Warum braucht moderne Landwirtschaft gutes Internet?
Etwa die Hälfte der Fläche Deutschlands wird nach Angaben des Umwelt Bundesamts landwirtschaftlich genutzt. Die intensive Bewirtschaftung hat großen Auswirkungen auf die Umwelt und das Klima: Agrarlandschaften bieten zwar Lebensraum für viele Arten und spielen eine wichtige Rolle für den Wasserhaushalt, doch Monokulturen, Maschinen, Pflanzenschutz- und Düngemittel beeinträchtigen die Artenvielfalt, Böden, Gewässer und die Luft. Gleichzeitig bedroht der Klimawandel mit immer häufigeren Extremwetterereignissen und steigenden Temperaturen die Ernten. Die Landwirtschaft muss sich anpassen.
Kai Bodemann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Hochschule Osnabrück und forscht im Projekt Cropboter Net an einer Möglichkeit, wie die Landwirtschaft von morgen diesen vielfältigen Herausforderungen begegnen könnte: dem Spot Farming.
Was ist Spot Farming?
Der Übergang zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft bei gleichzeitig steigendem Nahrungsmittelbedarf erfordert neue Konzepte und Technologien: zum Beispiel Spot-Farming. Dabei werden landwirtschaftliche Flächen deutlich kleinteiliger bewirtschaftet als in der konventionellen Landwirtschaft. Dabei können die angebauten Pflanzen bestmöglich auf den Boden abgestimmt werden. So werden Monokulturen vermieden. Außerdem kommen in der Regel kleinere und leichtere Maschinen zum Einsatz, wodurch die Bodenverdichtung reduziert wird.
Spot-Farming ist deshalb aber sehr arbeitsaufwendig. Gleichzeitig macht der demografische Wandel auch vor der Landwirtschaft nicht halt, weshalb es immer schwieriger wird, genügend Mitarbeitende zu finden.
Deshalb kommen verstärkt Agrarroboter und Drohnen zum Einsatz, die zur Koordination untereinander eine zuverlässige Datenkommunikation benötigen.
Wie kann eine zuverlässige Datenkommunikation in der Landwirtschaft umgesetzt werden?
Mit dem aktuellen Mobilfunkstandard 5G. Diese Technologie bietet den besten Kompromiss aus Reichweite, Datenrate und Robustheit im Freien im Vergleich zu anderen drahtlosen Kommunikationstechnologien wie etwa WLAN oder Bluetooth.
5G umfasst wurde dabei als flexibles, anwendungsorientiertes Netz gestaltet. Im Alltag kennen wir zum Beispiel die Funktion möglichsten vielen Anwendenden gleichzeitig eine möglichst hohe Datenrate beim mobilen Surfen im Internet zur Verfügung zu stellen. Ein 5G Netz kann aber auch so konfiguriert werden, dass es extrem viele Geräte mit einer ausreichenden Netzverbindung versorgt, zum Beispiel zum Übertragen von Sensordaten oder das Geräte im Netzwerk mit sehr geringer Verzögerung miteinander kommunizieren können.
Wie kann man 5G im ländlichen Raum nutzen, wo der Netzausbau eher schlecht ist?
Hierfür können nomadische 5G-Campusnetze eingesetzt werden. Das sind private 5G Netze. Die Bundesnetzagentur, die Behörde, die sich unter anderem um die Regulierung der Mobilfunkfrequenzen kümmert, hat spezielle Frequenzen für diese Netze vorgesehen. Im Projekt „Cropboter-Net“ beschäftigen wir uns unter anderem mit der Frage, wie ein solches Netz automatisierten in Betrieb genommen werden kann, damit es auch von Personen ohne Erfahrung mit 5G-Netzen genutzt werden kann. In einem vorherigen Projekt haben wir schon eine mobile 5G-Basisstation entwickelt, die an einen Trecker montiert werden kann, so dass lediglich der Trecker an die Stelle gefahren werden muss, wo die Roboter und Drohnen das Netz benötigen.
Was sind besondere Herausforderungen bei der Bereitstellung des 5G-Netzes für die Landwirtschaft?
Es gibt drei große Herausforderungen, zum einen muss die Kommunikation sehr resilient sein, das heißt, dass die Kommunikation auch noch dann funktionieren muss, wenn beispielsweise eine Baumreihe oder eine Scheune die direkte Sichtverbindung zwischen der Maschine und der mobilen Basisstation verdeckt. Dafür untersuchen wir verschiedene Konzepte wie Multipath-Übertragungen.
Die zweite Herausforderung ist die Selbstorganisation des Netzes. Damit ist gemeint, dass sich die Maschinen selbstständig an die aktuelle Netzsituation anpassen können, ohne dass manuelles Eingreifen nötig ist. Dazu erproben wir Monitoring Verfahren, die unter anderem mit Hilfe von künstlicher Intelligenz kritische Situationen im Netz, zum Beispiel einen drohenden Verbindungsabbruch, erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten können, etwa den Wechsel von einer Basisstation mit schwachem Signal zu einer anderen mit besserem Signal.
Die dritte Herausforderung ist die Anbindung an das öffentliche Internet. Diese ist zum Beispiel dann erforderlich, wenn eine teilautonome Maschine menschliche Unterstützung benötigt, damit dieser die Maschine aus der Ferne steuern kann. Hierfür muss eine geeignete Methode gefunden werden, die in auch in Gebieten mit schlechter öffentlicher Infrastruktur funktioniert. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass sowohl aus dem Campusnetz selbst und auch über das Internet kein unbefugter Zugriff auf das Netz erfolgen kann, damit die (teil)autonomen Maschinen sicher betrieben werden können.
Von: Justine Prüne