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Identifizierung von Beifußblättriger Ambrosie (Ambrosia artemisiifolia) mittels Bildverarbeitung in einem Winterroggenfeld

Identification of Ragweed (Ambrosia artemisiifolia) by Image Processing in a Winter Rye Field

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Zusammenfassung

Beifußblättrige Ambrosie (Ambrosia artemisiifolia L.) ist eine invasive, sich in Europa schnell ausbreitende Pflanze. Neben den in landwirtschaftlichen Kulturen verursachten Ertragsverlusten ist die Pflanze ein Allergieauslöser beim Menschen. Um eine weitere Ausbreitung zu verhindern, müssen Vorkommen in Acker- und Ruderalflächen sowie an Straßenrändern und Bahngleisen gezielt bekämpft werden. Zum Auffinden dieser Vorkommen sind geeignete Monitoringstrategien zu entwickeln. Kamerasensoren z. B. an Trägerfahrzeugen oder Drohnen bieten die Möglichkeit, große Areale zu erfassen.

Im September 2014 wurden mit einer Drohne in einem abgeernteten Winterroggenfeld mit starkem Ambrosievorkommen Luftbildaufnahmen gemacht. An 20 Messpunkten wurden Kameraaufnahmen am Boden durchgeführt sowie die Frischmasse der Ambrosiepflanzen bestimmt („ground truth“).

Es ergab sich eine hohe Variabilität der Ambrosiepflanzen im RGB- und HSV-Farbraum. Zu den vergesellschafteten Beifußpflanzen (Artemisia vulgaris L.) sowie dem nachaufgelaufenen Roggen (Secale cereale L.) bestand eine Überlappung der normierten Grauwerte. Die Korrelationen zwischen automatisch und manuell ermittelten Deckungsgrad der 20 Nahaufnahmen sowie der oberirdischen Biomasse („ground truth“) waren unzureichend. Diese konnte durch eine Klassifizierung mit variablen Farbgrenzwerten verbessert werden.

Die Korrelation des im Luftbild klassifizierten Deckungsgrades und dem manuell ermittelten Deckungsgrad (“ground truth”) der Nahaufnahmen bzw. der Biomasse war ebenfalls unzureichend.

Abstract

Ragweed (Ambrosia artemisiifolia L.) is an invasive plant rapidly spreading throughout Europe. Beside the yield losses in agricultural fields the plant causes allergic reactions of humans. To prevent further spreading the plant must be controlled in fields, ruderal areas, along railway lines and roads. To locate A. artemisiifolia patches reliable monitoring strategies have to be developed. Camera sensors attached to ground vehicles or drones have the potential to measure large areas.

In September 2014 aerial and ground truth color images were taken within a harvested winter rye field with a high ragweed infestation. Afterwards the ragweed biomass within the image area of the ground truth images was determined.

High variability of A. artemisiifolia in the RGB and HSV color space was obtained. The normalized grey values of ragweed, mugwort (Artemisia vulgaris L.) and winter rye (Secale cereale L.) plants were overlapping each other. The correlation of the classified coverage level in the 20 ground truth images using the same normalized color thresholds with the manual classified coverage level ("ground truth") as well as biomass was only weak. The correlation was improved by using variable color thresholds.

The correlation was also weak between the coverage level of the aerial image, the “ground truth” coverage level and the biomass.

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Danksagungen

Den Mitarbeitern der Abteilung Technik im Pflanzenbau des ATB, insbesondere Frau Dipl. agr. ing. Antje Giebel, sei für die praktische Unterstützung bei der Durchführung der Versuche und bei der Auswertung der Daten gedankt. Dank gebührt ebenfalls Herrn Dipl. agr. ing. Stefan Otten von der Agrar Uetz-Bornim GmbH für die Überlassung des Feldes für die Untersuchungen.

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Authors and Affiliations

  1. Leibniz-Institut für Agrartechnik, 14469, Potsdam, Max-Eyth-Allee 100, Deutschland

    Anton Ustyuzhanin, Joachim Intreß, Michael Schirrmann & Karl-Heinz Dammer

  2. Russische Staatliche Agraruniversität – Timirjasew-Akademie Moskau, 127550, Moskau, Timirjasewskaja Straße 49, Russland

    Nikolaj Chochlov

Authors
  1. Anton Ustyuzhanin
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  2. Joachim Intreß
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  3. Michael Schirrmann
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  4. Nikolaj Chochlov
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  5. Karl-Heinz Dammer
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Correspondence to Anton Ustyuzhanin.

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Ustyuzhanin, A., Intreß, J., Schirrmann, M. et al. Identifizierung von Beifußblättriger Ambrosie (Ambrosia artemisiifolia) mittels Bildverarbeitung in einem Winterroggenfeld. Gesunde Pflanzen 67, 165–173 (2015). https://doi.org/10.1007/s10343-015-0352-2

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