Die Bodenkultur: Journal of Land Management, Food and Environment

Das Ziel des Projekts WEQUAL (Web Service Center für qualitatives mehrdimensionales Design und ferngesteuerter Überwachung grüner Infrastruktur) ist die Entwicklung eines Systems zur Unterstützung einer raschen Umweltüberwachung von Flusslandschaften zur Umsetzung neuer grüner Infrastrukturen (GI). Die Idee des Projekts WEQUAL ist die Schaffung eines Servicecenters, welches sowohl die Web-Plattform, als auch den gesamten Datensatz und den Analyseprozess beinhaltet. Jeder Benutzer (Designer, Techniker, Forscher) kann mittels persönlichen Accounts auf die Plattform und die Auswertung alternativer GI-Projekte zugreifen. Die Web-Plattform nutzt ein Set von Algorithmen zur automatischen Berechnung aller benötigten ökologischen Kriterien zur Bewertung eines qualitativen Umweltindexes, der den ökologischen Status der überwachten Uferlandschaft beschreibt. Dafür wurde der WEQUI-Index entwickelt. In dieser Arbeit werden die Herangehensweise zur Umweltdatensammlung und das Verfahren zur automatischen Auswertung der ökologischen Kriterien beschrieben. Zur Berechnung verwenden die implementierten Algorithmen folgende Daten: Vegetationsindexe, Digital Terrain Model (DTM), Digital Surface Model (DSM) und eine 3D-Punktwolken-Klassifikation. Die gesamten Rohdaten werden über ein UAV (Unbemanntes Flugzeug) gesammelt, das mit einem 3D-LiDAR, einer multispektralen Kamera und einer RGB-Kamera ausgestattet ist. Die berechneten ökologischen Indexe werden dann zur Qualitätsbewertung von Uferlandschaften bei <italic>ex-ante</italic>- und <italic>ex-post</italic>-Uferstabilisationen verwendet. Dieser Index, welcher zusätzliche nichttechnische oder nichtökologische Indikatoren, wie nötiges Investment, Instandhaltungskosten oder soziale Zustimmung einschließt, kann für eine multidimensionale Analyse zur Bewertung der langfristigen Auswirkungen eines Landschaftseingriffes genutzt werden. Die Plattform ist für GI-Designer und Entscheidungsträger attraktiv, da sie eine gemeinsam nutzbare Umgebung zur Feststellung und Bewertung verschiedener komplexer Indizes mit einer multidimensionalen Bewertung, unterstützt durch eine professionelle Führung, bietet.

Zusammenfassung

The aim of WEQUAL project (WEb service centre for QUALity multidimensional design and tele-operated monitoring of Green Infrastructures) is the development of a system that is able to support a quick environmental monitoring of riparian areas subjected to the realization of new green infrastructures (GI). The Wequal’s idea is to organize a service center able to manage both the Web Platform and the whole data collection and analysis processes. Through a personal account, the final user (designer, technician, researcher) can get access to the service and requires the evaluation of alternatives GI projects. On the Web Platform, a set of algorithms runs in order to calculate, through automatic procedures, all the ecological criteria required to evaluate a quality environmental index that describes the eco-morphological value of the monitored riparian areas. For this aim, the WEQUI index was developed, which uses 15 indicators that are easy to monitor. In this paper, the approach for environmental data collection and the procedures to perform the automatic assessment of two of the ecological criteria are described. For the computation, the implemented algorithms use data including the vegetation indexes, Digital Terrain Model (DTM), Digital Surface Model (DSM) and a 3D point cloud classification. All the raw data are collected by UAVs (Unmanned Aircraft Vehicle) equipped with a 3D Lidar, multispectral camera and RGB camera. Interpreting all the raw data collected by these sensors, using a multi-attribute approach, the WEQUI index is assessed. The computed ecological index is then used to assess the riparian environmental quality at <italic>ex-ante</italic> and <italic>ex-post</italic> river stabilization works. This index, integrated with additional not-technical or not-ecological indicators such as investment required, maintenance costs or social acceptance, can be used in multicriteria analyses in order to evaluate the intervention from a wider point of view. The platform is expected to be attractive for GI designers and policy makers by providing a shared environment, which is able to integrate the method of detection and evaluation of complex indexes and a multidimensional evaluation supported by an expert guide.

Summary

Keywords

Schlagworte

<article-title>Assessment of riparian environments through semi-automated procedures for the computation of eco-morphological indicators: Preliminary results of the WEQUAL project</article-title>

Assessment of riparian environments through semi-automated procedures for the computation of eco-morphological indicators: Preliminary results of the WEQUAL project

<table rules="groups"><thead><tr><th align="center" valign="middle"/><th align="center" valign="middle">Mavtech Q4E</th><th align="center" valign="middle">Mavtech DJI S900</th></tr></thead><tbody><tr><td align="center" valign="middle">Number of rotors (−)</td><td align="center" valign="middle">4</td><td align="center" valign="middle">6</td></tr><tr><td align="center" valign="middle">Weight (kg)</td><td align="center" valign="middle">3.5</td><td align="center" valign="middle">8.2</td></tr><tr><td align="center" valign="middle">Diagonal wheelbase (m)</td><td align="center" valign="middle">0.59</td><td align="center" valign="middle">0.9</td></tr><tr><td align="center" valign="middle">Endurance (min)</td><td align="center" valign="middle">20–25</td><td align="center" valign="middle">15</td></tr><tr><td align="center" valign="middle">Cruise speed (m/s)</td><td align="center" valign="middle">6</td><td align="center" valign="middle">3</td></tr><tr><td align="center" valign="middle">Maximum area coverable (ha)</td><td align="center" valign="middle">4</td><td align="center" valign="middle">5</td></tr><tr><td align="center" valign="middle" rowspan="2">Equipment installable on-board</td><td align="center" valign="middle">SONY RX-100</td><td align="center" valign="middle" rowspan="2">Yellowscan surveyor</td></tr><tr><td align="center" valign="middle">Micasense RedEdge-M</td></tr></tbody></table>

Bewertung der Uferumgebung durch teilautomatisierte Verfahren zur Berechnung von ökomorphologischen Indikatoren: Vorläufige Ergebnisse des Projekts WEQUAL

Die industrielle Revolution und Modernisierung der Landwirtschaft in Kroatien und Slawonien begann Mitte des 19. Jahrhunderts und entwickelte sich im Vergleich zu anderen Ländern des Kaisertums Österreich langsamer. Der Hauptgrund dafür war der Mangel an Kapital, der Mangel an guten Land- und Flussverkehrswegen, die Langsamkeit beim Bau von Eisenbahnen, die Langsamkeit bei der Einführung von Dampfmaschinen, der Mangel an qualifizierten Arbeitskräften und die extensive Landwirtschaft. Die zweite Agrarkrise in Europa, die von 1873 bis 1895 andauerte, veranlasste große landwirtschaftliche Betriebe in Kroatien und Slawonien, Dampfmaschinen einzuführen, um die landwirtschaftliche Produktion zu rationalisieren. Die Lokomobile war überwiegend auf Landgütern mit über 575,5 ha vertreten. Damaliges Slawonien, als überaus agrarische Region und Hauptweizenquelle, war führend im Einsatz von Dampfmaschinen, Dampfpflügen und dampfbetriebenen Maschinen in der Landwirtschaft. Die Lokomobile wurde bis Mitte des 20. Jahrhunderts in der Landwirtschaft eingesetzt. Mit der zunehmenden Verwendung von Traktoren mit Verbrennungsmotor und dem Einsatz von Mähdreschern geriet sie schließlich außer Betrieb. Bis 1918 waren die kroatischen Länder Teil der Österreichisch-Ungarischen Monarchie.

Industrial revolution and modernization of agriculture in Croatia and Slavonia began in mid-19th century and evolved at a slower pace compared to the other countries of the Austrian Empire. The main reasons were lack of capital, shortage of good river- and land traffic routes, slowness in the construction of railways, slowness in the introduction of steam engines, lack of skilled workforce and extensive farming. The second agricultural crisis in Europe, which lasted from 1873 until 1895, motivated large holdings in Croatia and Slavonia to introduce steam engines and machines for the purpose of rationalization of agricultural production. Locomobiles were mostly represented on holdings with over 575.5 ha. The then country of Slavonia, as an eminently agrarian region and the main source of wheat was leader in the use of steam engines, steam ploughs and steam-powered machines in agriculture. The locomobile was used in agriculture until the mid-20th century and was discontinued with the growing use of tractors with internal combustion engine and the use of combine harvesters. Until 1918, Croatian lands were a part of the Austro-Hungarian Monarchy.

Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Engineering

<article-title>Steam engines in agricultural use in Croatia and Slavonia during the Austro-Hungarian Monarchy</article-title>

Steam engines in agricultural use in Croatia and Slavonia during the Austro-Hungarian Monarchy

Dampfmaschinen in der Landwirtschaft in Kroatien und Slawonien während der Österreichisch-Ungarischen Monarchie

Mehrere Durchläufe eines Flußbeckenmodels generierten Informationen über die Wasserzuteilung bei verschiedenen Nutzerprioritäten, dabei wurde ein Satz an Zuteilungsszenarien für mögliche Entscheidungsalternativen erstellt. Um das am meisten erwünschte Szenario zu identifizieren, das erwartungsgemäß leichter akzeptiert und umgesetzt wird, ist die Einbeziehung von Stakeholdern und das Erreichen eines Konsenses zwischen ihnen bei der Bewertung von Szenarien essenziell. Der Artikel beschreibt die Methodik zur Integration der Mehrkriterienoptimierung als effizientes Werkzeug zur Bewertung von Szenarien im Gruppenkontext mit Simulationsoptimierungsmodellen für Flußbecken. Die Methodik wurde im Rahmen des bilateralen Projekts zwischen Serbien und Portugal entwickelt und bestand aus fünf Phasen: Festlegung der bevorzugten Zuteilungsschemata, Laufenlassen des ACQUANET-Modells, Bewertung von Kriterien und Strategien mit analytischem Hierarchieprozess, Aggregation und anfängliche Suche nach Konsens in Untergruppen und Erzielung des endgültigen konsenskonvergenten Ergebnisses (beste Managementstrategie). Der Ansatz wurde in Bezug auf das Wasserverteilungsproblem im Wassereinzugsgebiet Nadela in der Provinz Vojvodina in Serbien getestet, unter Beteiligung von 23 Stakeholdern. Vielversprechende Ergebnisse empfehlen den Ansatz für die Erprobung unter verschiedenen Bedingungen in der Nähe von Bragança im Nordosten Portugals (Wassereinzugsgebiet Sabor).

Multiple runs of a river basin model produced information about water allocation under different users’ priorities, creating a set of allocation scenarios as possible decision alternatives. To identify the most desired scenario that will, expectedly, be more readily accepted and implemented, involvement of stakeholders and reaching the consensus among them in evaluating scenarios are essential. This article describes methodology for integrating multi-criteria optimization as an efficient tool for the evaluation of scenarios in a group context, with river basin simulation-optimization models. Methodology was developed within the scope of the bilateral project Serbia–Portugal, and it consisted of five phases: defining the preference schemes of allocation, running the ACQUANET model, evaluating the criteria and strategies with analytic hierarchy process, aggregation and initial search for consensus in subgroups, and obtaining the final consensus converged result (best management strategy). The approach was tested on the water allocation problem in the Nadela watershed in Vojvodina Province in Serbia, with participation of 23 stakeholders. Promising results recommended the approach for the testing in different conditions in the area near Bragança in northeast Portugal (Sabor watershed).

Centre for Business and Economics Research

Polytechnic Institute of Bragança, Campus de Santa Apolónia

<article-title>Conflicts and resolutions in managing water allocation at the watershed scale</article-title>

Conflicts and resolutions in managing water allocation at the watershed scale

Konflikte und Lösungen beim Management der Wasserzuteilung auf der Ebene des Wassereinzugsgebietes

Ziel dieser Arbeit war es, ein System zu entwickeln, das automatisch objektive Informationen über die Blütendichte in Apfelplantagen liefert und als Instrument für die Ausdünnung von Blüten verwendet werden kann. Üblicherweise wird dieser Vorgang, basierend auf der persönlichen Erfahrung des Arbeiters, manuell durchgeführt. In diesem Beitrag wird die Verwendung eines mobilen Labors (ByeLab) zur ortsspezifischen Beurteilung der Blütendichte von Apfelbäumen mithilfe optischer Sensoren vorgestellt und diskutiert. Das Byelab wurde mit mehreren Sensoren ausgestattet, darunter einem GNSS-RTK-System, drei optischen Sensoren (OptRx™), zwei LiDAR-Sensoren und einer Inertialen Messeinheit (IMU). Während OptRx™ und LiDAR verwendet wurden, um den Vegetations-index (VI) bereitzustellen und das Oberflächenprofil des gescannten Baldachins zu erfassen, wurden mit der GNSS-RTK-Einheit alle vom optischen Sensor und den LIDARs erfassten Daten georeferenziert. Schließlich wurde die IMU verwendet, um das Rauschen und Verzerrungen der erfassten Daten aufgrund der durch die Bodenunebenheiten erzeugten Vibrationen zu korrigieren. Eine LabView-Anwendung wurde verwendet, um die von den Sensoren erfassten Daten zu synchronisieren. Anschließend wurden alle Messungen von einem in MatLab® implementierten Algorithmus verarbeitet. Im April 2018 wurden drei Erhebungen durchgeführt, um die gesamte Blütezeit abzudecken: Blühbeginn, Vollblüte und Ende der Blüte. Untersuchungen zur Blütenreflexionssignatur haben ergeben, dass der Normierte Differenzierte Vegetationsindex (NDVI) der am besten geeignete Parameter zur Unterscheidung zwischen Blättern und Blüten ist. In der Tat hat der NDVI-Wert eine negative Korrelation mit der Blütendichte, da reine Blüten leicht negative NDVI-Werte aufweisen, jedenfalls sind sie sehr nahe bei 0. Trotz der gleichmäßigen NDVI-Messungen der Blüten konnte die Verwendung von OptRx™-Sensoren keine signifikanten Korrelationen zwischen der Anzahl der Blumen und den NDVI-Werten aufzeigen, da sie eine durchschnittliche Bewertung einer Fläche zurückgeben. In Zukunft werden weitere Studien durchgeführt, um zu beurteilen, ob andere auf Bildanalysen basierende Techniken bessere und empfindlichere Ergebnisse in Bezug auf die Bewertung der Blütendichte liefern können. Diese Ergebnisse könnten als Referenz für die Automatisierung von Maschinen verwendet werden, die bei Ausdünnungsvorgängen nach einem standortspezifischen Ansatz eingesetzt werden.

This work aims to develop an automatic system capable of providing objective information about the bloom charge in an apple orchard in order to manage flower-thinning activities. The article presents and discusses the use of a mobile lab (ByeLab) equipped with several optical sensors to carry out a site-specific bloom charge assessment in apple trees. The data collected by the sensors were processed by a specific algorithm implemented in MatLab®. Investigations of the flower reflectance signature indicated that the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) is the most suitable parameter to distinguish leaves from flowers. Pure flowers produce NDVI values slightly negative or at least very near to 0. Despite the homogeneous behavior of the NDVI flower response, OptRx™ sensors, which provide an average assessment of an area, were not able to highlight a significant correlation between the number of flowers and the NDVI values. In the future, further studies will be conducted to assess if other techniques based on image analyses can provide better and more sensitive results regarding the bloom charge assessment. Such results could then be used as a reference in automating machines for thinning operations according to a site-specific approach.

<article-title>Blooming charge assessment in apple orchards for automatic thinning activities</article-title>

Blooming charge assessment in apple orchards for automatic thinning activities

Beurteilung der Blüte in Apfelplantagen für eine automatische Ausdünnung

Pflanzenreste werden häufig als Energieträger und als Ausgangsmaterial für verschiedene Produkte eingesetzt. Eine sechsjährige Untersuchung wurde durchgeführt, um die Potenziale der Pflanzenrückstände der meist angebauten Feldfrüchte Weizen, Soja und Mais in der Provinz Wojwodina zu untersuchen. Es wurden drei Potenziale unterschieden: theoretisches (gesamte oberirdische Restbiomasse), technisches (erntbares) und nachhaltiges Potenzial. Es wurde nach verschiedenen Wetterbedingungen, üblich und trocken, unterschieden und deren Auswirkungen auf den Ertrag analysiert. Die Erträge werden als absolut und relativ zum Getreideertrag dargestellt (Getreideerträge werden meistens gemessen und sind in nationalen Statistiken öffentlich zugänglich). Während der normalen Saisonen liegen die technischen Potenziale bei etwa 56 % für Weizen, 45 % für Soja und 41 oder 51 % für zwei betrachtete Verfahren zur Sammlung von Maisstroh. In trockenen Saisonen wird das technische Potenzial aller betrachteten Kulturen um 30 und 50 % reduziert. Auf dem Feld verbliebene oberirdische Restbiomasse beträgt relativ zum Körnerertrag zwischen 43 und 60 %. Es wurde festgestellt, dass die Definition nachhaltiger Potenziale sehr komplex ist. Maßnahmen zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und einige übergeordnete Aspekte werden aufgelistet und kommentiert.

Crop residues are targeted as energy sources and feedstock for diverse products. A six-year lasting investigation, aiming to determine the yield potentials of crop residues of mostly grown field crops wheat, soybean and corn in the province Vojvodina (Serbia), was performed. The three levels of potentials were distinguished: theoretical, technical and sustainable. Two seasonal weather conditions were distinguished – common and dry, and their impact on the biomass yield was analyzed. The yields were expressed as absolute and relative to grain yield since the grain yield is always measured, and is available in national statistics. During common seasons, technical potentials were about 56% for wheat, 45% for soybean and 41 or 51% for the two considered corn stover collection procedures. For dry seasons, the technical potential of all considered crops was reduced to between 30 and 50%. On field remained aboveground residual biomass and its relative (to grain) amount, which was between 43 and 60%, was defined. It was concluded that the defining of sustainable potentials is a very complex task. Besides the aforementioned, measures aimed to preserve soil fertility, some overlooked issues in the literature and practice were listed and commented on.

<article-title>Potentials of crops residues – A case study for the province Vojvodina</article-title>

Potentials of crops residues – A case study for the province Vojvodina

Potenziale von Ernterückständen – Eine Fallstudie für die Provinz Wojwodina

<!doctype html public "-//w3c//dtd html 4.0 transitional//en"> <html><head> <meta http-equiv=content-type content="text/html; charset=iso-8859-1"> <meta content="mshtml 6.00.6000.17104" name=generator></head> <body> Die Bodenkultur: Journal of Land Management, Food and Environment is covered by the following services: <UL><LI>AGRICOLA (National Agricultural Library)</LI><LI>Baidu Scholar</LI><LI>Biobase</LI><LI>Cabell's Whitelist</LI><LI>CABI (over 50 subsections)</LI><LI>Chemical Abstracts Service (CAS) - CAplus</LI><LI>Chemical Abstracts Service (CAS) - SciFinder</LI><LI>CNKI Scholar (China National Knowledge Infrastructure)</LI><LI>CNPIEC - cnpLINKer</LI><LI>Dimensions</LI><LI>DOAJ (Directory of Open Access Journals)</LI><LI>EBSCO (relevant databases)</LI><LI>EBSCO Discovery Service</LI><LI>FSTA - Food Science & Technology Abstracts</LI><LI>Google Scholar</LI><LI>Japan Science and Technology Agency (JST)</LI><LI>J-Gate</LI><LI>JournalGuide</LI><LI>JournalTOCs</LI><LI>KESLI-NDSL (Korean National Discovery for Science Leaders)</LI><LI>MyScienceWork</LI><LI>Naver Academic</LI><LI>Naviga (Softweco)</LI><LI>Primo Central (ExLibris)</LI><LI>ProQuest (relevant databases)</LI><LI>Publons</LI><LI>QOAM (Quality Open Access Market)</LI><LI>ReadCube</LI><LI>Referativnyi Zhurnal (VINITI)</LI><LI>SCOPUS</LI><LI>Semantic Scholar</LI><LI>Summon (ProQuest)</LI><LI>TDNet</LI><LI>Ulrich's Periodicals Directory/ulrichsweb</LI><LI>WanFang Data</LI><LI>WorldCat (OCLC)</LI></UL></body></html>

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Editors-in-Chief Martin H. Gerzabek, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Alois Leidwein, Austrian Agency for Health and Food Safety (AGES), Austria Managing Editor Reinhard Neugschwandtner, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Andreas Baumgarten, Austrian Agency for Health and Food Safety (AGES), Austria Associate Editors Land management Blum, Winfried E. H., University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Blümel, Silvia, Austrian Agency for Health and Food Safety (AGES), Austria Bürstmayr, Hermann, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Haas, Rainer, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Kaul, Hans-Peter, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Klumpp, Raphael Th., University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Meixner, Oliver, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Muhar, Andreas, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Nicolescu, Norocel V., Transilvania University of Brasov, Romania Pötsch, Erich M., Federal Agricultural Research and Education Centre Raumberg-Gumpenstein, Austria Wörgetter, Manfred, BLT - Biomass · Logistics · Technology, Austria Gierus, Martin, University of Natural Resources and Life Sciences Vienna (BOKU), Austria Food Allerberger, Franz, Austrian Agency for Health and Food Safety (AGES), Austria Brandtner, Martin, Austrian Agency for Health and Food Safety (AGES), Austria Fuchs, Klemens, Austrian Agency for Health and Food Safety (AGES), Austria Kneifel, Wolfgang, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Masselter, Sonja, Austrian Agency for Health and Food Safety (AGES), Austria Mayerhofer, Georg, Austrian Agency for Health and Food Safety (AGES), Austria Environment Ertl, Thomas, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Holzmann, Hubert, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Katzlberger, Christian, Austrian Agency for Health and Food Safety (AGES), Austria Strauss, Peter, Federal Agency for Water Management, Petzenkirchen, Austria Zechmeister-Boltenstern, Sophie, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Austria Publisher De Gruyter Poland Bogumiła Zuga 32A Str. 01-811 Warsaw, Poland T: +48 22 701 50 15

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Volume 70 (2019): Issue 3 (December 2019) Special Issue: with invited papers from the 47th International Symposium „Actual tasks on Agricultural Engineering“ (ATAE), 5th – 7th March 2019, Opatija, Croatia, http://atae.agr.hr/, Editor: Prof. Andreas Gronauer

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