Projekt 15673/01

Wildrettung durch Infrarot-Sensorik an Mähmaschinen

Projektdurchführung

ISA Industrieelektronik GmbH
Hutschenreutherstr. 1
92637 Weiden

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der Frühjahrsmahd von Wiesen werden alljährlich Zigtausende Jungtiere (Rehkitze, Junghasen, Bodenbrüter und deren Gelege) verletzt oder getötet. Dabei wird gegen Tier- und Naturschutzgesetz verstoßen, bedrohte Tierarten werden dezimiert, und Grünfuttermittel werden durch Kadaverteile in gefährlicher Weise verseucht (Botulismus). Seit August 2002 wird dabei auch gegen das Grundgesetz verstoßen. Ziel des Vorhabens ist die Fortentwicklung eines bestehenden Infrarotwildretters zu einem System, welches 1.) durch Kombination verschiedener Sensoren (Infrarot IR, Mikrowelle mW) und intelligenter Signalverarbeitungsverfahren auch bei störender Sonneneinstrahlung nicht nur zuverlässig arbeitet, sondern außerdem eine geringe Fehlalarmrate aufweist, 2.) auf Fahrzeugen, wie Traktor (Mähwerk) und Geländewagen, betrieben werden kann, 3.) auch kleine Bodenbrütergelege detektiert.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Weiterentwicklung der Infrarotsensorik erfolgte auf zwei Ebenen. 1. Grundlagen für die Überarbeitung der Technik bildeten die Erfassung und Bewertung des Marktangebots geeigneter IR-Detektoren und Konzeptionen zur mechanischen und optischen Integration von IR und mW. 2. Zur Untersuchung der Methodik der Wilddetektion wurden umfangreiche Messungen an Referenzwiesen und in Jagdrevieren mit einem Wärmebildgerät, dem bestehenden IR-Wildretter, sowie mit der im Rahmen des Vorha-bens entwickelten Kombination aus IR- und mW-Sensorik durchgeführt. Die gewonnenen Daten wurden zur Simulation und Analyse des Detektions- und Fehlalarmverhaltens der Sensorik verwendet.
Die Messsensorik sollte in den Mikrowellenbereich erweitert werden, um durch thermische Effekte unbeeinflusste Indikatoren für Lebewesen zu nutzen. Der Versuch, kommerziell erhältliche Sensoren zu verwenden, scheiterte zunächst mangels Verfügbarkeit. In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik der TU München wurde daher die Neuentwicklung eines Mikrowellensensors durchgeführt. In Laboruntersuchungen wurden die Eigenschaften bestimmt und optimiert.
Der Betrieb an einem Traktor, bzw. Mähwerk wurde experimentell in Feldversuchen durchgeführt.


Ergebnisse und Diskussion

Zur Technik und Funktion des Infrarotsensors: der Markt bietet ein großes Angebot kostengünstiger IR-Detektoren. Pyroelektrische Detektoren sind den anderen Technologien für diese Anwendung in vieler Hinsicht überlegen (preiswert, schnell, ausreichend empfindlich). Die Integration von IR und mW ist bei Verwendung eines hybriden Linsensystems prinzipiell möglich.
Die Infrarot-Signatur von Wiesen bei Sonneneinstrahlung ist räumlich und thermisch stark strukturiert. Fremdkörper, wie Holz, Steine und - die entscheidende, neue Erkenntnis - trockene Halme am Wiesenboden, werden wärmer als das grüne Gras und verursachen als thermische Störer Fehlalarme. Trockenes Blattmaterial gibt es in jeder Wiese, es ist daher Hauptursache für Fehlalarme. Das sonnenbeschienene Kitzfell erwärmt sich ähnlich stark wie die Störer. Fazit: Bei Sonneneinstrahlung gibt es kein eindeutiges IR-radiometrisches/thermometrisches Kriterium zur Wilddetektion (die IR-Signaturen von Wild und Wiese sind nicht zu unterscheiden), alle hier verfolgten Ansätze zur intelligenten Signalverarbeitung und -analyse erscheinen aussichtslos. Vorschlag zur Methodik: Einsatz abbildender IR-systeme und Mustererkennung. Der Schutz von Bodenbrütern und -gelegen gewinnt durch den zunehmenden, ökologischen Landbau weitere Bedeutung (mechanische Feldbearbeitung). Wegen der oft geringen Größe der Gelege sind im Infraroten hier nur die abbildenden Systeme erfolgversprechend. Die Ergänzung durch abbildende Systeme im Sichtbaren erscheint vorteilhaft. (Patent 102 58 347.1 zu Verfahren und Vorrichtung am 12. 12. 2002 angemeldet.)
Zur Adaption an Traktor/Mähmaschine: die Entwicklung von Mechanik, Elektronik und Optik ist noch nicht in einem Zustand, der als landmaschinentauglich bezeichnet werden kann. Im Hinblick auf die typischen meteorologischen Einsatzbedingungen und unter Aspekten der Fertigungskosten sind die Systeme zwar wasserdicht, aber nicht für Dauer- oder Starkregen ausgelegt. Die im Infraroten kritische, starke Erwärmung der Sensorik durch Sonneneinstrahlung kann durch eine entsprechende Signalverarbei-tung beherrscht werden.
Zur Fertigung: während die Herstellung der radiometrischen IR-Sensorik den Status einer Kleinserienfertigung erreicht hat, ist der Einsatz abbildender IR-Sensorik für diese Aufgabe am Beginn der Untersuchungsphase. Allerdings sind dafür geeignete Sensorsysteme am Markt. In einem noch früheren Stadium befindet sich die Mikrowellensensorik: die prinzipielle Eignung ist durch die Sensorentwicklung im Projekt nachgewiesen, die ersten, möglicherweise geeigneten Sensoren kommen z. Zt. auf den Markt und werden untersucht.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Tag der Raumfahrt im DLR Oberpfaffenhofen 2001 und 2002
Woche der Umwelt des Bundespräsidenten, Juni 2002
Fachdiskussion Wildrettung mit BMVEL und FAL, September 2002, Veranlasser: BMVEL
Präsentation bei verschiedenen Jagdverbands-Ortsgruppen
Ständiger Kontakt zum Landesjagdverband Bayern e. V. und zum Landesjagdverband Österreich
Beratung des NATOB - Natuur-technologisch Onderzoeks Bureau, Wageningen, Niederlande
Unterstützung der Tierschutzinitiative Odenwald
Interview im Deutschlandfunk, Umwelt und Landwirtschaft, April 2002
Berichte in verschiedenen regionalen Tageszeitungen
Publikationen in Vorbereitung für: Zeitschrift für Jagdwissenschaft, Jagd in Bayern, Revierkurier.


Fazit

: Bei Sonneneinstrahlung gibt es kein eindeutiges IR-radiometrisches/thermometrisches Kriterium zur Wilddetektion (die IR-Signaturen von Wild und Wiese sind nicht zu unterscheiden), alle hier verfolgten Ansätze zur intelligenten Signalverarbeitung und -analyse erscheinen aussichtslos. Vorschlag zur Methodik: Einsatz abbildender IR-systeme und Mustererkennung. Der Schutz von Bodenbrütern und -gelegen gewinnt durch den zunehmenden, ökologischen Landbau weitere Bedeutung (mechanische Feldbearbeitung). Wegen der oft geringen Größe der Gelege sind im Infraroten hier nur die abbildenden Systeme erfolgversprechend. Die Ergänzung durch abbildende Systeme im Sichtbaren erscheint vorteilhaft. (Patent 102 58 347.1 zu Verfahren und Vorrichtung am 12. 12. 2002 angemeldet.)
Zur Adaption an Traktor/Mähmaschine: die Entwicklung von Mechanik, Elektronik und Optik ist noch nicht in einem Zustand, der als landmaschinentauglich bezeichnet werden kann. Im Hinblick auf die typischen meteorologischen Einsatzbedingungen und unter Aspekten der Fertigungskosten sind die Systeme zwar wasserdicht, aber nicht für Dauer- oder Starkregen ausgelegt. Die im Infraroten kritische, starke Erwärmung der Sensorik durch Sonneneinstrahlung kann durch eine entsprechende Signalverarbei-tung beherrscht werden.
Zur Fertigung: während die Herstellung der radiometrischen IR-Sensorik den Status einer Kleinserienfertigung erreicht hat, ist der Einsatz abbildender IR-Sensorik für diese Aufgabe am Beginn der Untersuchungsphase. Allerdings sind dafür geeignete Sensorsysteme am Markt. In einem noch früheren Stadium befindet sich die Mikrowellensensorik: die prinzipielle Eignung ist durch die Sensorentwicklung im Projekt nachgewiesen, die ersten, möglicherweise geeigneten Sensoren kommen z. Zt. auf den Markt und werden untersucht.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Tag der Raumfahrt im DLR Oberpfaffenhofen 2001 und 2002
Woche der Umwelt des Bundespräsidenten, Juni 2002
Fachdiskussion Wildrettung mit BMVEL und FAL, September 2002, Veranlasser: BMVEL
Präsentation bei verschiedenen Jagdverbands-Ortsgruppen
Ständiger Kontakt zum Landesjagdverband Bayern e. V. und zum Landesjagdverband Österreich
Beratung des NATOB - Natuur-technologisch Onderzoeks Bureau, Wageningen, Niederlande
Unterstützung der Tierschutzinitiative Odenwald
Interview im Deutschlandfunk, Umwelt und Landwirtschaft, April 2002
Berichte in verschiedenen regionalen Tageszeitungen
Publikationen in Vorbereitung für: Zeitschrift für Jagdwissenschaft, Jagd in Bayern, Revierkurier.


Fazit

Im Licht der Ergebnisse des Projekts scheinen aus prinzipiellen Gründen bei Verwendung radiometrischer IR-Sensorik die durch Sonneneinstrahlung bewirkten Probleme mittels intelligenter Signalauswertung nicht zufriedenstellend zu lösen zu sein (Ziel: kein Fehlalarm, nahe 100% Detektionssicherheit). Bei der Detektion von Bodenbrütergelegen kommt deren geringe Größe erschwerend hinzu. Der Übergang zu abbildender IR-Sensorik liefert zusätzliche Informationen und erscheint vielversprechend. Die prinzi-pielle Eignung von Mikrowellensensoren als Ergänzung wurde nachgewiesen. Die Serien- und Marktreife sind noch nicht erreicht. Die entwickelten Systeme sind landmaschinentauglich. Die Weiterführung zur Fertigungsreife erscheint technisch problemlos, Voraussetzung sind weitere Untersuchungen und Ent-wicklungen zur Methodik.
Das Interesse aus Landwirtschaft, Jagd und Naturschutz ist unverändert sehr hoch. Die Arbeiten finden auch im Ausland Beachtung.
Die Aufnahme des Tierschutzes in das Grundgesetz im August 2002 bringt eine neue Situation: der bisherige Wunsch nach Tierschutz wird zu gesetzlichen Forderung. Die Aufgabe, moderne Landwirtschaft und Tierschutz (ausgedehnt auf alle Tiere) zu vereinbaren, lässt nur technische Lösungen zu. Das vorliegende Projekt ist ein erfolgreicher Schritt zu diesem Ziel. Die Arbeiten des Projekts und der verfolgte Ansatz sind international führend. Weitere Arbeiten sind notwendig. Die Adaption an landwirtschaftliche Ma-schinen wird in Zusammenarbeit mit Hersteller der Branche zu gegebener Zeit erfolgen.