DE10349321A1

DE10349321A1 - Ermittlung der Strohverteilung und der Einarbeitungsqualität von Stroh und Pflanzen in den Boden

Info

Publication number: DE10349321A1
Application number: DE10349321A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Hensel
Original assignee: Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG
Current assignee: Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: DE10349321B4

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der Strohverteilung und der Einarbeitungsqualität von Stroh und/oder Pflanzen in den Boden mittels Bodenbearbeitungsgerät mithilfe einer optischen Messvorrichtung. Um ein Messverfahren, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Strohverteilung und der Einarbeitungsqualität von Stroh und Pflanzen mittels Bodenbearbeitungsgerät zu schaffen, welches in der Lage ist, zeitnah Ergebnisse zu liefern, ist vorgesehen, dass mittels der als Kamera ausgebildeten optischen Messeinrichtung eine definierte Bodenoberfläche aufgenommen und mittels eines hinterlegten elektronisch-optischen Auswerteverfahrens die Strohverteilung und die Einarbeitungsqualität von Stroh und Pflanzen in den Boden aufgrund hinterlegter Daten online ermittelt und bewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Strohverteilung und der Einarbeitungsqualität von Stroh und/oder Pflanzen in den Boden gemäß des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß des Oberbegriffes des Patentanspruches 12.

Aufgrund zahlreicher Vorteile kommen in der Praxis immer häufiger Mulchsaatverfahren zum Einsatz. Diese Verfahren stellen erhöhte Anforderungen an die Bodenbearbeitungstechnik, da eine gleichmäßige Einarbeitung des Strohs von entscheidender Bedeutung für Strohrotte und Feldaufgang ist. Bislang stehen dem praktischen Landwirt keine, und auch der Versuchstechnik nur aufwendige Methoden zur Kontrolle der Arbeitsqualität von Einarbeitungswerkzeugen zur Verfügung. So werden zur Bestimmung des Bodenbedeckungsgrades üblicherweise Hilfsmittel wie Schätzrahmen (Dahm, U.: Möglichkeiten zur Adaptierung nordamerikanischer Geräte für die konservierende Bodenbearbeitung in Mitteleuropa. Dissertation, Universität Hohenheim, Shaker Verlag. Aachen, 2001) oder Zählschnüre (Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, 88, S. 569-572, 1998) eingesetzt, bei denen an vorher festgelegten Markierungspunkten stichprobenartig bonitiert wird. Ein weiteres, vor allem im amerikanischen Raum eingesetztes Verfahren ist das Auflegen von mit Stiften besetzten Ringen oder Leisten (ASAE, Vol. 38 (2), pp 521-597, 1995) auf die Bodenoberfläche, so dass vorhandene Mulchpartikel aufgespießt und später ausgezählt werden können. Die Reproduzierbarkeit dieser Methoden ist jedoch durch die vom Anwender abhängige subjektive Einschätzung stark eingeschränkt und führt auch bei geschulten Beobachtern selbst innerhalb des jeweiligen Verfahrens zu einer nicht akzeptablen Streuung der Ergebnisse (ASAE, Vol. 38 (2), pp 521-597, 1995).

Um diese Mängel auszugleichen, wurden vereinzelt für Laboruntersuchungen und für die Auswertung von Luftbildaufnahmen zur Bewertung der Erosionsgefährdung optische Messverfahren unter Verwendung von Fotografien der Bodenoberfläche vorgeschlagen. Diese basieren entweder auf der Projektion von entsprechend aufgenommenen Bildern durch gelochte Rasterscheiben, bei denen pro Aufnahme mehrere hundert Messpunkte durch einen geschulten Beobachter den Fraktionen „Boden" oder „Mulch" zugeordnet werden (ASAE, Vol. 39 (4), pp 1415-1417, 1996), oder auf deren Umwandlung in Grauwert-Abstufungen (hierbei wurde das Farbfoto auf einen Scanner gelegt und das digitale Bild dann vom Auswerter mit einer subjektiv gewählten Skalierung in Grauwerte umgesetzt) und anschließende Klassifizierung (Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, 88, S. 569-572, 1998 und Bodenschutz, 2, S. 57-61, 1999), 5].

Gemeinsam ist allen diesen Methoden nicht nur der hohe zeitliche und personelle Aufwand, sondern auch der große zeitliche Versatz, der lediglich eine nachträgliche Bewertung des Arbeitsergebnisses möglich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Strohverteilung und der Einarbeitungsqualität von Stroh und Pflanzen mittels Bodenbearbeitungsgeräten zu schaffen, welches in der Lage ist, zeitnah Ergebnisse zu liefern und entsprechende Einstellungen der Maschinen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Infolge dieser Maßnahmen wird mittels eines Online-Messverfahrens der Bodenbedeckungsgrad kontinuierlich erkannt und als Stellgröße zur Verfügung gestellt. Hierdurch kann auf wechselnde Verhältnisse innerhalb eines Schlages reagiert werden. Bei dem vorgeschlagenen System handelt es sich um ein digitales Bildverarbeitungssystem, bei dem eine mitgeführte Kamera Bilder der Oberfläche aufnimmt und diese in Echtzeit anhand vorgegebener Algorithmen auswertet. Bei diesem System muss das Bildverarbeitungssystem in der Lage sein, Boden und Mulchpartikel zu unterscheiden. Im Gegensatz zu dem Verfahren nach dem Stand der Technik wird jetzt nur mit Farben, insbesondere von vornherein mit Farben gearbeitet und diese als kalibrierte Größen hinterlegt. In manchen Fällen ist es sinnvoll mehrere hintereinander geschaltete Farbfilter zu verwenden.

Um mittels der Kamera Daten von der Bodenoberfläche zu erfassen, ist vorgesehen, dass mittels der Kamera während des Bearbeitungsvorganges die Bodenoberfläche aufgenommen und die Ergebnisse ermittelt und bewertet werden.

Um für die Steuerung und Regelung brauchbare Daten zu erhalten, ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Bildaufnahmen der Kamera mittels einem oder mehreren Farbfilter aufweisende Mittel bearbeitet werden. Eine andere Auswertung kann dadurch geschehen, dass in der Auswerteeinheit Farbschwellwerte auf einem Speichermedium abgespeichert sind, und dass anhand der abgespeicherten Schwellwerte die Ermittlung und Bewertung der Ergebnisse erfolgt.

Ein anderes Auswerteverfahren kann darin bestehen, dass mittels eines Bildverarbeitungsprogrammes die Bildaufnahmen unmittelbar bearbeitet werden, wobei die Objekte nach Farbe, Form und/oder Größe unterschieden werden. Somit können je nach Einsatzfall ein oder mehrere dieser Merkmale zur Auswertung benutzt werden.

Um den Bediener die Auswerteergebnisse mitzuteilen, ist vorgesehen, dass die ermittelten Ergebnisse auf einem Ausgabemedium darstellbar sind. Dieses kann beispielsweise ein Monitor sein.

Je nach Datenmenge kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme und die Auswertung intervallweise und/oder laufend erfolgt. Die ermittelten Ergebnisse werden zur Steuerung und/oder Regelung einer Bodenbearbeitungsmaschine, Verteilmaschine und/oder Bestellmaschine verwendet. Hierbei können die ermittelten Ergebnisse zur Steuerung und/oder Regelung der Eindringtiefe der Säschare einer Sämaschine verwendet werden. Auch ist es möglich, dass die Ergebnisse zur Steuerung und/oder Regelung der Saatgutmenge verwendet werden. Hierbei wird man dann die Saatmenge bei einem hohen Strohanteil, dieses bedeutet eine niedrige Keimrate, die Aussaatmenge erhöhen.

Des weiteren lassen sich die ermittelten Ergebnisse standortspezifisch in einem Speichermedium ablegen, so dass eine spätere Auswertung erfolgen kann.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung mit einer Kamera vorgesehen, die vor oder hinter dem Bodenbearbeitungsgerät der Verteilmaschine oder Bestellmaschine angeordnet und mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung verbunden ist.

In einem Falle ist es möglich, dass während des Bearbeitungsvorganges mittels eines Bodenbearbeitungsgerätes die Kamera hinter dem Bodenbearbeitungsgerät angeordnet ist.

Somit kann unmittelbar während des Bearbeitungsvorganges aufgrund der ermittelten Einarbeitungsqualität und der Strohverteilung das Bodenbearbeitungsgerät entsprechend neu eingestellt oder nachgestellt werden, um eine optimale Einarbeitungsqualität des Strohes und der Pflanzen mittels des Bodenbearbeitungsgerätes zu erreichen.

Um anhand der ermittelten Daten bei einer Sämaschine die Ablagetiefe einstellen zu können ist vorgesehen, dass zur Ermittlung der Sollarbeitstiefe der Säschare die Kamera vor den Säscharen angeordnet ist. Entsprechend der ermittelten Werte lässt sich dann die Arbeitstiefe der Säschare anhand der Gegebenheiten einstellen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen, der Beispielsbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Hierbei zeigen
1 ein hinter einem Ackerschlepper angeordnetes Bodenbearbeitungsgerät mit Kamera in Seitenansicht und in Prinzipdarstellung und
2 einen Ackerschlepper mit einer Sämaschine und einem Bodenbearbeitungsgerät und Kamera in Seitenansicht und in Prinzipdarstellung.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist hinter einem Ackerschlepper 1 das Bodenbearbeitungsgerät 2 angeordnet. Hinter dem Bodenbearbeitungsgerät 2 ist mittels einer geeigneten Halterung 3 eine Kamera 4 angeordnet. Diese Kamera 4 übermittelt über die Datenleitung 5 die aufgenommenen Daten an eine elektronische Auswerteeinheit 6. Mittels der als optische Messeinrichtung ausgebildeten Kamera 4 wird eine definierte Bodenoberfläche aufgenommen und mittels eines hinterlegten elektronisch optischen Auswerteverfahrens in der Auswerteeinheit 6 die Strohverteilung und die Einarbeitungsqualität von Stroh und Pflanzen in den Boden aufgrund der auf einem Speichermedium hinterlegten Daten online ermittelt und bewertet. Somit können während des Bearbeitungsvorganges die Bodenoberfläche aufgenommen und die Ergebnisse online ermittelt und bewertet werden.
Die von der Kamera 4 aufgenommenen Bildaufnahmen können je nach verwendetem Auswertungsprogramm in der Auswerteeinheit 6 ausgewertet werden.
In einer Ausgestaltung des Programms ist vorgesehen, dass die Bildaufnahmen der Kamera 4 mittels Farbfilter aufweisender Mittel bearbeitet werden. Hierbei können in der Auswerteeinheit 6 Farbschwellwerte auf einem Speichermedium abgespeichert sein und anhand der abgespeicherten Schwellwerte die Ermittlung der Bewertung der Ergebnisse erfolgen. Die ermittelten Ergebnisse können auf einem Ausgabemedium, beispielsweise einem Bildschirm 7 dargestellt werden. Des weiteren kann die Aufnahme und die Auswertung intervallweise oder laufend erfolgen. Dies hängt von dem eingesetzten Auswerteprogramm und der Leistungsfähigkeit der eingesetzten elektronischen Medien ab.
Die von der elektronischen Auswerteeinheit 6 ermittelten Ergebnisse werden zur Steuerung und Regelung der Bodenbearbeitungsmaschine 2 verwendet. Die Steuerung wird so genutzt, dass eine optimale Einarbeitung der Stroh und Pflanzen in den Boden erreicht wird.
Des weiteren lässt sich anhand der ermittelten Daten die Saatmenge bei einer Sämaschine entsprechend einstellen. Hierbei wird man bei einem hohen Strohanteil, welches eine niedrige Keimrate nach sich zieht, die Aussaatmenge erhöhen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist hinter einem Ackerschlepper 1 eine Sämaschine 8 mit einer vorgeordneten Bodenbearbeitungsmaschine 9 angeordnet. Bei einer derartigen Konstellation ist es sinnvoll die Kamera 4 vor den Säscharen 10 anzuordnen. Anhand der von der Kamera 4 aufgenommenen Bilder lässt sich mittels eines elektronischen Auswerteverfahrens, wie vor beschrieben, die Strohverteilung und Einarbeitungsqualität von Stroh und Pflanzen in den Boden ermitteln. Anhand der ermittelten Daten lässt sich die gewünschte Ablagetiefe des Saatgutes im Boden ermitteln und festlegen. Diese ermittelten Daten können dann dazu benutzt werden, die Arbeitstiefe der Säschare 10 in den Boden einzustellen. Dieses kann von Hand oder auch automatisch geschehen.
Mittels dem Merkmal Farbe ist eine sichere Unterscheidung von Stroh- und Bodenbestandteilen möglich. Hierbei kann bei der Bildverarbeitung auch die Form der vorhandenen Bildobjekte und/oder Größe als Unterscheidungsparameter allein oder zusätzlich heran gezogen werden. Mittels der Wahl eines geeigneten Farbschwellwertes lassen sich bereits reproduzierbare Ergebnisse erhalten. Die Rechenzeit des erfindungsgemäßen Systems lässt sich hierdurch stark reduzieren, so dass die Anforderung an die notwendige Hardware relativ gering ist und das Messergebnis dem Anwender dennoch sekundengenau zur Verfügung gestellt werden kann.
Praktische Untersuchungen haben gezeigt, dass es in überraschender Weise möglich ist, mit Hilfe einer digitalen Bildauswertung Stroh bereits anhand der spezifischen Farbe von Bodenpartikeln zu unterscheiden und so flächendeckend und automatisierbar eine reproduzierende quantitative Aussage über die aufliegende Mulchschicht zu treffen. Das erhaltene Signal kann unmittelbar an den Fahrer oder die Bordelektronik über ein Ausgabemedium ausgegeben und zur Steuerung der Maschineneinstellung genutzt werden.
Ein weiteres Einsatzfeld des neuen Systems liegt im Bereich der Steuerung von Sämaschinen. Da die Mulchauflage unter anderem den Feldaufgang und das Keimverhalten des Saatgutes beeinflusst, kann durch eine bodenbedeckungsabhängige Veränderung des Schardruckes oder der Saatmenge situationsspezifisch auf wechselnde Verhältnisse innerhalb eines Schlages in einfacher Weise reagiert werden.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Strohverteilung und der Einarbeitungsqualität von Stroh und/oder Pflanzen in den Boden mittels Bodenbearbeitungsgerät mit Hilfe einer optischen Messvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der als Kamera (4) ausgebildeten optischen Messeinrichtung eine definierte Bodenoberfläche aufgenommen und mittels eines hinterlegten elektronisch- optischen Auswerteverfahrens die Strohverteilung und die Einarbeitungsqualität von Stroh und Pflanzen in den Boden aufgrund hinterlegten Daten online ermittelt und bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kamera (4) während des Bearbeitungsvorganges die Bodenoberfläche aufgenommen und die Ergebnisse ermittelt und bewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmen der Kamera (4) mittels einem oder mehreren Farbfilter aufweisende Mittel bearbeitet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (6) Farbschwellwerte und/oder Schwellwerte für Größe und Form auf einem Speichermedium abgespeichert sind, und dass anhand der abgespeicherten Schwellwerte die Ermittlung und Bewertung der Ergebnisse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einem Bildverarbeitungsprogramm die Bildaufnahmen bearbeitet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Ergebnisse auf einem Ausgabemedium (7) darstellbar sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme und die Auswertung Intervallweise und oder laufend erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Ergebnisse zur Steuerung und/oder Regelung einer Bodenbearbeitungsmaschine 2, Verteilmaschine 8 und/oder Bestellmaschine 8 verwendet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Ergebnisse zur Steuerung und/oder Regelung der Eindringtiefe der Säschare (10) einer Sämaschine (8) verwendet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Ergebnisse zur Steuerung und/oder Regelung der Saatgutmengen verwendet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Ergebnisse standortspezifisch in einem Speichermedium abgelegt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11 mit einer Kamera, die vor oder hinter dem Bodenbearbeitungsgerät (2) angeordnet und mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bodenbearbeitungsvorganges mittels eines Bodenbearbeitungsgerätes (2) die Kamera (4) hinter dem Bodenbearbeitungsgerät (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Sollarbeitstiefe der Säschare (10) die Kamera (4) vor den Säscharen (10) angeordnet ist.