Landwirtschaft 4.0

Vernetzte Landwirtschaft – Beispiel für einen Wachstumsmarkt schlechthin

| Autor / Redakteur: Nisarg Desai / Sebastian Human

„Smart Farming“ kann der Landwirtschaft dabei helfen, effizienter und produktiver zu werden, aber gleichzeitig Kosten zu senken.
„Smart Farming“ kann der Landwirtschaft dabei helfen, effizienter und produktiver zu werden, aber gleichzeitig Kosten zu senken. (Bild: Photo by Joao Marcelo Marques on Unsplash / CC0)

Das Beratungsunternehmen MarketsandMarkets hat kürzlich seine Prognosen für den Markt der vernetzten Landwirtschaft veröffentlicht. Dieser hat mit einem Volumen von 1,78 Milliarden US-Dollar bereits ein gewaltiges Wachstum hingelegt. Bis zum Jahr 2023 soll er laut der Analysen auf insgesamt 4,31 Milliarden US-Dollar schnellen.

Die Agrarwirtschaft hat einige besonders komplexe Probleme zu lösen, und das vor den Augen einer wachsamen Weltöffentlichkeit. Probleme, die sich nicht im Alleingang lösen lassen. Konzertierte Aktionen von Ländern, Organisationen und Gruppen sind gefragt. Innovative Technologien wie das Internet der Dinge machen einen entscheidenden Unterschied. Das IoT hat die Situation der Agrarindustrie an vielen Fronten verbessert, wenn es darum geht, Prozesse über den gesamten Lebenszyklus hinweg effizienter zu gestalten. Vernetzte Lösungen erlauben es, Daten von zahlreichen verschiedenen Geräten einzusammeln, zusammenzuführen und zu analysieren. Und das so gut wie in Echtzeit.

Die Lösungen bieten etliche Vorteile und haben den Bedarf steigen lassen. Das spiegelt sich auch in den Ergebnissen des Connected Agriculture Market Forecast wider. Die digitale Transformation hat traditionelle Methoden und Prozesse durch moderne Technologien ersetzt. Den größten Anteil in diesem Wachstumsmarkt teilen sich die Produktionsplanung und das Management (42 %), der Bereich der Geräteverwaltung (ebenfalls 42 %) und der Bereich Integration und Implementierung mit 35 %. Es nimmt also nicht Wunder, dass sich einige der weltgrößten Anbieter von Informationstechnologien in diesem Segment tummeln und ihn ihrerseits anheizen.

Warum überhaupt „Smart Farming“?

Das rasante Wachstum hat einige Gründe. So ist die Landwirtschaft gezwungen, effizienter und produktiver zu werden, aber gleichzeitig Kosten wie beispielsweise für teure Labore zu senken. Auch die Integration mobiler Geräte und der Sensortechnologie hat für einen gehörigen Schub gesorgt. Dazu kommen maschinelles Lernen, eine Untergruppe innerhalb der Künstlichen Intelligenz, und eine Vielzahl von Cloud-Anwendungen.

Warum also „Landwirtschaft 4.0“ oder auch „Smart Farming“ implementieren? Zwei der wichtigsten Gründe: Kohlendioxid und Bevölkerungswachstum. Der Anstieg von CO2 in der Atmosphäre führt zu einer geringeren Produktion, während das stetige Bevölkerungswachstum zu einem erhöhten Bedarf führt. Viele Experten prognostizieren, dass wir kurz vor einer weltweiten Nahrungsmittelknappheit stehen, wenn wir die Nahrungsmittelproduktion nicht steigern. Das ist allerdings nicht ganz so einfach.

IoT-Initiativen in der Agrarindustrie

Die Agrarindustrie verfügt tatsächlich schon sehr lange über halbautomatisierte landwirtschaftliche Prozesse, und autonome Fahrzeuge haben auf den Feldern lange vor dem heutigen pseudo-selbstfahrenden Auto existiert. Es gibt verschiedene "vernetzte" Initiativen, die heute schon im Einsatz sind - von der Bodenüberwachung bis hin zu Bewässerungssensoren.

Beispielsweise lässt sich so der Gesundheitszustand von Rindern überwachen. Mit Tracking-Halsbändern kann man den Standort der Tiere in Echtzeit ausfindig machen. Dann kann ein Speichersystem die Daten in einer Datenbank aufzeichnen, um letztendlich ein Basismodell ihrer Bewegungen innerhalb eines gegebenen Zeitraums zu bilden. Wenn man intelligente Algorithmen auf diese Muster anwendet, helfen sie zu erkennen, ob die Bewegungen des Viehs unregelmäßig sind, oder ob ein oder mehrere Tiere von der Herde separiert sind. Das passiert normalerweise, wenn sie krank oder verletzt sind. So eine Lösung kann problemlos mit kleinen IoT-Trackern realisiert werden, die über ein IoT-Netzwerk wie Wi-SUN oder andere WANs kommunizieren. Diese Daten werden dem Landwirt oder Viehzüchter über ein Webportal oder eine Smartphone-App zugänglich gemacht. Das erleichtert es ihm, die Informationen zu verarbeiten.

Ein weiterer Einsatzbereich für das IoT in der Landwirtschaft sind Drohnen zur Verbesserung der Pflanzengesundheit. Die Drohnengruppen sind in einer Basisstation untergebracht, von der aus sie automatisierte, periodische Patrouillen durchführen, um Bilddaten über die Pflanzen zu erfassen. Mit Computer-Vision/Bilderkennungsalgorithmen kann man feststellen, welche Flächen auf einem Betrieb beeinträchtigt sind. Markierte Bilder werden mit dem Drohnen-GPS korreliert und liefern genau lokalisierte Informationen. Sie werden auf der Basis verschiedener Drohnenaufnahmen verarbeitet, analysiert und dem Landwirt gemeldet, der dann Maßnahmen ergreifen kann, um Abhilfe zu schaffen.

Das sogenannte „Precision Farming“ (Präzisionsackerbau) ist ein weiterer Bereich, in dem der Einsatz von verbundenen Sensoren steil nach oben geht. Die Geräte beginnen sogar, sich beim Endverbraucher durchzusetzen. Batteriebetriebene Fern-Bodensensoren sammeln Daten über den Stickstoffgehalt und melden diese Werte periodisch. Bewässerungssensoren messen den Wasserstand und informieren automatisch das Bewässerungs- und Berieselungssystem. Flutsensoren überwachen und steuern automatisch den Wasserstand. Gleichzeitig senden sie eine Benachrichtigungs-E-Mail an eine vorgegebene Adresse. Und schließlich erfasst ein Frostsensor, wenn Wetterbedingungen zu Frost führen, der empfindlichen Pflanzen möglicherweise schädigt.

Schöne neue IoT-Welt...aber wie sicher ist sie wirklich?

Schon die wenigen hier skizzierten Anwendungsfälle illustrieren, wie sehr die Agrarindustrie von den neuen vernetzten Technologien profitiert. Smart Agriculture automatisiert manuelle Prozesse und setzt die nötigen Praktiken mit nur minimalen Eingriffen eines Benutzers um. Genau das macht die Anwendungen aber zu einer leichten Beute für jeden Angreifer. Diese Systeme werden häufig in nicht überwachten Netzwerken betrieben. Versuchte oder sogar erfolgreiche Sicherheitsverletzungen werden also nicht gemeldet.

Die Landwirtschaft ist zudem ein Sektor, der traditionell nicht unbedingt als erstes an Cybersecurity denkt. Wenn neue Anforderungen entstehen und entsprechende Lösungen entwickelt werden, fehlen meistens die Sicherheitskonzepte. Man kann sich vorstellen, dass Hacker sich leicht Zugang zu Bewässerungssteuerungssystemen einer Anlage verschaffen, diese böswillig manipulieren oder Lösegeld fordern, um die Steuerung wieder freizugeben. Die Verabreichung von Pestiziden, die sorgfältig kontrolliert werden, kann manipuliert werden, ohne dass der Landwirt davon weiß. Schlussendlich lassen sich die mit dem Internet verbundenen Systeme dazu verwenden, Zugang zu anderen vernetzten Systemen von Drittanbietern zu erlangen und letztendlich Teil eines Botnetzes zu werden. Die Wege und Motive für einen Angriff sind vielfältig.

Die Verantwortung für die Selbstregulierung und das Einhalten von Best Practices beim Thema Sicherheit, wenn nicht sogar von Sicherheitsstandards, liegt bei den Herstellern der smarten Geräte. Dazu muss man das Rad nicht neu erfinden. Man sollte Sicherheitsmethoden nutzen, die sich bewährt haben, sich mit Sicherheitsexperten dazu austauschen und Sicherheit als Designprinzip zur grundlegenden Komponente einer Lösung machen. Eine Public Key Infrastructure funktioniert wie ein Schweizer Taschenmesser - sie hilft, Geräte zu identifizieren, macht die Kommunikation abhörsicher und schützt vertrauliche Daten und Informationen. Verschlüsselung und sicheres Schlüsselmanagement schaffen zusätzlich eine solide Sicherheitsgrundlage, die auf starker Identität, Authentifizierung und Vertrauen basiert.

IoT-Sicherheitsstandard ist Gebot der Stunde

Sicherheitsstandards

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04.12.18 - Die zunehmende IoT-Verbreitung bringt erhebliche Sicherheitsgefahren mit sich. Neben funktionalen Aspekten muss deshalb auch die Sicherheit in den Mittelpunkt rücken: sowohl Hersteller als auch Anwender sind gefordert. lesen

Fazit

Die Ausstattung landwirtschaftlicher Geräte und deren Implementierung werden für ein riesiges IoT-Ökosystem sorgen. Man braucht nicht viel Fantasie, um zu prognostizieren, dass die Ära der vernetzten Landwirtschaft von Cyberangriffen begleitet sein wird. Die Grundlage vieler Staatshaushalte ist nicht zuletzt die landwirtschaftliche Produktion. Für alle Beteiligten sollten Sicherheit und der Schutz sensibler Daten in jedem einzelnen Stadium des Lebenszyklus der Geräte und der gesamten Produktions- und Lieferkette an oberster Stelle der Prioritätenliste stehen.

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