Sensordaten gegen Spätfrost
Von Michael Praschma
Das Weinjahr beginnt stets mit dem großen Zittern: Kommen die vernichtenden Fröste im Frühjahr? 2016 und 2017 stecken den Weinbauern in Österreich noch in den Knochen: bis zu einem Drittel Einbußen gegenüber dem Vorjahr 2015 zum Beispiel bei Rotwein etwa durch extreme Fröste Ende April in den steirischen und burgenländischen Anbaugebieten. In Extremfällen wie in der Weststeiermark sank das Erntevolumen auf 20 % des Fünfjahresdurchschnitts, auch Totalausfälle wurden gemeldet.
Das Klimaparadoxon, dass trotz steigender Durchschnittstemperaturen auch späte, anhaltende Kälteperioden häufiger werden, vor allem im kontinentalen Klima des österreichischen Wein- und Obstanbaus, verschärft die ohnehin wirtschaftlich angespannte Situation der betroffenen Gebiete. Im Durchschnitt wärmere Winter führen dazu, dass die ersten, besonders empfindlichen Triebe der Weinreben früher im Jahr hervorkommen – um bis zu zwei Wochen eher als im langjährigen Mittel, wie das Institut für Wein- und Obstbau an der Wiener Universität für Bodenkultur weiß.
Der verzweifelte Versuch, mit sogenannten Frostschutzkerzen und anderen herkömmlichen Mitteln bzw. durch Anpflanzen widerstandsfähigerer Sorten das Schlimmste abzuwenden, sind nur bedingt hilfreich und teils auch kostspielig. Aber was sollen die Betriebe tun? – Allein 2017 gab es im österreichischen Obst- und Weinbau Frostschäden in Höhe von 70 Millionen Euro.
Das Projekt FrostStrat
Angesichts der erschwerten Bedingungen war die Idee naheliegend, verschiedene Kompetenzen zu bündeln. Anfang 2020 startete nach einigen Vorbereitungen ein auf drei Jahre angelegtes Projekt namens FrostStrat mit dem Ziel, neue Methoden der Frostbekämpfung zu entwickeln, bestehende Methoden wissenschaftlich zu evaluieren und diese eventuell zu verbessern. Ertragsausfälle durch Fröste, so die Absicht, werden dann minimiert. Die Ergebnisse sollen sowohl den betroffenen Wein- und Obstbaubetrieben direkt helfen als auch Beraterinnen und Berater wissenschaftlich fundiert auf den neuesten Stand bringen. Zudem sollen die Daten der digitalen Klimaerhebung und der erstellten Prognosen kostenlos und offen mit der Open Data Commons Attribution License (ODC-By) zur Verfügung gestellt werden.
Die digitale Komponente kommt dabei wegen der Erkenntnis ins Spiel, dass möglichst frühzeitige Frostwarnungen den Erfolg von Schutzmaßnahmen spürbar beeinflussen. Das Risiko soll mit Großwetter- und Lokalwetterdaten sowie mithilfe von rund 400 zusätzlichen digitalen Kleinwetterstationen in den jeweiligen gefährdeten Lagen besser ermittelt werden. Für eine exakte Ermittlung von Werten wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Luftbewegung sorgen Sensoren, die Daten per LoRaWAN (Long Range Wide Area Network, ein Protokoll für drahtlose Niedrigenergie-Netzwerke) übermittelt werden.
Telemetriedaten im FrostStrat-Portal. Das Projekt erfasst seit Februar 2022 außerdem Winddaten. (Bild: ARGE FrostStrat)
Die bisher verwendeten Frühwarnsysteme sind teils seit 20 Jahren im Einsatz und nicht immer zuverlässig. Die jetzt angebotene End-to-End-Lösung von Sensor Network Services, einem Joint Venture von ORS, Kapsch BusinessCom und Microtronics, zur sogenannten Kleinzellenmessung übermittelt alle zehn Minuten die durchschnittliche Temperatur und Feuchtigkeit sowie die Maximalwerte dieses Zeitraums und stellt damit die Basis für deutlich genauere Berechnungen und Warnungen. Das alles soll optimierte Prognosemodelle ermöglichen. Selbstlernende Systeme, künstliche Intelligenz und innovative Sensortechnik sind die Säulen, auf denen das System aufbaut.
Die sonst bei Landwirten nur selten beliebte Europäische Union fördert das Projekt aus dem Topf für Europäische Innovationspartnerschaft vollständig mit rund einer halben Million Euro. An der Basis beteiligt sind 31 Winzer und Obstbaubetriebe, Interessenvertretungen, wissenschaftliche Einrichtungen sowie Sensortechnologie- und Softwarefirmen. Darunter finden sich prominente Namen wie die Universität für Bodenkultur (BOKU), die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG), Microtronics Engineering oder Joanneum Research.
Schwarz auf Weiß
Dieser Beitrag erschien zuerst in unserer Heise-Beilagenreihe „IT-Unternehmen in Österreich stellen sich vor“. Einen Überblick mit freien Download-Links zu sämtlichen Einzelheften bekommen Sie online im Pressezentrum des MittelstandsWiki.
Kleinräumige Prognosemodelle
Im August 2022 wurde das Projekt FrostStrat abgeschlossen. Interessierte können die Ergebnisse in einem 21-seitigen Leitfaden der ARGE FrostStrat mit dem Titel „Reduzierung der Spätfrostschäden im Wein- und Obstbau“ nachlesen.
Die beteiligte Firma TietoEVRY war zum Beispiel Konzeptionist und Software-Implementierungspartner in der Funktion zwischen Klimadatenaufzeichnung, Erstellung von Wetterprognosen und den Warnungen an die Landwirte auf Basis von Microsoft Azure. Mit einer hierzu eigens geplanten IoT-Plattform werden millionenfach Klimadaten aggregiert und mit maschinellem Lernen in lokale Prognosemodelle gegossen. Die Landwirte gewinnen so schnell und unkompliziert eine Einschätzung des Risikos. TietoEVRY verbucht dies als Erfolgsgeschichte.
Die Eigenschaft des Prognosemodells, mit künstlicher Intelligenz selbstlernend seine Vorhersagen zu optimieren, ist deswegen ausschlaggebend, weil kleinräumige topografische und meteorologische Gegebenheiten ansonsten dazu führen, dass die Prognosen die erforderliche Genauigkeit verfehlen. Statische Modelle können nämlich die konkreten Gegebenheiten vor Ort nicht fein genug abbilden. „Abweichungen von bis zu 4 °C bei nur wenigen hundert Metern Abstand entscheiden, ob eine Spätfrostbekämpfung sachlich und wirtschaftlich sinnvoll ist oder nicht“, heißt es dazu im erwähnten Leitfaden.
Genauigkeit und Datendichte
Hinzu kommt, dass bei den aktuell erfassten Wetterdaten das Hauptaugenmerk auf „Rohwetterdaten“ liegt, bei einer zumindest 15-minütigen Übermittlungsfrequenz. Neben der Sensorenqualität spielt die Datenübertragung eine wichtige Rolle. Abgelegene Talsohlen sind zum Beispiel stark frostgefährdet, liegen aber teils in Gebieten die keine Datenübertragungsmöglichkeit haben. Die Installation von Gateways, also Zwischensendestationen, wurde in Betracht gezogen. Außerdem wurden Sensoren verwendet, die – bei geringem Wartungsbedarf – stromunabhängig und stromsparend mit Batterien bzw. Akkus betrieben und leicht gewartet werden können. Die Sensorendichte hängt jeweils von der topografischen Situation ab. Bei Hanglagen wurde versucht, eine Messung auf Hangsohle, Hangmitte und Anhöhe zu realisieren.
Durch das automatisierte Monitoring sparen sich die Betriebe das aufwendige, meist nächtliche Kontrollieren vor Ort, das zudem ja auch bloß eine Momentaufnahme darstellt. Der Warnmechanismus – Benachrichtigungen gehen per E-Mail oder SMS in Echtzeit an die Landwirte – basiert dagegen auf einer 48-Stundenprognose und liefert außerdem Hinweise zu sinnvollen Maßnahmen. Schließlich soll die Akzeptanz durch eine hochwertige Nutzererfahrung an der Schnittstelle von Mensch und System gesteigert werden.
Nicht nur die landwirtschaftlichen Betriebe, auch die öffentliche Hand ist wegen der volkswirtschaftlichen Folgekosten daran interessiert, dass FrostStrat ein nachhaltiger Erfolg wird. Franz G. Rosner, Forschungskoordinator im Projekt, formuliert es so: „Jede Stunde, in der nicht mit Kerzen geheizt oder andere Frostbekämpfungsmaßnahmen vorgenommen werden müssen, spart den Betrieben viel Geld und schont die Umwelt.“
Michael Praschma ist Texter, Lektor und Redakteur. Er beherrscht so unterschiedliche Gattungen wie Werbetext, Direct Marketing, Claims, Webtext, Ghostwriting, Manuals oder PR. Außerdem treibt er sich – schreibend und anderweitig engagiert – in Journalistik, Non-profit-Organisationen und Kulturwesen herum. Seine Kunden kommen aus verschiedensten Branchen. Am MittelstandsWiki schätzt er die Möglichkeit, mit eigenen Recherchen auf den Punkt zu bringen, was Verantwortliche in Unternehmen interessiert. → https://praschma.com/
