 QGIS 3.34 (LTS) mit Erweiterung “NDVI to Variable Nitrogen Application Map”, Quelle: Emir Memic |
¶ Zusammenfassung
¶ Ziel
Um ein teilflächenspezifisches variables Management von Stickstoffdünger (Produktionsinput) zu ermöglichen, muss die teilflächenspezifische Variabilität der Biomasse quantifizierbar und handhabbar sein. Quantifizierbar bezieht sich auf spezifische Mittel und Methoden zur Quantifizierung der teilflächenspezifischen Biomasse-Variabilität (z. B. auf Satellitenbildern basierender NDVI und/oder EVI usw.). Wie eine Applikationskarte für diesen Zweck erstellt werden kann, erfahren Sie in diesem Beispiel.
¶ Durchführung
Mit diesem Open-Source-Plugin kann der Benutzer die Indices NDVI (EVI) verwenden, um die Variabilität im Feld auf der Grundlage des Indexwertes auf teilflächenspezifischer Ebene zu identifizieren. Handhabbar in dem Sinne, dass die Düngerausbringung praktisch über einen Düngerstreuer teilflächenspezifisch reduziert/erhöht werden kann. Es gibt zwei Methoden, um die indexbasierten Hinweise auf die teilflächenspezifische, niveaubasierte Biomasseveränderlichkeit zu nutzen. Wenn man davon ausgeht, dass ein höherer NDVI-Indexwert auf bessere Pflanzenwachstumsbedingungen hindeutet, kann der Anwender Folgendes anstreben: 1) Maximierung des agronomischen Ertrags oder 2) Ausgleich des agronomischen Ertrags durch eine standortspezifische variable Stickstoffausbringung. Bei 1) wird bei höheren Indexwerten mehr Stickstoff ausgebracht, bei niedrigeren Werten weniger. Bei 2) ist das Gegenteil der Fall, es wird versucht, den schlechteren Bestand aufzudüngen und den guten Bestand in seinem Stadium zu erhalten sodass am Ende ein möglichst homogenes Feld entsteht.
¶ Ergebnis
In den Industrieländern ist die maximale Stickstoffausbringungsmenge pro Hektar in einer Saison aus Gründen der Umweltverschmutzung begrenzt. Dies bedeutet, dass Landwirte, die die Stickstoffausbringung auf dem Feld teilflächenspezifisch steuern wollen, dies nur tun können, indem sie die Stickstoffausbringung in einigen Bereichen des Feldes reduzieren und in anderen Bereichen erhöhen.
¶ Bestandteile
- PC (Windows)
- QGIS
- QGIS Erweiterung "NDVI to Variable Nitrogen Application Map"
¶ Anleitung
¶ Vorarbeit
Bevor Sie mit der Erweiterung eine variable Ausbringkarte erstellen können, müssen Sie (wenn nicht schon erfolgt) die folgenden Beispiele zum Download der Satellitendaten und Verarbeitung dieser zu einer NDVI- oder EVI-Karte durchlaufen. Haben Sie die Daten bereits im richtigen Format vorliegen, können Sie die Vorarbeit überspringen.
¶ Einrichtung
¶ QGIS starten und Menü für die Installation von Erweiterungen öffnen
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QGIS sollte installiert und gestartet. Erweiterung Menu offnen: 1 . Gehen Sie zu „Erweiterungen“ (Plugins). 2. Und klicken Sie auf „Erweiterungen verwalten und installieren“. |
 Erweiterungsmenü QGIS, Quelle: Emir Memic |
¶ Installation des QGIS Erweiterungen
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Nachdem sich das Erweiterungen-Popup-Fenster geöffnet hat, klicken Sie auf „Alle“ 1. Geben Sie „ndvi“ ein - dies zeigt alle QGIS-Plugins an, die ein NDVI-Wort enthalten und im QGIS-Repository verfügbar sind. 2. Klicken Sie auf „NDVI to Variable Nitrogen Application Map“ Erweiterung (plugin). 3. Nach Auswahl des Erweiterung „NDVI to Variable Nitrogen Application Map“ werden im Fenster Details zum Erweiterung angezeigt. 4. Klicken Sie auf „Erweiterung installieren“ und das Plugin wird installiert und kann im QGIS Erweiterungen Menü ausgeführt werden. |
 Erweiterungsbibliothek QGIS, Quelle: Emir Memic |
¶ Laden der benötigten Eingabedateien in QGIS
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Laden Sie die erforderlichen Daten für die Erstellung einer teilflächenspezifischen N-Applikationskarte in QGIS hoch: 1. Teilflächenspezifische Einheiten (Grids) Shape-Datei. * 2. NDVI-Index-Raster. **
* Wenn der Benutzer eine bestehende Grid-Shape-Datei hat, kann diese verwendet werden oder eine neue in QGIS erstellt werden: Vector -> Forschungswerkzeuge-> Gitter erzeugen (Diese Shape-Datei sollte sich nicht im gezippten Verzeichnis befinden und QGIS muss die Berechtigung haben, auf sie zuzugreifen).
** Der Benutzer kann ein eigenes Indexraster mit dem Namen: layername_M-D-Y z.B. ndvi_04-23-2022 verwenden, - oder das Indexraster kann mit dem NDVI- und EVI-Index-Rechner aus den mit Copernicus Browser heruntergeladenen Rohdaten erstellt werden. |
 Eingabedaten in QGIS, Quelle: Emir Memic |
¶ Durchführung
¶ QGIS Erweiterung starten - “NDVI to variable N application map”
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Starten des QGIS-Plugins N: 1. INPUT - Grid Shape-Datei 2. INPUT - NDVI-Index-Raster 3. Ein Klick auf das QGIS-Plugin N-Symbol startet die Erweiterung: "NDVI to variable N application map" 4. NDVI to variable N application map QGIS-plugin - Interface 5. Im Erweiterungsmodul wählen Sie Grided Shape File 6. Im Erweiterungsmodul wählen Sie ihr vorher erstelltes NDVI-Indexraster |
 Erweiterung Interface in QGIS, Quelle: Emir Memic |
¶ Berechnung rasterbasierte NDVI-Indexwerte (rasterbasierter Mittelwert)
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In Abschnitt 2 der Interface: 1. Der Benutzer kann die Farbe der Heatmap festlegen, die für das NDVI-Indexraster verwendet wird (z. B. rot, grün, blau) - Legen Sie die Anzahl der Indexklassen (Kategorien, z. B. Class #: 3) fest, und das Plugin ordnet alle Indexwerte auf der Grundlage von Indexminimum und -maximum drei Klassen zu, indem es sie in drei gleiche Intervallkategorien aufteilt - Die Option Mittelwert ist das Zielfeld in der für die Analyse verwendeten Attributtabelle. Die Kategorien basieren auf den Mittelwerten der Attributtabelle. - Der Benutzer kann auch das Ausgabeverzeichnis der verarbeiteten Dateien auswählen oder mit der automatischen Generierung fortfahren (die automatische Generierung basiert auf der Eingabeschicht aus Abschnitt 1). * 2. Sobald die Schaltfläche „Bildanalyse“ gedrückt wird, wird eine neue Layer mit gitterbasierten (polygonalen) Indexwerten erzeugt 3.
* Der Pfad sollte keine gezippten Verzeichnisse enthalten oder sich in einem Teil der Festplatte befinden, auf den das QGIS-Plugin keine Zugriffsrechte hat.
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 Berechnung des NDVI Indexraster, Quelle: Emir Memic |
¶ Berechnung der Zeitreihentrends für alle verfügbaren Indizes (Optional)
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1. Berechnung der Zeitreihentrends für alle verfügbaren Indizes. Diese Berechnung ist optional und sinnvoll, wenn der Benutzer mehr als eine Index-Layer hat, oder im Falle der Erstellung von Karten ohne OUTLIERS.
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 Berechnung der Zeitreihentrends (Optinal), Quelle: Emir Memic |
¶ Einstellung der variablen Stickstoff-Applikationskarte
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1. Einstellung der variablen N-Applikationskarte (N) 2. Einstellungen: - Der Benutzer kann die durchschnittliche N-Ausbringungsmenge auf dem Feld eingeben. Das feldspezifische N bezieht sich auf die N-Ausbringung auf der Feldskala, wenn der Benutzer einheitlich N auf dem gesamten Feld ausbringen möchte. - Variabilitätsklassen # bezieht sich auf die Anzahl der N-Variabilitätsklassen, die der Benutzer erstellen möchte (wenn es 3 sind, wie im Beispiel, wird das Plugin drei N-Ausbringungsraten erstellen, wie z. B.: niedrig, mittel und hoch Ertrag N-Ausbringungszonen). Mit optional „Kartierung ohne NDVI-Index Ausreißer“ - Die minimalen und maximalen N-Grenzen werden auf der Grundlage der relativen Differenz zwischen dem Indexmittelwert und dem Indexminimum bzw. -maximum erstellt. Die relative Differenz zwischen dem Indexmittelwert des Feldes und dem niedrigsten Indexwert des Feldes wird mit dem feldspezifischen N-Wert multipliziert, und min N wird mit dieser relativen Differenz aufgefüllt. Das Gleiche gilt für max N. - Wenn der Benutzer das feldspezifische N ändert, werden die Grenzen von min und max N automatisch auf der Grundlage der relativen Differenz zwischen dem Indexmittelwert und min;max geändert. - Wenn der Benutzer mit den automatisch generierten min- und max-N-Grenzen nicht zufrieden ist, kann er die Grenzen manuell ändern und durch Aktivieren des Kontrollkästchens Fest (min;max) für die Erstellung der N-Anwendungskarte fixieren. 3. Die Optimierungsoptionen zur Ertragsmaximierung und zum Ausgleich von N wurden bereits in der Kurzbeschreibung näher beschrieben. Wählen Sie die für ihren bestand passende Strategie aus. 4. Klicken Sie auf Karten erstellen |
 Einstellung zur Berechnung der N-Applikationskarte, Quelle: Emir Memic |
¶ Auswertung und Datenmanagement
¶ N Applikationskarte
| 1. Eine N-Applikationskarte wurde bei richtiger Anwendung des Plugins in QGIS erstellt. |
 Abbildung N ausgaben, Quelle: Emir Memic |
¶ Zusammenfassung
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1. - Input- Layer - teilflächenspezifische Einheiten (z.B. Shape-Datei), auf deren Basis die zonale Statistik berechnet wird. DIESER INPUT KANN NICHT IN EINER GEZIPPTEN DATEI ENTHALTEN SEIN UND DARF SICH NICHT AN EINEM ORT BEFINDEN, AUF DEN DAS QGIS-PLUGIN KEINEN ZUGRIFF HAT. - Input-Raster - Rasterbild mit pixelbasierten Informationen (z.B. NDVI .TIF-Datei) für abgegrenzte Gebiete, die für zonale Statistiken verwendet werden. 2. Bildanalyse - erzeugt ein Raster, das auf der anfänglichen teilflächenspezifischen Polygonabgrenzung basiert. Hier kann der Benutzer die Anzahl der Indexklassen einstellen, die auf der Grundlage der schichtspezifischen Indexminima und -maxima oder von 0 bis 1 mit Farbe berechnet werden. 3. Berechnen von Zeitreihentrends (optional - funktioniert nur, wenn Datumsstrings in Rasternamen enthalten sind) - Rasterwerte werden zu Zeitreihendarstellungen hinzugefügt und im FigureSaved-Verzeichnis gespeichert. 4. Initialisierung der Analyse, 4.1 Einrichtung der Anwendung Variable N. Variables N Anwendungssetup (N) - basierend auf der Variabilität im Feld kann ein Benutzer eine Minimal- und Maximalvorschrift (N) definieren, die den Indexwerten relativ zugewiesen wird, oder der Benutzer generiert automatisch Minimal- und Maximal-N, die auf der prozentualen Differenz zwischen Indexmittelwert und Minimal- und Maximalwert basieren. 4a. Auswahl der Methode - „Maximieren“ für (4.1 Auswahl) - Methode der N-Dosiermengen. Die ertragsmaximierende N-Ausbringungsrate weist den Polygonen mit höheren Indexwerten mehr N zu. 4b. „Ausgleichen“ teilt den Polygonen mit niedrigeren Indexwerten mehr N zu. 5. Variable Einstellung des Ertragspotenzials (Y) - auf der Grundlage der Variabilität im Feld kann ein Benutzer Zonen mit minimalem und maximalem Ertragspotenzial (Y) definieren, die den Indexwerten relativ zugeordnet werden, oder der Benutzer kann automatisch einen minimalen und maximalen Ertrag generieren, der auf der prozentualen Differenz zwischen Indexmittelwert und minimalem und maximalem Ertrag basiert. 7. Rechnen Sie die N-Empfehlungen in kg/ha in Düngermengen um (z.B. KAS-Dünger hat 27% N, und führen Sie die Umrechnung auf der Grundlage des gegebenen %-Steckers durch). 8. Skalierung der Mengen auf die tatsächliche Größe des Rasters - per Klick auf die Schaltfläche werden die Mengen auf der Grundlage der tatsächlichen „Flächen“-Größe der definierten, abgegrenzten Raster neu berechnet. 9. Karten als .shp files speichern. |
 Zusammenfassung, Quelle: Emir Memic |
¶ Ergebnisse und Potenzial
¶ Technologische Potenziale
Verbesserte Rechtssicherheit: kein Zusatznutzen
Entbürokratisierung: kein Zusatznutzen
Beitrag zur digitalen Transformation: 🚜🚜🚜
Vereinfachtes Datenmanagement: 🚜🚜🚜
¶ Ökonomisches Potenzial
Einsparung Betriebsmittel: 🚜🚜
Einsparung Arbeitszeit: kein Zusatznutzen
Bessere betriebliche Planungssicherheit: 🚜🚜
Mehrertrag/ höhere Leistung: 🚜🚜
Entscheidungsunterstützung: kein Zusatznutzen
¶ Ökologisches Potenzial
Steigerung Ressourceneffizienz: 🚜🚜🚜
Geringere Bodenverdichtung: kein Zusatznutzen
Steigerung Biodiversität: kein Zusatznutzen
Emissionsminderung: kein Zusatznutzen
Verbesserung des Tierwohls: kein Zusatznutzen
¶ Soziales Potenzial
Erhöhung Attraktivität des Arbeitsplatzes: 🚜
Arbeitserleichterung: 🚜🚜
Beitrag zur Entwicklung des ländlichen Raumes: kein Zusatznutzen
Verbesserung Arbeitssicherheit: kein Zusatznutzen
Verbessertes Image: 🚜🚜
¶ Ergebnismaterial
- Mehr Informationen zu dem Tool erhalten Sie unter: https://github.com/memicemir/ndvi_to_variable_N_application
¶ Zusätzliche Ressourcen
| Autor: Dr. Emir Memic | Projekt: DiWenkLa |
Produktionsbereich: Pflanzliche Erzeugung |
bis 30 Minuten |
Anschaffungskosten (Richtwerte): 0 € |
| Institution: Uni-Hohenheim | Institut: Agronomie (340a) |
Ackerbau |
Testumgebung: Praxistest |
Laufende Kosten: Keine Kosten |
| Kontakt: emir.memic@uni-hohenheim.de |
Fortgeschrittenes Wissen |
Düngung |
Einsatzhäufigkeit: Mehrmals |
herstellerabhängig |
¶ Technische Details
¶ Hardware-Spezifikationen
- PC oder Laptop
¶ Softwaredetails
- Windows 10
- QGIS 3.34; 3.36 (getestet)
¶ Datenformate und Integration
- Exportformat: .tif