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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer
Landmaschine, bei dem eine Ist-Position der Landmaschine bestimmt
und mit einem vorgegebenen Soll-Fahrweg verglichen wird sowie anhand
des Vergleichs Steuerbefehle für
die Lenkung der Landmaschine automatisch bereitgestellt werden,
in Abhängigkeit
derer die Lenkung der Landmaschine von einem Lenkaktor automatisch
betätigt wird,
wobei mittels einer optischen Bilderfassungseinrichtung ein Bild
des aktuellen Fahrwegs der Landmaschine bereitgestellt wird.
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Bei
Landmaschinen ist es in jüngerer
Zeit bekannt geworden, diese mit Hilfe von automatischen Positionsbestimmungseinrichtungen
zu steuern und zu lenken. Beispielsweise werden satellitengestützte Positionsbestimmungseinrichtungen,
sogenannte GPS-Systeme eingesetzt, um mit Hilfe kartographisch abgespeicherter
Feldinformationen wie beispielsweise Bodenbeschaffenheit, Feuchte,
etc. und der jeweils bestimmten Ist-Position automatisch Bearbeitungsparameter
der jeweiligen Landmaschine wie beispielsweise die Menge des ausgebrachten Saatgutes
zu steuern. Weiterhin wird auch bereits versucht, mittels GPS die
Landmaschine automatisch zu lenken. Allerdings ist es bislang schwierig, den
Soll-Fahrweg mittels GPS exakt genug abfahren zu können. Um
die Genauigkeit der GPS-Steuerung zu erhöhen, wurde bereits vorgeschlagen,
bei der Positionsbestimmung Maschinenneigung und Richtung beispielsweise
auf schrägen
Hangfeldern zu berücksichtigen
(vgl.
DE 198 30 858
A1 ), um die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu verbessern. Dies
bedingt jedoch die Verwendung komplizierter Algorithmen, wobei die
letztlich erreichbare Genauigkeit doch begrenzt bleibt.
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Die
Schrift
DE 697 09
482 T2 beschreibt ein bildgesteuertes Lenkverfahren für Landmaschinen, bei
dem das aktuelle Bild inhaltlich ausgewertet wird, um in dem aktuellen
Bild eine spezielle Information über
die Feldtopographie, insbesondere die Schnittkante zwischen einem
ungemähten
und einem gemähten
Feldabschnitt zu bestimmen. Hierzu wird das aktuell erfasste Bild
in Spalten und Zeilen zerlegt und dann Pixel für Pixel untersucht.
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Ferner
beschreibt die
DE 41
38 270 A1 ein Navigationsverfahren für Kraftfahrzeuge, bei dem mittels
einer Kamera ein Bild des Fahrwegs aufgenommen wird, in dem dann
die Position bestimmter Landmarken bestimmt wird, die dann wiederum
mit zuvor abgespeicherten Koordinaten dieser Landmarken abgeglichen
wird.
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Ferner
zeigt die
DE 196 31
831 A1 eine Vorrichtung zur Erleichterung des Anschlussfahrens
mit breiten Arbeitsmaschinen, wobei eine Kamera vorgesehen ist,
die trotz ausladender Dimensionen der Landmaschine die Position
eines Spuranreißers
besser beobachten lässt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Verfahren zu ihrer Steuerung anzugeben, das die Nachteile des Standes
der Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafte Weise weiterbildet.
Vorzugsweise soll eine vereinfachte, hinsichtlich ihrer Genauigkeit
jedoch verbesserte Lenkbarkeit der Landmaschine erreicht werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist also
an der Landmaschine eine optische Bilderfassungseinrichtung vorgesehen,
mittels derer ein Bild des aktuellen Fahrweges der Landmaschine
erfasst wird. Dieses aktuelle Bild der in Fahrrichtung vor der Landmaschine
gelegenen Umgebung wird mit abgespeicherten Bilddaten des Soll-Fahrwegs
der Landmaschine verglichen. Anhand dieses Bildvergleiches werden
automatisch Steuerbefehle zur Lenkung der Landmaschine bereitgestellt.
Durch den Vergleich eines Live-Bildes der Umgebung mit einem zuvor
aufgenommenen und gespeicherten Bild kann wesentlich einfacher und
präziser
als mit einem GPS-System bestimmt werden, ob sich die Landmaschine
exakt auf dem Soll-Fahrweg befindet oder von diesem abweicht. Anhand
der bestimmten Abweichung vom Sollweg kann dann in die Lenkung der
Landmaschine eingegriffen werden, um die Landmaschine entlang des Sollfahrwegs
zu führen.
Die Bilderfassung ermöglicht auch
die Berück sichtigung
kleinerer Orientierungshilfen wie Sträucher, Buschwerk, größere Steine,
etc., wodurch die Lenkung präziser
gesteuert werden kann.
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Die
Landmaschine kann eine Steuerungsvorrichtung besitzen, die über einen
Lenkaktor die Lenkung der Landmaschine vollautomatisch in Abhängigkeit
der durch den Bildvergleich generierten Steuerbefehle betätigt. Die
Landmaschine kann dementsprechend völlig ohne menschlichen Eingriff das
zu bearbeitende Feld abfahren, wenn zuvor beispielsweise durch einmaliges
manuell gesteuertes Abfahren die entsprechenden Bilddaten gespeichert und
der Soll-Fahrweg
vorgegeben wurde. Beim späteren
automatischen selbstgesteuerten Abfahren des Feldes werden die von
der optischen Bilderfassungseinrichtung erfassten Bilder der Ist-Position
mit den vorgegebenen Bilddaten des Soll-Fahrwegs verglichen. Bei
Abweichung wird von der Steuereinrichtung automatisch in die Lenkung
der Landmaschine eingegriffen.
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Es
ist vorgesehen, dass auch manuell in die Lenkung eingegriffen werden
kann, beispielsweise um den Soll-Fahrweg zu ändern oder hinzugekommene,
zuvor nicht erfasste Hindernisse zu berücksichtigen. Die aktuell erfassten
Bilder des Fahrwegs der Landmaschine werden durch Online-Datenübertragung
auf eine Auswerteeinheit übertragen,
auf der das jeweilige Bild des aktuellen Fahrwegs und gegebenenfalls
der vorgegebene Soll-Fahrweg angezeigt werden. Der Soll-Fahrweg
wird dabei automatisch in das aktuelle Bild des Fahrweges eingeblendet.
Diese sogenannte „Augmented
Reality” vereinfacht
die Überwachung
und gegebenenfalls den manuellen Eingriff in die Steuerung beträchtlich,
da der Überwacher
den Soll-Fahrweg sozusagen als einzuhaltende Fahrbahn im Live-Bild
sehen kann. Es können
von der Auswerteeinheit her manuell Steuerbefehle für die Lenkung
der Landmaschine erzeugt und auf die Lenkung der Landmaschine übertragen
werden. Hierdurch kann ein manueller Eingriff in die ansonsten automatische
Lenkung der Landmaschine einfach bewerkstelligt werden. Wird bei
der Überwachung
des online übertragenen
Bildes des Fahrweges und des darin eingeblendeten Soll-Fahrwegs entschieden,
dass vom Soll-Fahrweg abgewichen werden soll oder in anderer Weise
in die Len kung der Landmaschine eingegriffen werden soll, kann ungeachtet
der automatisch generierten Steuerbefehle, die in Abhängigkeit
des Bildvergleichs zwischen dem aktuellen Bild des Fahrweges und
dem gespeicherten Bild des Soll-Fahrweges erzeugt werden, manuell
in die Lenkung eingegriffen werden. Die auf den Lenkaktor der Landmaschine
wirkende Steuervorrichtung ist hierzu derart ausgebildet, dass manuell eingegebene
Steuerbefehle den automatisch generierten Steuerbefehlen vorgezogen
werden. Die Bilderfassungseinrichtung bzw. das hiervon bereitgestellte
Live-Bild des Fahrwegs der Landmaschine ermöglicht es, neu hinzugekommene
Hindernisse, die beim erstmaligen Abspeichern des Soll-Fahrwegs nicht
erfasst wurden, doch noch bei der Lenkung des Fahrzeuges zu berücksichtigen.
Werden beim Vergleich zwischen dem aktuell aufgenommenen Bild und
dem abgespeicherten Bild Abweichungen festgestellt, die ein Hindernis
im Soll-Fahrweg angeben, kann die Landmaschine gestoppt und/oder
vom vorgegebenen Soll-Fahrweg umgeleitet werden. Hierzu kann ein
vorgegebener Hindernis-Umfahrungs-Soll-Fahrweg in der Steuereinrichtung abgelegt
sein. Alternativ kann die Landmaschine gestoppt und sodann durch
manuellen Eingriff in die Lenkung um das Hindernis herumgefahren
werden.
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Die
Auswerteeinrichtung sowie die Steuerbefehl-Eingabevorrichtung für die manuellen
Eingriffe in die Lenkung können
verschieden ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise ein
Eingabe-/Ausgabeterminal eines Jobrechners an der Landmaschine selbst
sein. Vorzugsweise jedoch ist die Landmaschine mit einer drahtlosen
Kommunikationsschnittstelle versehen, so dass die online von der
Landmaschine übertragenen
Bilddaten sowie die gegebenenfalls manuell eingespielten Steuerbefehle für die Lenkung
drahtlos zwischen der Landmaschine und einem davon getrennten Auswerte-
und Steuerterminal übertragen
werden können.
Das Auswerte- und Steuerterminal kann beispielsweise ein UMTS-fähiges Handy
sein, eine tragbare Computereinheit wie beispielsweise ein PDA-Gerät, ein Tablett-PC und/oder ein PC/Laptop.
Per Datenfernübertragung
kann mit der an der Landmaschine vorgesehenen Steuereinrichtung
kommuniziert werden.
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Die
Bildübertragung
auf die Auswerteeinheit ermöglicht
die Verifikation des erledigten Jobs. Andererseits kann in der beschriebenen
Weise manuell in die Lenkung eingegriffen werden, wenn die Landmaschine
den Soll-Fahrweg abfährt.
An der Auswerteeinheit ist vorzugsweise eine Speichereinrichtung vorgesehen,
in der die eingespielten Bilder abgelegt werden. Vorteilhafterweise
ist die optische Bilderfassungseinrichtung eine Digitalkamera, die
die erfassten Bilder des aktuellen Fahrweges in digitaler Form bereitstellt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und einer zugehörigen
Zeichnung näher
erläutert.
Die einzige Zeichnung zeigt dabei eine schematische Darstellung
einer Landmaschine in Form eines von einem Schlepper gezogenen Ladewagens
mit einer zugehörigen
Steuereinrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
in der Figur dargestellte Landmaschine 1 besteht aus einem
Ladewagen 2, der von einem Schlepper 3 gezogen
wird. An dem Schlepper 3 ist eine optische Bilderfassungseinrichtung
in Form einer Digitalkamera 5 vorgesehen, die ein Bild
der Umgebung in Fahrtrichtung vor der Landmaschine 1 aufnimmt.
Dieses Live-Bild des tatsächlichen
Fahrwegs der Landmaschine wird in einen Jobrechner 6 eingespeist,
der mit der Digitalkamera 5 verbunden und ebenfalls auf
der Landmaschine 1 angeordnet ist. An den Jobrechner 6 bzw.
die Kamera 5 ist eine Visualisierungseinheit 7 angeschlossen,
die das aktuell aufgenommene Bild anzeigt. Die Visualisierungseinrichtung
kann unmittelbar an der Landmaschine 1 angeordnet sein.
Es kann jedoch auch ein UMTS-fähiges Handy,
ein Tablett-PC oder ein PDA sein, auf dem das Bild angezeigt wird.
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In
dem Jobrechner 6 werden die von der Digitalkamera 5 bereitgestellten
Bilddaten mit zuvor aufgenommenen und abgespeicherten Bilddaten
des Soll-Fahrwegs verglichen, um eine Abweichung des tatsächlichen
Fahrwegs der Landmaschine 1 von einem Soll-Fahrweg zu bestimmen.
In Abhängigkeit dieses
Bildvergleiches werden von dem Jobrechner 6 sodann Steuerbefehle
bereitgestellt, mit denen ein am Schlepper 3 vorgesehener,
in der Zeichnung nicht eigens dargestellter Lenkaktor angesteuert
wird, so dass die Landmaschine 1 den vorgegebenen Soll-Fahrweg
abfährt.
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Um
auch einen manuellen Eingriff in die Lenkung der Landmaschine zu
ermöglichen,
wird auf dem Bildschirm 8 der Visualisierungseinheit 7 nicht nur
das aktuelle Live-Bild, das von der Kamera 5 bereitgestellt
wird, widergegeben, sondern auch in dieses Live-Bild der vorgegebene
Soll-Fahrweg eingeblendet. Der Fahrer bzw. Überwacher der Landmaschine 1 sieht
also auf dem Bildschirm 8 sowohl das Live-Bild der vor der
Landmaschine liegenden Umgebung als auch den darin eingeblendeten,
vom Rechner 6 generierten Soll-Fahrweg. Die Steuerbefehle für die Lenkung
werden sozusagen in Form eines eingeblendeten Pfeils bzw. Fahrwegs
widergegeben. Anhand der Überwachung
des Bildschirms 8 kann die Landmaschine 1 auch
manuell gesteuert werden. Die durch den Bildvergleich automatisch
generierten Steuerbefehle werden im Sinne eines Overruling durch
die manuell generierten Steuerbefehle ersetzt. Dies kann auch einfach
durch manuellen Eingriff in die Lenkung erfolgen.
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Die
abgespeicherten Bilddaten des Soll-Fahrwegs können in dem Jobrechner selbst
beispielsweise mittels einer austauschbaren Speicherkarte 9 abgelegt
sein, die für
jedes Feld und/oder jeden Besitz von Feldern eines Maschinenbesitzers
in den Jobrechner 6 der Landmaschine einsetzbar ist. Denkbar
wäre es
auch, die abgespeicherten Bilddaten per Datenfernübertragung
in den Jobrechner 6 vor bzw. während der Feldbearbeitung online
einzuspielen.
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Wie 1 zeigt,
muss der Rechner, der den Bildvergleich zwischen dem Live-Bild und
dem abgespeicherten Bild durchführt
sowie die Steuereinrichtung, die die Steuerbefehle automatisch bereitstellt bzw.
den manuellen Eingriff in die Lenkung ermöglicht, nicht unmittelbar an
der Landmaschine angeordnet sein. Sie können auch per Datenfernübertragung
mit der Landmaschine verbunden, im übrigen aber von der Landmaschine
getrennt positioniert sein. Die Auswertegeräte 10 können auch
zusätzlich zu
dem zuvor beschriebenen Jobrechner 6 und der Visualisierungseinheit 7 vorgesehen
sein. Wie 1 zeigt, ist der Jobrechner 6 mit
einem Modem versehen, über
das die von der Kamera 5 erfassten Bilddaten online auf
den Auswerterechner 10 übertragen werden,
der hierzu ebenfalls ein Modem 11 besitzt. Das Modem des
Jobrechners 6 ist mit der Bezugsziffer 12 gekennzeichnet.
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Der
Auswerterechner 10 kann wiederum mit weiteren Auswertegeräten wie
beispielsweise einem PDA 13 oder einem UMTS-fähigen Handy 14 in
Verbindung stehen bzw. von diesen gebildet werden. Auch eine stationäre Visualisierungseinheit 15 in Form
eines Bildschirms kann mit dem Auswerterechner 10 verbunden
sein. Selbstverständlich
ist mit dem Auswerterechner 10 eine Speichereinrichtung
verbunden, so dass zur Verifikation der jeweils erledigten Jobs
die gespeicherten Bilder überprüft werden können. Am
Auswerterechner 10 bzw. den damit verbundenen Auswertegeräten sind
vorzugsweise Steuerungseinrichtungen vorgesehen, die einen manuellen
Eingriff in die Lenkung der Landmaschine 1 erlauben. Die
entsprechenden manuellen Steuerbefehle werden über die Modems 11 und 12 auf
den Jobrechner 6 übertragen,
der einen an der Landmaschine vorgesehenen Lenkaktor betätigt.