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Flexible IoT-Plattform unterstützt offene Innovationen bei der Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen

Die Landwirtschaft ist der größte Verbraucher von Süßwasser. Wird noch der Energieverbrauch zur Bewässerung der Pflanzen hinzugerechnet, ist offensichtlich, wie hoch die Umweltbelastung ist. Eine Forschergruppe aus der EU und Brasilien erprobt nun Pilotsysteme, die den Bewässerungsbedarf ermitteln, um unnötigem Wasserverlust zu vorzubeugen.

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Das Projekt SWAMP erforscht in Bahia und Sao Paulo (Brasilien) sowie Spanien und Italien Präzisionsbewässerungssysteme, die auf dem Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) basieren. Koordinator Juha-Pekka Soininen stellt das Projekt vor: „Hauptziel ist die Einsparung von Wasser und Energie sowie die Maximierung von Ernteerträgen und -qualität. Ersteres hat jedoch Priorität, und zwar aufgrund der zunehmenden Wasserverknappung in Folge des Klimawandels.“ Ergebnis der Projekt- und intensiven Innovationsforschung ist eine offene, flexible Plattform für intelligentes Bewässerungsmanagement. Schwerpunkt von SWAMP war insbesondere die genaue Lageerfassung zur Boden- und Ertragsqualität. Für die Datenerfassung werden mehrere Quellen kombiniert, die zum Teil wichtige Projektinnovationen darstellen, etwa Schätzfunktionen zum Wasserbedarf oder autonome Drohnen- und Bildverarbeitungssysteme.

Anpassung an unterschiedliche Bedürfnisse

Ein weiteres wichtiges Ergebnis von SWAMP ist die Zusammenführung von Daten zum spezifischen Wasserbedarf und das Management offener Kanäle des Wasserverteilungsnetzes, ergänzt durch Strömungssimulatoren und Maschinenlernalgorithmen. Auf dieser Datengrundlage wird die Bodenfeuchtigkeit prognostiziert, um wiederum einen Bewässerungsplan für die einzelnen Flächenabschnitte zu erstellen. Hier kommt nun eine weitere Schlüsselinnovation von SWAMP hinzu: das IoT-basierte automatisierte, hochdifferenzierte Präzisionsbewässerungssystem für die zeitgenaue und bedarfsabhängige Bewässerung. „In einem der Pilotprojekte installierten wir Sprinklerventile und Pumpen für die automatisierte Bewässerung mit dem SWAMP-System“, berichtet Soininen und fügt hinzu: „Die Landwirte können über Apps den Feldstatus abfragen und vorgeschlagene Bewässerungspläne anpassen.“ Ausgehend von den Pilotversuchen werden nun Systeme entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen einzelner Flächen entwickelt. Soininen erläutert dies anhand des italienischen Pilotversuchs: Im Mittelpunkt steht ein Wasserverteilungsnetz mit offenen Kanälen, das für den ermittelten Wasserbedarf der Nutzpflanzen entlang der Kanäle optimiert wird. Die Agrarbetriebe liefern den Kanalbetreibern genaue Daten für ein optimiertes Management des Leitungsnetzes. „Im optimalen Fall sollten alle Höfe die Bewässerung gleichzeitig durchführen, damit sich der Kanal nur minimal füllt“, erklärt er.

Ausräumen von Hürden

Der technische Stand mehrerer vorhandener Technologien entsprach allerdings nicht den Erwartungen. So musste SWAMP eigene Sonden zur Messung der Bodenfeuchte einsetzen, da herkömmliche Lösungen die Anforderungen nicht erfüllten. Trotzdem ist Soininen zufolge „nach Ablauf von zwei Jahren des Dreijahresprojekts klar, dass das Ziel erreichbar ist.“ Die IoT-Plattform basiert auf FIWARE und lässt sich flexibel an alle Pilotversuche anpassen. Die größten Hürden dabei sind Kostenfaktoren, Heterogenität und Größe der landwirtschaftlichen Flächen. Aufgrund anderer technischer und infrastruktureller Aspekte wie auch typischer zyklischer landwirtschaftlicher Abläufe favorisierten die Projektpartner die Entwicklung einer Ausgangslösung, mit der die landwirtschaftlichen Bedürfnisse erfüllbar sind, sobald ein industrieller Maßstab erreicht ist. Das Projekt arbeitet darauf hin, Wasser- und Energieverschwendung zu vermeiden. „So kann SWAMP auf globaler Ebene Einfluss nehmen“, ist Soininen überzeugt. „Der Einsatz des Internets der Dinge und von Systemen zur Unterstützung offener Innovationen ist entscheidend, um auch in diesem Bereich Veränderungen zu erreichen“, schließt er.

Schlüsselbegriffe

SWAMP, Wasser, Bewässerung, IoT, Internet der Dinge, offene Innovation, Landwirtschaft, Pflanzenbau, Landwirtschaft, intelligente Bewässerung, FIWARE

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