De tijd is rijp voor precisielandbouw

landbouw

De agrarische sector staat onder druk om te verduurzamen. Precisielandbouw kan daarin een grote rol spelen; het vergroot de opbrengst van de agrariër, terwijl het er tegelijkertijd voor kan zorgen dat er minder verdelgings-middelen nodig zijn.

Met precisielandbouw kunnen agrariërs veel meer maatwerk uitvoeren op hun percelen. In plaats van een behandeling per veld, kan de boer zijn of haar gewassen per vierkante meter, of zelfs per plant bepalen. Althans, dat is het idee. In de praktijk zijn er nog tal van hinder­nissen, maar er zijn ook al doorbraken ophanden. Een van die aanstaande doorbraken is 5G.

‘Wij proberen het mkb nu al kennis te laten maken met de mogelijkheden van 5G’

Vaak wordt 5G gepresenteerd als de nieuwe technologie voor mobie­le telefonie. Maar dat is niet juist: het is een communicatienorm. 5G staat dan ook voor ‘5e generatie mobiele netwerk/draadloze systemen’. In technologisch opzicht zijn de belangrijkste kenmerken van 5G-technieken dat ze een veel snellere data­overdracht mogelijk maken en dat ze veel energiezuiniger werken. Die eigenschappen maken 5G uitermate geschikt voor gewasmonitoring.

Hoewel 5G nu officieel in de praktijk wordt gebracht, staat deze nieuwste communicatienorm nog in de kinderschoenen; veel mogelijke toepassingen worden nog onderzocht. Een van de partijen die onderzoek doet naar 5G-toepassingen in de agrarische sector is 5Groningen.

Hoe werkt 5G?

Waarom gebruikt 5G meerdere frequentiebanden? Dat heeft alles te maken met snelheid van dataoverdracht en bereik. Een hogere frequentie betekent namelijk een hogere capaciteit (en een snellere verbinding), maar ook een lager bereik. Om dit probleem te om­zeilen, worden er drie frequentiebanden gereserveerd voor 5G: 700 MHz, 3,5 GHz en 26 GHz.

De 700 MHz-band heeft het grootste bereik en daarmee het meest geschikt om landelijke dekking te creëren. Tot voor kort werd de 700 MHz-band door Digitenne van KPN gebruikt voor 4G-­toepassingen. De band is goed bruikbaar wanneer er veel gebruik­ers zijn met weinig gegevensoverdracht. En dat geldt voor veel Internet of Things (IoT)-toepassingen. En juist die IoT-toepassingen lijken veelbelovend voor de agrarische sector.

De 3,5 GHz-band heeft een hogere datasnelheid dan de 700 MHz-band, maar ook een lager bereik: enkele kilometers. Technologieën zoals Virtual Reality en het streamen van video’s in hoge resolutie hebben veel aan deze frequentieband.

De 26 GHz-band heeft een heel hoge datasnelheid, maar met enkele honderden meters een zeer beperkt bereik. Mogelijke toe­passingen zijn draadloze camera’s in een stadion die hun beelden naar een basisstation sturen.

De band waar velen naar uitkijken, die van 3,5 GHz, wordt op dit moment in het noorden van Nederland nog gebruikt door het afluisterstation in het Friese Burum. Er wordt nu op juridisch niveau uitgevochten wanneer de band beschikbaar komt voor 5G.

5Groningen

In 2016 startte het Economic Board Groningen met het programma 5Groningen. “Wij proberen het mkb nu al kennis te laten maken met de toekomstige mogelijkheden van 5G”, vertelt Marc Cremers, pilotcoördinator 5Groningen. Hij wijst er daarbij op dat er nog maar een beperkte band van de beloofde bandbreedte voor 5G beschikbaar is, namelijk die van 700 MHz. Cremers: “En zelfs die band hadden we nog niet volledig tot onze beschikking bij sommige pilots. Gelukkig konden we deze band wel simuleren door een aantal 4G-banden te combineren.”

Smart potato

5Groningen heeft diverse onderzoeksthema’s, waaronder landbouw. Inmiddels zijn er enkele agrarische pilots afgerond, terwijl andere pilots momenteel nog lopen. Een van de cases waarvan er inmiddels twee pilots zijn afgerond, is ‘Smart potato’: een slimme aardappel die is voorzien van sensoren voor vocht en temperatuur.

‘Voor de agrariër is belangrijk dat de slimme aardappel robuust is’

Cremers: “Smart potato is een typische IoT-toepassing. Hij heeft geen heel snelle dataoverdracht nodig, maar moet wel zelfstandig op vaste intervallen sensorinformatie doorsturen.” Het gaat daarbij om informatie over bodemtemperatuur en - vochtigheid. In een later stadium komt daar het CO2-gehalte bij.

Voor de agrariër is belangrijk dat de slimme aardappel robuust is, op vaste intervallen informatie verstuurt en lang meegaat. Dat laatste geldt in twee opzichten: de Smart potato zelf moet herbruikbaar zijn en hij moet een lange batterijduur hebben. Bij die laatste eigenschap komt 5G wederom om de hoek kijken. Want 5G levert niet alleen een nog snellere datasnelheid dan 4G, maar is ook energie­zuiniger. Juist daarom is deze communicatienorm erg geschikt voor IoT-toepassingen.

Robuuste sensor

De Smart potato is doorontwikkeld vanuit een reguliere regen- en temperatuursensor op een stok. Een groot nadeel van deze sensoren is dat de boer ze gemakkelijk omverrijdt met de tractor. Een sensor ín de grond, die tegelijkertijd met de aardappelen wordt ‘gepoot’, heeft daar geen last van. Die moet dan echter wel robuust genoeg zijn om het onder de grond uit te houden en om heelhuids ‘gerooid’ te worden.

Cremers: “In eerste instantie was de Smart potato net zo groot als een gewone pootaardappel, maar op verzoek van de agrariërs is hij groter geworden, zo groot als een flinke steen. Op die manier wordt de sensor automatisch uit de aard­appelen gepikt en is hij gemakkelijk terug te vinden om opnieuw te gebruiken.”

De metingen die de Smart potato verricht op 20 cm diepte worden in een model gestopt. Aan de hand van dat model kan een agrariër zien wat de condities voor de pootaardappelen in de grond zijn. Zo mag een pootaardappel bijvoorbeeld niet te lang nat staan. Met een accuraat en up-to-date model kan een boer op tijd stappen onder­nemen. De CO2-metingen zijn in een later stadium van nut, bij de opslag in kisten (waar de Smart potato met de hand in kan worden gestopt).

‘Dankzij de sensoren ontwijkt de zelfrijdende tractor eventuele obstakels’

De productiekosten van de slimme aardappel zijn al flink gedaald, maar moeten nog verder omlaag, vertelt Cremers: “We mikken op een productieprijs rond de 50 euro.” Voor die prijs moet het apparaat uitgerust zijn met de vereiste sensoren die goed gekalibreerd blijven, met daaromheen een casing die natte klei kan weerstaan en die ook de nodige stoten op kan vangen (bij het poten en rooien van de aardappelen). Daarbij moet de slimme aardappel draadloos signalen door een 20 cm dikke bodemlaag kunnen verzenden.

Drones

Een aantal jaren geleden werd de drone gepresenteerd als dé uitkomst voor de landbouw. En hoewel de drone als allesoplosser een hype bleek, blijkt het apparaat zeker goed in te zetten in de agrarische sector.

Drones worden momenteel ingezet voor het maken van luchtbeelden, het verzamelen van data voor precisielandbouw en voor besproeien en zaaien. Met name voor die eerste twee typen werkzaamheden is wederom een snelle draadloze verbinding nodig. Weinig verrassend is het dan ook dat in een van de pilotprojecten van 5Groningen een drone over de akkers vliegt, uitgevoerd door de partijen aGroFuture en Vliegend.nl.

Voordat de pilot van start ging, hadden Pieter van Maldegem en Derk Gesink van aGroFuture al dronevluchten boven akkers uit­gevoerd. Daarbij maakte de drone tijdens zijn vlucht infrarood­foto’s van de akker met een multispectraalcamera en schreef deze foto’s naar een SD-kaart.

Eenmaal geland werd de SD-kaart uit de drone verwijderd en werden de beelden van de kaart op een computer gezet, die deze vervolgens via internet verstuurde, om er een taakkaart voor de agrariër van te maken, zodat deze op basis van die kaart het perceel beter kon bewerken.

De vluchten zelf waren veelbelovend, maar het uitlezen van de gegevens van de SD-kaart was noodzaak; het direct versturen van deze data naar de cloud wat niet mogelijk, omdat veel agrariërs niet over een goede internet­verbinding beschikken.

Grote meerwaarde

De meerwaarde van 5G is in dit project groot. “Stel je voor: het zou een halve dag of een dag duren voor die data verwerkt is”, vertelt Jan Wiersma van Vliegend.nl in een filmpje van 5Groningen, “dan kan het weer al veranderd zijn, de situatie op zijn land kan al veranderd zijn; de snelheid is voor een boer heel cruciaal en dat biedt 5G.”

Een 5G-verbinding biedt de mogelijkheid om aGroFutu­re met de drone binnen 20 minuten de benodigde data te verzamelen, op te sturen en teruggestuurd te krijgen in een werkzame kaart. Zo kunnen drones met multispectraalcamera ’s de gezondheid van gewassen nauwkeurig vaststellen, door het registreren van bijvoorbeeld biomassa en stikstofopname.

In combinatie met een 5G-verbinding – om de verzamelde data snel te kunnen versturen – en de juiste software – om de data snel te kunnen verwerken – ontstaat er een kaart die de boer inzicht geeft in de teelt en het ziektemanagement van de gewassen.

Bestuiving

Drones maken ook precisiebestuiving mogelijk. In een interview met Tweakers.net vertelde aardappelteler Jacob van den Borne dat hij een drone met multispectraalcamera van € 20.000 à € 30.000 heeft aangeschaft. “De belofte van drones is voor mij dat ik daarmee op plantniveau kan boeren. Ik heb een machine gekocht die individuele planten kan bestuiven op basis van de zeer nauw­keurige data die ik krijg van mijn drones.” Van den Borne is hiermee wel een uitzondering: de meeste agrariërs huren professionele bedrijven in om drones boven hun land in te zetten.

Insectenjacht

Ook zijn er al drones die inzetbaar zijn in kassen. Pats Indoor Drone Solutions heeft een minidrone ontwikkeld die volledig autonoom op jacht gaat naar schadelijke insecten en deze vervolgens uitschakelt. De drone krijgt daarbij de hulp van een stereocamera die aan een paal in de kas hangt. Dit camerasysteem herkent vliegende insecten en instrueert de drone hoe deze het ‘doelwit’ moet onderscheppen.

Omdat de drone in een kas vliegt, is deze niet gebonden aan allerlei regels. Hierdoor mag de drone 24/7 in de kas rondvliegen, wat de tuinder scheelt in het gebruik van menselijke bestrijders en verdelgingsmiddelen. De drones zelf zijn niet heel kostbaar – de kosten zitten hem vooral in het camerasysteem en de onderliggende software – dus als de drone kapotgaat, is deze heel goed vervangbaar.

Zelfrijdende tractor

Een andere innovatie waarbij de agrariër een stuk minder omkijken naar het ‘boeren’ zelf heeft, is de autonome tractor van AgXeed. Deze zelfrijdende machine heeft een vermogen van 115 kW en loopt op elektrisch aangedreven rupsbanden. Het zijn echter de sensoren en de lidar – een soort radar – die het voor de AgXeed AgBot mogelijk maken kom zelfstandig over het veld te rijden om – bijvoorbeeld – de grond om te ploegen, aardappelen te rooien en het koren af te maaien. De autonome tractor bevat een koppelstuk, waarmee de boer bestaande werktuigen aan de AgBot kan koppelen, waardoor er alleen in de tractor geïnvesteerd hoeft te worden.

“De boer moet in een heel korte tijd heel veel werkzaamheden verrichten en heeft daarvoor steeds minder mensen beschikbaar, dus de machines worden steeds groter”, vertelt Philipp Kamps, marketing­manager bij AgXeed. “Maar met steeds zwaarder worden­de machines, loop je tegen een steeds verder verharde en verdichte grond aan.” AgXeed lost dit probleem op door de boer werk uit handen te nemen: terwijl de autonome tractor het land bewerkt, kan de boer zelf andere werkzaamheden verrichten.

Kamps: “De basisgedachte achter ons concept is dat je bij toe­passing van autonomie het agrarisch bedrijf vrijmaakt van stomme, repeterende werkzaamheden zoals ploegen, zaaien, klepelmaaien en diepwoelen. En onze autonome tractor verliest zijn focus niet: die gaat continu door en behoudt zijn precisie en kan ook de hele nacht doorwerken.”

Hoewel de tractor autonoom rijdt, houdt de boer de touwtjes stevig in handen. Bij de autonome tractor wordt een heel softwarepakket geleverd, waarmee de agrariër in kan stellen welk veld de autonome tractor moet bewerken en wat voor werktuig er achter de tractor zit. Dat gebeurt aan de hand van een luchtfoto met daarin de coördinaten van de velden. Op deze manier berekent de software nauwkeurig hoe de autonome tractor zo efficiënt mogelijk over het veld moet rijden.

Voor de agrariërs is de software een­voudig om mee te werken, stelt Kamps. “Boeren werken nu voor een groot deel ook al met software, maar dan met name op de tracto­ren zelf. Ze toetsen dan in op welk perceel de tractor zich bevin­dt en welk werktuig er achter de tractor zit. Bij onze software doe je dat dus van tevoren.”

Vanwege de wetgeving moet de autonome tractor nog wel naar de percelen toe gereden worden, maar eenmaal daar heeft de boer er in principe geen omkijken meer naar. Dankzij de sensoren ontwijkt de zelfrijdende tractor eventuele obstakels en mocht er echt een probleem zijn, dan krijgt de boer meteen bericht, bijvoorbeeld via de mobiele telefoon.

Hoewel Kamps aangeeft dat de draadloze verbindingen waar de autonome tractor gebruik van maakt tot nu toe geen probleem hebben gevormd, hebben ook dergelijke systemen baat bij 5G. Zeker als er meer van deze voertuigen en slimme sensoren op de percelen van de boeren gaan komen.

Over de prijs van de AgBot is Kamps duidelijk: die ligt tussen de € 225.000,- en € 260.000,-. Dat is een hoop geld, maar volgens Kamps is dat een investering die je vlug hebt terugverdiend. “Een goed uitgeruste, degelijke tractor op vier wielen kost inclusief de bijbehorende software al gauw zo’n € 170.000. Als je die tractor daarna ook nog eens ombouwt tot een rupstractor, zoals onze tractor is, dan kost dat nog eens bijna € 60.000.

En bedenk je ook dat onze tractor minimaal 70 % aan operatorkosten op jaarbasis bespaart en ook in onderhoud veel goedkoper is. Hij heeft namelijk minder onderdelen, dus minder slijtage. Alleen op arbeidskosten en onderhoud alleen heb je onze tractor al binnen een tot anderhalf jaar terugverdiend.”

Algoritmen kweken tomaten

En wat heeft de toekomst in petto? Dat is natuurlijk moeilijk te voorspellen, maar slimme computeralgoritmen lijken niet meer weg te denken. Zo wist team Automatoes vorig jaar de Autonomous Greenhouse Challenge van Wageningen University and Research (WUR) te winnen. Het team van onderzoekers, studen­ten en medewerkers van Batenburg Techniek kreeg het voor elkaar om met slim ontwikkelde algoritmes ‘hun’ tomatenplanten in de kas zo efficiënt mogelijk (zo min mogelijk verspilling van grondstoffen) tomaten van hoge kwaliteit te laten produceren.

Aan de hand van sensorgegevens en metingen aan de planten bepaalde de software van het team wat de optimale groeiomstandigheden voor het gewas waren. Door constante monitoring konden die omstandig­heden desgewenst onmiddellijk worden aangepast. Team Automatoes was zo succesvol in zijn aanpak dat het zelfs een team van professionele tomatentelers achter zich liet. Het ziet er op deze manier dus naar uit dat algoritmes betere telers kunnen worden dan mensen.

Toch zijn agrariërs vooralsnog terughoudend in het investeren in precisielandbouw, zo blijkt uit een onderzoek dat de Rabobank vorig jaar uitvoerde. Respondenten gaven aan dat de hoge (een­malige) investeringskosten zonder dat hier duidelijke inkomsten tegen­over staan en techniek die niet plug & play is, de grootste hinder­nissen vormen. Met die plug & play-functie lijkt het in een aantal gevallen – zoals de autonome tractor van AgXeed – de goede kant op te gaan. En ook bieden de eerste positieve concrete resultaten zich aan. De tijd lijkt rijp voor precisielandbouw.

Meer over
Lees ook
India verbiedt export van tarwe

India verbiedt export van tarwe

De regering in India heeft de export van tarwe uit het land verboden. Vanwege slechte oogst door hittegolven zijn de graanprijzen in India hard gestegen. De Indiase autoriteiten besloten tot het exportverbod om de voedselzekerheid in het land veilig te stellen.

Wereldbank verwacht hoge voedselprijzen tot eind 2024

Wereldbank verwacht hoge voedselprijzen tot eind 2024

De prijzen van basisproducten zoals energie en voedsel blijven nog enkele jaren hoog, zegt de Wereldbank. Volgens het nieuwste Commodity Markets Outlook-rapport duurt dit nog tot eind 2024.

Kabinet investeert €42 miljoen in virtueel instituut voor duurzame landbouw

Kabinet investeert €42 miljoen in virtueel instituut voor duurzame landbouw

De Nederlandse overheid investeert de komende tien jaar 42 miljoen euro in CROP-XR, een nieuw, virtueel instituut gericht op de ontwikkeling van landbouwgewassen die beter bestand zijn tegen klimaatverandering en minder afhankelijk van gewasbeschermingsmiddelen. Het kabinet investeert in CROP-XR vanuit het Nationaal Groeifonds.