Fakultät Agrarwissenschaften

Permanent URI for this communityhttps://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/9

Die Fakultät entwickelt in Lehre und Forschung nachhaltige Produktionstechniken der Agrar- und Ernährungswirtschaft. Sie erarbeitet Beiträge für den ländlichen Raum und zum Verbraucher-, Tier- und Umweltschutz.

Homepage: https://agrar.uni-hohenheim.de/

Browse

Now showing 1 - 4 of 4

Challenges of green production of 2,5‐furandicarboxylic acid from bio‐derived 5‐hydroxymethylfurfural: Overcoming deactivation by concomitant amino acids
(2022) Neukum, Dominik; Baumgarten, Lorena; Wüst, Dominik; Sarma, Bidyut Bikash; Saraçi, Erisa; Kruse, Andrea; Grunwaldt, Jan‐Dierk
The oxidation of 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5‐furandicarboxylic acid (FDCA) is highly attractive as FDCA is considered as substitute for the petrochemically derived terephthalic acid. There are only few reports on the direct use of unrefined HMF solutions from biomass resources and the influence of remaining constituents on the catalytic processes. In this work, the oxidation of HMF in a solution as obtained from hydrolysis and dehydration of saccharides in chicory roots was investigated without intermediate purification steps. The amount of base added to the solution was critical to increase the FDCA yield. Catalyst deactivation occurred and was attributed to poisoning by amino acids from the bio‐source. A strong influence of amino acids on the catalytic activity was found for all supported Au, Pt, Pd, and Ru catalysts. A supported AuPd(2 : 1)/C alloy catalyst exhibited both superior catalytic activity and higher stability against deactivation by the critical amino acids.
Effects of different ground segmentation methods on the accuracy of UAV-based canopy volume measurements
(2024) Han, Leng; Wang, Zhichong; He, Miao; He, Xiongkui; Han, Leng; College of Science, China Agricultural University, Beijing, China; Wang, Zhichong; Tropics and Subtropics Group, Institute of Agricultural Engineering, University of Hohenheim, Stuttgart, Germany; He, Miao; College of Science, China Agricultural University, Beijing, China; He, Xiongkui; College of Science, China Agricultural University, Beijing, China
The nonuniform distribution of fruit tree canopies in space poses a challenge for precision management. In recent years, with the development of Structure from Motion (SFM) technology, unmanned aerial vehicle (UAV) remote sensing has been widely used to measure canopy features in orchards to balance efficiency and accuracy. A pipeline of canopy volume measurement based on UAV remote sensing was developed, in which RGB and digital surface model (DSM) orthophotos were constructed from captured RGB images, and then the canopy was segmented using U-Net, OTSU, and RANSAC methods, and the volume was calculated. The accuracy of the segmentation and the canopy volume measurement were compared. The results show that the U-Net trained with RGB and DSM achieves the best accuracy in the segmentation task, with mean intersection of concatenation (MIoU) of 84.75% and mean pixel accuracy (MPA) of 92.58%. However, in the canopy volume estimation task, the U-Net trained with DSM only achieved the best accuracy with Root mean square error (RMSE) of 0.410 m 3 , relative root mean square error (rRMSE) of 6.40%, and mean absolute percentage error (MAPE) of 4.74%. The deep learning-based segmentation method achieved higher accuracy in both the segmentation task and the canopy volume measurement task. For canopy volumes up to 7.50 m 3 , OTSU and RANSAC achieve an RMSE of 0.521 m 3 and 0.580 m 3 , respectively. Therefore, in the case of manually labeled datasets, the use of U-Net to segment the canopy region can achieve higher accuracy of canopy volume measurement. If it is difficult to cover the cost of data labeling, ground segmentation using partitioned OTSU can yield more accurate canopy volumes than RANSAC.
Etablierung und Vernetzung digital-gestützter Systeme auf Pferdebetrieben unter Berücksichtigung der betriebswirtschaftlichen Optimierung
(2024) Speidel, Linda Thurid; Dickhöfer, Uta
Das Management eines pferdehaltenden Betriebs umfasst eine Vielzahl arbeitswirtschaftlicher Herausforderungen. Dazu zählen unter anderem die zeitintensiven Arbeitsabläufe, das notwendige Kundenmanagement in Pensions- und Schulpferdebetrieben sowie die begrenzte Verfügbarkeit von Fachkräften. Auf Ackerbau- und Veredelungsbetrieben wird der Nutzen der Digitalisierung bereits wahrgenommen, da deren Einsatz unter anderem Potenzial zur Zeitersparnis und Arbeitserleichterung bietet. Obgleich des genannten Potenzials sind Pferdebetriebe bisher wenig digitalisiert und technisiert, die Grundversorgung erfolgt meist manuell. Im Rahmen dieser, im Projekt „Digitale Wertschöpfungsketten für eine nachhaltige kleinstrukturiert Landwirtschaft“ (DiWenkLa) angefertigten, Forschungsarbeit wurde daher untersucht, welche Möglichkeiten der Digitalisierung bisher genutzt werden und unter welchen Voraussetzungen die einzelnen Systeme in Pferdebetrieben etabliert werden können. Des Weiteren wurde analysiert, welche Auswirkungen der Einsatz dieser Systeme auf den Arbeitszeitbedarf im Pferdebetrieb hat und welche Informationen über Schnittstellen zwischen den Systemen ausgetauscht werden können. Dafür wurden von März 2020 bis Oktober 2023 Experteninterviews, (Arbeitszeit-)Beobachtungen und Online-Befragungen durchgeführt. Zunächst wurden die vorhandenen Möglichkeiten der digitalen Technisierung auf Pferdebetrieben in der Fütterung von Rau- und Krippenfutter, der Entmistung und Einstreu, der Gesundheits- und Sicherheitsüberwachung sowie der Kommunikation und dem Betriebsmanagement untersucht. Der Schwerpunkt lag auf den Voraussetzungen, die erfüllt sein müssen, um ausgewählte digital-technische Systeme auf den Betrieben zu etablieren. Zu diesem Zweck wurden Beobachtungen und Befragungen bei pferdehaltenden Betrieben (N=1235) und den Kooperationspartnern aus der Industrie des Projekts DiWenkLa durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einbindung digital-technischer Systeme von der Investitionsbereitschaft der Betriebsleitenden, der stabilen Internetverbindung, einer verfügbaren Stromversorgung in den Stallgebäuden (Steckdosen) und dem vorhandenen Haltungssystem (z. B. Einzel- oder Gruppenhaltung sowie Gliederung der Haltung in Funktionsbereiche) abhängt. Auf den an einer Online-Befragung teilnehmenden Pferdebetrieben (N=451) wurden Kameras zur Sicherheits- (30,8 %) und Gesundheitsüberwachung (22,6 %) sowie Software für die Kundenkommunikation (24,8 %) und das Betriebsmanagement (13,7 %) eingesetzt. Die automatisierte Fütterung von Krippenfutter (9,3 %) und Raufutter (7,3 %) war selten vorhanden. Eine Gliederung der Haltung in Funktionsbereiche führte zu einem vermehrten Einsatz digital-technischer Systeme. Als Gründe gegen den Einsatz neuer digital-technischer Systeme wurden von den 207 teilnehmenden Betriebsleitenden die fehlenden Finanzmittel, der unbekannte wirtschaftliche Nutzen sowie der Kontaktverlust zu den Tieren genannt. In Anlehnung an die vorliegenden Ergebnisse erscheint eine erneute Erhebung der vorhandenen Systeme auf Pferdebetrieben sinnvoll, um etwaige Veränderungen im Verlauf der Zeit abzubilden und die Gründe für die Investition in neue digital-technische Systeme zu ermitteln. Des Weiteren sollte untersucht werden, ob Einsteller bei einem höheren Digitalisierungsgrad im Pferdebetrieb bereit sind, einen höheren Pensionspreis zu bezahlen. Zu diesem Zweck könnte die Zahlungsbereitschaft beim Einsatz von z. B. Futterautomation und intelligenten Kameras zur Gesundheitsüberwachung abgefragt werden. Des Weiteren wurde analysiert, welche betriebswirtschaftlichen Vorteile die auf den Pferdebetrieben etablierten, digital gesteuerten Systeme mit sich bringen können. Dazu wurden die möglichen Auswirkungen der Digitalisierung auf den Arbeitszeitbedarf für verschiedene Arbeitsabläufe wie die Fütterung, Entmistung und Hütesicherheit untersucht. Dies wurde durch Zeiterfassungen mit und ohne den Einsatz der Systeme sowie mit Hilfe von Online-Befragungen (N=1014) und Experteninterviews (N=16) realisiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen bei der Einzelhaltung von Pferden eine potenzielle Arbeitszeitersparnis in der Fütterung und Entmistung von bis zu 65 % durch eine automatisierte Fütterung von Rau- und Krippenfutter und den Einsatz von mobiler Technik, wie beispielsweise einem Hoflader. Zudem kann der Einsatz dieser Systeme auch dazu führen, dass die benötigte Arbeitszeit in anderen Arbeitsabläufen sinkt. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz einer automatisierten Fütterung, welcher zu einer geringeren Arbeitszeit in der Kundenkommunikation führte. Dies wurde in den durchgeführten Datenerhebungen dadurch begründet, dass gewünschte Änderungen in der Rationsgestaltung automatisiert erfolgen und somit nicht persönlich kommuniziert werden müssen. Darüber hinaus lassen sich durch eine digitale Absprache und die Dokumentation wesentlicher Arbeitsschritte und Änderungen in den Abläufen sowie Kundenwünschen Fehler reduzieren und Missverständnisse vermeiden. Auf Basis der Ergebnisse sollten die Abfragen der Arbeitszeitbedarfe der Arbeitsabläufe mit exakten und vorgegebenen Werten wiederholt und teilweise ergänzt werden. Dies betrifft z. B. den Zeitbedarf für das Betriebsmanagement, die Tierkontrolle und den Weidegang. Dadurch können die vorhandenen Kalkulationsgrundlagen aktualisiert und das Bewusstsein der Betriebsleitenden für teils unbeachteten Arbeitszeitaufwand geschärft werden. Dieser kann wiederum durch den Einsatz von digital-technischen Systemen reduziert werden. Darüber hinaus wurde ein Konzept für eine Schnittstelle für digitale Systeme für Pferdebetriebe entwickelt, um den Datenaustausch zwischen Systemen zu vereinfachen und somit die Übersichtlichkeit der verschiedenen Informationen aus den eingesetzten Technologien zu optimieren sowie zusätzliche Zeitersparnis zu gewährleisten. Dazu wurden mittels Experteninterviews (N=20 Experten) die auszutauschenden Informationen zwischen Systemen für die Fütterung, die Entmistung und Einstreu, die Gesundheits- und Sicherheitsüberwachung sowie das Betriebsmanagement und die Kommunikation identifiziert, um eine verbesserte Übersicht für die Betriebsleitenden zu gewährleisten. In diesem Kontext wurde der Datenaustausch zwischen Futterautomationen und Kommunikationssoftware als besonders relevant hervorgehoben. Je nach Bedarf können die Informationen aus dem Datenaustausch transparent an die Kunden (z. B. Einsteller) weitergegeben werden. Eine Online-Befragung ergab, dass die Mehrheit (57,2 %) aller Teilnehmenden (N=451) Interesse an einer Vernetzung der Systeme zeigt. In zukünftigen Untersuchungen könnten zum einen die Gründe für das Interesse an einer Vernetzung analysiert werden, da bisher lediglich die Gegenposition untersucht wurde (d.h. Gründe gegen das Interesse an der Vernetzung). Zum anderen könnte die Einbindung weiterer Systeme neben den genannten geprüft werden, insbesondere die Anbindung der vorhandenen Hardware (z. B. Solarien, Aquatrainer) an das Internet und die (standardisierte) Programmierung der Schnittstelle, um z. B. eine unkomplizierte und transparente Abrechnung der Nutzung zu ermöglichen. Die Etablierung und Vernetzung digital-technischer Systeme in Pferdebetrieben ist bei erfüllbaren Voraussetzungen als sinnvoll anzusehen, da sie eine Arbeitszeiteinsparung generieren, eine Entlastung der Arbeitskräfte ermöglichen, die Kommunikation verbessern und das Betriebsmanagement sowie die Sicherheits- und Gesundheitskontrolle der Tiere vereinfachen. Diese Faktoren sind neben der Beachtung und Verbesserung des Tierwohls für eine nachhaltige, zukunftsfähige Pferdehaltung unabdingbar.
Food informatics - Review of the current state-of-the-art, revised definition, and classification into the research landscape
(2021) Krupitzer, Christian; Stein, Anthony
Background: The increasing population of humans, changing food consumption behavior, as well as the recent developments in the awareness for food sustainability, lead to new challenges for the production of food. Advances in the Internet of Things (IoT) and Artificial Intelligence (AI) technology, including Machine Learning and data analytics, might help to account for these challenges. Scope and Approach: Several research perspectives, among them Precision Agriculture, Industrial IoT, Internet of Food, or Smart Health, already provide new opportunities through digitalization. In this paper, we review the current state-of-the-art of the mentioned concepts. An additional concept is Food Informatics, which so far is mostly recognized as a mainly data-driven approach to support the production of food. In this review paper, we propose and discuss a new perspective for the concept of Food Informatics as a supportive discipline that subsumes the incorporation of information technology, mainly IoT and AI, in order to support the variety of aspects tangent to the food production process and delineate it from other, existing research streams in the domain. Key Findings and Conclusions: Many different concepts related to the digitalization in food science overlap. Further, Food Informatics is vaguely defined. In this paper, we provide a clear definition of Food Informatics and delineate it from related concepts. We corroborate our new perspective on Food Informatics by presenting several case studies about how it can support the food production as well as the intermediate steps until its consumption, and further describe its integration with related concepts.

Browse

Browsing Fakultät Agrarwissenschaften by Sustainable Development Goals "9"