Am 1. September war meteorologischer Herbstanfang. Und auch das eine oder andere welke Blatt, das bereits vom Baum gefallen ist, macht deutlich, dass die Übergangszeit zwischen Sommer und Winter im Anmarsch ist. Damit beginnt nicht nur für Besen und Laubbläser die Hochsaison, sondern auch für die Bauern startet eine der wichtigsten Zeiten des Jahres: die Ernte. Und wen wundert‘s in der heutigen Zeit, wo uns auf Schritt und Tritt Technik das Leben erleichtert, dass auch in der Landwirtschaft elektronische Helferlein ihre Dienste tun. Ein solcher Helfer ist zum Beispiel das Messgerät HarvestLab, das der Messtechnikexperte Carl Zeiss und der Landmaschinenhersteller John Deere entwickelt haben. Das System bestimmt mit Hilfe eines NIR(Nah-Infrarot)-Sensors die Feuchte bzw. die Trockenmasse des Erntegutes wie Gras, Mais oder Klee bereits während des Erntevorgangs. So können Landwirte schon auf dem Feld die spätere Güte der Silage sehr genau einschätzen – denn für deren Qualität gibt in erster Linie der Feuchtigkeitsgehalt den Ausschlag: Ist er etwa im Gärfutter zu hoch, droht Fäulnis.
* Willow Technologies
Feuchtigkeitsgehalt im Sekundentakt bestimmen
Der NIR-Feuchte-Sensor von Carl Zeiss, der mit einem Spektrometer und einer Lichtquelle sowie einer Abweichung von nur zwei Prozent arbeitet, ist zum Beispiel an den Auswurfkrümmern des Feldhäckslers 7050i mit 6-Zylinder-Reihenmotor, 13,5-Liter-Hubraum und 625 PS von John Deere installiert. Hier misst er im Sekundentakt die Feuchtewerte des in die Landmaschine eingezogenen Erntegutes (insgesamt 17 Messungen pro Sekunde) – und zwar vollautomatisch ohne Kalibrierung. Gleichzeitig kann er die Schnittlänge des Häckslers automatisch an den gemessenen Trockensubstanz-Gehalt anpassen (über das System AutoLoc). Wie das Ganze im Detail funktioniert, liest sich in der John-Deere-Broschüre zu HarvestLab so: „Die Lichtquelle im HarvestLab sendet Nahinfrarotlicht aus. Das vorbeiströmende Erntegut im Auswurfkrümmer reflektiert einen Teil des Nahinfrarotlichts auf den integrierten Detektor des HarvestLab-Sensors. Da Silage mit unterschiedlichem Trockensubstanzgehalt das Nahinfrarotlicht mit unterschiedlicher Intensität reflektiert, lässt sich aus der Differenz des emittierten und reflektierten Lichts die Feuchtigkeit des Futters exakt bestimmen.“ Nach Angaben von John Deere liefert der Sensor durch die kontinuierlichen Feuchtebestimmungen (3.600 Messungen pro Stunde) repräsentativere und genauere Werte als die Trockenschrankmethode, die herkömmliche analytische Bestimmung. Bei dieser werden für einen 500-Tonnen-Silo in der Regel nur drei bis fünf Proben genommen, während man mit Hilfe des NIR-Sensors den Inhalt eines solchen Silos rund 9.000-mal auf seine Zusammensetzung hin untersuchen kann. Neben der Feuchtigkeitsmessung bietet sich diese Technik auch als verlässliche Methode an, um exakte Informationen über den Energiegehalt, die Sortenwahl und -qualität oder den Energieertrag pro Hektar zu gewinnen. Zudem lassen sich die gewonnenen Werte als Abrechnungsgrundlage für den Einkauf von Rohstoffen heranziehen.
Rauen Bedingungen gilt es standzuhalten
Bei ihrer Entwicklung haben John Deere und Carl Zeiss die sensible Sensorik den rauen Bedingungen auf dem Feld angepasst. So ist der NIR-Sensor zum Beispiel im Auswurfkrümmer des Feldhäckslers Belastungen ausgesetzt, die das 50-fache der Erdbeschleunigung ausmachen können. Ferner muss gewährleistet sein, dass der Sensor auch bei extremen Temperaturunterschieden stets zuverlässig arbeitet. Schließlich hat man HarvestLab so gebaut, dass das Gerät – nicht unwichtig für den Einsatz in der Landwirtschaft – unempfindlich gegenüber Verschmutzung ist. Nach Aussagen von John Deere will man den Sensor so weiterentwickeln, dass er künftig in der Lage ist, vor Ort auch Angaben über den Protein- und Zuckergehalt des Erntegutes machen zu können. Zudem soll sich das NIR-Messverfahren nicht nur auf Grünfutter beschränken, sondern auch auf andere Pflanzen wie Baumwolle oder Zuckerrohr anwendbar sein. Auch das System ēKo, das bei Willow Technologies aus UK erhältlich ist, leistet Hilfe im landwirtschaftlichen Bereich, zum Beispiel im Weinbau. Mit diesem drahtlosen, funkgestützten und mit Solarstrom arbeitenden Sensorsystem zur Ernte- und Umweltüberwachung können Winzer und Önologen wichtige Daten zur Gesundheit und zum Wachstumsprozess der Reben in einem einfachen Internet-Browser erfassen und auswerten. Die Sensoren lassen sich in verschiedensten Geländebeschaffenheiten und Mikroklimata einsetzen.
Drahtlos die Umweltbedingungen im Weinberg exakt überwachen
Das System umfasst die Bestandteile ēKo-Base-Radio, ēKo-Gateway und mehrere ēKo-Nodes (Sensorknoten, die in gelben Containern untergebracht sind). Letztere bestehen u. a. aus einem drahtlosen Transmitter, einer Solarzelle, einer Batterie und vier Sensor-Ports. Haben die Sensorknoten Daten gesammelt, übertragen sie diese zur Base-Radio-Station, die sie wiederum an das Gateway weiterleitet. Martin Pearce, Marketing Director bei Willow Technologies, erläutert: „Durch die Vielseitigkeit der Sendeempfänger und Sensoren können Weinbauern mit einem einzigen Netzwerk die Bodenfeuchte, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und die Wassermenge, die zu jeder Rebe fließt, eventuelle Krankheiten sowie den Fermentationsgrad im Weinkeller überwachen. Die Winzer können zu jeder Zeit über einen PC, Laptop oder Smartphone auf die Daten des ēKo-Systems zugreifen, die in Echtzeit mit dem selbstheilenden und selbstkonfigurierenden Mesh-Netzwerk erfasst werden. Das einfache aber wirkungsvolle Netzwerkdesign ermöglicht es, einen umfassenden Überblick zur effizienteren Leitung eines Weinguts zu erlangen.“ Als Vorteile verspricht das System Bewässerungseinsparungen bis zu 26 Prozent, geringeren Energieverbrauch und eine deutliche Ertrags- und Qualitätssteigerung. Dies wird auch von dem Anwender Mark Holler bestätigt, einem ehemaligen Intel-Forscher, der ēKo auf seinem Weingut Camalie Vineyards in den Bergen über dem Napa Valley einsetzt.
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