DE19545704C2 - Verfahren und Einrichtung zum Vermessen bzw. Zuordnen von Messdaten zu landwirtschaftlichen Nutzflächen unter Verwendung von GPS oder DGPS - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 5.

GPS (Global Positioning System) bzw. DGPS (Differential Global Positioning System) ist eine Methode, die in zunehmendem Maße in der Landwirtschaft eingesetzt wird, um über Satellit eine Kartierung von Nutzflächen zu erreichen, und die Fläche in eindeutig defi­ nierte Raster aufzuteilen, damit Bodenprobennahmestellen bestimmt werden können, aus denen der Bodenzustand der Nutzfläche gewonnen werden kann, z. B. die Bodenbeschaf­ fenheit an kontinuierlichen Stellen innerhalb einer zu vermessenden Fläche bestimmt und in Abhängigkeit von Abweichungen festgestellt werden kann, an welchen Stellen z. B. mehr oder weniger gedüngt, gesät oder allgemein gehandelt werden muß als an anderen Stellen. Die Nutzfläche wird hierzu in Planquadrate eingeteilt, jedes Planquadrat wird durch Bodenproben in bezug auf Bodenqualität oder entsprechende andere interessieren­ de Parameter untersucht. Entsprechend dem Ergebnis wird festgelegt, welche Düngerga­ ben oder entsprechende andere Materialien, z. B. wieviel Saatgut pro Flächeneinheit, aus­ gebracht oder welche anderen Maßnahmen ergriffen werden sollen, um zu einer Boden­ verbesserung, einem besseren Wachstum der Pflanzen und damit einem höheren oder qualitativ besseren Ernteertrag zu kommen. Dabei wird festgestellt, daß eine landwirt­ schaftliche Fläche keineswegs ein homogenes Gebilde mit gleicher Bodenqualität und gleichen Wachstumsbedingungen ist, sondern daß erhebliche Abweichungen in den Bo­ denproben innerhalb der zu betrachtenden Nutzfläche und auch innerhalb der festgeleg­ ten Planquadrate auftreten.

Die Einteilung einer landwirtschaftlichen Fläche in Planquadrate und die Verarbeitung von Bodenzusatzstoffen, das Ausbringen von Saatgut oder dergl., läßt sich nach dieser Methode von Planquadrat zu Planquadrat in den Meßergebnissen entsprechend mit bereits existierenden Maschinen automatisch über computergesteuerte Dosiereinrichtungen verändern. Eine derartige Meßmethode wird jedoch in vielen Fällen als nicht ausreichend angesehen, da häufig erhebliche Abweichungen in der Bodenbeschaffenheit innerhalb eines Planquadrates gemessen werden. Dies läßt sich teilweise dadurch kompensieren, daß die Planquadrate weiter unterteilt werden, d. h. mehr Bodenproben genommen werden, was den Aufwand erhöht, aber das Problem nicht beseitigt, daß kritische Stellen erheblich intensiver behandelt oder vermessen werden müssen als unkritische, oder dergl..

Aus DE 44 23 083 A1 ist ein Verfahren zur Bearbeitung einer landwirtschaftlichen Fläche bekannt, bei dem alle zur Bearbeitung der Fläche erforderlichen Daten ermittelt und in einer Datenverarbeitungsanlage verarbeitet werden, in Abhängigkeit davon eine für die Bearbeitung geeignete Maschine ausgewählt wird, die mit einer Navigations­ anlage ausgerüstet ist, und in Abhängigkeit von der Position der Maschine eine ökonomische und ökologisch optimierte Bearbeitung der Fläche durchgeführt wird.

Des weiteren ist aus DE 44 23 623 A1 ein Verfahren zur Detektion elektrisch leitender Gegenstände in einem Suchbereich bekannt, bei dem eine Suchsignale erzeugende Suchsonde entlang einer Suchbahn geführt wird; die Suchsignale werden dabei durch eine mit der Suchsonde signalübertragend verbundene Auswerteeinheit automatisch den durch Lokalisierungsmittel festlegbaren Positionen der Suchsonde auf der Suchfläche zugeordnet und zu einer Abbildung der Gegenstände im Suchbereich umgewandelt. Die Lokalisierungsmittel bestehen aus einem Differential-GPS-System, sowie einem mit Satelliten in Signalkontakt stehenden GPS-Empfänger, und zwar einem stationären und einem mobilen, auf einem Fahrzeug angeordneten Empfänger.

Des weiteren ist aus der DE-39 35 244 A1 ein Verfahren zum Erkunden von Strukturen im Naturraum aus der Luft bekannt, bei dem die Position eines zur Erkundung verwendeten Flugkörpers dreidimensional im Weltkoordinatensystem zusammen mit dem Positionsmeßzeitpunkt erfaßt wird, die zu untersuchende Struktur mit Sensoren in Stereo-Aufnahmetechnik bei gleichzeitiger zeitlicher Zuordnung der Meßdaten erfaßt werden, und die Positionsdaten, die Zeitdaten und die Stereo-Meßdaten eindeutig zugeordnet miteinander verknüpft und selektiv abrufbar gespeichert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbsttätiges, exaktes Vermessen landwirtschaftlicher Nutzflächen und ein Zuordnen von Meßdaten in bezug auf Bodenbeschaffenheit, Boden verdichtung, und dergl. für die Entnahme von Bodenproben zu vorzunehmen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des An­ spruches 1 sowie des Anspruches 4 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Nach dem GPS- oder DGPS-Verfahren wird die zu vermessende Nutzfläche rasterförmig aufgeteilt und es werden innerhalb eines jeden Rasters bzw. Planquadrates Bodenent­ nahmepunkte festgelegt. Diese Methode entspricht in der Regel nicht ausreichend den Bedürfnissen bei der Vermessung und Bodenprobenentnahme von landwirtschaftlichen Flächen. Deshalb wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die zu vermessende Fläche mit einem Radargerät, z. B. einem einen GPS- oder DGPS-Empfänger aufweisenden Fahr­ zeug, das mit einer Radar-Detektoranordnung versehen ist, in relativ eng beieinanderlie­ genden Streifen von z. B. einer Breite von 20-50 m zu überfahren und dabei kontinuier­ lich die durch das Radarsystem gemessenen Werte in Datenform aufzuzeichnen und mit Hilfe eines Software-Programms und Computers im Fahrzeug in Verbindung mit den durch die GPS ermittelten Positionsdaten zu verarbeiten und zu kombinieren, so daß dar­ aus exakte Bodenprobenentnahmestellen mit einer den tatsächlichen Gegebenheiten der Bodenverhältnisse entsprechenden Rasterung verwendet werden können. Aufgrund der Radarbestimmung werden die Bodenverhältnisse bzw. Bodenbedingungen entsprechend den tatsächlichen Gegebenheiten exakt bestimmt und es ergeben sich dabei völlig unter­ schiedlich große Planquadrate, an denen jeweils eine Bodenprobe entnommen wird, so daß ein Planquadrat, innerhalb dessen die Bodenbeschaffenheit relativ konstant ist, eine relativ große Fläche umfassen kann, während andere Planquadrate, an denen eine we­ sentlich größere Inhomogenität in bezug auf die Bodenbeschaffenheit besteht, relativ kleine Planquadrate geschaffen werden, aus deren jedem eine Bodenprobe zu entnehmen ist. Die Bodenproben werden nach der erfindungsgemäßen Methode gerade an den Stel­ len komprimiert vorgenommen, an denen entsprechende Abweichungen in den Boden­ verhältnissen festgestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die durch die GPR-Methode gewonne­ nen Daten auch weiter verarbeitet und mit anderen, unterschiedlichen Daten, z. B. Bo­ denproben oder Sichtproben, zur Ermittlung z. B. von Bodenverdichtungen oder Unstetig­ keiten kombiniert verwendet werden.

In bestimmten Fällen ist es erwünscht oder notwendig, Vermessungen in unterschiedli­ chen Bodenschichten der Nutzfläche vorzunehmen, z. B. in einer bodennahen Schicht mit einer Tiefe von 0 bis etwa 20 cm und einer tiefer gelegenen Schicht von ca. 20-200 cm. Für einen kontinuierlichen Betrieb bei der Vermessung empfiehlt sich in diesem Fall, mehrere Radardetektoren innerhalb ein und desselben Radarsystems auf einem Fahrzeug zu verwenden, beim Überfahren der zu vermessenden Nutzfläche gleichzeitig Radarmes­ sungen in unterschiedlichen Höhenpositionen vorzunehmen und die Daten aus den ein­ zelnen Detektoren getrennt voneinander im Computer zu verarbeiten, um die unter­ schiedlichen Meßdaten einwandfrei auswerten zu können. Damit werden die Informatio­ nen über die Bodenbeschaffenheit bzw. die Erfordernisse für unterschiedliche Düngerga­ ben, auszubringende Saatgutmengen usw. exakt an die aktuellen Verhältnisse angepaßt, so daß damit eine optimale Menge an Dünger, Saatgut oder dergl. ausgebracht werden kann, und zwar exakt angepaßt an die jeweiligen Bedürfnisse der entsprechenden Boden­ stellen.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit GPS- und GPR-Ausrüstung,

Fig. 2 schematisch eine mit GPS vorgenommene normale Aufteilung einer Nutzfläche in unterschiedliche Raster und Bodenprobepunkte,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Methode für die gleiche Nutzfläche,

Fig. 4 ein Beispiel für eine GPR-Messung,

Fig. 5 das Meßergebnis einer GPR-Messung (?),

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Vermessung der Nutzfläche.

Das Fahrzeug 1 nach Fig. 1 weist einen GPS- oder DGPS-Empfänger 2 mit Empfangsan­ tenne, einen Computer 3, und über ein Anhängegestänge 4 eine GPR-Einrichtung 5 mit Radardetektoren 6 und 7 auf, die neben- oder hintereinander in geringem Abstand von­ einander angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt eine normale Aufteilung einer Nutzfläche 8 in unterschiedliche Planquadrate 9 im wesentlichen gleicher Größe. Die Raster sind durch parallele Längslinien 10 und parallele Querlinien 11 begrenzt und weisen etwa in ihrer Mitte eine punktförmige Stelle 12 auf, an der die Bodenprobe entnommen werden soll, die für das gesamte Planquadrat 9 als charakteristisch angesehen wird.

In Fig. 3 ist die gleiche Nutzfläche 8 mit Hilfe einer GPR-Einrichtung durch streifenförmi­ ges Überfahren der gesamten Nutzfläche 8 mit dem Fahrzeug 1 vermessen. Die einzelnen Rasterflächen 13, 15, 17, 19 sind von unterschiedlicher Größe entsprechend der Vermes­ sung durch das GPR. Die bei dieser Vermessung aufgenommenen Daten werden zur Be­ stimmung der Bodenprobenentnahmestellen 14, 16, 18, 20 verwendet und zur Weiter­ verarbeitung an den Computer 3 des Fahrzeuges gegeben.

Fig. 4 zeigt eine praktische Ausführung einer mit GPR vorgenommenen Vermessung. In der Darstellung ist die Tiefe, in der der Boden gemessen wird, über der Länge, in der das Fahrzeug verfahren wird, dargestellt. Es ergeben sich eine Vielzahl von Meßkurven, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, bei denen jedoch Unstetigkeiten entspre­ chend den tatsächlichen Bodenverhältnissen vorgesehen sind.

Die Darstellung nach Fig. 5 zeigt parallel nebeneinander liegende, im Fahrzeug 1 von der GPR aufgenommene Informationen bzw. Kurven dieser Informationen über die gemesse­ nen Bodenzustandswerte.

Die Darstellung nach Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer streifenförmigen Vermessung mittels GPR, wobei die Meßdaten vertikal erfaßt und horizontal dargestellt werden. In der Horizontalen ist die mit dem Fahrzeug überfahrene Länge in Metern auf­ getragen, in vertikaler Richtung die Breite der überfahrenen Streifen. Der schraffierte Be­ reich in der Bildmitte stellt eine mit GPR festgestellte Bodenaufschüttung dar, die gestri­ chelten Linien Unstetigkeiten im vermessenen Boden.

Claims (6)

1. Verfahren zum selbsttätigen Vermessen landwirtschaftlicher Nutzflächen und zum Bestimmen von Bodenprobenstellen unter Verwendung des GPS- oder DGPS- Verfahrens (Global Positioning System oder Differential Global Positioning System), nach dem die zu vermessende Fläche rasterweise in Koordinaten erfasst und aufgeteilt wird, damit von jedem Planquadrat Bodenproben genommen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) mit Hilfe einer nach dem Radarprinzip arbeitenden Sensoranordnung die Nutzfläche streifenförmig abgetastet wird,
• b) die vom Sensor zeitgleich mit dem Überfahren der Nutzfläche mittels eines GPR gewonnene Daten zur Bodenbeschaffenheit fortlaufend aufgezeichnet werden,
• c) die aufgezeichneten Daten in einer Software verarbeitet und in Beziehung zu den durch GPS ermittelten Daten gesetzt werden, und
• d) das Ergebnis zur exakten Bestimmung der Bodenprobenstellen verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels GPR gewonnenen Daten weiterverarbeitet und mit anderen Daten, z. B. von Bodenproben oder Sichtproben, zur Ermittlung von Bodenverdichtungsstellen oder anderen entsprechenden Bodenparametern kombiniert verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig zwei Radarsensoren eingesetzt werden, deren einer nahe Oberflächenschichten (z. B. von 0-20 cm) und deren anderer tiefergelegene Schichten (20-200 cm) untersucht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte der Bodenprobenentnahmen mit Hilfe der von dem Radardetektor gelieferten Daten festgelegt werden.

5. Einrichtung zum selbsttätigen Vermessen von landwirtschaftlichen Nutzflächen und zum Bestimmen von Bodenprobenstellen unter Verwendung eines Global Positioning Systems (GPS, DGPS), mit dessen Hilfe die zu vermessende Fläche rasterweise in Koordinaten erfaßt und aufgeteilt wird, damit von jedem Planquadrat Bodenproben genommen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Gerät, vorzugsweise an Bord eines Fahrzeuges, einen GPR- (Ground Penetrating Radar)Detektor einen Bordcomputer und einen GPS-Empfänger aufweist,
der Radardetektor so ausgebildet ist, daß er beim streifenweisen Überfahren der zu untersuchenden Bodenfläche kontinuierlich über Radar Meßdaten vom überfahrenen Boden aufnimmt,
ein mit dem Gerät gekoppelter GPS-Empfänger so ausgelegt ist, daß er die Koordinaten der Planquadrate aufnimmt und mit den Radar-Meßdaten des GPR im Bordcomputer kombiniert, und
der Bordcomputer so geschaltet ist, daß er aus den Gesamtinformationen die Stellen innerhalb der Flächenraster festlegt, an denen Bodenproben zu entnehmen sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Radardetektor aus zwei unabhängig voneinander arbeitenden Einzeldetektoren besteht, deren einer mit einer Frequenz arbeitet, die die nahen Oberflächenschichten von ca. 0-20 cm untersucht, und deren anderer tiefer gelegene Schichten (im Bereich von 20-200 cm) erfaßt.