-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Parameters einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung, um ein Spritzmittel gezielt auf ein Objekt, insbesondere eine Pflanze und/oder einen Erdboden, einer landwirtschaftlichen Fläche mittels einer Spritzdüseneinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung auszubringen und eine entsprechende Steuereinrichtung sowie eine landwirtschaftliche Spritzvorrichtung zum gezielten Ausbringen eines Spritzmittels auf ein Objekt, insbesondere eine Pflanze und/oder einen Erdboden, einer landwirtschaftlichen Fläche mit einer Spritzdüseneinheit, einer Kameraeinheit, einer Positioniereinheit, einer Fördereinheit und einer Steuereinheit nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
-
Bei der Ausbringung von Unkrautvernichtungsmitteln mittels landwirtschaftlicher Feldspritzen spielt die Positionierung der Düse über dem Boden eine zentrale Rolle, da dadurch die benetzte Oberfläche sowie die darauf aufgebrachte Menge variieren. Um diese konstant zu halten werden auf Feldspritzen Abstandssensoren eingesetzt. Typischerweise basieren diese auf Ultraschallsensoren, wie bspw. in der
DE 41 40 254 A1 und der
DE 10 2015 101 982 A1 offenbart wird. Diese regeln einzelne Segmente der bis zu 40 m breiten Feldspritzen aktiv auf einen konstanten Abstand zur detektierten Oberfläche, wie in der
EP 26 30 856 B1 gezeigt wird. Werden die Ultraschallsensoren am Spritzgestänge senkrecht nach unten schauend angeordnet, so ergeben sich Schwierigkeiten bei der Messung durch den Sprühnebel. Um dies zu vermeiden können die Sensoren schräg nach vorne gerichtet werden, was bei Ultraschallsensoren zu einem stark verminderten Signal führt. Die
DE 10 2015 101 982 A1 schlägt daher vor, die Sensoren an einem klappbaren Gestänge nach vorne zu verlagern. Damit einher geht allerdings ein erhöhter konstruktiver und Gewichtsaufwand. Bei nach unten gerichteten Sensoren wird zudem immer nur das bereits überfahrene Bodenprofil detektiert. Eine Vorausregelung ist dadurch nicht möglich. Die
DE 10 2011 108 480 A1 beschreibt eine Feldspritze, bei der mittels Beschleunigungssensoren die Auslenkung des Spritzgestänges in Fahrtrichtung und damit die Absolutposition einer Leitung in dem Spritzgestänge relativ zu Erdboden ermittelt wird, um eine Ausbringmenge eines auszubringenden Guts zu beeinflussen.
-
Ebenso sind Verfahren und Systeme bekannt die auf Basis eines Kamerabildes auf einer landwirtschaftlichen Maschine Pflanzreihen erkennen. Dabei kann die Kamera auf der Maschine angebracht werden und schräg nach vorne schauend angeordnet werden (vgl. Guerrero et al., „Crop rows and weeds detection in maize fields applying a computer vision system based on geometry“, Computers and Electronics in Agriculture, 2017).
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Einstellen eines Parameters einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung, um ein Spritzmittel gezielt auf ein Objekt, insbesondere eine Pflanze und/oder einen Erdboden, einer landwirtschaftlichen Fläche mittels einer Spritzdüseneinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung auszubringen, mit den Schritten:
- - Erzeugen eines charakteristischen Lichtmusters auf dem Objekt mittels einer Beleuchtungseinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung;
- - Erfassen des Objekts mit dem erzeugten charakteristischen Lichtmuster mittels einer Kameraeinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung, um eine Bildinformation zu erhalten;
- - Ermitteln einer Abstandsinformation, insbesondere eines Anstands und/oder eines Abstandverlaufs des Objekts relativ zu der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung, insbesondere zu der Kameraeinheit und/oder der Spritzdüseneinheit, unter Verwendung des erzeugten charakteristischen Lichtmusters in der erhaltenen Bildinformation mittels einer Steuereinheit; und
- - Einstellen des Parameters in Abhängigkeit von der ermittelten Abstandsinformation des Objekts mittels der Steuereinheit, um das Spritzmittel gezielt auf das Objekt auszubringen.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Steuereinheit zum Einstellen eines Parameters einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung, um ein Spritzmittel gezielt auf ein Objekt, insbesondere eine Pflanze und/oder einen Erdboden, einer landwirtschaftlichen Fläche mittels einer Spritzdüseneinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung auszubringen, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, folgende Schritte durchzuführen:
- - Ermitteln einer Abstandsinformation, insbesondere eines Abstands und/oder eines Abstandverlaufs des Objekts relativ zu der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung, insbesondere zu einer Kameraeinheit und/oder der Spritzdüseneinheit, Verwendung eines erzeugten charakteristischen Lichtmusters in einer erhaltenen Bildinformation, wobei das charakteristische Lichtmuster auf dem Objekt mittels einer Beleuchtungseinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung erzeugt wurde und das Objekt mit dem erzeugten charakteristischen Lichtmuster mittels der Kameraeinheit erfasst wurde, um die Bildinformation zu erhalten; und
- - Einstellen des Parameters in Abhängigkeit von der ermittelten Abstandsinformation des Objekts, insbesondere durch Ansteuerung einer Positioniereinheit und/oder einer Fördereinheit, um das Spritzmittel gezielt auf das Objekt auszubringen.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine landwirtschaftliche Spritzvorrichtung zum gezielten Ausbringen eines Spritzmittels auf ein Objekt, insbesondere eine Pflanze und/oder einen Erdboden, einer landwirtschaftlichen Fläche mit einer Spritzdüseneinheit, einer Kameraeinheit, einer Positioniereinheit, einer Fördereinheit und der vorhergehend beschriebenen Steuereinheit.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist schließlich ein Computerprogramm das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines vorangehend beschriebenen Verfahrens durchzuführen und/oder anzusteuern sowie ein maschinenlesbares Speichermedium mit dem darauf gespeicherten Computerprogramm.
-
Das Verfahren ist für landwirtschaftliche Zwecke gedacht. Unter einem landwirtschaftlichen Zweck kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Zweck verstanden werden, der auf eine wirtschaftliche Kultivierung von Nutzpflanzen gerichtet ist.
-
Das Ausbringen des Spritzmittels erfolgt hierbei auf einer landwirtschaftlichen Fläche bzw. einer landwirtschaftlich genutzten Fläche. Hierunter können ein Feld oder eine Anbaufläche für Pflanzen oder auch eine Parzelle einer solchen Anbaufläche verstanden werden. Die landwirtschaftliche Fläche kann somit eine Ackerfläche, ein Grünland oder eine Weide sein. Die Pflanzen können beispielsweise Nutzpflanzen, deren Frucht landwirtschaftlich genutzt wird (beispielsweise als Nahrungsmittel, Futtermittel oder als Energiepflanze) sowie Beikräuter, Unkräuter und Ungräser umfassen.
-
Bevorzugt werden alle Schritte des Verfahrens während einer Bewegung, insbesondere einer Fahrt oder eines Fluges der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung über der landwirtschaftlichen Fläche durchgeführt.
-
Vorteilhafterweise ist die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung ausgebildet, das Verfahren automatisiert durchzuführen, um eine schnelle, zuverlässige und effiziente Behandlung eines Feldes zu ermöglichen.
-
Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann insbesondere Teil einer landwirtschaftlichen Feldspritze bzw. eines Pflanzenschutzgerätes sein oder als eine landwirtschaftliche Feldspritze bzw. ein Pflanzenschutzgerät ausgebildet sein. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann eine mobile Einheit umfassen oder auf einer mobilen Einheit angeordnet sein, wobei die mobile Einheit insbesondere als Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug und/oder Anhänger ausgebildet sein kann. Die mobile Einheit kann insbesondere eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, bspw. eine Zugmaschine, ein Schlepper, eine selbstfahrende bzw. autonome Feldspritze oder ein selbstfahrender bzw. autonomer Roboter sein. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann insbesondere eine gezogene Feldspritze, eine selbstfahrende Feldspritze oder eine Anbaufeldspritze sein. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann auch an einer hydraulischen Vorrichtung einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angebaut sein. Denkbar ist auch, dass die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung auf einer Ladefläche einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine aufgebaut ist. Alternativ kann die Spritzvorrichtung an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angehängt sein. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung bzw. die Feldspritze kann mindestens einen Spritzmitteltank zur Aufnahme des Spritzmittels aufweisen. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung bzw. die Feldspritze kann hierbei auch eine Mischeinheit aufweisen, welche direkt auf der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung ein Spritzmittelkonzentrat mit Wasser zu dem auszubringenden Spritzmittel (an)mischt.
-
Das Spritzmittel ist insbesondere eine Spritzflüssigkeit. Das Spritzmittel kann ein landwirtschaftliches Präparat bzw. Pflanzenschutzmittel (PSM), insbesondere ein Pflanzenschutzmittelkonzentrat aufweisen oder sein. Das Spritzmittel kann demnach ein Pestizid, wie bspw. ein Herbizid, Fungizid oder ein Insektizid aufweisen. Das Spritzmittel kann jedoch auch ein Düngemittel, insbesondere ein Düngemittelkonzentrat aufweisen oder sein. Das Spritzmittel kann hierbei einen Wachstumsregulator aufweisen. Das Spritzmittel kann ein granulares Wirkmittel, welches mit einer Trägerflüssigkeit vermischt wurde, aufweisen. Die Spritzflüssigkeit kann bspw. ausgebildet sein als: Flüssigkeit, Suspension, Emulsion, Lösung oder eine Kombination daraus. Die Spritzflüssigkeit ist bevorzugt als mit Wasser verdünntes Pflanzenschutzmittel oder mit Wasser verdünntes Düngemittel ausgebildet. Die Spritzflüssigkeit kann demnach eine Spritzbrühe sein.
-
Das Ausbringen des Spritzmittels kann insbesondere mittels einer Fördereinheit durchgeführt werden. Hierbei kann die Fördereinheit ausgebildet sein, eine Flüssigkeit und/oder ein Granulat unter Druck zu fördern bzw. zu leiten, insbesondere zu dosieren. Demnach kann die Fördereinheit bspw. jeweils ein/eine/einen oder mehrere Pumpen, Förderpumpen, Dosierpumpen, Druckspeicher, Förderschnecken, Ventile, Blenden etc. umfassen.
-
Die Spritzdüseneinheit weist bevorzugt jeweils mindestens eine Spritzdüse zum Ausbringen des Spritzmittels und mindestens ein Ventil zum Steuern bzw. Regeln der ausgebrachten Spritzmittelmenge auf. Demnach ist die Spritzdüseneinheit steuerbar bzw. betätigbar ausgebildet. Das Ventil kann in der Spritzdüse angeordnet bzw. integriert sein. Das Ventil kann jedoch auch der Spritzdüse vorgeschaltet, d.h. (in Strömungsrichtung des Spritzmittels) stromaufwärts der Spritzdüse angeordnet sein. Die Spritzdüseneinheit kann jedoch auch mehrere Spritzdüsen mit jeweils einem vorgeschalteten Ventil aufweisen. Die Spritzdüseneinheit kann ferner auch mehrere Spritzdüsen mit nur einem den Spritzdüsen vorgeschalteten Ventil aufweisen, so dass bei Betätigung des Ventils das Spritzmittel mittels aller Spritzdüsen der Spritzdüseneinheit ausgebracht wird. Das Ventil kann als ein pulsweitenmoduliertes Ventil (PWM-Ventil) oder als ein Proportionalventil ausgebildet sein. Die Spritzdüseneinheit kann als Teilbreite eines Düsensystems der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung ausgebildet sein. Die Spritzdüseneinheiten können einzeln bzw. separat und/oder in definierten Gruppen bzw. Verbänden und/oder alle gemeinsam ansteuerbar sein. Die Spritzdüsen jeder Spritzdüseneinheit können einzeln bzw. separat und/oder in definierten Gruppen bzw. Verbänden und/oder alle gemeinsam ansteuerbar sein.
-
Die Abstandsinformation ist bevorzugt ein vertikaler Abstand bzw. eine Höhendifferenz und/oder ein vertikaler Abstandsverlauf bzw. Höhenverlauf des Objekts relativ zu einer Einheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung, insbesondere zu der Kameraeinheit und/oder der Spritzdüseneinheit.
-
Der einzustellende bzw. eingestellte Parameter dient zur „gezielten“ Ausbringung des Spritzmittels auf ein Objekt. D.h., mit anderen Worten, dass der Parameter Einfluss auf insbesondere den Ort und das Bild der Aufprallfläche des Spritzmittels hat, um eine gewünschte Spritzmittelmenge bzw. Wirkmittelmenge auf das Objekt auszubringen. Der Parameter ist bevorzugt ein Geometrieparameter, insbesondere ein vertikaler Abstand, d.h. eine Höhe bzw. Höhendifferenz, und/oder eine Orientierung, der Spritzdüseneinheit relativ zu dem Objekt; und/oder ein Spritzparameter, welcher insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Spritzdruck, Spritzmittelmenge, Spritzprofil, Wirkmittelmenge in dem Spritzmittel. Der eingestellte Parameter entspricht insbesondere einem Soll-Parameter zum gezielten Ausbringen des Spritzmittels bzw. der Wirkmittelmenge auf das Objekt.
-
Hierbei wird bevorzugt im Schritt des Einstellens der Geometrieparameter mittels einer Positioniereinheit eingestellt, welche insbesondere ausgebildet ist, die Spritzdüseneinheit relativ zu dem Objekt anzuheben und zu senken und/oder entlang einer Fahrtrichtung der Spritzvorrichtung nach vorne und nach hinten zu bewegen und/oder zu verkippen; und/oder der Spritzparameter mittels einer Fördereinheit eingestellt, welche insbesondere ausgebildet ist, den Spritzdruck und/oder die Spritzmittelmenge und/oder das Spritzprofil und/oder die Wirkmittelmenge in dem Spritzmittel einzustellen. D.h., mit anderen Worten, dass die Positioniereinheit ausgebildet ist, die Spritzdüseneinheit relativ zu dem Objekt zu positionieren. Die Positioniereinheit kann ausgebildet sein, die Spritzdüseneinheit unmittelbar oder mittelbar zu bewegen. Demnach kann die Positioniereinheit auch ausgebildet sein, ein Spritzgestänge derart zu bewegen, dass die Spritzdüseneinheit eine gewünschte Position einnimmt. Die Positioniereinheit kann jedoch auch ausgebildet sein, die Position einzelner Spritzdüse relativ zum Erdboden separat, d.h. unabhängig voneinander einzustellen.
-
Das Objekt ist bevorzugt eine Pflanze oder mehrere Pflanzen und/oder ein Erdboden bzw. ein Erdbodenabschnitt der landwirtschaftlichen Fläche.
-
Das charakteristische Lichtmuster ist ausgebildet, eine Inhomogenität in der Bildinformation zu erzeugen. Hierbei weist die Inhomogenität einen ausreichenden Gradienten auf, um mittels der Kameraeinheit detektierbar zu sein. Das charakteristische Lichtmuster kann durch eine strukturierte Beleuchtung erzeugt werden. Das charakteristische Lichtmuster ist vorzugsweise spektral auf die Kameraeinheit abgestimmt. Dadurch können schmalbandige Lichtquellen verwendet werden. Das charakteristische Lichtmuster kann bspw. unter Verwendung eines diffraktiven optischen Elements und/oder eines graphical optical blackout erzeugt werden.
-
Die Beleuchtungseinheit umfasst zumindest eine Lichteinheit, bevorzugt eine Vielzahl von Lichteinheiten. Die Lichteinheit kann als Laser ausgebildet sein oder einen Laser umfassen. Die Beleuchtungseinheit ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das charakteristische Lichtmuster auf einen bzw. in einem Aufnahmebereich der Kameraeinheit bzw. der Kamera erzeugt wird.
-
Die Kameraeinheit kann zumindest eine multispektrale und/oder hyperspektrale und/oder Infrarotkamera umfassen. Die Kameraeinheit kann ausgebildet sein, Bilder im NIR und/oder visuellen Bereich zu erfassen bzw. aufzunehmen.
-
Die Spritzdüseneinheit, die Beleuchtungseinheit und die Kameraeinheit sind bevorzugt an einem Spritzgestänge der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung angeordnet, wobei insbesondere die Spritzdüseneinheit eine Vielzahl von Spritzdüsen, die Kameraeinheit eine Vielzahl von Kameras und die Beleuchtungseinheit eine Vielzahl von Lichteinheiten aufweisen. Die räumliche Anordnung zwischen Beleuchtungseinheit bzw. der Lichteinheit(en) der Beleuchtungseinheit und der Kameraeinheit bzw. der Kamera(s) der Kameraeinheit ist bevorzugt im Wesentlichen fixiert, d.h. verändert sich nach der Montage nicht durch den Betrieb. Die Kameras und die Lichteinheiten sind bevorzugt in Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung vor den Spritzdüsen angeordnet. Jeder Spritzdüse ist eine Kamera oder sind zwei Kameras und jeder Kamera ist eine Lichteinheit zugeordnet. Hierbei muss jedoch nicht jeder Spritzdüse jeweils eine separate Kamera und/oder jeder Kamera eine jeweils separate Lichteinheit zugeordnet sein. Vielmehr kann auch eine Kamera mehreren Spritzdüsen bzw. eine Lichteinheit mehreren Kameras zugeordnet sein. Bspw. kann eine Kamera zwischen zwei Spritzdüsen angeordnet und beiden zugeordnet sein und jeder Kamera jeweils eine separate Lichteinheit zugeordnet sein. Ebenso kann eine Spritzdüse im Übergangsbereich des Aufnahmebereichs von zwei Kameras beiden Kameras zugeordnet sein.
-
Zwischen der optischen Achse einer Kamera und der optischen Achse der zugehörigen Lichteinheit(en) bzw. des jeweiligen charakteristischen Lichtmusters der Lichteinheit(en) besteht ein Winkel β. Dadurch ergibt sich eine abstands- bzw. entfernungsabhängige Position des charakteristischen Lichtmusters in der Bildinformation bzw. im Bild der Kamera. Diese Abhängigkeit muss einmalig bestimmt werden (Kalibrierung) und in der Steuereinheit hinterlegt werden, um im Betrieb mit Hilfe des Kameraneigungswinkels α und der Position des charakteristischen Lichtmusters in der Bildinformation bzw. im Bild den Abstand und/oder den Abstandsverlauf zu einem Objekt in einer Längeneinheit zur Kamera zu ermitteln. Daraus kann dann wiederum ein vertikaler Abstand bzw. eine Höhedifferenz relativ zu dem Erdboden und auch eine vertikale Abstands- bzw. Höhenänderung zur aktuellen Position der Spritzdüseneinheit bzw. der entsprechenden Spritzdüse, welche einen festen Abstand zu der Kamera aufweist, relativ zu dem Objekt ermittelt werden. Unter Verwendung der aktuellen Fahrgeschwindigkeit kann dann der Zeitpunkt an dem die Position des Objekts erreicht und damit der neue Parameter eingestellt sein soll/muss, bestimmt werden. Hierbei können sowohl die Höhe der Pflanze relativ zu dem Erdboden als auch die Höhe der Spritzdüseneinheit relativ zu dem Erdboden zum Zeitpunkt des Erreichens der Pflanze mitberücksichtigt werden.
-
Die Steuereinheit umfasst eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen von Daten, insbesondere zum Empfangen von Bildinformationen und zum Ausgeben von Daten, insbesondere Steuersignalen an eine Einheit, insbesondere einen Aktor. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten bspw. elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es demnach möglich, mittels einer, insbesondere bereits vorhandenen Kamera an einer Spritzvorrichtung sehr einfach und kostengünstig eine proaktive Kompensation von unterschiedlichen Höhen zu behandelnder Objekte durchzuführen, um eine homogene Wirkmittelverteilung ein- bzw. beizubehalten. Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass mittels einer Beleuchtungseinheit ein charakteristisches Lichtmuster auf dem Objekt erzeugt wird und anschließend das Objekt mit dem erzeugten charakteristischen Lichtmuster mittels der Kamera erfasst wird, um eine Bildinformation zu erhalten. Unter Verwendung dieser Bildinformation wird dann eine Abstandsinformation, insbesondere ein (vertikaler) Abstand bzw. eine Höhe und/oder ein (vertikaler) Abstandsverlauf bzw. Höhenverlauf des Objekts relativ zu der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung, insbesondere zu der Kameraeinheit und/oder der Spritzdüseneinheit, ermittelt, welche als Eingangssignal für bspw. die Abstands- bzw. Höhenregelung der Spritzdüseneinheit und/oder die Spritze verwenden werden kann. Demnach wird eine Vorausregelung der Höhe der Spritzdüseneinheit bzw. der Spritzkonfiguration relativ zu dem Erdboden ermöglicht, wodurch eine bessere Bedeckung und Ausnutzung des Spritzmittels gewährleistet werden kann. Zusätzlich notwendige Abstandssensoren können hierbei eingespart werden, wodurch die Kosten und der konstruktive Aufwand verringert werden. Des Weiteren ermöglicht die kamerabasierte Detektion eine Unterscheidung zwischen Pflanze und Boden, die mittels Ultraschallsensoren nicht möglich ist und somit eine genaue Regelung wahlweise auf den Boden- bzw. den Pflanzenabstand. Außerdem können mit dem vorgeschlagenen Verfahren sehr einfach 3D-Messdaten erzeugt werden, welche eine genaue Regelung ermöglichen und ferner für weitere Aufgabe bzw. zur Erzeugung weitere Daten/Informationen verwendet werden können.
-
Es ist vorteilhaft, wenn das charakteristische Lichtmuster in einem in einer Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung vorderen Aufnahmebereich der Kameraeinheit erzeugt wird. Durch die erste Maßnahme können der Reaktionsweg x und damit die Reaktionszeit für das Ausbringen des Spritzmittels maximiert werden.
-
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das charakteristische Lichtmuster im Wesentlichen linienförmig ausgebildet ist, und insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung verläuft. Durch die erste Maßnahme kann das charakteristische Lichtmuster sehr einfach erzeugt bzw. projiziert werden.
-
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das charakteristische Lichtmuster zumindest zwei, insbesondere eine Vielzahl von Bereichen mit unterschiedlichen Abmessungen, insbesondere Breiten und/oder Intensitäten und/oder Farbspektren aufweist. Unter Ausnutzung der unterschiedlichen Abmessungen und/oder der unterschiedlichen spektralen Kanäle der Kameraeinheit kann eine eindeutige Zuordnung vorgenommen werden (vgl. bspw. De Bruijn sequence, siehe: Geng, Structured-light 3D surface imaging: a tutorial, Advances in Optics and Photonics (3), 2011). Bspw. können eine senkrecht zur Fahrtrichtung verlaufende Linie im Rot-Kanal und eine doppelt so breite, ebenfalls senkrecht zur Fahrtrichtung verlaufende Linie im Grünkanal verwendet werden.
-
Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Steuereinheit ausgebildet ist, unter Verwendung der mittels der Kameraeinheit erhaltenen Bildinformation weitere Aufgaben durchzuführen, insbesondere Pflanzeninformationen zu ermitteln, insbesondere Pflanzen zu klassifizieren bzw. segmentieren; und/oder Bodeninformationen zu ermitteln, insbesondere einen Bedeckungsgrad des Erdbodens der landwirtschaftlichen Fläche durch Pflanzen zu ermitteln und/oder den Erdboden zu klassifizieren; und/oder ein Höhenprofil der Pflanzen und/oder des Erdbodens der landwirtschaftlichen Fläche zu erzeugen bzw. erfassen. D.h., mit anderen Worten, dass die Steuereinheit und damit auch die Kameraeinheit zumindest teilweise für weitere Aufgaben genutzt werden können, nämlich zur Erfassung bzw. Erzeugung von Pflanzeninformationen und/oder Bodeninformationen, insbesondere eines Bedeckungsgrades des Erdbodens durch Pflanzen, und/oder von Höhenprofilen. Hierdurch können die ohnehin erfassten Bildinformationen für die Parametereinstellung ohne großen Mehraufwand zur Erzeugung weiterer relevanter Informationen bzw. Daten genutzt werden. Hierbei ist es auch denkbar, die Höhenprofile mehrerer benachbarter Kameras zusammenzuführen und weitere Verarbeitungsschritte damit durchzuführen, bspw. Mittelung oder Ermittlung eines Trends über ein Segment der Spritze, d.h. einen Teilbereich bestehend aus mehreren Spritzdüsen die als Einheit in Höhe/Neigung eingestellt werden können.
-
Vorteilhaft ist es auch, wenn unter Verwendung der ermittelten Abstandsinformationen eine spezifische Abstandsregelung mittels der Recheneinheit ermittelt wird und ferner in Abhängigkeit davon der Parameter eingestellt wird. Hierbei kann die spezifische Abstandregelung derart ausgebildet sein, dass auf bestimmte Bereiche der Objekte, wie z.B. (mittlere) Bestandsoberkante der Pflanzen, (mittlerer) Blattabstand oder mittlere Erdbodenoberfläche, geregelt wird, wobei sich das Zielobjekt aus der Art der Anwendung ergibt, auf dem ein homogenes Sprühbild erreicht werden soll.
-
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung einer grundsätzlichen geometrischen Anordnung von Spritzdüse, Kamera und Lichteinheit zueinander;
- 3 eine schematische Darstellung einer Ausführung des charakteristischen Lichtmusters mit zwei spektralen Kanälen und zwei Streifen breiten; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens.
-
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.
-
In 1 ist eine schematische Darstellung einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung dargestellt, welche in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist.
-
Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 ist als Feldspritze 10 ausgebildet. Die Feldspritze 10 ist an einem mobilen Landfahrzeug 12 angeordnet, welches als Zugmaschine 12 bzw. Traktor 12 ausgebildet ist.
-
Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 weist ein Spritzgestänge 14 auf. An dem Spritzgestänge 14 sind eine Spritzdüseneinheit 16, eine Kameraeinheit 18 und eine Beleuchtungseinheit 20 angeordnet. Die Spritzdüseneinheit 16 weist eine Vielzahl von Spritzdüsen 22 zum Ausbringen eines Spritzmittels 24 bzw. einer Spritzflüssigkeit 24 auf Pflanzen 25 und/oder einen Erdboden 26 einer landwirtschaftlichen Fläche 28 auf. Die Kameraeinheit 18 weist eine Vielzahl von Kameras 30 auf, welche jeweils in der Nähe von Spritzdüsen 22 angeordnet sind. Die Beleuchtungseinheit 20 weist eine Vielzahl von Lichteinheiten 32 auf, welche jeweils in der Nähe von Kameras 30 angeordnet sind. Wie anhand 2 nachfolgend näher beschrieben wird, ist die Beleuchtungseinheit 20 bzw. sind die Lichteinheiten 32 ausgebildet, ein charakteristisches Lichtmuster auf einem Objekt, insbesondere einer Pflanze 25 und/oder den Erdboden 26 zu erzeugen, um eine Abstandsinformation, insbesondere einen Abstand und/oder einen Abstandsverlauf des Objekts 25, 26, d.h. der Pflanze 25 und/oder des Erdbodens 26 relativ zu der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10, insbesondere zu der Kameraeinheit 18 und/oder der Spritzdüseneinheit 16, zu ermitteln.
-
Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 weist ferner eine Fördereinheit 34 auf, welche ausgebildet ist, das Spritzmittel 24 aus einem Spritzmitteltank 36 zu den Spritzdüsen 22 zu fördern. Die Fördereinheit 34 ist hierbei ausgebildet, einen Spritzparameter wie bspw. den Spritzdruck und/oder die Spritzmittelmenge und/oder das Spritzprofil einzustellen bzw. zu variieren, um gezielt eine gewünschte Spritzmittelmenge bzw. Wirkmittelmenge auf das Objekt 25, 26, d.h. die Pflanze 25 und/oder den Erdboden 26 auszubringen.
-
Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 weist außerdem eine Positioniereinheit 38 auf, welche ausgebildet ist, das Spritzgestänge 14 zu bewegen bzw. zu positionieren, um die Position der Spritzdüseneinheit 16 bzw. der Spritzdüsen 20 relativ zu dem zu der Pflanze 25 und/oder dem Erdboden 26 einzustellen bzw. zu variieren. Demnach ist die Positioniereinheit 38 ausgebildet, einen Geometrieparameter wie bspw. einen Abstand und/oder eine Orientierung der Spritzdüsen 22 zu der Pflanze 25 und/oder dem Erdboden 26 einzustellen.
-
Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 weist außerdem eine Steuereinheit 40 auf, welche mit den Kameras 30 verbunden ist, um Bildinformationen von diesen zu empfangen. Die Steuereinheit 40 weist eine Recheneinheit 42 auf, welche ausgebildet ist, Berechnungsschritte bzw. Bildverarbeitungsschritte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Die Recheneinheit 42 ist demnach ausgebildet, eine Abstandsinformation, insbesondere einen Abstand und/oder einen Abstandsverlauf der Objekt 25, 26 relativ zu der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10, insbesondere zu der Kameraeinheit 18 und/oder der Spritzdüseneinheit 16, unter Verwendung des erzeugten charakteristischen Lichtmusters in der erhaltenen Bildinformation zu ermitteln. Die Steuereinheit 40 ist ferner ausgebildet, die Positioniereinheit 38 und/oder die Fördereinheit 34 in Abhängigkeit von der ermittelten Abstandsinformation des Objekts 25, 26 anzusteuern, um den Geometrieparameter und/oder den Spritzparameter einzustellen und das Spritzmittel 24 gezielt auf das Objekt 25, 26 auszubringen.
2 zeigt in einer Seitenansicht eine grundsätzliche geometrische Anordnung einer Spritzdüse 22, einer Kamera 30 und einer Lichteinheit 32 auf der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10.
-
Die Spritzdüse 22 ist einer Fahrtrichtung 43 der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10 hinter der Kamera 30 angeordnet und weist einen vertikalen Abstand bzw. eine Höhe zu dem Erdboden 26 H(S1). Die Kamera 30 ist in Fahrtrichtung 43 nach vorne Richtung Erdboden 26 orientiert angeordnet. Der vertikale Abstand bzw. die Höhe der Kameras 30 zu dem Erdboden 26 ist hierbei h(K1). Eine optische Achse 44 der Kamera 30 weist hierbei einen Neigungswinkel α gegenüber einer Vertikalen 46 auf. Die Lichteinheit 32 ist auf einen Aufnahmebereich 47 der Kamera 30 abgestimmt und beleuchtet diesen unter einem Winkel β, d.h. eine optische Achse 48 der Lichteinheit 32 weist einen Winkel β zur optischen Achse 44 der Kamera 30 auf. Hierbei erzeugt die Lichteinheit 32 ein charakteristisches Lichtmuster 50 auf der Pflanze 25 und dem Erdboden 26. Die Pflanze 25 weist hierbei eine Höhe H(O) auf.
-
Wie vorangehend erläutert, ist die Steuereinheit 40 bzw. die Recheneinheit 42 hierbei ausgebildet, die Höhe h(O) der Pflanze 25 unter Verwendung des erzeugten charakteristischen Lichtmusters 50 in der erhaltenen Bildinformation zu ermitteln. Hierdurch kann dann die Abstandsinformation, d.h. ein vertikaler Abstand bzw. eine Höhendifferenz h(K2) zwischen der Kamera 30 und Pflanze 25 und damit ein vertikaler Abstand bzw. eine Höhendifferenz h(S2) zwischen der Spritzdüse 22 und der Pflanze 25 bestimmt werden. In Abhängigkeit von dieser Abstandsinformation h(S2), h(K2) kann dann schließlich der Parameter eingestellt werden, um das Spritzmittel 24 gezielt auf die Pflanze 25 auszubringen.
-
Der geometrische Abstand x zwischen der Pflanze 25 und einem Spritzbereich 52 der nachfolgenden Spritzdüse 22 ergibt mit der Fahrgeschwindigkeit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10 die Vorlaufzeit die zur Einstellung des Parameters bzw. Regelung zur Verfügung steht.
-
3 zeigt eine mögliche Ausführung des charakteristischen Lichtmusters 50 mit zwei spektralen Kanälen (S1, S2) und zwei Streifen breiten. Die Intensität des charakteristischen Lichtmusters 50 bzw. der Beleuchtung im jeweiligen spektralen Kanal ist rechts aufgetragen. Die Ausführung ermöglicht eine eindeutige Zuordnung der Intensitätsänderung.
-
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Einstellen eines Parameters einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10, um ein Spritzmittel 24 gezielt auf ein Objekt 25, 26, insbesondere eine Pflanze 25 und/oder einen Erdboden 26, einer landwirtschaftlichen Fläche 28 mittels einer Spritzdüseneinheit 16 der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10 auszubringen. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt des Erzeugens 102 eines charakteristischen Lichtmusters 50 auf dem Objekt 25, 26 mittels einer Beleuchtungseinheit 20 der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt des Erfassens 104 des Objekts 25, 26 mit dem erzeugten charakteristischen Lichtmuster 50 mittels einer Kameraeinheit 18, um eine Bildinformation zu erhalten. Das Verfahren 100 umfasst außerdem einen Schritt des Ermittelns 106 einer Abstandsinformation h(S2), h(K2), insbesondere eines Abstands h(S2), h(K2) und/oder eines Abstandsverlaufs des Objekts 25, 26 relativ zu der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10, insbesondere zu der Kameraeinheit 18 und/oder der Spritzdüseneinheit 16, unter Verwendung des erzeugten charakteristischen Lichtmusters 50 in der erhaltenen Bildinformation mittels einer Steuereinheit 40. Das Verfahren 100 umfasst des Weiteren einen Schritt des Einstellens 108 des Parameters in Abhängigkeit von der ermittelten Abstandsinformation h(S2), h(K2) des Objekts 25, 26 mittels der Steuereinheit 40, um das Spritzmittel 24 gezielt auf das Objekt 25, 26 auszubringen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4140254 A1 [0002]
- DE 102015101982 A1 [0002]
- EP 2630856 B1 [0002]
- DE 102011108480 A1 [0002]
