TY  - THES
T1  - Konstruktion eines Roboterfahrzeuges zur Hochdurchsatzphänotypisierung bei Weinreben
A1  - Rüger,Philipp
Y1  - 2016/01/13
N2  - Der Anbau von Weinreben blickt auf eine lange Tradition zurück, die jedoch gleichzeitig im Zeichen der stetigen Weiterentwicklung steht. Bei der Züchtung neuer Rebsorten wird der Pilzwiderstandsfähigkeit eine große Bedeutung beigemessen. In der Bewirtschaftung der Rebanlagen kommen zunehmend Methoden der präzisen Landwirtschaft in Adaption zum Einsatz. Das Forschungsprojekt PHENOvines versuchte diese beiden Bereiche miteinander zu verknüpfen. Um die während der Rebenzüchtung notwendigen Phänotypisierungen zu beschleunigen und zu objektivieren, wurde die automatisierte, selbstfahrende Boniturplattform PHENObot entwickelt.
Im Zentrum der vorliegenden Arbeit stehen die konzeptionellen und konstruktiven Arbeiten zur Erstellung dieser Boniturplattform, deren Navigation, sowie die Führung des Sensorsystems zur Bilddatenerfassung. Ein weiterer Bestandteil ist zudem die experimentelle Erprobungs- und Versuchsphase. Zu Beginn der Projektlaufzeit wurden Antriebskonzepte evaluiert und schließlich ein bereits auf dem Markt befindlicher, mit elektrischen Bandlaufwerken betriebener Großkistentransporter als Trägerfahrzeug ausgewählt. Die automatische Spurführung entlang, mittels NAVSTAR GPS erfasster Stockkoordinaten, konnte durch die Ausrüstung mit einem RTK-Navigationssystem sichergestellt werden. Allein die Positionsdaten werden zur Navigation genutzt. Daneben kommen Ultraschallsensoren, sowie ein mechanisches Anfahrschild zur Hindernisabtastung als Sicherheitseinrichtungen zum Einsatz. Bedient wird das Bonitursystem über die eigens entwickelte Steuerungsapplikation PHENObotControl 1.0. Dazu sind textbasierte Jobdateien notwendig, deren Erzeugung anhand der Stockkoordinaten mittels skriptbasierter Transformation und Verarbeitung in der GIS-Anwendung GRASS GIS erfolgt. Der Boniturvorgang ist gegliedert in Anfahrt zum Haltepunkt direkt vor dem Rebstock, Nivellierung des Multi-Kamerasystem (MKS), Bildauslösung, Bildspeicherung und Weiterfahrt zum nächsten Stock. Die Nivellierung wird anhand der Daten eines Neigungssensors in einem Lageregelungssystem mit vier möglichen Freiheitsgraden durchgeführt. Bei Erreichen der vorgegebenen Position sendet das Navigationssystem einen Auslösebefehl mit Positions- und Identifikationsdaten an das Bilderfassungssystem, das neben fünf Kamers unterschiedlicher Wellenlängenbereiche auch ein LED-Beleuchtungssystem enthält. Zur Gewährleistung der Objektivität und gleichbleibender Bildqualität findet die Bonitur vornehmlich bei Dunkelheit oder neutralen Lichtbedingungen statt. Die Energie für den elektrischen Antrieb wird in einem Akkumulatorenpaket bereitgehalten, das zusätzlich über einen Generator nach dem Prinzip des Hybridantriebs wiederaufgeladen werden kann.
In der Erprobungsphase wurden alle Funktionen des PHENObot getestet und weiterentwickelt. Messfahrten dienten zur Feststellung und Quantifizierung der auftretenden Positionsfehler und deren Quellen. Im Mittel waren die transversalen Positionsabweichungen quer zur Fahrtrichtung bei der Bonitur kleiner als 50 mm. Dies ist ausreichend genau genug, um das MKS optimal zur Bildaufnahme vor einem Rebstock ausrichten zu können. Ein Anwendungsversuch in zwei aufeinanderfolgenden Nächten beendete die Versuchsphase am Standort Siebeldingen. Dabei wurden Bildinformationen von 2726 Rebstöcken bei einer Boniturleistung von gut 280 Stöcken pro Stunde oder knapp 600 m² h-1 erhoben. Im Vergleich zur manuellen Bonitur des Parameters Ertrag konnte somit die Leistung um das knapp 19 fache gesteigert werden. Darüber hinaus liegen durch die aufgenommenen Bilder weitere Informationen zur Beurteilung anderer Parameter vor. In der zusätzlich zur Verfügung stehenden Zeit kann sich der Anwender der Auswertung und Interpretation der gewonnenen phänotypischen Daten widmen. Somit kann ein Beitrag zur Reduzierung der Zuchtdauer einer neuen Rebsorte geleistet werden.
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