial kann, obwohl es technisch komplexer ist, mit optischem Bildmaterial korreliert werden, um so zu spannenden neuen Anwendungen für Agrarmanagement zu gelangen“, sagt Professor Marques da Silva. Zudem können SAR-Daten zur Lösung spezieller Probleme verwendet werden, die nicht mit Hilfe normaler optischer Satellitendaten angegangen werden können, so etwa die Abschätzung von Biomasse unter dem Kronendach von Wäldern zur Erstellung von Brandkarten. Weitere Beispiele sind die Schätzung des Ertrags von beschatteten Kaffee- und Tomatenpflanzen sowie genaue Ertragsberechnungen für Reisfelder, Weinberge und Olivenhaine. Außerdem können sie hilfreich bei der Ermittlung übermäßig bewässerter Gebiete und Lecks sein sowie wasserführende Anlagen und Eutrophierung kartieren. Aufgewertete Dienste für Präzisionslandwirtschaft Neben dem Einsatz von Fernsensoren wird AgroRadar außerdem den Landwirten in naher Zukunft auch durch die Einbindung von Daten von proximalen Sensoren (wie sie etwa im Internet der Dinge genutzt werden) sowie weiteren landwirtschaftlichen Daten, etwa über Boden, Pflanzen, Wasser, Schädlinge und Düngemittel, zugute kommen. Durch Anwendung dieses Big-Data-Ansatzes, in dem menschliche und künstliche Intelligenz kombiniert sind, können die Landwirte Ernteerträge und Qualität maximieren und dabei gleichzeitig die natürliche Umwelt schützen. Aus den Daten gewonnene Landwirtschaftskarten werden außerdem unabhängige Schätzungen des Anbaus in einem bestimmten Land ermöglichen, was die Gewährleistung der Ernährungssicherheit in gefährdeten Gebieten unterstützen kann. AgroRadar geht daher über die gängigen PA-Dienstleistungen hinaus, indem es kostengünstige Lösungen für kleine und mittlere landwirtschaftliche Betriebe, neue Dienstleistungen für Vermögenseigentümer (wie Banken und Versicherungen) und Regierungsbehörden zum Einsatz im Brandschutz und zur Kontrolle von Beihilfen anbietet.

Schlüsselbegriffe

AgroRadar, Copernicus, Präzisionslandwirtschaft, Präzisionsackerbau, Erdbeobachtung, Sentinel-Satellit, Radar mit synthetischer Apertur, Big Data

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