Digitaler Zwilling für Obstbau und Forstwirtschaft

Zielsetzungen

Im Rahmen des Projekts »For5G« wird eine praxisnahe 5G-Anwendung für den Kirschenanbau entwickelt. Die Erzeugung und Analyse eines »digitalen Zwillings« von Obstbäumen ist das Herzstück des Projekts, das in der Fränkischen Schweiz und im Landkreis Forchheim verortet ist . Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen zukünftig auch auf andere Anwendungsfälle übertragen werden. 

For5G im Smart Farming

Im Zuge des »Smart Farmings« kommen zunehmend innovative Technologien für eine nachhaltige Landwirtschaft zum Einsatz. Dazu zählt auch die Digitalisierung und Anwendung von 5G-Applikationen, die einen weiteren Schritt auf dem Weg zu einem tiefgreifenden Wandel der traditionellen Landwirtschaft bedeuten. Für landwirtschaftliche Betriebe sind die daraus erwachsenden Chancen erheblich: Eine Steigerung der Produktion, die Senkung von Kosten oder ein optimierter Einsatz von Ressourcen sind zu erwarten.

Drohnen liefern die Daten für den "digitalen Zwilling"

Ein »digitaler Zwilling« ist das genaue Abbild eines physischen Objekts, der dessen Simulation, Steuerung und Verbesserung erlaubt. Das zur Erzeugung notwendige Bildmaterial wird per Drohne aufgenommen und mittels 5G-Technologie an eine Rechnerinfrastruktur übertragen. Da eine Verarbeitung der Daten auf der Drohne selbst nicht möglich ist, trägt die Übertragungstechnologie zu einen wesentlichen Bestandteil zum Gelingen des Projekts bei. Zur Behebung der schlechten Abdeckung der landwirtschaftlichen Flächen mit 5G wird das mobile 5G-Campusnetz des Fraunhofer IIS eingesetzt. Das hat den Vorteil, dass  es sich flexibel zum jeweiligen Einsatzort transportieren lässt und die Anbindung der Drohne gewährleistet.

For5g funktionsweise

Funktionsweise von For5G

Eine Süßkirsche macht den Anfang

Als erster Anwendungsfall des Projekts wurde eine Süßkirschenanlage ausgewählt. Die Erstellung eines »digitalen Zwillings« mit einer farbigen 3D-Repräsentation, die den Baum in seiner Gesamtheit einschließlich Früchten und Gesundheitszustand abbildet, ist der erste Abschnitt eines dreiphasigen Prozesses. Mit ihr können bereits die meisten Use-Cases abgedeckt werden. Unmittelbar nach der Erzeugung steht der digitale Zwilling der Landwirtin oder dem Landwirt in der lokalen Cloud zur Verfügung. Vor Ort können die Daten mit unterschiedlichen Zielsetzungen wie z.B. Krankheitsdetektion oder Prognose des Ertragspotentials überprüft werden. Mögliche Maßnahmen, die einer erfolgreichen Bewirtschaftung des Baumes dienen, lassen sich einleiten. 

Aufgabe der HSWT im Projekt

Die HSWT wird die obstbauliche Expertise in das Projekt einbringen. Dies bedeutet konkret, dass zunächst mit "klassischen Methoden" aus dem obstbaulichen Versuchswesen Parameter des vegetativen (z-B. Triebwachstum, Stammdurchmesser, Baumvolumen) und generativen Wachstums (z.B. Blühstärke, Fruchtansatz, Fruchtgrößenentwicklung, Ertrag) sowie phytosanitäre Aspekte (Krankheiten, Schädlinge, evtl. abiotische Schäden) erfasst werden. Anschließend wird geprüft, in wie weit diese "analog" erfassten Parameter anhand der digitalen Zwillinge beschrieben werden können.

Vielfältige Verwertung der Projektergebnisse

Die im Projekt zusammengeführten Kompetenzen im Bereich 5G und Phänotypisierung (Fraunhofer IIS) sowie Robotik und Visualisierung (FAU) wie auch die Expertise im Obstbau (HWST/LK Forchheim) ergänzen sich optimal für eine erfolgreiche Durchführung des Projekts. Die denkbaren Anwendungsmöglichkeiten des »digitalen Zwillings« im Bereich Landwirtschaft und Obstbau sind extrem vielfältig. Das Spektrum reicht von der Beurteilung des Gesundheitszustandes einzelner Bäume über die Beurteilung der vegetativer und generativer Wachstumsparameter (Blühstärke, Fruchtansatz, Triebwachstum, Fruchtgröße) bis hin zur Prognose des Ertragspotentials. Im Forst könnten ganze Waldstücke auf diese Weise analysiert werden. Die Daten können damit zur Früherkennung von Waldbränden oder einer frühzeitigen Lokalisierung von Schädlingen beitragen. Die Forstwirtschaft ist bundesweit von großer ökologischer und ökonomischer Bedeutung. Nicht nur das Bundesland Bayern mit seinen fast 2,5 Millionen Hektar Wald, sondern auch andere Bundesländer bis hin zur EU könnten von der Einführung dieser neuen 5G-Technologie enorm profitieren.

Projektbeteiligte

Projektbeteiligte mit den jeweiligen Arbeitspaketen