DE19627139A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Exaktsteuerung entlang von Pflanzenreihen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Exaktsteuerung entlang von PflanzenreihenInfo
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Description
Die Erfindung ermöglicht ein exaktes Steuern eines Schleppers entlang von Pflanzenreihen. Das
Hauptproblem bei der Steuerung von Pflegemaschinen in Reihenkulturen ist ihre exakte Steuerung.
Der Fahrer verfolgt im bisherigen Normalfall den Abstand des Vorderrades des Schleppers zu der
Pflanzenreihe, die der Innen- oder Außenseite des beobachteten Rades zugewandt ist. Dabei kann
bei Benutzung eines Standardschleppers die Radposition nur ungenau beobachtet werden, da
Pflanzenbewuchs, aber auch z. B. Schutzbleche am Schlepper die Sicht versperren.
Manche Betriebe rüsten, um die Möglichkeiten der Exaktsteuerung zu verbessern, auf
Spezialschlepper um, um dem Fahrer eine bessere Sicht auf die Zielfläche sowie auf die Organe des
Bearbeitungsgerätes zu ermöglichen (z. B. Fendt-Geräteträger). Die relative Verbesserung der Sicht
sowie der gut einsehbare Zwischenachsanbau von Pflegegeräten genügen oft als Rechtfertigung für
die Anschaffung solcher Spezialschlepper. Dabei werden die vorhandenen Schlepper entweder
abgestoßen oder verbleiben auf den Betrieben, ohne ökonomisch ausgelastet zu werden. Dies ist ein
schlimmer Verlust für die Betriebe, da diese ein wichtiges stilles Kapital der Betriebe darstellen
würden, wenn sie nutzbringend eingesetzt werden können. Statt diese preiswerten Ressourcen zu
nutzen, investieren die Betriebe in die hochpreisigen Geräteträger. Bei der Pflege von in Reihen
angebauten Kulturen ist es üblich, vom Fahrersitz aus die Position vom Schlepperrad in den
Pflanzenreihen zu beobachten und zu korrigieren, um das am Schlepper angebaute Gerät exakt
durch die Reihen zu führen. Dabei ist von Nachteil, daß der Schlepperfahrer nicht in der Lage ist, die
jeweils bodennahen Bereiche des Schlepperrades einzusehen, da diese Bereiche durch
Pflanzenbewuchs sowie durch Schutzvorrichtungen verdeckt sind. Dementsprechend besteht die
Lösung des Problems darin, dem Schlepperfahrer über Hilfsmittel die Sicht zu ermöglichen.
Die Erfindung besteht aus einer unter dem Schlepper etwa in Fahrtrichtung justierten und leicht
abwärts geneigten Low-cost-Kamera. Diese ist so montiert, daß sie dem Fahrer über einen
angeschlossenen Monitor den Blick z. B. auf zwei nebeneinanderliegende Pflanzenreihen sowie den
davon eingeschlossenen z. B. verunkrauteten Reihenzwischenraum erlaubt. Der Kamera ist eine mit
Druckluft versorgte Hülse oder ein Schlauch übergestülpt und/oder zugeordnet, aus der Preßluft von
der Kameralinse weg in Richtung des Erfassungsbereiches strömt, um damit gleichzeitig
Nutzpflanzen seitlich aus dem Erfassungsbereich wegzubiegen, so z. B. daß das Bodenprofil
freigelegt wird. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Schlepper oder eine
Erntemaschine mit bezahlbarem Aufwand sehr exakt entlang von Reihenkulturpflanzen zu lenken.
Eine Kamera, die in Verbindung mit einer Zielhilfe (vgl. Kimme und Korn) aus größerer Höhe gegen
den Boden und in oder gegen die Fahrtrichtung gerichtet ist, ermöglicht ebenfalls eine qualitativ
hochwertige Exaktsteuerung des Schleppers, dabei wird die Brennweite und der Focus entsprechend
der Bearbeitungsziele eingestellt. Die Gefahr des Verstaubens oder mechanischer Einwirkungen kann
so reduziert werden. Preßluft kann ebenfalls hilfreich zum Weg- oder Hineinbiegen von Pflanzen aus
oder in den Erfassungsbereich genutzt werden. Die Bildaufnahmen können vorteilhaft auch zur
Erkennung von Pflanzenkrankheiten oder einer Verunkrautung genutzt werden, wozu
pflanzenuntypische Farben, die durch z. B. Mehltau, Nekrosen, Vergilbung oder Rostbefall oder Blüten
von Unkräutern hervorgerufen werden, elektronisch quantifiziert werden und aufsummiert werden.
Unterstützt durch ein GPS-System kann so eine mehr- oder weniger ortsbezogene Befallskontrolle
erfolgen. Zumindest können so befallsrelevante Herde für eine nähere manuelle Untersuchung
vorbereitet werden. Als weitere Ausgestaltung sind zwei Kameras z. B. in Rahmen- oder Blechteile
des Schleppers oder eines Gerätes integriert, welche auf einen gemeinsamen Punkt vor, hinter oder
neben dem Schlepper justiert sind. Über einen stufenlosen Verstellantrieb oder -mechanismus kann
der justierte Punkt verlegt, insbesondere in Fahrtrichtung vor- oder rückverlegt werden. Auf eine
bekannte Weise wird ein 3-dimensionales Bild auf einer Abbildungsvorrichtung erzeugt, so daß dem
Fahrer oder einer Elektronik ein solches Bild zur Verfügung steht.
Das Bild entspricht in seiner Beschaffenheit nicht zwingend einem realistischen optischen Eindruck
sondern kann so stark funktionsorientiert vereinfacht werden, so daß als wesentliche Information nur
ein Eindruck von der kameraoptisch fokussierten Fläche verbleibt, der eine Exaktsteuerung durch den
Fahrer oder ein elektromechanisches Stellglied ermöglicht. Da in Pflanzenbeständen häufig
innerhalb von Fahrgassen gefahren wird, bietet sich eine vereinfachende Möglichkeit der Darstellung
mit der nachstehenden Hilfselektronik, welche die Bildsignale von den Kameras in vorverarbeitetem
Zustand an einen 2- oder 3-D Monitor weitergeben. Dabei wird das Bild der einen Kamera parallel zur
Fahrtrichtung gespiegelt und über das Bild der anderen Kamera auf den Bildschirm projekziert. Somit
erscheint statt vorher z. B. zweier Fahrgassen nur noch eine "Fahrgasse" oder eben Pflanzenreihe auf
dem Bildschirm, welche bei hoher Qualität der Exaktsteuerung natürlich schmal erscheint, um bei
Abweichung vom Sollwert je nach Wahl der Monitorfarben verbreitert oder verschmälert zu
erscheinen.
Es wird außerdem vorgeschlagen, ein Abbild kameraoptisch oder meßtechnisch erfaßter und
abbildbarer Datenreihen nicht auf einem Monitor zu erzeugen, sondern auf einer Fahrzeugscheibe
abzubilden, so daß der Fahrer ohne seinen Blick von der Zielfläche (Straße, Acker, Schüttgut)
wenden zu müssen, die so aufbereiteten Bildwerte als transparentes Bild oder Kontur eines Bildes
durch die Fensterscheibe sehen kann. Hierfür kann ein herkömmlicher Monitor ganz eingespart
werden, er wird dann durch einen Miniprojektor ersetzt, der ein Bild in solchen Farben auf die Scheibe
projeziert, die im Betriebsbereich des Fahrzeuges nicht intensiv vorkommen, aber von der
präparierten oder beschichteten Scheibe reflektiert werden können. Als besonders hilfreich können
derartige Kamerasysteme im infraroten Bereich zur Feststellung von unbeleuchteten Lebewesen im
Einzugsbereich des Fahrzeuges genutzt werden. Die Projektionsfläche kann über einen zum Fahrer
gerichteten Augendetektor, dessen Signale die Bildverarbeitungsvorrichtung manipulieren, so auf die
Scheibe projekziert werden, daß der Fahrer einen "exakten" oder für den Fahrstil oder Fahrzweck
optimierten Gesichtseindruck wahrnimmt. So können z. B. Rehe, welche eine Fahrbahn kreuzen
werden, früher wahrgenommen werden, so daß mehr Reaktionszeit für eine korrekte Reaktion zur
Verfügung steht. Im militärischen Einsatz können sich dadurch ebenfalls Vorteile ergeben. Auch ein
Fahrtenschreiber im Sinne einer Black-Box ist damit realisierbar, der in kritischen Fällen bei starker
Annäherung von Lebewesen im Bezug zur momentanen Fahrgeschwindigkeit oder abhängig vom
Betriebszustand eine Bilddokumentation vornimmt.
In einer weiteren Ausführung wird das Problem gelöst, daß bei breiten am Schlepper angebauten
oder -gehängten Geräten die oft sehr langen Traggestelle für Spurenreißer vollständig eingespart
werden. Diese müssen oft selbst über Klappvorrichtungen verfügen, um bei großen Breiten noch
handhabbar zu sein. Zunächst einmal spricht nichts dagegen, an einer Maschine, z. B. Sämaschine
lediglich einen Spuranreißer zentral anzuordnen und jeweils bedarfsabhängig nach rechts und links
neben die Sämaschine zu schwenken (die Spur wird bekanntlich immer nur auf jeweils einer
Maschinenseite ins ungesäte Land angerissen). Somit wird bereits der konstruktive Aufwand an der
Maschine verringert. Dazu ist das Spuranreißergestänge an vorzugsweise zentraler Position an der
Maschine seitlich schwenkbar, ausklappbar und feststellbar aufzuhängen. Die Gestänge für
Spuranreißer können auch fast vollständig eingespart werden. Läßt man die Annahme fallen, daß ein
unmittelbarer Blickkontakt vom Fahrer auf die Spur notwendig ist und ersetzt sie durch die
nächstbessere, "mittelbarer Blick auf die Spur", können auch Kameras nahe der beiden Seiten der
Maschine mit Blick in Fahrtrichtung und leicht hinabgeneigt montiert werden, die das Bild der
angerissenen Spur oder Bezugslinie auf einen Monitor übertragen, welcher die Bilddaten sogar in
Kopplung mit einer Verarbeitungselektronik verbessert darstellen kann. Dabei ist das Blickfeld der
Kameras so zu wählen, daß ein "vorausschauendes" Fahren möglich wird. Statt Kameras könnten
auch Taster, Ultraschallsensoren, Sonare, langwellige, UV- und Infrarotsensoren angewendet
werden.
Claims (21)
1. Sensorsystem zur Steuerung und/oder Regelung von Landmaschinen, -geräten oder ihrer
-elemente, bei dem in Abhängigkeit von der Art der Bearbeitung mindestens ein Sensor- oder
Kameraelement (Kamera) an der Landmaschine so angeordnet ist, daß dies den Boden,
Maschinen- und/oder Pflanzenpositionen oder -teile erfaßt, wobei dieses Element mit einer
signalverarbeitenden Elektronik und mindestens einem Monitor gekoppelt ist und seine Signale
vorzugsweise vorverarbeitet an den Monitor ausgibt, wobei basierend auf den vom Monitor
ausgegebenen Signalen die Steuerung manuell, halb- oder vollautomatisch erfolgt und die
Fahrtrichtung, die Arbeits- und/oder oder Fahrgeschwindigkeit, das exakte Absenken oder
Ausheben von Maschinen und/oder deren Einstellwerte betreffen kann, wobei der Kamera eine mit
Druckluft versorgte Hülse oder ein Schlauch übergestülpt und/oder zugeordnet ist, aus der die
Kamera vor Verschmutzung schützende und Pflanzen mindestens teilweise aus dem
Erfassungsbereich wegbiegende Preßluft von der Kameralinse weg in Richtung ihres
Erfassungsbereiches ausströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera vorzugsweise unter
der Landmaschine, z. B. dem Schlepper oder einer daran angebauten Maschine leicht abwärts
geneigt und etwa in oder entgegen der Fahrtrichtung angeordnet ist und dem Fahrer den Blick
vorzugsweise auf zwei nebeneinanderliegende Pflanzenreihen sowie den davon eingeschlossenen
Reihenzwischenraum erlaubt sowie gegebenenfalls weitere Bestandeseigenschaften erfaßt und
mittels einer Bilddatenverarbeitung auswertet und auf dem Monitor sichtbar macht und/oder in
einer Datenbank ablegt.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Monitor
ausgegebenen Signale vorher aufgabenkonform weiterverarbeitet werden, indem sie mit
Datenbankdaten elektronisch verknüpft werden.
3. Sensorsystem nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kamera
erfaßten Eingangssignale durch die Elektronik diversifiziert, ergänzt durch sonstige Informationen
oder Signale vereinfacht werden und auf den Monitor als Ausgangssignale ausgegeben werden.
4. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung
der Kamera unter dem Schlepper und Anordnung eines Monitors im Bereich der Bedienelemente
in der Kabine des Schleppers dem Schlepperfahrer eine für die Exaktsteuerung der Landmaschine
oder ihrer Elemente hinreichend genaue indirekte Sicht auf schwer einzusehende Schlepper- und
Maschinenelemente sowie auf den Pflanzenbestand und auf den Boden ermöglicht wird.
5. Sensorsystem nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kamera in Verbindung
mit einer Zielhilfe (vgl. Kimme und Korn) aus größerer Höhe gegen den Boden und in oder gegen
die Fahrtrichtung angeordnet ist, wobei ihre Brennweite und ihr Focus entsprechend der
Bearbeitungsziele verstellbar sind.
6. Sensorsystem nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von der Kamera
angeordnete Luftdüsen zum pneumatischen Hineinbiegen von Pflanzen oder -teilen in den
Erfassungsbereich eingesetzt werden.
7. Sensorsystem nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kamera
hergestellten Bilddaten mittels Algorithmen zur Erkennung von Pflanzenkrankheiten oder von
Verunkrautung genutzt werden, wozu pflanzenuntypische Farben, die durch z. B. Mehltau,
Nekrosen, Vergilbung, Rostbefall oder Blüten von Unkräutern hervorgerufen wurden, elektronisch
quantifiziert, aufsummiert und mit in einer Datenbank abgelegten Daten fortwährend verglichen
werden.
8. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 bis 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem
Sensorsystem unterstützt durch ein GPS-System eine ortsbezogene Befallskontrolle erfolgen
kann.
9. Sensorsystem nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der vorhergehenden
Datenaufbereitung in der Elektronik potentiell behandlungsrelevante Flächen für eine nähere
manuelle Untersuchung markiert werden.
10. Sensorsystem nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kameras z. B. in
Rahmen- oder Blechteile des Schleppers oder einer Maschine integriert sind, welche auf einen
gemeinsamen Punkt vor, hinter oder neben dem Schlepper justiert sind.
11. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß über einen
stufenlosen Verstellantrieb- oder -mechanismus der durch zwei Kameras justierte Punkt
insbesondere in Fahrtrichtung vor- oder rückverlegt werden kann, werden, wobei auf eine
bekannte Weise ein 3-dimensionales Bild auf einem Monitor oder einer sonstigen
Abbildungsvorrichtung erzeugt wird, so daß dem Fahrer oder einer Elektronik ein solches Bild zur
Verfügung steht.
12. Sensorsystem nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung des von
Monitor und Elektronik erzeugten Bildes in seiner Beschaffenheit von einem realistischen
optischen Eindruck abweicht, indem es eine funktionsorientierte Vereinfachung des realistischen
Bildes ist.
13. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bildinformation in ein Signal gewandelt wird, das eine Exaktsteuerung durch den Fahrer oder ein
elektromechanisches Stellglied ermöglicht.
14. Sensorsystem nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild der einen Kamera
parallel zur Fahrtrichtung gespiegelt und über das Bild der anderen Kamera auf einen einzigen
Bildschirm übertragen wird, so daß statt vorher z. B. zweier Fahrgassen nur noch eine "Fahrgasse"
oder eben Pflanzenreihe auf dem Bildschirm sichtbar ist, welche bei hoher Qualität der
Exaktsteuerung eine Darstellung aufweist, von der es bei Abweichung vom Sollwert je nach Wahl
der Einstellungen verbreitert, verschmälert oder in anderen Farben erscheint.
15. Sensorsystem nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abbild kameraoptisch
oder meßtechnisch erfaßter und abbildbarer Datenreihen einer Fahrzeugscheibe im Sichtfeld des
Fahrers abgebildet wird, so daß der Fahrer ohne seinen Blick von der Zielfläche (Straße, Acker,
Schüttgut) wenden zu müssen, die so aufbereiteten Bildwerte als transparentes Bild oder Kontur
eines Bildes auf der Fensterscheibe sehen kann.
16. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß statt eines
Monitors ein Projektor abbildbare Daten oder Bilder als transparentes Bild oder Kontur eines
Bildes auf der Fensterscheibe abbildet.
17. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bild in solchen
Farben auf die Scheibe projeziert wird, die im Betriebsbereich des Fahrzeuges nicht intensiv
vorkommen, aber von der präparierten oder beschichteten Scheibe reflektiert werden können.
18. Sensorsystem nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche über
einen zum Fahrer gerichteten Augendetektor verschieden sein kann, indem die Signale des
Augendetektors die Bildverarbeitungsvorrichtung so manipulieren, daß der Fahrer einen räumlich
"exakten" oder für den Fahrstil oder Fahrzweck optimierten Gesichtseindruck von erfaßten
Objekten wahrnimmt.
19. Sensorsystem nach Anspruch 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kamerasystem im
infraroten Bereich unbeleuchtete warme Lebewesen im Einzugsbereich des Fahrzeuges erkennt
und für den Fahrer sichtbar abbildet.
20. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß Tiere im
Gefahrenbereich der Maschine detektiert und sichtbar gemacht werden.
21. Sensorsystem nach Anspruch 1, 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verknüpfung
der infraroten Kameras eines Fahrzeugs mit einem Fahrtenschreiber maschinennahe Lebewesen,
insbesondere sich an die Maschine annähernde Lebewesen durch Abspeicherung der
Kamerabilder auf einem Datenträger registriert werden.
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DE1996127139 DE19627139A1 (de) | 1995-08-18 | 1996-07-05 | Verfahren und Vorrichtung zur Exaktsteuerung entlang von Pflanzenreihen |
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DE1995130356 DE19530356A1 (de) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | Vielfachgerät für Mischkulturen |
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DE (1) | DE19627139A1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2000003589A1 (en) * | 1998-07-17 | 2000-01-27 | Ministeriet For Fødevarer, Landbrug Og Fiskeri | A method and an apparatus for severing or damaging unwanted plants |
US6795568B1 (en) | 1998-07-17 | 2004-09-21 | Torsana Laser Technologies A/S | Method and an apparatus for severing or damaging unwanted plants |
DE202012011620U1 (de) | 2012-12-05 | 2013-02-01 | Hans-Jakob Fuchs | Mobile Weinbergs-Datenerfassungsvorrichtung |
RU2703483C1 (ru) * | 2019-05-14 | 2019-10-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ) | Оптико-гидромеханическая система автопозиционирования культиватора |
WO2020126642A1 (de) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum abgeben einer spritzflüssigkeit |
CN113044050A (zh) * | 2019-12-27 | 2021-06-29 | 株式会社久保田 | 作业车辆以及作业车辆的行驶管理*** |
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1996
- 1996-07-05 DE DE1996127139 patent/DE19627139A1/de not_active Withdrawn
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