KI-unterstützter
Obstbaumschnitt

AI Pruning

Zielsetzung

Der Pflanzenschnitt ist eine der kompliziertesten, aufwändigsten, teuersten und kritischsten Arbeiten für Obstbauern und Obstbäuerinnen, er ist entscheidend für die langfristige Entwicklung jeder Dauerkultur. Um Fehler im Pflanzenschnitt zu vermeiden, werden diese Arbeiten vornehmlich manuell und von erfahrenem Fachpersonal bzw. der Obstbäuerin selbst ausgeführt. Je nach Betriebsgröße hat der Obstbauer dafür jedoch nicht die nötige Zeit und / oder das Fachpersonal ist nicht verfügbar.

AIpruning soll es ermöglichen, diese hoch qualifizierten Arbeiten von ungelernten Arbeitskräften fachgerecht und in kürzerer Zeit ausführen zu lassen, indem diese mit einem Smartphone ausgestattet werden, das jede Pflanze aufnimmt, analysiert und Vorschläge für die anzubringenden Schnitte ggf. mit Erläuterungen auf dem Bildschirm anzeigt. Ergänzt werden kann das Smartphone durch eine Datenbrille, die alle Informationen als Augmented Reality in das Sichtfeld der tragenden Person projiziert. Dadurch soll eine wesentliche Innovationslücke zwischen technischen Möglichkeiten und gängiger Praxis geschlossen werden.


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Aktuelles

Projektverlauf

06.2025

Networking in Mestre zum EU-CAP Seminar

Am 17.06. und 18.06. nahmen zwei Mitglieder unserer OG an einem vom EU-CAP Netzwerk organisierten Seminar teil. Unter dem Titel "On-farm demonstration for peer-to-peer learning & innovation" diskutierte man über die Möglichkeiten und Herausforderung von Demonstrationen auf landwirtschaftlichen Betrieben, sowie die Einrichtung spezieller Demonstrationsbetriebe. Der erste Tag begann mit Vorträgen und kurzen Workshops zum Thema, anschließend wurden Praxisbetriebe als Beispiele besucht. Dort wurden u. a. Versuche zur bodenschonenden Bearbeitung und ein Reisanbauer gezeigt. Am zweiten Seminartag hatten einige Projekte die Möglichkeit, sich den Teilnehmern vorzustellen und ihre Ansätze zur Vernetzung innerhalb der Projekte zu erläutern. Dabei viel auf, dass viele der vorgestellten Ansätze in unserem Projekt natürlicherweise stattfinden, ohne dass es dazu ein spezielles Seminar gebraucht hätte.

05.2025

Die 3D-Punktwolke

Für jeden Baum, der geschnitten werden soll, wird ein Video aufgenommen. Unser Algorithmus analysiert das Video und wählt automatisch die relevantesten Einzelbilder aus. Anschließend segmentiert ein neuronales Netzwerk diese Bilder (s.h. semantische Segmentierung), um die Baumstruktur vom Hintergrund zu trennen. Die segmentierten Aufnahmen dienen als Grundlage für eine 3D-Rekonstruktion mit dem Ziel, ein präzises digitales Modell des Baumes zu erstellen. Dabei werden folgende Herausforderungen berücksichtigt:

  1. Komplexe und unruhige Hintergründe
  2. Die räumlich komplexe Struktur des Baumes, die eine Rundumaufnahme (360°) erfordert
  3. Feine, dünne Äste
  4. Starke Überlagerungen von Zweigen und Blättern

Das rekonstruierte 3D-Modell ermöglicht schließlich die genaue Berechnung optimaler Schnittpositionen – für eine effiziente und schonende Baumpflege!

04.2025

Erfolgreiche semantische Segmentierung

Mithilfe der manuell annotierten Bilder haben wir ein künstliches neuronales Netz trainiert, das die Bestandteile eines Apfelbaums voneinander abgrenzt (segmentiert). Wie im Bild zu sehen, "konzentriert" sich die KI dabei auf den Baum im Vordergrund der gerade anvisiert wird. Mithilfe dieser pixelgenauen Erkennung können wir die Pflanze von ihren Nachbarn, sowie dem komplexen Hintergrund trennen. Dadurch werden die weiteren Bearbeitungsschritte einfacher und genauer. Trotz der hohen Komplexität der Bäume sind die ersten Ergebnisse unseres Segmentierungsnetzes schon sehr vielversprechend und verbessern sich stetig.

19. & 20.03.2025

AI Pruning präsentiert sich der Fachwelt!

Das EIP-Projekt AIpruning wurde in den vergangenen Wochen auf zwei Fachtagungen präsentiert. Im Rahmen des Arbeitskreises Kulturführung trafen sich Versuchsansteller aus dem DACH-Gebiet am Bildungszentrum Silberberg in Österreich. Bei einer informativen Präsentation erhielten die Teilnehmer einen Einblick in die Ziele und Inhalte des Projekts. Darüber hinaus wurde das Projekt im Rahmen der Eufrin-Arbeitsgruppe „Digital Orchards“ einem breiteren europäischen Publikum vorgestellt, was den Austausch und die Vernetzung innerhalb der Fachgemeinschaft weiter förderte.

02.2025

Reichweite von AIpruning

Aufnahmen in zahlreichen Streuobst weiteren Streuobstflächen und Hausgärten engagierter UnterstützerInnen unseres Projekts. Durch Veranstaltungen und Veröffentlichungen ist die öffentliche Wahrnehmung von AIpruning stark gestiegen. Besonderer Dank gilt den allen UnterstützerInnen unseres Projekts, die ihre Apfelbäume in ihren Gärten und Streuobstwiesen für Aufnahmen zur Verfügung gestellt haben, auch weit über Rheinland-Pfalz hinausgehend - sogar bis nach Litauen. So konnte die Vielfalt der unterschiedlichen Ausprägungen der Bäume selbst und ihres Umfelds im Datenmaterial gesteigert werden, was der Qualität der Bildverarbeitung durch die KI zugute kommen wird. Weitere Aufnahmen werden in diesem Frühjahr noch folgen, solange es ungeschnittene Bäume gibt, die noch nicht ausgetrieben haben.

01.2025

Massenaufnahmen mit dem Gestell in Südtirol

Bei bestem Wetter wurde das Aufnahmegestell am 12.01.2025 von Rheinland-Pfalz nach Südtirol transportiert. Innerhalb von drei Tagen wurden die Videos in den Anlagen am VZ Laimburg (Pfatten), Sigmundskron und Brixen aufgenommen werden. Bei besten Aufnahmebedingungen wurden so knapp 800 GB an Daten gesammelt. Das neu entwickelte Aufnahmegestell zeigte sich dabei absolut zuverlässig und stellt eine erhebliche Arbeitserleichterung bei der Datengewinnung dar. Nun warten die Videos darauf, annotiert zu werden und dem Training des neuronalen Netztes zu dienen.


Rückblick auf die Saison 2024

Im Laufe der Schnittsaison waren Mitarbeiterinnen des Versuchszenturms Laimburg damit beschäftigt, Videos von Apfelbäumen in Ertragsanlagen zu erstellen. In Anlagen des VZ in Pfatten und Auer und bei den Partnerbetrieben in Sigumndskron und Brixen wurden insgesamt knapp 1.600 Videos aufgezeichnet. Mit etwa 10 Tagen war diese Arbeit recht zeitintensiv. Die gewonnenen Daten wurden im weiteren Jahresverlauf weiter verarbeitet. Um das Problem der zeitaufwändigen Videoaufnahme zu lösen, wurde im Jahresverlauf 2024 ein Kameragestell entwickelt, das sich zur Massenaufnahme von Anlagen eignet. Es lässt sich am Traktor montieren und verfügt über 6 Actionkameras, die in verschiedenen Höhen befestigt sind. Später müssen diese 6 Perspektiven bei der 3D-Modellbildung wieder zusammengesetzt werden.

12.2024

Der Mosel-Weinbergpfirsich

Man kennt den Pfirsich als leckeres Steinobst in den Sommermonaten. Was die wenigsten wissen: Er wächst auch in Deutschland! Hauptsächlich im Weinbauklima, wie an der Mosel. Seit dem Winter 2024/2025 werden für AIpruning die Pfirsichbäume mit Selfie-Stick und Handykamera aufgenommen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten an den Schnitt heranzugehen. Für die erste Orientierung können die Blütenknospen mit ihrem wahren Fruchttrieben (drei Knospen pro Trieb) und den falschen Fruchttrieben (nur Blütenknospen) sein. Diese Methode eignet sich nur für ein paar Einzelbäume. In Ertragsanlagen ist das Knospenzählen zu zeitaufwändig und daher ungeeignet. Ziel ist es einen Mittelweg zu finden der für alle machbar ist.

11.2024

Aufnahmen von Apfelbäumen in Streuobstwiesen

Aufgrund ihrer verschiedenen Größen und Wuchsrichtungen müssen Apfelbäume in Streuobstwiesen manuell aufgenommen werden. Pro Baum wird - mittels einer extra dafür entwickelter App - ein Video mit dem Smartphone aufgenommen. Dabei werden alle Regionen des Baumes im 360 Grad Winkel erfasst. Mit dieser Technik wurden so mehr als 550 Bäume von Streuosbstwiesen in ganz Rheinland-Pfalz erfasst. Das Videomaterial wird dann Frame für Frame von unseren AnnotendInnen bearbeitet.

02.2024

Das Annotationsteam hat die Arbeit aufgenommen

Die aufgenommenen Bilder der Apfelbäume in Ertragsanlagen werden einzeln von Hand bearbeitet. Dabei wird jede Region des Baumes (Stamm, Ast und Blätter) gekennzeichnet und anschließend miteinander verbunden. Auch andere relevante Objekte, z.B. Drähte und Pfosten müssen erfasst werden, um die Voraussetzung für eine anschließende 3D Modellierung zu schaffen.

01.2024

Projektstart: Vorzeitiger Maßnahmenbeginn

Das Projekt hat mit dem vorzeitigen Maßnahmenbeginn begonnen und das Team die Arbeit aufgenommen. Zunächst wird Videomaterial von Apfelbäumen im Spalier gesammelt, um dieses anschließend für die Annotation zu nutzen.


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