ErnteprognoseWeinbau: Erntevorhersagen im Weinbau unter Verwendung von satelliten-gestützten Beobachtungen des Vegetationsstatus und nicht-linearen maschinellen Lernverfahren

Allgemeine Projektinformationen

Schlagwörter (deutsch)

Weinernte, Prognose, Satelliten, Erdbeobachtung, Maschinelles Lernen, Ensemble Verfahren und künstliche Intelligenz

Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)

Titel (englisch)

Wine yield forecasting using satellite-based observations of vegetation conditions in non-linear machine learning approaches

Projektziele

Die derzeitigen Ernteschätzungen zu den Zeitpunkten August, September und Oktober werden von freiwilligen Schätzern in den Regionen für die Statistik Austria erhoben und aggregiert.

Unter Zuhilfenahme von Sentinel-2 und MODIS Satellitendaten sollen:
• maschinelle Verfahren zur frühzeitigen, objektiven und automatisierten Ernteschätzung basierend auf Satellitendaten entwickelt werden
• objektive und regionsspezifische Prognosen für das Erntejahr 2020 erstellt werden, ergänzt durch entsprechende (hindcasting) Modelle der letzten 15 Jahre
• Schätzgenauigkeiten abgeleitet werden (in Echtzeit und rückblickend auf die vergangenen Jahre) und diese vergleichend bewertet werden (u.a. im Vergleich mit den gegenwärtigen Genauigkeiten)
• Erfahrungen gesammelt werden bzgl. des Potentials und der Grenzen der vorgeschlagenen Methodik
• Empfehlungen für weitere Entwicklungen erarbeitet werden

Praxisrelevanz

Der Traubenpreis ist die Basis für die nachfolgenden Fass- und Flaschenpreise. Wenn Fehlschätzungen erfolgen, kann es, wie z.B. im Jahr 2018, zu stark überschätzten Ernteaussichten und somit niedrigen Taubenpreisausgangssituationen kommen, die jedoch nicht der tatsächlichen Angebots- und Nachfragesituation entsprechen. Nachträgliche Revisionen im Laufe der Ernte sind kaum möglich, sodass es zu nachteiligen Marktstörungen kommt.

Mittels fernerkundlicher Verfahren lassen sich jährliche Variationen der Erntemengen und der räumlichen Variabilität erfassen. Wie auch in anderen Anwendungsfällen geht es jedoch nicht darum, die bisherigen etablierten Verfahren zu ersetzen, sondern um eine bestmögliche Ergänzung bestehender Methoden und Verfahren. Während die Fernerkundung in der Lage ist, große Gebiete in beliebiger räumlicher und zeitlicher Auflösung zu beobachten, sind nur Experten vor Ort in der Lage die unterliegenden kausalen Beziehungen zwischen Wachstumsbedingungen und Pflanzenzustand zu beschreiben. Beide Ansätze ergänzen sich somit in hervorragender Weise.

Berichte

Abschlussbericht

Kurzfassung

In Österreich, wie auch in allen anderen weinproduzierenden Ländern, basiert die Weinernteschätzung momentan weitgehend auf in-situ Daten. In Österreich sind dies visuelle Bonitierungen durch Experten (d.h. die sog. Erntereferenten), die der Statistik Austria jeweils im August, September und Oktober, Abschätzungen der zu erwartenden Weinerntemengen liefern. Trotz größter Sorgfalt bleiben diese Bonitierungen naturgemäß subjektiv. Wegen dieser Subjektivität – und der gegebenen Variabilität des Ertrages als Funktion der zum Zeitpunkt der Vorhersage noch unbekannten Wetterentwicklung in den Wochen/Monaten bis zur Ernte – kommt es immer wieder zu beträchtlichen Fehlschätzungen. Solche Fehlschätzungen führen teilweise zu beträchtlichen Marktverzerrungen (wie beispielsweise in 2018). Mit der hier präsentierten Studie soll eine satellitengestützte Methode präsentiert und validiert werden, die eine gesicherte, frühzeitige, objektive und kosteneffiziente Prognose über die zu erwartenden Erntemengen liefert und die bisherigen ehrenamtlichen Schätzungen bestmöglich ergänzt. Bei zukünftiger Anwendung dieser Methode könnte die österreichische Weinwirtschaft den Trauben- und Weinpreis besser an die tatsächliche Produktion anpassen. Die Ergebnisse könnten beispielsweise im Rahmen der monatlichen Aussendungen der Statistik Austria und der Österreichischen Weinmarketinggesellschaft verwendet werden.

Berichtsdateien

Ernteprognose-Satelliten-Weinbau.pdf

Abstract (deutsch)

In Österreich, wie auch in allen anderen weinproduzierenden Ländern, basiert die Weinernteschätzung momentan weitgehend auf in-situ Daten. In Österreich sind dies visuelle Bonitierungen durch Experten (d.h. die sog. Erntereferenten), die der Statistik Austria jeweils im August, September und Oktober, Abschätzungen der zu erwartenden Weinerntemengen liefern.

Trotz größter Sorgfalt bleiben diese Bonitierungen naturgemäß subjektiv. Wegen dieser Subjektivität – und der gegebenen Variabilität des Ertrages als Funktion der zum Zeitpunkt der Vorhersage noch unbekannten Wetterentwicklung in den Wochen/Monaten bis zur Ernte – kommt es immer wieder zu beträchtlichen Fehlschätzungen. Solche Fehlschätzungen führen teilweise zu beträchtlichen Marktverzerrungen (wie beispielsweise in 2018).

Mit der hier präsentierten Studie soll eine satellitengestützte Methode präsentiert und validiert werden, die eine gesicherte, frühzeitige, objektive und kosteneffiziente Prognose über die zu erwartenden Erntemengen liefert und die bisherigen ehrenamtlichen Schätzungen bestmöglich ergänzt.

Die fernerkundlichen Schätzung zum Saisonende im Oktober ergab für 2020 eine leicht überdurchschnittliche Produktion von insgesamt 2.548.000 hl für die vier Hauptproduktions-Bundesländer Niederösterreich, Burgenland, Steiermark und Wien. Für diese Oktoberschätzung wurde die volle Zeitreihe der Satellitendaten bis einschließlich Oktober 2020 in die Analysen einbezogen (d.h. alle Daten im Zeitraum Juni-Oktober).

Die tatsächlichen Erntemengen lag nach Angaben der Statistik Austria für diese vier Bundesländer bei 2.394.241 hl und wurden im Frühjahr 2021 offiziell veröffentlicht (der finale leicht revidierte Bericht der Statistik Austria erschien am 14 Juli 2021). Damit wurde im Oktober die tatsächliche Erntemenge von den Satellitendaten um ca. 6% überschätzt.

Interessanterweise traten diese Überschätzungen nur auf, wenn auch die Satellitendaten der Spätsommermonate August und Herbstmonate September und Oktober zur Schätzung verwendet werden - zu diesem Zeitpunkt ist die Mengenentwicklung weitgehend abgeschlossen. Wenn nur die Satellitendaten von Juni, respektive, Juli 2020 zur Ernteschätzung verwendet wurden, lagen die Schätzungen bei ±1.5% im Vergleich zur tatsächlichen Ernte. Damit ist deutlich, dass ein solch früher Schätztermin bei der operationellen Anwendung zu bevorzugen ist, und spätere Satellitenausnahmen allenfalls zur Qualitätsabschätzung verwendet werden sollten.

Abstract (englisch)

In Austria, as in all other wine-producing countries, wine harvest estimation is currently largely based on in-situ data. In Austria, these are visual assessments by experts (i.e. the so-called harvest experts), who provide Statistics Austria with estimates of the expected wine harvest in August, September and October.

Despite the greatest care, these assessments naturally remain subjective. Due to this subjectivity - and the given variability of the yield as a function of the weather development in the weeks/months until harvest, which is still unknown at the time of the forecast - considerable misestimates occur. Such misestimates sometimes lead to considerable market distortions (such as in 2018).

The study presented here aims to present and validate a satellite-based method that provides a reliable, early, objective and cost-effective forecast of the expected harvest volumes and complements the previous voluntary estimates in the best possible way. If this method is applied in the future, the Austrian wine industry could better adjust the grape and wine price to the actual production.

The remotely sensed estimate at the end of the season in October resulted in a slightly above-average production of 2,548,000 hl in total for 2020 for the four main producing federal provinces of Lower Austria, Burgenland, Styria and Vienna. For this October estimate, the full time series of satellite data up to and including October 2020 was included in the analyses (i.e. all data in the period June-October).

According to Statistics Austria, the actual harvest volumes for these four provinces were 2,394,241 hl and were officially published in spring 2021 (the final slightly revised Statistics Austria report was published on 14 July 2021). This means that in October the actual harvest volume was overestimated by the satellite data by about 6%.

Interestingly, these overestimates only occurred if the satellite data of the late summer months of August and autumn months of September and October are also used for estimation - by this time the volume development is largely complete. If only the satellite data from June and July 2020 were used for the harvest estimate, the estimates were ±1.5% compared to the actual harvest. It is thus clear that such an early estimation date is to be preferred for operational use, and later satellite exceptions should be used for quality estimation at best.

Autor/innen

Univ. Prof. Dr. Clement Atzberger , A. Klisch und Ing. Mag. Franz G. Rosner