Zunehmend vernetzt: Landwirtschaft im 21. Jahrhundert

Die Landwirtschaft durchläuft einen digitalen Wandel. Laut Daten von McKinsey & Company könnte dieser bis 2030 ein globales Bruttoinlandsprodukt in Höhe von 500 Milliarden US-Dollar einbringen. Künstliche Intelligenz, Analytik, vernetzte Sensoren und andere aufkommende Technologien können die Erträge weiter steigern, die Effizienz von Wasser und anderen Betriebsmitteln verbessern und die Nachhaltigkeit sowie Widerstandsfähigkeit bei der Aufzucht von Nutzpflanzen und -tieren erhöhen.

Heute reichen noch die aktuellen IoT-Technologien, die auf 3G- und 4G-Mobilfunknetzen laufen, aus, um einfachere Anwendungsfälle wie die fortschrittliche Überwachung von Pflanzen und Vieh zu ermöglichen. Doch bald können die Technologien nicht mehr den vollen potenziellen Wert erschließen, den die Konnektivität für die Landwirtschaft bereithält. Um dies zu erreichen, muss die Branche digitale Anwendungen und Analysen nutzen, die niedrige Latenzzeiten, hohe Bandbreiten, hohe Ausfallsicherheit und Unterstützung für eine hohe Gerätedichte erfordern. Diese werden von fortschrittlichen und zukunftsweisenden Konnektivitätstechnologien wie LPWAN, 5G und LEO-Satelliten geboten.

Daher wird es notwendig sein, die aktuelle Infrastruktur weiterzuentwickeln, um Konnektivität in der Landwirtschaft zu ermöglichen und solide Geschäftsfälle zu erarbeiten.

McKinsey analysierte fünf Anwendungsfälle: Ernteüberwachung, Überwachung des Viehbestands, Gebäude- und Gerätemanagement, Drohnenlandwirtschaft und autonome Landmaschinen. Bei diesen besteht eine verbesserte Konnektivität bereits in einem frühen Stadium der Nutzung und wird wahrscheinlich zu höheren Erträgen, niedrigeren Kosten und größerer Widerstandsfähigkeit sowie Nachhaltigkeit führen, die die Branche braucht, um auch im 21. Jahrhundert zu wachsen.

In Brasilien

Luis Arís, Business Development Manager bei Paessler Latin America, konzentrierte sich in einem Artikel, der diese Woche von der Pressestelle des Unternehmens verteilt wurde, auf die Auswirkungen dieser Technologien auf das brasilianische Agrarbusiness. Ihm zufolge fakturierte der Sektor in Brasilien zwei Billionen R$ und sein Anteil am BIP wuchs um zwei Prozent. „Es ist eine Exportindustrie, die im Jahr 2020 einen Umsatz von 101 Milliarden US-Dollar mit Produkten wie Soja, Fleisch, Zucker, Baumwolle und Fleisch fakturiert”, so die Daten von ESALQ/USP.

„Im Jahr 2021 hängt die Wettbewerbsfähigkeit dieses Sektors mehr und mehr von der Automatisierung ab. Der Markt, mit dem das brasilianische Agribusiness konkurriert, ist global und extrem agil und erfordert, dass sich dieser Sektor kontinuierlich mit digitalen Innovationsprogrammen beschäftigt”, schreibt er. „Sich auf eine digitalisierte und vernetzte Infrastruktur zu verlassen, ist unerlässlich, um den Sprung in Richtung Precision Farming zu schaffen – eine Methode, die darauf abzielt, landwirtschaftliche Flächen differenziert und mit dem Ziel maximaler Produktivität zu bewirtschaften.”

Laut Arís ist es bereits möglich, Ergebnisse dieser Technologie zu sehen. So zum Beispiel in intelligenten Weinbergen, die den fruchtbarsten Boden für gute Reben bereitstellen und letztlich bessere Weine produzieren. Die Auswirkungen der globalen Erwärmung zeigen sich auch im Weinbau. Dies hat dazu geführt, dass die Winzer nach Wegen suchen, um mit der Option eines schnellen Klimawandels und extremeren Wetterbedingungen umzugehen.

„In diesem Zusammenhang verwenden immer mehr Winzer IoT-Sensoren, die in den Weinbergen verteilt sind. Das Ziel ist es, Umweltdaten, Drohnenbilder und Informationen über die Zusammensetzung der Weinblätter an ERP-Plattformen in der Cloud zu senden. Diese Daten werden auf diesen Plattformen visualisiert und analysiert, wodurch ein besserer Überblick über das Geschehen auf dem Feld entsteht. Dies ist für die Planung der täglichen Arbeit unerlässlich. Die Analysen können zum Beispiel mit Power-BI-Lösungen und mit Hilfe von Cognitive Services durchgeführt werden”, schreibt der Geschäftsführer. Mit Hilfe der IoT-Infrastruktur können die Winzer also ihre tägliche Arbeit besser planen und wissen, dass Weinberge und Trauben immer gut geschützt sind.

Arís weist darauf hin, dass die DNA dieses Sektors, die auf riesigen Grundstücken mit wenig oder keiner digitalen Struktur basiert, die Winzer dazu veranlasst hat, zu untersuchen, welche Art von LPWAN am besten in ihren Grundstücken eingesetzt werden kann, um so IoT-Geräte zu verbinden.

Zu den verschiedenen LPWAN-Technologien, die im Agribusiness eingesetzt werden, gehören LoRA, Sigfox, MIOTY, NB IoT und LTE-M. Arís beschreibt die häufigsten Anwendungsfälle für jede von ihnen.

LoRa – Mit LoRa-Tags ist es möglich, z. B. eine Herde zu verfolgen, die sich über ein großes Feld bewegt. Dies gewährleistet eine Vielzahl an Daten. Das Auslesen dieser kann anzeigen, ob ein Bulle oder eine Kuh krank ist, sich festgelaufen hat, verloren gegangen oder tot ist. Die vom IoT-Gerät gemessene und vom LoRa-Tag übertragene Temperatur kann andererseits einen toten Bullen anzeigen, der, wenn er nicht erkannt wird, Krankheiten auf andere übertragen könnte. Ein lebendes (Temperatur), aber statisches (GPS) Tier könnte verletzt sein oder sich festgelaufen haben. Das LoRa-Netzwerk nutzt Funkfrequenzen (unlizenziertes Spektrum), um Daten über Entfernungen von mehr als 15 Kilometern zwischen verbundenen Punkten optimal zu übertragen. Die Batterie des LoRa-Geräts hält bis zu zehn Jahre.

Sigfox – Diese Technologie eignet sich für Anwendungen mit extrem kleinen Bandbreiten und ebenso begrenzten Energiebudgets. Dies sind typische Randbedingungen in der Landwirtschaft. Ziel ist der Einsatz von Sendern, die autark und unabhängig von einer Stromversorgung sind. Das Besondere an Sigfox ist, dass es sich um ein autonomes Netzwerk für IoT-Geräte handelt. Es ist ein offener Standard, der auf Sub-GHz-Frequenzen (zwischen 868 und 928 MHz) arbeitet und von jedem Mobilfunkanbieter genutzt werden kann. Das erleichtert die Verbindung zwischen Feld- und Betreibernetzen.

MIOTY – Die Softwarelösung MIOTY des Fraunhofer-Instituts nutzt eine Technologie, die ihre geografische Reichweite im Vergleich zu herkömmlichen 868-MHz-Funksystemen um das Zehnfache erhöht. Da es selbst kaum Störungen verursacht, kann das System gleichzeitig bis zu eine Million Sender unterstützen. Es handelt sich um eine typische Technologie für den Einsatz in großen Umgebungen, die miteinander verbunden werden müssen. MIOTY bietet einen erweiterten Batteriebetrieb von mehreren Jahrzehnten.

NB IoT (und LTE-M) – Diese neue Schmalband-Funktechnologie bietet Dienste, die für eine kleine Bandbreite geeignet sind. Sie nutzt die bestehende LTE- und GSM-Betreiberinfrastruktur, um die Kommunikation mit IoT-Geräten zu erleichtern. LTE-M ist Teil der Version 13 der 3GPP-Standards –kompatibel mit zukünftigen 5G-Netzwerken – um den Stromverbrauch zu reduzieren, die Kosten der Geräte zu senken und eine größere Abdeckung zu ermöglichen. Darüber hinaus bietet NB IoT das vielleicht höchste Sicherheitsniveau aller hier vorgestellten LPWAN-Technologien. Angesichts der Tatsache, wie wettbewerbsintensiv der globale Agrarmarkt ist, ist die Gewährleistung der digitalen Sicherheit ein kritischer Faktor bei diesen Projekten.

Jeder dieser Netzwerkstandards – LoRa, Sigfox, MIOTY und NB IoT – zeichnet sich in spezifischen Anwendungen aus. Welcher Standard sich am besten eignet, richtet sich nach den Herausforderungen jedes einzelnen Agrarunternehmens und wie sie zu lösen sind. Die wahrscheinlichste Antwort wird auf einer hybriden Umgebung basieren, in der verschiedene Versionen von LPWAN-Netzwerken miteinander kombiniert werden, um alle Bereiche des Unternehmens zu befeuern, vom Sojabohnenfeld bis zum Traktor. „White-Label”-Lösungen zur Überwachung der Infrastruktur, die in der Lage sind, das Verhalten digitaler Geräte mit unterschiedlichen Standards zu kontrollieren, sind für den Erfolg dieser Projekte unerlässlich. Es werden diese Lösungen sein, die die für die Unternehmensführung wichtigen KPIs konsolidieren werden.