Schnelles Internet 5G-Projekte in Baden-Württemberg: Landkreis Böblingen

Wir möchten Ihnen regelmäßig besondere Projekte im Bereich Mobilfunk und 5G präsentieren. Hierzu stellen sich die Projektverantwortlichen mit einem Steckbrief und einem Interview vor. Viel Spaß!

Eckdaten zum Projekt:

• Projektziel:
  Wesentliches Ziel ist, mit Hilfe der 5G-basierten intelligenten Düngung eine gesteigerte Ressourceneffizienz zu erreichen. Das Einsparen von Dünger und Kraftstoff kommt nicht nur dem Landwirt, sondern insbesondere auch der Umwelt und dem Klima zugute. Die „smarte Düngung“ dient als exemplarischer Anwendungsfall und soll auf andere Bereiche der Landwirtschaft übertragen werden.
  
• Projektbeschreibung:
  Das Pilotprojekt 5G-PreCiSe zielt auf die Echtzeitvernetzung von Systemen und Prozessen des Smart Farming mittels 5G, um in der Landwirtschaft eine bisher nicht vorhandene Informationsbasis für erfolgskritische und nachhaltige Entscheidungen bei der Bewirtschaftung von Anbauflächen zu bieten. Schwerpunkt sind „Precision und Smart Farming“ mit dem Anwendungsfall der Düngung.
  Gemeint mit „Precision Farming“ ist die präzise Ausbringung von Dünger und Pflanzenschutzmitteln auf der Basis digital erfasster, flächenbezogener Daten. Sie umfasst zum Beispiel Bodeneigenschaften, Ertragsfähigkeit und Pflanzenzustände innerhalb eines Flurstücks. „Smart Farming“ baut auf diese Technologie auf. Die erfassten Daten werden mit weiteren Informationen zusammengeführt und ausgewertet. Der Landwirt kann so stärker faktenbasiert als bisher entscheiden, etwa über die Menge der Düngegabe, den Erntezeitpunkt oder über die Fruchtfolge. Neben der Einsparung von Ressourcen soll der digitalisierte Prozess die Landwirte bei ihren Dokumentationspflichten und der Qualitätssicherung unterstützen.

• Projektpartner:

Landkreis Böblingen

Hochschule Reutlingen, Herman Hollerith Zentrum (HHZ)

Universität Hohenheim mit der Versuchsstation Ihinger Hof

Robert Bosch GmbH

RAUCH Landmaschinenfabrik GmbH

SEEBURGER AG

Advancing Individual Networks, – AIN GmbH

Zentrum für Digitalisierung Landkreis Böblingen – ZD.BB GmbH

Schriftliches „Interview“

1. Was ist das Ziel des Projektes? Welche Bedarfe werden damit bedient? Was war der Anstoß?

Die Landwirtschaft befindet sich im Spannungsfeld zwischen einer stetig wachsenden Bevölkerung, die mit ausreichenden und hochwertigen Lebensmitteln versorgt werden soll und gleichzeitig steigenden Anforderungen an die landwirtschaftlichen Bewirtschaftungssysteme, um dem Klimawandel zu begegnen sowie Ressourcen und Umwelt zu schonen.

Das Projektvorhaben 5G-PreCiSe zielt daher auf die Vernetzung von Systemen und Prozessen des Smart Farming in Echtzeit mittels 5G, um eine bisher nicht vorhandene Informationsbasis für eine effiziente, ressourcen- und umweltschonende Bewirtschaftung durch Anbausysteme bereitzustellen. Zentraler Projektansatz ist es, die Potentiale von 5G- und Edge-Cloud Architekturen für den Aufbau einer Datenmodellierung- und Integrationsplattform zu untersuchen und dadurch gezielt praxistaugliche Anwendungen für Landwirte und Landtechnikanbieter im Bereich des Smart Farming zu entwickeln.

2. Warum ist das Projekt für Sie – für die Region, für die Partner – so wichtig?

Smarte Technologien, wie Precision und Smart Farming, erfordern leistungsfähige, lokale Rechner auf den Maschinen und Anbaugeräten, um die Vielzahl der Sensordaten verarbeiten zu können. Nachteil dieser Vorgehensweise sind die daraus resultierenden hohen Investitionskosten. Um diese zu senken, kann ein ausgebautes 5G-Netz genutzt werden, um rechenintensive Aufgaben nicht mehr lokal durchzuführen, sondern über das 5G-Netz auszulagern und in Echtzeit zu verarbeiten. Durch die niedrigeren Investitionskosten wird es dadurch auch Betrieben in kleinstrukturierter Landwirtschaft möglich, an technischen Innovationen teilzuhaben und dadurch auch im Ballungsraum weiterhin eine tragfähige und regionale Lebensmittelproduktion zu erhalten.

5G-PreCiSe trägt somit dazu bei, die Innovationskraft und Zukunftsfähigkeit der kleinstrukturierten Landwirtschaft zu stärken und damit einen wichtigen Beitrag zur Sicherstellung von lokaler Produktion und Arbeitsplätzen zu leisten.

3. Welche Rolle spielt(e) der Standort für das Projekt?

Der Landkreis Böblingen ist gekennzeichnet durch innovationsstarke Branchen und eine stark exportorientierte Wirtschaft. Trotz der Lage im Ballungsraum weist der Landkreis eine vielfältige Kulturlandschaft auf: Heckenlandschaften, Ackerflächen, Streuobstwiesen, Wälder sowie 19 Naturschutzgebiete. Dementsprechend spielt auch die Landwirtschaft eine wichtige Rolle. Rund ein Drittel der Kreisfläche wird landwirtschaftlich genutzt.

Mit der Versuchsstation Ihinger Hof in Renningen besteht eine hervorragende Möglichkeit, landwirtschaftliche Innovationen direkt vor dem Hintergrund der naturräumlichen und agrarstrukturellen Gegebenheiten des Landkreises zu erproben. Auch weitere Partner befinden sich in räumlicher Nähe zum Versuchsfeld, was speziell für unseren Anwendungsfall und die durchzuführenden Erprobungen von Vorteil ist.

4. Warum 5G? Gab es Alternativen? Wird 5G die Erwartungen (Stichwort: ‚game changer‘) erfüllen?

In 5G-PreCiSe werden verschiedene Datenquellen und -banken miteinander verknüpft und damit die Basis dafür geschaffen wird, dass eine Vielzahl von Informationen für smarte Verfahren in Echtzeit bereitgestellt werden können. Dadurch können diese Verfahren überhaupt erst realisiert werden. Ein wesentlicher Faktor für den Erfolg von Smart Farming, durch die Integration von IoT sowie der Nutzung von diversen Datenquellen, ist die Abstimmung der einzelnen Komponenten wie Sensoren und Aktoren, das 5G-Netz und die (Edge-) Cloudservices aufeinander. Die Erfüllung von Echtzeitanforderungen wird von unterschiedlichsten Faktoren beeinflusst. Der maximal zulässige Zeitraum, in dem Entscheidungen getroffen werden können, ist jedoch von der Anordnung der Sensoren und Aktoren sowie dem Anwendungsfall abhängig. Im Fall der smarten Düngung liegt die Echtzeitanforderung nach unseren Berechnungen zwischen 85 ms und 170 ms. Neben der Latenz spielen beim Smart Farming auch die gesteigerte Zuverlässigkeit der Systeme, die Bandbreite und die damit einhergehende Möglichkeit, die Rechenleistung auf externe Ressourcen auszulagern eine zentrale Rolle.

5. Was sind oder waren (bisher) die größten Herausforderungen des Projektes und wie haben Sie diese gelöst? Sind Sie schon am Ziel oder welche Schritte stehen noch aus?

Eine der größten Herausforderungen bei 5G-PreCiSe stellt der Aufbau eines kompletten 5G-Campusnetzes mit Edge-Cloud-System dar, da eine flächendeckende, mobile Anbindung an ein 5G-Netz derzeit nicht zur Verfügung steht. Die dazugehörigen Planungen und technischen Spezifizierungen sind aufwändig und zeitintensiv, können aber durch unsere erfahrenen Projektpartner aus den Bereichen der Planung von 5G-Infrastruktur und Cloud-Systemen gelöst werden.  

5G-PreCiSe ist ein stark interdisziplinär angelegtes Projekt, dies stellt ebenfalls eine Herausforderung dar. Die beteiligten Arbeitsgruppen sind in hohem Maße vom Projektfortschritt untereinander abhängig. Die Integration der einzelnen Systeme in die Edge-Cloud bildet den Kern des Projektes. Eine gemeinsame (Online-) Arbeitsumgebung und enge und regelmäßige Abstimmungsrunden und Projekttreffen sowie Exkursionen und Standortbegehungen helfen hier, Einblicke in die jeweils fremden Domänen zu bekommen und das gegenseitige Verständnis zu schärfen.

6. Gibt es Spillover-Effekte? Profitieren auch andere Arbeits- oder Lebensbereiche bzw. Akteure von dem Projekt? Ist Ihr Projekt übertragbar für andere Regionen und Themenbereiche?

Der Schwerpunkt des geplanten Vorhabens liegt zunächst im Anwendungsbereich der smarten Düngung und 5G. Die für diesen Fall entwickelten Methoden und Verfahren lassen sich später auf andere Smart Farming-Bereiche übertragen. Die technische Realisierung einer smarten Düngung erfordert, durch die Zusammenführung von unterschiedlichen echtzeitfähigen Sensorsystemen, bisher erhebliche Investitionen. Der Einsatz von 5G reduziert diese Problematik, indem die Landmaschinen selbst nur noch mit Sensorik, Aktorik und kleinen Recheneinheiten ausgerüstet werden. Die Rechenkapazität und die komplexe Steuerung werden jedoch ausgelagert. Dieser IT-Lösungsansatz hat eine hohe Übertragbarkeit auf andere landwirtschaftliche Anwendungsfelder. Das Pilot-Projekt im Landkreis Böblingen kann somit beispielhaft für den gesamten süddeutschen Raum (Baden-Württemberg, Bayern und Rheinland-Pfalz) als Modellregion gesehen werden.

7. Was sind Ihre Pläne nach Ablauf des Projektes?

Die während der Projektlaufzeit von 5G-PreCiSe etablierten technischen Systeme (5G-Infrastruktur und Edge-Cloud-System) werden weiter betrieben und für die Erprobung weiterer 5G-Anwendungsfälle in der Landwirtschaft zur Verfügung stehen.

Auf Basis dieser zukunftsfähigen Landwirtschaft kann die Nutzung der 5G-Infrastruktur und ihrer Vorteile erlebbar gemacht werden, helfen Barrieren abzubauen und somit den Ausbau von 5G in Deutschland zu beschleunigen.