Wein Ernte Prognose: 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.

Bei erfolgreicher Arbeit wäre ein erster Grundstein gelegt, um die österreichische Weinwirtschaft durch ein kosteneffizientes und objektives Schätzverfahren zu unterstützen. Durch die thematische Nähe zum Obstbau könnten darüber hinaus auch erste wichtige Erkenntnisse für diesen ebenfalls wichtigen Wirtschaftszweig gewonnen werden.

Berichte

Abschlussbericht , 31.03.2022

Kurzfassung

In Österreich basiert die Weinernteschätzung momentan weitgehend auf in-situ Daten. In Österreich sind dies visuelle Bonitierungen durch ExpertInnen (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 kommt es immer wieder zu beträchtlichen Fehlschätzungen. 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. Die vorgeschlagene Methodik wurden unter realen Einsatzbedingungen evaluiert. Dazu wurden im Laufe der Saison 2020 in monatlichen Abständen (Juni-Oktober) satellitengestützte Weinernteprognosen für die einzelnen Bundesländer erstellt und ab August in monatlichen Abständen – zeitgleich mit den offiziellen Vorschätzungen der Statistik Austria – öffentlich zugänglich gemacht. Diese Schätzungen erfolgten vollständig unabhängig von den Vorschätzungen der Statistik Austria und wurden nach Vorlage der tatsächlichen Erntemengen im Frühjahr 2021 endgültig validiert. Es wurden zwei fernerkundliche Varianten parallel untersucht: • Variante I: Die Nutzung aller vorhandenen Satellitendaten bis zum jeweiligen Schätzzeitpunkt (d.h. alle Daten vom Juni bis maximal Oktober 2020) • Variante II: Ausschließliche Nutzung von Daten, die die vegetative Phase umfassen (d.h. Daten ausschließlich von Juni und Juli 2020) Die fernerkundlichen Schätzung zum Saisonende im Oktober (Variante I) 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 fernerkundlichen Überschätzungen nur auf, wenn auch die Satellitendaten von August, 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 (Variante II), lagen die Schätzungen bei ±1.5% im Vergleich zur tatsächlichen Ernte. Damit wird deutlich, dass ein solch früher Schätztermin bei der operationellen Anwendung zu bevorzugen ist, und spätere Satellitenausnahmen allenfalls zur Qualitätsabschätzung verwendet werden sollten.

Berichtsdateien

Endbericht_Weinernteprognose_2022.pdf

Abstract (deutsch)

Da Felderhebungen generell sehr zeitaufwendig sind, wurde eine innovative satellitengestützte Methode zur Weinernteprognose entwickelt, die ausschließlich auf die amtlichen Daten der Statistik Austria zurückgreift, um die fernerkundlichen Modelle zu kalibrieren. Die vorgeschlagene Methodik wurde unter realen Einsatzbedingungen evaluiert. Dazu wurden im Laufe der Saison 2020 in monatlichen Abständen (Juni-Oktober) satellitengestützte Weinernteprognosen für die einzelnen Bundesländer erstellt und ab August in monatlichen Abständen – zeitgleich mit den offiziellen Vorschätzungen der Statistik Austria – öffentlich zugänglich gemacht. Diese Schätzungen erfolgten unabhängig von den Vorschätzungen der Statistik Austria und wurden nach Vorlage der tatsächlichen Erntemengen im Frühjahr 2021 endgültig validiert. Unter alleiniger Verwendung von Satellitendaten von Juni und Juli 2020 zur Ernteschätzung, lagen die Schätzungen bei ±1.5% im Vergleich zur tatsächlichen Ernte. Damit wird deutlich, dass sich ein solch früher Schätztermin, der die vegetative Wachstumsperiode abdeckt, für die operationelle Anwendung eignet - spätere Satellitenausnahmen waren dagegen für die Mengenschätzung nicht hilfreich, haben jedoch möglicherweise ein großes Potential zur Qualitätsabschätzung.

Abstract (englisch)

In situ measurements are generally very costly and time consuming. For this reason a satellite-based method was developed for forecasting wine production in Austria, solely based on official yield data from the Statistik Austria. The method was evaluated in real time in 2020. From June to October the wine production was forecasted in monthly intervals using satellite data. The results were published at the same time as the official forecasts and validated in spring 2021 once the final production numbers were released. Using solely satellite data from June and July 2020 for the production forecasts, an accuracy of ±1.5% could be obtained with respect to the true production numbers. Such early predictions have a high potential for an operational application of the developed methodology. On the other hand, satellite data acquired after the vegetative phase was not positively contributing to the forecasting accurcy.

Autor/innen

Atzberger, C.