Mit dem Computer auf das Feld

TEILSCHLAG TECHNIK

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Peter J ü rschik, Potsdam-Born im

Mit dem Computer auf das Feld

Der Einsatz der Satell itenortung mit DGPS (Differential Global Positioning System) im Pflanzenbau soll den Landwirten helfen, Bewi rtschaftungsmaßnahmen zu opti mieren. Dazu müssen Felddaten mit exaktem Koordinatenbezug erfaßt wer­

den. Der Beitrag diskutiert eine techni­

sche Lösung für die Datenerfassung auf der Basis eines Pencomputers, mit der eine hohe Funktional ität und eine beson­

ders einfache Bedienung auf dem Feld rea l isiert werden kann.

F

ür das Erfassen von Schlagkonturen sowie für Boden probenahmen und Bo­

n ituren stehen zunehmend DG PS-ge­

stützte Systeme zur Verfügung (lJ. ^{H in­}

sichtlich der dafür zum Einsatz kommen­

den Gerätetechnik kann untersch ieden werden zwischen:

• Universalgeräten, d ie teilweise für land­

wirtschaftliche Anwendungen a ngepaßt wurden,

• Erweiterungen des Funktionsu mfangs neuer Tra ktortermina ls,

• Softwarelösungen, d ie mit Standard- hardware a rbeiten.

Die meisten U niversalgeräte wurden für die a llgemeine Geodatenerfassung ent­

wickelt und können desha lb in größerer Stückzahl produziert und kostengünstig angeboten werden. I hre Weiterentwick­

lung erfolgt relativ unabhängig von land­

wirtschaftlichen Anwendungen . Demge­

genü ber zielt d ie I ntegration von Funktio­

nen zur mobilen Datenerfassung i n Traktorterminals allein auf d e n landwirt­

schaftlichen Markt. Da d ie neue Genera­

tion der Traktorterminals in der Regel über d ie Option DG PS verfügt, muß für die mobile Datenerfassung kein zusätzli­

ches Gerät angeschafft werden. Herstel­

ler wie etwa Claas ^[2] haben Funktionen für die mobile Datenerfassung i n ihre Ter­

minals integriert. Grundgeräte für Saft­

warelösungen sind in der Regel Note­

books oder Pencom puter (Pentops), an die ü ber eine serielle Schnittstelle ein DG PS-Empfänger angeschlossen wird . Dipl. -lng. Peter Jürschik ist wissenschaftli­

cher Mitarbeiter der Abteilung Technik im Pflanzenbau (Leiter Dr. D. Ehlert) des Instituts für Agrartechnik Bornim e. V (Direktor Prof Dr. J. Zaske), Max-Eyth-AI/ee 1 00, 1 4469 Potsdam-Bornim, e-mail: pjuerschik@atb.uni­

potsdam-de

Für ihre aktive Mitarbeit bei der technischen Realisierung danken wir der Firma CiS GmbH Rostock.

Referierter Beitrag der Landtechnik 1 42

Bereits 1994 wurde im I nstitut für Agrartechnik Bornim (ATB) für Arbeiten zur Schlagvermessung, für die U nkraut­

bonitur und d ie Bodenprobenahme eine technische Lösung zur mobilen Feldda­

tenerfassung mit DGPS erarbeitet. Sie ba­

siert auf einer Ortung mit DG PS, einem Notebook-Computer und einer DOS-Soft­

wa re. Dazu wurde ein Prod u kt aus dem Bereich hyd rogra phische Vermessung mod ifiziert. Die Arbeit mit diesem System ( Feld Navigator) verdeutlichte, wie hi lf­

reich d ie U nterstützung der mobilen Da­

tenerfassung mit DGPS ist. G leichzeitig wurden Defizite dieses Systems hinsicht­

lich seiner Hand habung und Bed ienung erkenn bar. Als kritisch hat sich d ie N ut­

zung d es Notebooks auf dem Feld erwie­

sen . I nsbesondere Tastaturei ngaben be­

reiten während der Bewegung ü ber das Feld Schwierigkeiten. Zumindest für d ie Arbeit am Mann (man pack) mußten dar­

ü ber hinaus Gewicht, Volumen und Ener­

gieverbrauch der eingesetzten Technik deutlich sinken.

Anfa ng 1995 konnte für eine gemein­

same Weiterentwicklung ( Pe n Navigator) auf der Basis eines Pencom puters ein Partner aus der Industrie gewon nen wer­

den. Dabei lag d ie konzeptionelle Arbeit hinsichtlich der Hard- und Software, die Betreuung des Programmierers und d ie Erprobung beim ATB . Der I ndustriepart­

ner realisierte die Systemprogram mie­

rung auf der Grundlage seiner G IS-Ent­

wicklungssoftwa re.

ten d i rekt wä h rend einer Schlagbege­

hung auf dem Feld e rmöglicht werden.

H intergrun d d afür war d ie Idee, die Flächen kenntnis der Landwirte besser als bisher in den Prozeß der teilflächenspezi­

fischen Bewirtschaftu ng einzubeziehen.

Dazu m u ßte ein mobiles geogra phisches I nformationssystem e ntwickelt werden, das d ie Arbeit mit Luftbildern und Er­

tragskarten a uf dem Feld u nterstützt und gleichzeitig eine DGPS-gestützte Datener­

fassung ermöglicht. Ein besonderer An­

spruch war es, dieses System h i nsichtlich seiner Bedienung auf dem Feld so ein­

fach wie mögl ich zu gesta lte n . Entspre­

chend der bis zu d iesem Zeitpunkt be­

reits vorliegenden Erfahrungen bei der mobilen Felddatenerfassung wurde bei der Konzeption des neuen Systems a uf folgende Aspekte besonderer Wert gelegt:

• gute Eignung fü r die N utzu ng a m Mann (man pack),

• Trennung der Arbeitsvorbereitu ng von der eigentlichen Erfassung,

• U nterstützung versch iedener Koordina­

tensysteme,

• Anzeige georeferenzierter H intergrund­

raster,

• Bedienung wäh rend der Felddatener­

fassung mit dem Pen oder dem Finger,

• min i male Bedienung für das Erfassen der Objekte und ihre Ken nzeichnung,

• einfache Führungshilfe für die Bewe­

gung entlang geplanter Routen . Bild 1 zeigt das Blockschaltbild des nach d iesen G rundsätzen entwickelten Sy-

Kombiantenne GPS + Korrektur

RS232

DGPS -Empfänger:

Daten ALF oder RASANT Batterieblock

Bild 1: Blockschaltbild des Datenerfassungssystems Fig. 1 : Diagram of data acquisition system

Hohe Funktional ität

Es war gemei nsames Ziel, d ie Arbeiten zur mobilen Felddatenerfassung bei der tei�ächenspezmschen Bewirtschaftung optimal zu u nterstützen . Als spezielles Anliegen der Entwicklung sollte auch d ie N utzung von Luftbildern und Ertragskar-

stems zur mobilen Felddatenerfassung.

Dabei wurde die Anwend u ngsspezifik in der Software eines geogr-aphischen I nfor­

mationssystem G I S realisiert, die auf dem Pentop installiert ist. Die Hardwa rekom­

ponenten Pentop u nd DGPS sind a us­

tauschbare OEM-Produkte.

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Bild 2:Man-Pack Version Fig. 2: Man-pack version

Der Pentop ist ein mobiler tastaturloser PC, dessen Bed ienung ü ber das be­

rührungssensitive Display erfolgt (touch screen display) . Er verfügt ü ber ähnliche Hardwa rekomponenten wie ein Stan­

dard-PC. Als Betriebssystem kommen meist MS-Windows™ oder MS-DOS™

kom patible Programme zum Einsatz. Der für d ie Erprobung gen utzte Pentop EHT- 400C der Firma Epson realisiert eine Bild­

sch irmauflösung von 640 . 480 Pixeln bei 256 Farben.

Die Auswahl des DG PS-Em pfängers wurde wesentlich von der Verfügbarkeit des DG PS-Korrektursignals bestimmt.

Daneben ergaben sich Einschrä nku ngen durch das Gewicht, d ie Baugröße, den Energieverbra uch (Arbeitsda uer mit ei­

nem Batteriesatz) und d ie Kosten . Vor dem Hintergrund dieser Anforderungen kamen 1997 als DG PS-Empfänger insbe­

sondere ALF-Empfänger ( La ngweile) und RASANT-Empfänger ( U KW) in Frage. Ein­

gesetzt wurde ein Langwellen-DGPS­

Empfänger (CT Star-Track DGPS). Preis­

werte G PS-Em pfänger stellen die Koordi­

naten in der Regel auf der G rund lage des Elli psoids WGS ⁸⁴ zur Verfügu ng. Im Ver­

messungswesen kommen in Deutsch­

land jedoch der Bessel- und der Kras­

sowsky-EIIipsoid zum Einsatz. Darüber hinaus l iegt za hlreiches Karten material in Gauss-Krüger transformierten Projekti­

onskoordinaten vor. Funktionen zur Koor­

dinatentra nsformation wurden deshalb implementiert.

Während der N utzung am Mann (man pack) werden Systeme zur mobilen Da­

tenerfassung häufig mit einem R ucksack tra nsportiert [3] . Die Miniaturisierung der Hardwarekomponenten ermöglichte eine U nterbringung der Hardware i n einer Jac ke ( Bild 2) . Dad urch verbesserten sich d ie Trageeigenschaften erheblich.

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Einfache Bedienung

Bei der mobilen Datenerfassung muß der Zeitaufwand zum Bedienen der Technik möglichst gering gehalten werden. U m dies z u erreichen , wurde d ie Arbeitsvor­

bereitung mit einem eigenständigen Soft­

wareteil unterstützt. Dabei wird d ie Ar­

beitsfläche in Form ei ner Karte vorberei­

tet. Darüber hinaus können nach Beda rf Masken für die Kennzeichnung der zu er­

fassenden Geo-Objekte vorbereitet wer­

den. Diese Arbeit erfolgt vorzugsweise im Büro. Für d ie Arbeit a uf dem Feld wird ein vorbereitetes Projekt aufgerufen. Die Felddaten werden dann d u rch wenige Berü hrungen des Bildschirms erfaßt.

Um d ie Orientierung im Gelände und die Arbeit mit Luftbildern oder Ertragskar­

ten optimal zu unterstützen , wurde die Anzeige georeferenzierter H intergrundra­

ster im plementiert. Dabei sind ein Farb­

raster (etwa Bodenkarte, Ertragskarte, Luftbild) und ein transpa rentes Binärra­

ster (zum Beispiel topographische Karte TK 10) gleichzeitig darstellbar. Die Daten­

erfassung kann zum Beispiel vor dem H intergrund einer topogra phischen Karte (Binä rraster) und eines Luftbildes ( Fa rb­

raster) mit H i lfe des Stiftes (Pen) a uf dem Bildschirm oder ei nfach durch Berühren des Farbbildschirmes mit dem Finger er­

folgen. Punkte, Linien und Flächen kön­

nen dargestellt und ü ber d ie online ange­

zeigte DGPS-Position erfaßt werden.

Auch das Einzeichnen von Objekten auf dem Bi ldschirm mit dem Pen ist möglich.

Dadurch können beispielsweise Bereiche eines Luftbildes gekennzeichnet und Be­

obachtungen bei Schlagbegehungen zu­

geordnet werden. Die Zuweisung von At­

tributen zu den Punkten, Linien oder Flächen erfolgt mit H ilfe von Auswah l­

menüs, d ie i n der Arbeitsvorbereitung konfiguriert wurden, durch einfaches Berühren von Schaltflächen a uf dem Bildschirm. M it H ilfe des integrierten Sprachrecorders können auch gespro­

chene Kommentare a ufgezeichnet und einem O bjekt zugewiesen werden.

Führungshilfen für die Bewegung ent­

lang geplanter Routen sind a us der Luft­

und Seefah rt hinlänglich beka n nt. Bei ei­

ner Führung innerhal b eines Schlages, wie sie etwa für eine gezielte Boden pro­

benahme a uf großen Schlägen erforder­

lich wird, ist jedoch mit einem häufigen Richtu ngswechsel zu rechnen. Beson­

ders auf großen Schlägen kann der rä um­

l iche ü berblick relativ schnell verloren gehen. Ein Versuch, für d ie Führung her­

köm mliche Rechts-Links-Anzeigen ein­

zusetzen , erfüllte die Erwartungen n u r teilweise. Dabei war ein räumliches Um­

denken notwend ig, das eine erhöhte Kon­

zentration bei der I nterpretation der

Führungshilfe erforderte. Das Problem wurde gelöst, indem für d ie Führung ein Tei l der jeweiligen Sollroute und die au­

genblickliche Position graphisch da rge­

stellt wurden. Dadurch folgen ä h nlichen Darstellungen der Führu ngshilfe immer a uch ä hnliche Reaktionen bei m Gehen oder Len ken. Der Quera bstand von der Sollroute und der Abstand zum nächsten Ziel werden darüber hinaus auch n ume­

risch a ngezeigt. Dies ermöglicht es, d ie Situation mit einem Blick zu erfassen und sofort zu reagieren .

Interessante Perspektive für d i e Zukunft Erste Erprobungen ergaben eine a usge­

zeichnete Handha bbarkeit d es Systems bei der Arbeit auf dem Feld. Der Vorbe­

reitungsaufwand steigt m it der Anza h l der Objekte, die im H i ntergru nd der Datener­

fassung dargestellt werden sollen. Dies ist nur dann u nkritisch , wen n eine entspre­

chende Geodatenbank bereits existiert.

Die Übertragung der Geodaten von einem stationären geographischen I nformati­

onssystem a uf den Pentop bereitete kei­

ne Schwierigkeiten , d ie vorhandenen Dateisch nittstellen waren h in reichend.

Schwachstellen haben die Pentops noch hinsichtlich der Sichtbarkeit a uf dem Bildschirm u nter Feld bed ingungen . So­

wohl d ie Auflösu ng des Displays als auch seine Farbbrillanz ließen Wü nsche offen . I nsbesondere bei grel lem Sonnenlicht war der B i ldschirm teilweise schwer a b­

zulesen. Es d ürfte jedoch n u r eine Frage der Zeit sei n , bis solche Probleme im Rahmen des technischen Fortschritts be­

hoben sind . Dann können solche relativ teueren Systeme zunächst vorrangig für Beratungsunternehmen und große Land­

wirtschaftsbetriebe i nteressa nt werden.

Literatur

[1] Jürschik, P: Anwend u ng 'des Satellitennavi­

gationssystems G PS in der Landwirtschaft R KL-Schrift, 1998, im Druck

[2] Jürschik, P: Einsatz des Agrocom-Terminals ACT. Landtechn i k 51 ( 1996), H . 6, S. 3 16- 3 1 7

[3] Stafford, J. V., J.M. LeBars und B. Ambler: A hand-held data Iogger with integral GPS for producing weed maps by field walking. Com­

puter and Electronics in Agriculture 14 ( 1996), S. 235-247, Elsevier Science B.V.

Schl üsselwörter

Teilflächenspezifische Pflanzenprodukti­

on, mobile Datenerfassung, G lobales Po­

sitioniersystem G PS , Geogra phische ln­

formationssysteme GIS

Keywords

Precision farm ing, mobile data acq uisiti­

on, global positioning system G PS, geo­

gra phic i nformation systems GIS

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