Precisielandbouw en gewasbescherming. David Nuyttens

Transcriptie

1 Precisielandbouw en gewasbescherming David Nuyttens

2 Inleiding Wat is precisielandbouw? Waarom precisielandbouw? Precisielandbouw 1.0 Precisielandbouw 2.0 Detectie met sensoren Intelligentie Actuatoren Precisielandbouw 3.0 Uitdagingen Milieutechniek Precisielandbouwtechniek Overzicht

3 Inleiding Dier Plant Landbouw en maatschappij Technologie en voeding ILVO

4 Inleiding Voedselveiligheid Productkwaliteit en -innovatie Agrotechniek

5 Inleiding Milieutechniek Precisielandbouwtechniek Technologie assessment Data management en modelering Meet-en sensortechniek ICT en automatisatie Prototype ontwikkeling Referentie testopstellingen Agrotechniek Veehouderijtechniek

6 Inleiding Onderzoek Spuitlabo Preciezer spuiten Keuring spuittoestellen Opleiding & demo s

7 Inleiding +/ Spuittoestel = gesofisticeerde machine Mechanisch Hydraulisch Electronisch - Spuitcomputer - Sectieafsluiting - GPS - Automatisch sturen -... Precisielandbouw ? Precisielandbouw 3.0?

8 Wat is precisielandbouw? Een vorm van landbouw, waarbij planten en dieren heel nauwkeurig, zowel in ruimte als tijd, die behandeling krijgen die ze nodig hebben Waarom? Variatie binnen één stal, binnen één veld, enz. Bron: Kempenaar C. Perceel uien, 300 m x 75 m Varkensgras Akkerdistel Wolfsmelk

9 Wat is precisielandbouw? Hoe nauwkeurig? Veld Precisielandbouw 1.0 Grid Precisielandbouw 2.0 Plant Blad Precisielandbouw 3.0

10 Wat is precisielandbouw? Wat hebben we nodig? Plaatsbepaling Detectie van variatie via sensoren Intelligentie (beslissingsmodel, software) Actuatoren Vereist kennis van biologie, ICT, technologie, Integrale aanpak smart sensing & monitoring cloud-based event management smart control smart analysis & planning Bron: Kempenaar C.

11 Department of Plant and Environment Wat is precisielandbouw? Voorbeeld plaatsspecifieke bemesting Detectie DATA COLLECTIE Y (m) KARTEREN Straw yield (t/ha) Spring barley Boigneville, 1996 (project IN-SPACE) Grain yield (t/ha) : spring barley 6.4 ha, Boigneville (24/07/96) Intelligentie Oogst Groei X (m) Plaatsbepaling DATA ANALYSE Tijdens bodembewerking Actuator advies PLAATSSPECIFIEKE BEHANDELING Plaatsspecifiek spuiten Plaatsspecifieke bemesting Bron W. Saeys, KU Leuven

12 Waarom precisielandbouw? Meerwaarde is wetenschappelijk bewezen Meer opbrengst voor minder inputs en met lagere impact op milieu Duurzamer werken Minder inputs (GBM, energie, enz.) & kosten Minder verliezen naar omgeving/impact op milieu Beperkte opbrengststijging voeden groeiende wereldbevolking Technische doorbraken voorbije 2 decennia GPS ICT (computers, internet, smartphones) Sensoren Actuatoren/Robotica Tracking & tracing Voorbeelden: UK: Meeropbrengst van 2.24 /ha tot /ha voor wintertarwe in UK voor een bedrijf met 500 ha areaal D: Kosten bemesting dalen met 10 /ha tot 25 /ha bij toepassen precisiebemesting

13 Precisielandbouw 1.0 Idee: Nauwkeurige uniforme behandeling van perceel Basis: Gebruik van Global Navigation Satellite Systems (GNSS) = plaatsbepaling met satellieten Principe: Meten van reistijd van een signaal tussen min. 4 satellieten en toestel Afstand berekenen uit nauwkeurige tijdsmeting Satellietstelsels Navstar GPS Glonass Galileo Nauwkeurigheid ± 5-20 m Correctiesignalen Egnos: 1-3 m nauwkeurig DGPS: 5-30 cm nauwkeurig RTK: 1-2 cm nauwkeurig - Interessant voor precisielandbouw - Prijskaartje

14 Precisielandbouw 1.0 Toepassingen worden in praktijk gebruikt: Stuurhulp, automatisch sturen Vermijden overlap Oppervlaktebepaling Indeling perceel, keuze werkgang ± 1/4-1/5 van nieuwe tractoren uitgerust met RTK (Ned ± 50%)

15 Voordelen Precisielandbouw 1.0 Onafhankelijk van de bestuurder gedurende lange tijd een cmnauwkeurigheid behouden Volledige veldoppervlakte benutten Werken s nachts en bij mist Verhoging van de efficiëntie (5% besparen op inputs) Ook minder gespecialiseerde arbeiders kunnen zeer nauwkeurig werk afleveren, bestuurder kan meer op spuiten focussen Bron: Kempenaar C.

16 Precisielandbouw Bron: Kempenaar C.

17 Precisielandbouw 1.0 Bron: Kempenaar C. Bron: Praktijkonderzoek Plant & Omgeving, WUR Wageningen

18 Precisielandbouw 2.0 = Smart farming op grid niveau/= vlakjeslandbouw 20-35% reductie GBM + opbrengststijging 2-5% reductie E-verbruik +/- Klaar voor praktijk Behandeling per spuitbaan/per sectie/per dop precisielandbouw 3.0 Enkel investeren op plaatsen waar dit nodig is! Bron: Kempenaar C.

19 Wat? Specifieke eigenschappen van bodem, klimaat, gewas, ziekten, plagen of onkruiden kwantitatief opmeten Hoe? Detectie via sensoren Vanuit de lucht (satellieten, vliegtuigen) Luchtbeelden via drones Sensoren in het veld Mobiele platformen Sensoren op de machine (on the go) veraf dichtbij Resolutie! dichtbij veraf Bron: Kempenaar C.

20 Detectie via sensoren Vanuit de lucht (satellieten, vliegtuigen) + steeds beschikbaar (satellieten) + grote oppervlakte - Veel bewolking in onze regio - Off-line detectie: steeds aantal dagen tussen opname en actie - Precisie satelliet: 30 m², vliegtuig: 1 m² 25 m resolutie 5 m resolutie - Ned.: satellietdatabank - Biomassa (NVDI) Bron: Kempenaar C.

21 Drones Detectie via sensoren Fixed wing of octocopter Vliegen onder bewolking door + betere precisie (10 cm) Hoge aanschafprijs drone + (multispectraal)camera Max ha per dag in kaart te brengen Kostprijs: enkele 10-tallen per ha per vlucht Steeds wettelijke toestemming nodig + opleiding voorbeeld: monitoren gewasschade Bron: Kempenaar C.

22 Detectie via sensoren Sensoren in het veld - Puntmeting, praktische haalbaarheid + continue meting EasyAg sensor bodemvochtigheid Bron: Kempenaar C.

23 Detectie via sensoren Sensoren op de machine, op mobiele platformen + Precisie: cm/mm + Directe koppeling met actuator mogelijk - Robuustheid, stof, trillingen Fritzmeier - Isaria Ultrasoonsensor voor spuitboomhoogte Bron: Kempenaar C.

24 Welke? Standaard camera Hyperspectraal camera Reflectiemetingen gewas Ultrasoonsensoren/lasersensoren Waar staan we? Detectie via sensoren Onkruidherkenning: klaar voor praktijk Herkenning bladziekten, schimmels: onderzoeksfase Detectie van insecten: grote uitdaging Bron: Kempenaar C.

25 Detectie via sensoren Standaard digitale camera + beeldverwerking + Goedkoop - Zien enkel wat het menselijk oog ook ziet nl. zichtbaar licht Spectrum Visible Light SWIR Infra Red LWIR Band Band Band Band Band Band Band s of Bands

26 Detectie via sensoren Standaard digitale camera + beeldverwerking Automatisatie via beeldanalyse (kleur, vorm, enz.) Toepassingen: - Herkenning gewasrij bv. voor mechanisch schoffelen - Onkruidherkenning Bron: W Saeys, KU Leuven

27 Detectie via sensoren Standaard camera Rasmussen et al. 2013

28 Detectie via sensoren Standaard camera

29 Standaard camera Detectie via sensoren Department of Plant and Environmental Sciences Rasmussen et al. 2013

30 Detectie via sensoren Standaard camera Department of Plant and Environmental Sciences Rasmussen et al. 2013

31 Detectie via sensoren Hyperspectrale camera s (meten ook niet zichtbaar licht ) Spectrum Visible Light SWIR Infra Red LWIR Spectrum Band Band Band Band Band Band Band Broadband to Multispectral 100s of Bands Hyperspectral Spectrale handtekening voor elke pixel van het beeld Meer info uit één beeld Maakt soortherkenning/meten planteigenschappen mogelijk Bron W. Bron: Saeys, Kempenaar KU LeuvenC.

32 Hyperspectrale camera s meten o.b.v reflectie Biomassa Water status N status Onkruiddetectie Ziektedetectie Detectie via sensoren Gezonde planten: - Lage reflectie rood (R670) - Hoge reflectie NIR (R800) Verhouding: NVDI (biomassa) NDVI = (R800 - R670)/(R800 + R670) Bron Bron: Kempenaar C.

33 Hyperspectrale camera s N status Detectie via sensoren Bron: Kempenaar C.

34 Detectie via sensoren Hyperspectrale camera s Onkruiddetectie controller Reflectiemeting Spuitactie m.b.v electromagnetische klep Onderscheid tussen gewas en onkruid op basis van gereflecteerd licht Bron E. Vrindts, KU Leuven

35 Detectie via sensoren Hyperspectrale camera s Ziektedetectie op bladniveau Bron: Kempenaar C. Mahlein et al. (2013) Remote Sensing of Environment, 128: 21-30

36 Detectie via sensoren Reflectiemetingen gewas Yara sensor: meet N-status Vegetatie meten over 50 m² Variabele bemesting/loofdoding Greenseeker: meet N status Field of view: 1,3 cm x 61 cm Variabele bemesting/bespuiting Isaria, Cropscan, Crop Circle Bron: Kempenaar C.

37 Detectie via sensoren Reflectiemetingen gewas Weedit: aanwezigheid gewas Meet aanwezigheid gewas Eén sensor per meter, sensor meet met nauwkeurigheid van 0,2 m Dopafstand 0,2 m Directe koppeling aan spuitdoppen met snelle elektromagn. kleppen (1 ms) Onkruidbestrijding, verhardingen 1 m Bron: Kempenaar C.

38 Detectie via sensoren Ultrasoonsensoren/lasersensoren Meet tijd tussen versturen en ontvangen van signaal afstandsmeting Geen invloed van lichtcondities Geen onderscheid tussen soorten Detectie/karakterisering van gewasrij, bomen, spuitboomhoogte, enz. Eventueel wel onderscheid onkruid vs. gewas op basis van hoogteverschil Llorens et al., 2011, Sensors Bron: Kempenaar C.

39 Detectie via sensoren Ultrasoonsensoren, lasersensoren Gewasdichtheid, gewashoogte Saeys et al. (2009). Biosystems Engineering, 102, Bron: Kempenaar C.

40 Intelligentie (beslissingsmodel, software) Wat? Beslissingsmodel voor het vertalen van de ruimtelijke variatie in ziekte/gewasstand/onkruiddruk in richtlijnen voor spuiten van GBM (waar? hoeveel?) Onkruiden Veel nood aan bijkomend onderzoek, veel factoren (Dosis-respons, onkruid en gewassituatie, populatiedynamica, enz.) Momenteel vnl. eenvoudige beslisregels Complexere modellen DecidHerb (Inra, Fr), CPO Weeds (AU, DK), enz. Reglone Minimum effective dose (l/ha) Reflection parameter CropScan Bron: Kempenaar Bron: C. Kempenaar C.

41 Intelligentie (beslissingsmodel, Ziektes Nog complexer omdat gewasreflectie niet enkel bepaald wordt door ziekte maar door diverse factoren (bodemgesteldheid, water, enz.) die bijkomende variatie veroorzaken Ijkkaarten noodzakelijk om die variatie te reduceren Vergelijking van actuele kaart met ijkkaart moet problemen in beeld brengen Vraagt langdurig onderzoek en monitoring Bedrijfsmanagement systemen Software voor bijhouden teeltgegevens en geodata Presentatie Isagri Steeds meer data beschikbaar Meteo Opbrengst Data van sensoren Bodemgegevens Historische gegevens (vorige oogst) Plaatsspecifiek spuiten software) Bron: Kempenaar C.

42 Wat? Apparatuur voor het uitvoeren van plaatsspecifieke gewasbescherming met (relatief) grote precisie Welke? Mechanisch: schoffelen Chemisch: Plaatsspecifiek spuiten (on/off) Individuele sectiecontrole Individuele dopafsluiting Actuatoren Selector (Dubex): individueel GPS gestuurde electr. dophouders Uitdaging = variabel doseren op korte afstand/tijd Directe injectiesystemen kunnen oplossing bieden Doppen met elektromagnetisch kleppen Lechler varioselect systeem (16 debieten) Bron: Kempenaar C.

43 Actuatoren Voorbeelden: Sensispray (Nl.) voor loofdoding 6 greenseeker sensoren + beslisregel + varioselect systeem 20-70% besparing op product Bron: Kempenaar C.

44 Precisielandbouw 3.0 = behandeling op plantniveau (0,1 m² en kleiner) Meeste besparingsmogelijkheden Behandeling van individuele planten enkel mogelijk met robots? (smartbots) R&D noodzakelijk Sensortechnologie Beslissingsmodellen Drone waarnemingen -> hoe de data gebruiken? ILVO Isense project Bron: Kempenaar C.

45 Precisielandbouw 3.0 Hortibot (Aarhus Univ., DK) - Autonoom (rijherkenning) - Onkruiddetectie met camera - Cel sprayer (4 cm x 10 cm) Bonirob, Amazone Bron: Kempenaar C.

46 Uitdagingen Kennis & innovatie naar de praktijk brengen Knelpunten Nog aantal technische beperkingen Beslisregels Meerprijs moet gedekt worden door besparingen en meeropbrengst (ondersteuning vanuit overheid?) Bron: Kempenaar C.

47

48 Dank u voor uw aandacht! Contact: david.nuyttens@ilvo.vlaanderen.be, Instituut voor Landbouwen Visserijonderzoek Burg. Van Gansberghelaan Merelbeke België T + 32 (0) F +32 (0) T&V@ilvo.vlaanderen.be