Software
Drohninger – Modul Beikrauterkennung
Das Drohninger-Modul Beikrauterkennung unterstützt die Auswertung georeferenzierter Drohnenaufnahmen zur Erkennung und räumlichen Darstellung ausgewählter Beikräuter. Abhängig von Zielart, Kultur, Entwicklungsstadium, Sensorik und Bildqualität können Erkennungsergebnisse kontrolliert, als Karte dargestellt und für weitere Arbeitsschritte aufbereitet werden. Daraus können nach fachlicher Prüfung projektbezogene Applikations- oder Maschinenkarten für kompatible Systeme erstellt werden.
Beikrauterkennung anfragen
Ausgangslage und Einsatzbereich
Beikräuter sind innerhalb eines Feldes häufig nicht gleichmäßig verteilt. Eine einheitliche Behandlung der gesamten Fläche berücksichtigt diese räumlichen Unterschiede nur eingeschränkt.
Drohnenaufnahmen können dabei helfen, Bestände flächendeckend zu dokumentieren und räumliche Unterschiede sichtbar zu machen. Das Modul Beikrauterkennung unterstützt anschließend die strukturierte Analyse und Kartierung geeigneter Bilddaten.
Mögliche Einsatzbereiche sind:
- Erkennung ausgewählter Beikrautarten
- Kartierung räumlicher Befallsmuster
- Dokumentation einzelner Pflanzen oder Pflanzengruppen
- Abgrenzung auffälliger Teilflächen
- Vergleich unterschiedlicher Aufnahmezeitpunkte
- Vorbereitung einer Feldkontrolle
- Erstellung projektbezogener Behandlungszonen
- Vorbereitung kompatibler Applikations- oder Maschinenkarten
- Dokumentation durchgeführter Analysen
Das Modul erkennt nicht automatisch jede Pflanzenart. Vor Projektbeginn muss festgelegt werden, welche Zielarten unter welchen Bedingungen erkannt werden sollen.
Voraussetzungen für die Auswertung
Die Qualität der Erkennung hängt wesentlich von der Datenerfassung ab.
Vor dem Drohnenflug werden deshalb insbesondere folgende Punkte abgestimmt:
- gewünschte Zielart oder Zielarten
- Kulturpflanze und Entwicklungsstadium
- erwartete Pflanzengröße
- erforderliche Bodenauflösung
- geeigneter Aufnahmezeitpunkt
- verwendete Kamera oder Sensorik
- Flughöhe und Bildüberdeckung
- Beleuchtungs- und Wetterbedingungen
- erforderliche Positionsgenauigkeit
- benötigte Referenz- und Kontrollinformationen
- gewünschtes Ergebnisformat
- vorgesehene Weiterverwendung der Karte
Je nach Zielart und Projekt können RGB-, multispektrale oder kombinierte Aufnahmen verwendet werden.
Eine hohe Bildauflösung allein garantiert noch keine zuverlässige Erkennung. Entscheidend sind unter anderem Sichtbarkeit, Entwicklungsstadium, Überlagerung durch andere Pflanzen, Bildschärfe, Beleuchtung und die Eignung des eingesetzten Erkennungsmodells.
Technologie und Vorgehensweise
Die Beikrauterkennung erfolgt in einem mehrstufigen Arbeitsablauf.
Ein typisches Projekt kann folgende Schritte umfassen:
- Zielarten und gewünschtes Ergebnis festlegen
- Untersuchungsfläche und Referenzbereiche bestimmen
- geeignetes Aufnahmeverfahren planen
- georeferenzierte Drohnenbilder erfassen
- Bilddaten auf Vollständigkeit und Qualität prüfen
- erforderliche Karten- oder Bildprodukte erstellen
- Daten mit einem geeigneten Erkennungsmodell analysieren
- erkannte Objekte oder Bereiche räumlich darstellen
- Ergebnisse anhand von Referenzinformationen kontrollieren
- Fehlklassifikationen und unklare Bereiche prüfen
- Erkennungsergebnis fachlich freigeben
- bei Bedarf Behandlungszonen ableiten
- Karte in ein unterstütztes Maschinenformat überführen
- Daten und Verarbeitungsschritte dokumentieren
Welche Schritte erforderlich sind, hängt von Zielart, Datenquelle, Flächengröße und vorgesehener Nutzung ab.
KI-gestützte Beikrauterkennung
Das Modul verwendet trainierte Modelle zur Analyse geeigneter Bilddaten. Die Modelle suchen nach Bildmerkmalen, die während der Entwicklung bestimmten Zielarten oder Objektklassen zugeordnet wurden.
Die KI führt keine botanische Bestimmung mit garantierter Richtigkeit durch. Abhängig von Daten und Modell können unter anderem folgende Fehler auftreten:
- Beikräuter werden nicht erkannt
- Kulturpflanzen werden als Beikraut eingeordnet
- Bodenstellen oder Ernterückstände werden falsch klassifiziert
- kleine oder teilweise verdeckte Pflanzen werden übersehen
- ähnliche Pflanzenarten werden verwechselt
- dicht zusammenstehende Pflanzen werden als gemeinsames Objekt erkannt
- Pflanzen außerhalb der trainierten Entwicklungsstadien werden unzureichend erfasst
- Die Ergebnisse müssen deshalb vor ihrer weiteren Verwendung kontrolliert werden
Ein Erkennungsmodell ist nur für jene Arten, Entwicklungsstadien, Aufnahmebedingungen und Datenbereiche geeignet, für die eine ausreichende Entwicklung und Prüfung durchgeführt wurde.
Unterstützte Zielarten
Welche Beikräuter erkannt werden können, richtet sich nach der verfügbaren Modellversion und den vorhandenen Trainings- und Referenzdaten.
Je nach Projektstand können beispielsweise Modelle für ausgewählte Arten wie Ampfer, Stechapfel oder Distel eingesetzt beziehungsweise weiterentwickelt werden.
Eine allgemeine Aussage wie „Erkennung sämtlicher Beikräuter“ wird nicht verwendet.
Vor der Beauftragung wird geprüft:
- ob für die gewünschte Zielart bereits ein geeignetes Modell vorhanden ist
- ob die vorgesehenen Aufnahmebedingungen abgedeckt sind
- ob zusätzliche Trainingsdaten benötigt werden
- welche Mindestgröße der Pflanzen erforderlich ist
- welche Ergebnisqualität unter vergleichbaren Bedingungen festgestellt wurde
- welche fachliche Kontrolle vorgesehen ist
Ergebnisqualität und Validierung
Die Ergebnisqualität wird nicht allein anhand einer optisch überzeugenden Karte beurteilt.
Soweit für das jeweilige Projekt verfügbar und sinnvoll, können beispielsweise folgende Kennzahlen verwendet werden:
- Anteil richtig erkannter Zielobjekte
- Anteil übersehener Zielobjekte
- Anteil falsch erkannter Objekte
- Precision
- Recall
- F1-Wert
- räumliche Lageabweichung
- Mindestgröße zuverlässig erkennbarer Pflanzen
- Übereinstimmung mit Kontrollflächen oder Feldbonituren
Die Kennzahlen gelten nur für die jeweils geprüften Daten, Modellversionen und Aufnahmebedingungen. Sie dürfen nicht ohne Weiteres auf andere Kulturen, Regionen, Jahreszeiten oder Entwicklungsstadien übertragen werden.
Wenn keine ausreichenden Referenzdaten vorhanden sind, muss dies bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt werden.
Vom Erkennungsergebnis zur Applikationskarte
Das unmittelbare Ergebnis der Bildanalyse ist zunächst eine Erkennungs- oder Klassifikationskarte. Diese ist nicht automatisch eine einsatzbereite Applikationskarte.
Für die weitere Aufbereitung können unter anderem folgende Schritte erforderlich sein:
- Kontrolle und Bereinigung der erkannten Bereiche
- Festlegung von Mindestflächen oder Mindestabständen
- Bildung geeigneter Behandlungszonen
- Berücksichtigung von Feldgrenzen und Ausschlussflächen
- Definition von Sicherheits- und Randbereichen
- Zuordnung der vorgesehenen Applikationsparameter
- Anpassung an Arbeitsbreite und technische Eigenschaften der Maschine
- Export in ein unterstütztes Datenformat
- Import- und Plausibilitätskontrolle auf dem Zielgerät
Dosierung, Mittelwahl und Anwendungsbedingungen werden nicht allein durch das Erkennungsmodell bestimmt. Diese Angaben müssen durch eine dafür verantwortliche und fachkundige Person festgelegt und geprüft werden.
Maschinen- und Formatkompatibilität
Applikations- oder Maschinenkarten können nur für Systeme bereitgestellt werden, deren Datenformat und technischer Arbeitsablauf bekannt und geprüft sind.
Vor der praktischen Verwendung sind insbesondere zu kontrollieren:
- Hersteller und Modell der Maschine
- Terminal oder Steuerungssystem
- unterstütztes Importformat
- Koordinatenreferenzsystem
- Maßeinheit und Mengenangabe
- Arbeitsbreite und Teilbreitenschaltung
- erforderliche Attributfelder
- zulässige Wertebereiche
- Interpretation von Nullwerten
- Verhalten außerhalb definierter Behandlungsflächen
Eine Datei darf nicht allein deshalb als kompatibel angesehen werden, weil sie grundsätzlich geöffnet oder importiert werden kann.
Vor dem erstmaligen Einsatz sollte eine kontrollierte Funktionsprüfung mit dem konkreten Zielsystem durchgeführt werden.
Mögliche Einsparungen richtig einordnen
Eine teilflächenspezifische Behandlung kann die behandelte Fläche gegenüber einer vollständigen Flächenbehandlung reduzieren, wenn Beikräuter nur in abgegrenzten Teilbereichen vorkommen und das eingesetzte Applikationssystem diese Bereiche entsprechend bearbeiten kann.
Die tatsächliche Veränderung des Mittel-, Wasser-, Zeit- oder Arbeitsaufwands hängt unter anderem ab von:
- räumlicher Verteilung der Beikräuter
- festgelegten Behandlungszonen
- Sicherheits- und Pufferflächen
- Arbeitsbreite und Teilbreitenschaltung
- Fahr- oder Flugweg
- eingesetztem Mittel und Aufwandmenge
- zusätzlichem Aufwand für Datenerfassung und Auswertung
- erforderlichen Kontroll- und Nachbearbeitungsschritten
Konkrete Einsparungen werden nur anhand eines dokumentierten Vergleichs zwischen der vorgesehenen teilflächenspezifischen Maßnahme und einer definierten Referenzvariante angegeben.
Eine Verringerung der behandelten Fläche bedeutet nicht automatisch eine Verringerung sämtlicher Kosten oder Umweltwirkungen.
Umsetzung in der Praxis
Vor Beginn werden Zielart, Kultur, Flächengröße, gewünschte Auswertung und vorgesehene Weiterverwendung abgestimmt.
Nach der Datenerfassung werden die Aufnahmen auf technische Eignung geprüft. Erst anschließend erfolgt die Analyse mit dem vorgesehenen Modell.
Erkannte Bereiche werden kartiert und auf Plausibilität kontrolliert. Unklare oder fachlich relevante Stellen können anhand von Referenzaufnahmen oder durch eine zusätzliche Kontrolle im Feld überprüft werden.
Soll eine Applikations- oder Maschinenkarte erstellt werden, werden die freigegebenen Erkennungsergebnisse entsprechend dem vereinbarten Arbeitsablauf weiterverarbeitet und für das konkret vorgesehene Zielsystem exportiert.
Die praktische Anwendung erfolgt erst nach erfolgreicher Import-, Plausibilitäts- und Funktionskontrolle.
Daten, Ergebnisse und Dokumentation
Je nach vereinbartem Leistungsumfang können folgende Ergebnisse bereitgestellt werden:
- georeferenzierte Erkennungskarte
- Punkt-, Polygon- oder Rasterdaten
- Darstellung erkannter Zielobjekte
- Flächen- oder Objektstatistik
- Dokumentation der verwendeten Modellversion
- Angaben zu Datengrundlage und Aufnahmebedingungen
- Beschreibung der durchgeführten Kontrollschritte
- geprüfte Applikations- oder Maschinenkarte
- Exportdateien in vereinbarten Formaten
- projektbezogener Bericht
Welche Ergebnisse tatsächlich enthalten sind, wird vor Projektbeginn festgelegt.
Rohdaten, Zwischenprodukte, Trainingsdaten und Modellinformationen sind nur Bestandteil der Bereitstellung, wenn dies ausdrücklich vereinbart wurde.
Datenschutz und Nutzungsrechte
Drohnenbilder und Geodaten können Personen, Fahrzeuge, Gebäude, Grundstücke oder andere identifizierbare Informationen enthalten.
Vor der Verarbeitung müssen daher insbesondere Aufnahmeberechtigung, Verwendungszweck, Zugriffsrechte, Speicherdauer und erforderliche Datenschutzmaßnahmen geprüft werden.
Zusätzlich ist festzulegen, welche Nutzungsrechte an Bilddaten, Erkennungsergebnissen und gegebenenfalls bereitgestellten Trainingsdaten bestehen.
Eine Verwendung von Kundendaten zur allgemeinen Weiterentwicklung oder zum Training eines Modells erfolgt nur auf einer dafür geeigneten rechtlichen und vertraglichen Grundlage.
Fachlicher und rechtlicher Hinweis
Das Modul Beikrauterkennung unterstützt die Analyse und Kartierung von Bilddaten. Es ersetzt keine pflanzenbauliche Beratung, keine sachkundige Entscheidung über eine Pflanzenschutzmaßnahme und keine behördliche Genehmigung.
Eine erzeugte Applikationskarte bestätigt insbesondere nicht:
- die Zulassung eines Pflanzenschutzmittels
- die Zulässigkeit der vorgesehenen Kultur und Anwendung
- die richtige Mittelwahl oder Aufwandmenge
- die Einhaltung von Abständen und Anwendungsauflagen
- die Eignung der verwendeten Applikationstechnik
- die rechtliche Zulässigkeit einer boden- oder luftgestützten Ausbringung
Vor einer Anwendung müssen das amtliche Pflanzenschutzmittelregister, die jeweiligen Zulassungsbestimmungen, die Sachkundeanforderungen und die örtlich geltenden Vorschriften geprüft werden.
Für eine Ausbringung aus der Luft beziehungsweise mit einer Drohne können zusätzliche Verbote, Ausnahmevoraussetzungen, Bewilligungen und produktbezogene Zulassungen gelten.
Die Karte darf erst nach fachlicher Freigabe und erfolgreicher Kontrolle auf dem vorgesehenen Zielsystem verwendet werden.
Ihre Vorteile
Ihre Vorteile im Überblick
- strukturierte Auswertung georeferenzierter Drohnenaufnahmen
- Erkennung ausgewählter und trainierter Zielarten
- räumliche Darstellung von Beikrautvorkommen
- Kontrolle und Dokumentation der Erkennungsergebnisse
- Ableitung projektbezogener Behandlungszonen
- Ausgabe in geprüften und unterstützten Datenformaten
- Vorbereitung teilflächenspezifischer Arbeitsabläufe
- nachvollziehbare Beschreibung von Datengrundlage und Modellversion
- Verbindung mit Projekt- und Kartenfunktionen von Drohninger
- transparente Darstellung von Aussagekraft und Einsatzgrenzen
Nächster Schritt
Projekt zur Beikrauterkennung anfragen
Teilen Sie uns mit, welche Kultur und Zielarten untersucht werden sollen, welche Fläche betroffen ist, welche Bilddaten bereits vorhanden sind und wie die Ergebnisse weiterverwendet werden sollen. Wenn eine Maschinenkarte benötigt wird, benötigen wir zusätzlich Angaben zu Hersteller, Modell, Steuerungssystem und unterstütztem Datenformat. Wir prüfen anschließend, ob ein geeignetes Erkennungsmodell und ein passender Auswertungsablauf zur Verfügung stehen.