5G Smart Country

Ziel des 5G Smart Country Projekts ist ein intelligentes und nachhaltiges Wirken in den Bereichen Wirtschaft, Natur- und Klimaschutz, Bildung, Mobilität und Gesundheit. Die Potentiale des 5G-Mobilfunks im ländlichen Raum sollen sichtbar gemacht werden. Wissenschaftsbasierte Anwendungen aus den Bereichen Landwirtschaft und Forstwirtschaft sollen unter realen Bedingungen erprobt werden. Hierzu wird im Teilprojekt Smart Forestry eine intelligente Waldsensorik mit 5G Anbindung erprobt, während sich das Teilprojekt Smart Farming mit der Effizienzsteigerung einer produktiven, transparenten und nachhaltigen Landwirtschaft mit gesellschaftlicher Akzeptanz durch datenbasierte Anwendungen beschäftigt.

Das Innovationspotenzial der 5G-Mobilfunknutzung soll im ländlichen Raum in praktischen Anwendungen demonstriert und die Voraussetzungen für die Nutzung von 5G dadurch signifikant verbessert werden. Über intelligente Waldsensorik und 5G-Anbindung erfährt der Wald eine digitale Transformation, die das nachhaltige Wirtschaften optimiert, BürgerInnen informiert und den Wald fortwährend überwacht, um Forstwirtinnen bei der Bewältigung der Folgen des Klimawandels zu unterstützen.

Der Wald ist als Wirtschaftsfaktor, Bildungs- und Naherholungsort sowie Lebensraum der heimischen Flora und Fauna zentraler Bestandteil für Bürgerinnen und Bürger des ländlichen Raumes. Waldsterben und Klimawandel bedrohen den Wald als „grüne Lunge“. Die Fähigkeit, unmittelbar auf Veränderungen mit den richtigen Maßnahmen zu reagieren, spielt in der heutigen Zeit mehr denn je eine entscheidende Rolle für den Bestand und Schutz des Waldes. Ein digitaler Zwilling des Waldes, basierend auf der Datenerhebung über die 5G-Technologie in Kombination mit einer interoperablen Datenplattform sowie gezielten Datenanalysen, liefert detaillierteres Wissen über die Vitalität des Waldes. Diese Methodik wird in drei Schwerpunktbereichen erprobt.

Unsere Forschungsausrichtung

Waldsensorik & Frühwarnsystem

Unter dem Schlagwort „Jedem Baum seine IP“ entsteht der Wald der Zukunft. Eine Vielzahl von Bäumen soll flächendeckend mit Vitalitätssensoren für relevante Messgrößen wie unter anderem Bodenfeuchte, Ozongehalt, Luftqualität und Schädlingsbefall ausgestattet werden. Basierend auf algorithmischen Analysen der Sensordaten werden ortsbezogene Online-Frühwarnsysteme implementiert, die rechtzeitig vor Trockenheitsschäden oder Schädlingsbefall (z.B. Borkenkäferbefall) warnen. Forstwirtinnen und Forstwirte oder Försterinnen und Förster können so zeitnah und gezielt auf Störgrößen reagieren. Die professionelle Langzeiterfassung der Walddaten resultiert in einer verbesserten Inventarisierung und erlaubt die optimierte Anbaustrategie an sich verändernde Umweltbedingungen (z.B. Klimaauswirkungen, Schädlinge, Vitalität) über verbesserte Simulations- und Prognosemodelle. Im Ergebnis profitiert nicht nur der Wald selbst durch besseren Schutz von der erreichten Detailtiefe an Informationen. Frühwarnsysteme zu Waldbränden oder Schädlingsbefall unterstützen private und staatliche ForstwirtInnen gleichermaßen unmittelbar bei Überwachung und Schutz der Wälder. In Notfällen führen die zusätzlichen Datenanalysen zu verzögerungsfreien sowie zielgerichteten Reaktionen der zuständigen Akteure (z.B. Bandgefahrmeldungen an die Öffentlichkeit und Feuerwehr).

Informationssystem Wald und Feld

Welche Waldwege sind beispielsweise aufgrund von Forstarbeiten (Fällungen, Pflanzungen) gesperrt und warum werden diese Arbeiten durchgeführt? Diese „digitalen Geschichten“ werden über digitale Informationstafeln, über eine Webseite, Apps oder Augmented Reality (AR) an verschiedenen Orten im Wald erzählt. Diese neu gewonnenen Informationen können anschließend in bereits bestehenden Waldlehrpfaden aufgenommen werden. Über die Integration der Waldtagebuch-App der Zukunftsstiftung Wald werden die Informationen als Unterrichtsmaterial für ca. 4000 SchülerInnen bis in das Klassenzimmer nutz- und erlebbar. Aber auch Waldbesuchende erleben den Wald als ein mit ihnen digital, über AR, Apps und Informationstafeln, kommunizierendes Element, sodass ein tieferes Verständnis des Ökosystems Wald vermittelt wird.

Vernetzte Holzernte

In der Wertschöpfungskette zwischen Holzernte und Sägewerk wird der etablierte Holzvollernter (Harvester) als zentrales Gerät der vollmechanisierten Ernte zukünftig weiter an Bedeutung gewinnen und stärker mit den umliegenden Prozessschritten vernetzt agieren müssen. Während derzeit die Erntemengen und Holzlängen statisch geplant werden, sieht die vernetzte Holzernte vor, während des Ernteprozesses und der Online-Holzaufmessung im Harvester einen externen Eingriff z.B. zur Anpassung des Holzzuschnitts durch die Stakeholder (z.B. Sägewerke, Logistiker, Händler) auf den Ernteprozess (Harvester) zu ermöglichen. Es wird hierzu ein Verfahren eines virtuell bei der Ernte erstellten Baumstamms erarbeitet, der dazu dient, die Echtzeitvermarktungskette anzustoßen. Bereits während der Ernte erfolgt ein Abgleich für unmittelbare Anpassungen zwischen der erfassten Holzqualität bei der Ernte und dem benötigten Holzmaterial in der Produktion. Damit wird der wirtschaftliche Vermarktungs- und Verkaufsprozess in der Holzernte für ForstwirtInnen und die nachgelagerte Holzverarbeitung effizienter und flexibler gestaltet.

Eine Echtzeitübertragung und hohe Datenraten für die Vermessung und Qualitätsparametererhebung bei der Ernte sowie der verzögerungsfreie Datenaustausch zwischen Ernteunternehmen/ Forstwirt*innen und Sägewerk (Kund*innen) und vice versa sind entscheidend. Flankiert wird dieser Anwendungsfall durch ein Umwelt-Warnsystem, das  Waldbesucher*innen, Logistiker*innen und Forstarbeiter*innen über im Wald stattfindende Arbeitsprozesse informiert und vor akuten Gefahren warnt. Es können Sicherheitsbereiche virtuell, z.B. über Informationen (Vibrationen, optische Signale oder AR-Illusionen) abgesteckt und an Informationstafeln am Waldzugang gezielt über die Waldarbeiten informiert werden.

Hierdurch soll eine größere Akzeptanz und ein entsprechendes öffentliches Verständnis für die notwendigen Pflege- und Erntearbeiten im Wald geschaffen werden.