Mobile App für Bodenproben und Feldmanagement auf mehreren Plattformen

Über unseren Kunden

Unser Kunde ist ein innovatives Agrarunternehmen, das sich auf Präzisionslandwirtschaft, Bodenanalysen und AgTech-Lösungen spezialisiert hat. Es bietet Dienstleistungen zur Bodenuntersuchung an, um den Düngemitteleinsatz zu optimieren und den Zustand der Böden auf großen Agrarflächen zu überwachen.

Um seine Aktivitäten auszuweiten, benötigte der Kunde einen Partner für die Entwicklung einer AgTech-App. Die Lösung sollte die Bodenprobenahme verwalten, mit speziellen Geräten des Kunden kommunizieren und auch in abgelegenen Gebieten ohne zuverlässige Mobilfunkverbindung funktionieren.

• Region: Westeuropa
• Branche: Landwirtschaft / AgTech / Industrielles IoT
• Projektdauer: ca. 8 Monate

Herausforderung

Die herkömmliche Entnahme von Bodenproben erfordert viele manuelle Schritte. Das führt oft zu Fehlern bei der Ermittlung der Position und der Navigation im Feld sowie zu Verzögerungen bei der Übertragung von Daten an Labore.

Die wichtigsten Herausforderungen waren:

• Fehlende zentrale Steuerung der eigenen Geräte zur Entnahme von Bodenproben
• Ungenaue Ermittlung und Erfassung der Positionen von Entnahmestellen
• Ineffiziente Navigation auf großen und komplexen Agrarflächen
• Schlechte Mobilfunkverbindung in abgelegenen ländlichen Gebieten
• Manuelle Erstellung und Bearbeitung von Zertifikaten für Laborproben
• Unterstützung von iOS und Android mit einer gemeinsamen, leicht zu wartenden Codebasis

Hauptziele

Um die Arbeit im Feld zu digitalisieren und die Anforderungen des Kunden an eine App für die Präzisionslandwirtschaft zu erfüllen, legten wir folgende Ziele fest:

• Entwicklung einer mobilen App für mehrere Plattformen zur Verwaltung der Bodenprobenahme
• Verbindung mit Geräten zur Entnahme von Bodenproben über Bluetooth Low Energy
• Präzise Kartierung, Aufteilung von Feldern und Planung von Routen
• Aufbau einer Offline-First-Architektur für die Nutzung ohne Internetverbindung
• Automatische Erstellung von Zertifikaten zur Übermittlung von Probendaten an Labore
• Effizientere Feldarbeit durch Aufgabenplanung und GPS-gestützte Navigation

Projektübersicht

Wir entwickelten eine mobile App für mehrere Plattformen, die als zentrale Lösung zur Steuerung der Bodenprobenahme diente.

Die App verband die Geräte zur Entnahme von Bodenproben mit den Backend-Systemen des Kunden. Manager konnten die Entnahme von Proben planen und Aufgaben an Mitarbeitende im Feld verteilen.

Die Mitarbeitenden konnten Felder in Zonen aufteilen, zwischen festgelegten Entnahmestellen navigieren und Ergebnisse direkt auf ihren Mobilgeräten erfassen.

Die App erfasste Daten von externen Geräten und dem GPS-Modul des Smartphones. Die Daten wurden lokal gespeichert und automatisch mit dem Backend synchronisiert, sobald wieder eine Verbindung bestand.

Lösung

Die entwickelte App wandelte die manuelle Entnahme von Bodenproben in einen vernetzten digitalen Prozess um. Sie kombinierte mobile Technologien, IoT-Kommunikation, die Verarbeitung geografischer Daten und die Offline-Verarbeitung von Daten.

Dafür setzten wir mehrere technische Ansätze um:

• GPS-Ortung über zwei Quellen: externe IoT-Daten und Smartphone-GPS
• Aufteilung von Feldern in Zonen mit Rastern und Voronoi-Diagrammen
• KI-gestützte Berechnung und Optimierung von Routen
• Nutzung von C/C++ über Dart FFI für komplexe geografische Berechnungen
• Reaktive BLE-Kommunikation für Gerätestatus und Koordinaten in Echtzeit
• Lokale Speicherung von Daten für die Arbeit ohne Netzverbindung
• Automatische Erstellung von PDF- und XML-Zertifikaten für Labore

Kernfunktionen der Plattform

• Mit Flutter entwickelte App für iOS und Android
• Automatische Planung der Probenahme und Zuweisung von Aufgaben an Mitarbeitende im Feld
• Interaktive Karten mit Polygonen und Rastern zur Aufteilung von Feldern
• Erweiterte Aufteilung von Feldern in Zonen mithilfe geometrischer Berechnungen
• KI-gestützte Routenplanung und GPS-Ortung in Echtzeit
• BLE-Kommunikation mit den eigenen Geräten zur Probenahme in Echtzeit
• Synchronisierung mit dem Backend im Hintergrund über sichere APIs
• Digitale Probenprotokolle mit Zeitstempeln und genauen GPS-Koordinaten
• Automatische Erstellung von PDF- und XML-Zertifikaten für Bodenproben

Nutzer-Workflow

• Aufgabenplanung: Manager planten die Probenahme, teilten die Feldarbeit in Aufgaben auf und wiesen diese den Mitarbeitenden zu.
• Feldkartierung: Mitarbeitende sahen Agrarflächen auf Karten und legten Probenzonen mit interaktiven Tools fest.
• Routenoptimierung: Das System berechnete effiziente Routen zwischen Entnahmestellen anhand der Feldgeometrie und Arbeitsanforderungen.
• Probenahme: Mitarbeitende navigierten zu festgelegten Stellen. Die App erfasste GPS- und Gerätedaten sowie Informationen zu den Proben.
• Offline-Betrieb: Bei schwacher Verbindung wurden alle Daten zur Feldarbeit lokal auf dem Gerät gespeichert.
• Synchronisierung und Export: Sobald die Verbindung wiederhergestellt war, wurden die Daten mit dem Backend synchronisiert und Zertifikate für die Laboranalyse erstellt.

Technologie-Stack

Um eine App für mehrere Plattformen mit IoT-Verbindungen in Echtzeit, der Verarbeitung geografischer Daten und Offline-Funktionen zu entwickeln, setzten wir folgende Technologien ein:

• Mobile App: Flutter (Dart) für iOS und Android, BLoC / Provider zur Zustandsverwaltung, Google Maps Flutter für die Kartendarstellung
• Leistung und Verarbeitung geografischer Daten: Über Dart FFI integrierte C/C++-Bibliotheken, Voronoi-Algorithmen und Verfahren der Computergeometrie
• IoT-Integration: Flutter Reactive BLE für die Kommunikation mit Geräten zur Probenahme über Bluetooth Low Energy
• Lokale Datenspeicherung: ObjectBox zur schnellen lokalen Speicherung von Daten für den Offline-Betrieb
• Backend: Python-Dienste mit FastAPI / Django, GraphQL-API-Schicht
• KI und Routenoptimierung: OR-Tools, NetworkX, genetische Algorithmen, individuelle Modelle zur Wegfindung
• Datenbank: PostgreSQL mit PostGIS zur Speicherung und Abfrage geografischer Daten

Kernteam

• Lösungsarchitekt: Konzipierte die Offline-Synchronisierung, IoT-Kommunikation und Systemarchitektur.
• Mobile Entwickler (Flutter): Entwickelten die App, Feldkarten, Abläufe zur Probenahme und BLE-Anbindung.
• KI- und GIS-Spezialisten: Implementierten Voronoi-Feldzonen, KI-gestützte Wegfindung und Routenoptimierung.
• Backend-Entwickler: Entwickelten APIs, die Verarbeitung geografischer Daten, Synchronisierung und Dokumentenerstellung.
• QA-Ingenieure: Testeten Feldbedingungen, GPS-Genauigkeit und die Offline-Speicherung von Daten.