Forschung & Entwicklung
Disease Forecast as a Service (DiFaaS)
DiFaaS ist ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt zur datenbasierten Einschätzung von Krankheitsrisiken im Weinbau. Dafür werden Umweltmessungen, Wetterinformationen, Drohnenaufnahmen und – abhängig vom jeweiligen Projektaufbau – Beobachtungen aus dem Pflanzenbestand zusammengeführt. Ziel ist es, Veränderungen der Risikosituation nachvollziehbar darzustellen und zusätzliche Informationen für die Planung von Bestandskontrollen und betrieblichen Maßnahmen bereitzustellen. Die ausgegebenen Risikohinweise stellen keine gesicherte Feststellung eines Pflanzenbefalls und keine automatische Behandlungsempfehlung dar.
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Aktueller Entwicklungsstand
DiFaaS befindet sich als Forschungs- und Entwicklungsprojekt in der Erprobung und Validierung.
Unterstützte Krankheitsmodelle, Kulturen, Messgrößen, Prognosezeiträume, Darstellungsformen und erreichbare Prognosequalität hängen vom jeweiligen Entwicklungs- und Projektstand ab.
Die nachfolgenden Beschreibungen stellen die Zielsetzung und den vorgesehenen Funktionsumfang des Projekts dar. Sie sind keine Zusicherung einer bestimmten Marktreife, allgemeinen Verfügbarkeit oder Prognosegenauigkeit.
Krankheitsrisiken im Weinbau früher einschätzen
Witterung und Mikroklima können die Entwicklung bestimmter Pflanzenkrankheiten begünstigen. Dazu gehören unter anderem Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Blattnässe, Niederschlag und die Dauer geeigneter Infektionsbedingungen.
Im Projekt DiFaaS wird untersucht, wie solche Einflussfaktoren erfasst und für die Einschätzung ausgewählter Krankheitsrisiken verwendet werden können. Ein möglicher Anwendungsbereich ist die Beurteilung von Bedingungen, die das Auftreten von Echtem Mehltau oder anderen projektbezogen festgelegten Krankheiten begünstigen können.
Ein erhöhtes berechnetes Risiko bedeutet nicht automatisch, dass ein tatsächlicher Befall vorliegt. Umgekehrt kann auch bei einem niedrigen Risikowert ein Befall nicht vollständig ausgeschlossen werden.
Ausgangslage und Einsatzbereich
Krankheitsbedingungen können sich innerhalb eines Weinbaugebiets und selbst innerhalb einzelner Weingärten unterscheiden. Allgemeine Wetterdaten bilden kleinräumige Unterschiede daher nicht immer vollständig ab.
DiFaaS verfolgt den Ansatz, projektbezogene Messungen direkt im Untersuchungsgebiet mit weiteren verfügbaren Datenquellen zu verbinden.
Mögliche Einsatzbereiche sind:
- Beobachtung mikroklimatischer Bedingungen im Weingarten
- zeitliche Darstellung ausgewählter Risikofaktoren
- Unterstützung bei der Planung zusätzlicher Bestandeskontrollen
- Vergleich unterschiedlicher Standorte oder Teilflächen
- Dokumentation von Messwerten und Risikoverläufen
- Erprobung neuer Prognosemodelle
- wissenschaftliche oder betriebliche Versuchsanwendungen
- Entwicklung standortbezogener Monitoringkonzepte
Welche Kulturen, Krankheiten und Flächen unterstützt werden, wird für das jeweilige Forschungs- oder Pilotprojekt festgelegt.
Verwendete Datenquellen
Abhängig vom Projektaufbau können unterschiedliche Datenquellen miteinander kombiniert werden.
Dazu können insbesondere gehören:
- Temperaturmessungen
- Messungen der relativen Luftfeuchtigkeit
- Blattnässe- oder Niederschlagsinformationen
- lokale und überregionale Wetterdaten
- georeferenzierte Drohnenaufnahmen
- Beobachtungen aus dem Pflanzenbestand
- Informationen zu Standort und Untersuchungsfläche
- Zeitpunkte durchgeführter Kontrollen
- dokumentierte Befalls- oder Vergleichsdaten
Nicht jede Datenquelle steht in jedem Projekt zur Verfügung. Messumfang, Messintervalle, Sensorpositionen und Datenqualität werden deshalb vor Beginn festgelegt und dokumentiert.
Messstationen im Weingarten
Für projektbezogene Messungen können kompakte Stationen während ausgewählter Beobachtungszeiträume im Weingarten eingesetzt werden.
Vor der Installation werden insbesondere folgende Punkte abgestimmt:
- Untersuchungsfläche und Fragestellung
- relevante Krankheit beziehungsweise relevantes Krankheitsmodell
- benötigte Messgrößen
- geeignete Positionen der Messstationen
- geplanter Beobachtungszeitraum
- Mess- und Übertragungsintervalle
- verfügbare Strom- und Datenverbindungen
- erforderliche Kontroll- und Wartungsarbeiten
- Vergleichs- und Validierungsdaten
- Form der Ergebnisbereitstellung
Die Messposition muss so gewählt werden, dass die erhobenen Daten für die jeweilige Fragestellung geeignet sind. Einzelne Messstationen können nicht automatisch sämtliche mikroklimatischen Unterschiede eines gesamten Betriebs abbilden.
Ergänzende Drohnenaufnahmen
Drohnenaufnahmen können dazu verwendet werden, den Zustand des untersuchten Bestands zu dokumentieren und räumliche Unterschiede sichtbar zu machen.
Welche Aufnahmen und Sensoren geeignet sind, hängt von der jeweiligen Forschungsfrage, dem Entwicklungsstadium der Reben, den Licht- und Wetterbedingungen sowie der benötigten räumlichen Auflösung ab.
Aus Drohnenbildern sichtbare Auffälligkeiten sind nicht automatisch mit einer bestimmten Pflanzenkrankheit gleichzusetzen. Ähnliche Veränderungen können unterschiedliche Ursachen haben und müssen fachlich eingeordnet beziehungsweise durch Kontrollen im Bestand überprüft werden.
Auswertung und Risikodarstellung
Die erhobenen Informationen werden im Rahmen des Projekts zusammengeführt und anhand definierter Regeln oder Prognosemodelle ausgewertet.
Abhängig vom Entwicklungsstand können daraus beispielsweise folgende Darstellungen entstehen:
- zeitliche Verläufe relevanter Messwerte
- projektbezogene Risikostufen
- Hinweise auf veränderte Infektionsbedingungen
- räumliche Übersichtskarten
- Kennzeichnung auffälliger Zeiträume oder Teilflächen
- Vergleich unterschiedlicher Messstandorte
- Dokumentation durchgeführter Beobachtungen
Die Bedeutung der verwendeten Risikostufen, Schwellenwerte und Modellparameter muss in der jeweiligen Projektdokumentation beschrieben werden.
Risikowerte sind als Entscheidungshilfe zu verstehen. Sie ersetzen keine Kontrolle im Weingarten und keine fachliche Beurteilung des tatsächlichen Pflanzenbestands.
Umsetzung in der Praxis
Ein mögliches DiFaaS-Pilotprojekt kann folgendermaßen ablaufen:
- Festlegung der betrieblichen oder wissenschaftlichen Fragestellung
- Auswahl der Untersuchungsflächen und Zielkrankheiten
- Definition der benötigten Mess- und Vergleichsdaten
- Installation und Prüfung der Messstationen
- Erfassung der lokalen Umweltbedingungen
- Durchführung vereinbarter Drohnenaufnahmen
- Dokumentation von Beobachtungen im Pflanzenbestand
- Zusammenführung und Plausibilitätsprüfung der Daten
- Berechnung und Darstellung projektbezogener Risikoindikatoren
- fachliche Kontrolle und Validierung der Ergebnisse
- Besprechung des Projektverlaufs
- Dokumentation der Erkenntnisse und Einschränkungen
Messungen oder Aufnahmen können durch technische Ausfälle, Abschattung, Verschmutzung, Witterung, unzureichende Datenverbindungen oder andere Standortbedingungen beeinflusst werden. Auffällige oder unvollständige Daten müssen daher vor ihrer Verwendung geprüft werden.
Webanwendung und Datenübertragung
Im Rahmen von DiFaaS ist eine webbasierte Darstellung der Mess- und Prognosedaten vorgesehen. Je nach Entwicklungsstand und Projektkonfiguration kann der Zugriff auch über ein Smartphone erfolgen.
Für Standorte ohne durchgängige Datenverbindung können Messdaten zunächst lokal zwischengespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt übertragen werden, sofern die eingesetzte Systemkonfiguration diese Funktion unterstützt.
Die verzögerte Übertragung bedeutet, dass aktuelle Mess- oder Risikoinformationen möglicherweise nicht in Echtzeit verfügbar sind. Die jeweiligen Synchronisationsintervalle und Aktualisierungszeiten werden projektspezifisch festgelegt.
Ergebnisse und Dokumentation
Je nach vereinbartem Forschungs- oder Pilotumfang können folgende Ergebnisse bereitgestellt werden:
- dokumentierte Messreihen
- zeitliche Darstellung ausgewählter Umweltbedingungen
- projektbezogene Risikoindikatoren
- Übersichtskarten und Diagramme
- Dokumentation durchgeführter Drohnenaufnahmen
- Beschreibung der eingesetzten Datenquellen
- Angaben zu Mess- und Auswertungszeiträumen
- Hinweise auf Datenlücken oder technische Einschränkungen
- Vergleich mit dokumentierten Bestandsbeobachtungen
- Zwischen- oder Abschlussbericht
- dokumentierte Erkenntnisse für die weitere Entwicklung
Der konkrete Umfang, die Aktualisierungshäufigkeit und die verfügbaren Ausgabeformate werden vor Projektbeginn vereinbart.
Aussagekraft und Grenzen
Die Aussagekraft einer Prognose hängt unter anderem ab von:
- Art und Qualität der eingesetzten Sensoren
- Positionierung und Anzahl der Messstationen
- Messintervallen und Datenvollständigkeit
- räumlicher Variabilität im Weingarten
- Qualität der verwendeten Wetterdaten
- Eigenschaften des verwendeten Prognosemodells
- Rebsorte und Entwicklungsstadium
- örtlichen Umwelt- und Bewirtschaftungsbedingungen
- verfügbaren Befalls- und Vergleichsdaten
- Umfang der fachlichen Validierung
DiFaaS kann zusätzliche Informationen über krankheitsbegünstigende Bedingungen liefern. Das System bestätigt jedoch weder das tatsächliche Vorliegen noch das sichere Ausbleiben einer Pflanzenkrankheit.
Eine bestimmte Ertragswirkung, Qualitätsverbesserung, Einsparung, Verringerung von Pflanzenschutzmaßnahmen oder sonstige wirtschaftliche beziehungsweise ökologische Wirkung kann nicht allgemein zugesichert werden. Solche Wirkungen müssen für den konkreten Anwendungsfall anhand nachvollziehbarer Vergleichsdaten geprüft werden.
Fachlicher und rechtlicher Hinweis
Die von DiFaaS bereitgestellten Messwerte, Darstellungen und Risikohinweise sind projektbezogene Entscheidungshilfen.
Sie ersetzen insbesondere nicht:
- die regelmäßige Kontrolle des Pflanzenbestands
- die sichere Bestimmung einer Pflanzenkrankheit
- eine fachliche Pflanzenschutzberatung
- die Beachtung von Schadschwellen und Warndiensten
- die Prüfung der Zulässigkeit einer konkreten Maßnahme
- die gesetzlichen und betrieblichen Dokumentationspflichten
- die Einhaltung der Gebrauchsanweisung eines Pflanzenschutzmittels
Über eine konkrete Pflanzenschutzmaßnahme entscheidet weiterhin der dafür verantwortliche Anwender beziehungsweise Betrieb unter Berücksichtigung der tatsächlichen Situation und der geltenden Vorgaben.
Ihre Vorteile
Mögliche Vorteile des Forschungsansatzes
- Kombination lokaler Messdaten mit weiteren Informationsquellen
- zeitliche Darstellung krankheitsbegünstigender Bedingungen
- projektbezogene Risikoindikatoren
- Unterstützung bei der Planung zusätzlicher Bestandeskontrollen
- ergänzende Dokumentation durch Drohnenaufnahmen
- temporärer Einsatz kompakter Messstationen
- Darstellung über eine Webanwendung
- mögliche Zwischenspeicherung bei fehlender Datenverbindung
- nachvollziehbare Dokumentation von Messwerten und Projektverlauf
- Erprobung und Validierung unter praktischen Bedingungen
Nächster Schritt
Forschungs- oder Pilotprojekt anfragen
Sie möchten DiFaaS in einem Forschungs-, Versuchs- oder Pilotprojekt erproben? Teilen Sie uns mit, welche Kultur, Krankheit, Fläche und Fragestellung untersucht werden sollen und welche Mess- oder Vergleichsdaten bereits vorhanden sind. Wir prüfen anschließend gemeinsam den möglichen Projektumfang, den aktuellen Entwicklungsstand, geeignete Datenquellen und die erforderlichen Rahmenbedingungen.