DE19913971A1 - Verfahren und Vorrichtung zum teilflächenspezifischen Düngen von Pflanzen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum teilflächenspezifischen Düngen von PflanzenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum teilflächenspezifischen Düngen von Pflanzen. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Verarbeitungssoftware für den Mikroprozessor des Sensors in Echtzeit ohne Zwischenspeicherung auf ein transportables Speichermedium übertragbar und update-bar sowie der Zugriff für den Nutzer ort- und zeitunabhängig bei einfacher und sicherer Handhabung möglich ist. DOLLAR A Die Messung und Verarbeitung der Meßwerte wird erfindungsgemäß durch die von den Global Positioning-System(GPS)-Satelliten gesendeten Signalen und den von einem Referenzsatelliten geseneten Referenzsignalen in Echtzeit gesteuert. DOLLAR A Den Sensoren 4 ist ein GPS-Receiver 6 zugeordnet, der mit der Schnittstelle des Sensor-Prozessors oder des Bordrechners 5 verbunden ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
teilflächenspezifischen Düngen von Pflanzen, bei dem während
der Düngerausbringung durch reflexionsoptische Messung im
sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich mittels Sensoren
der Chlorophyllgehalt der Pflanzen festgestellt wird, ein zu
den Sensoren gehörender Mikroprozessor daraus das Maß für
den Ernährungszustand der Pflanzen bestimmt, mit dem ein
Jobrechner die entsprechend auszubringende Düngermenge
steuert und die tatsächliche Meßposition des Ackerschleppers
mit einem Digital-Global-Positioning-System bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum
teilflächenspezifischen Düngen von Pflanzen mit einem
verfahrbaren Träger, beispielsweise Fahrzeug und/oder
angekuppelte Arbeitsmaschinen, der mit einem Jobrechner
ausgerüstet ist, einem oder mehrere auf den Pflanzenbestand
in Fahrtrichtung gerichtete, am Träger befestigte Sensoren,
denen ein den Ernährungszustand der Pflanzen bestimmender
Mikroprozessor zugeordnet ist, der mit dem Jobrechner eines
Ausbringers zur variablen Verteilung des Düngers verbunden
ist, und einem Ausbringer zur variablen Verteilung des
Düngers.
Aus der DE 197 27 528 A1 ist ein Bordcomputersystem für
landwirtschaftliche Maschinen- und/oder Gerätekombinationen
bekannt, die aus einem Ackerschlepper und an diesem
angekuppelten landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen, wie
beispielsweise Kreiseleggen, Drillmaschinen, Düngerstreuer
und Feldspritzen etc. bestehen, wobei über das
Bordcomputersystem der Ackerschlepper und/oder die
angekuppelte Arbeitsmaschine oder die selbstfahrende
Arbeitsmaschine über die in dem Bordcomputersystem
eingespeicherten und/oder eingegebenen Einstellwerte
einstell-, steuer- und/oder regelbar sind, wobei das
Bordcomputersystem mit dem Bordcomputer zusammenwirkende
Sensorelemente aufweist, welche Informationen über die
Beschaffenheit und den Zustand des Pflanzenbewuchses auf der
zu bearbeitenden oder zu bestellenden Fläche aktuell liefert.
Dieses bekannte Bordcomputersystem weist einen Rechner mit
einer Speichereinheit auf, in welcher Einstelldaten und
teilflächenspezifische Daten gespeichert sind. Der Rechner
wirkt mit einem DGPS-System zusammen, das satellitengestützt
den aktuellen Standort des Ackerschleppers bestimmt. Mit
einem am Vorderrad des Ackerschleppers angeordneten
Fahrgeschwindigkeitssensor werden dem Rechner Impulse über
den zurückgelegten Weg zugeführt.
Bei dieser bekannten Lösung liefert der entsprechende Sensor
Meßdaten, die für die Bestimmung des Ernährungszustandes der
Pflanzen in einem Bordcomputer dienen, in dessen Speicher
aktuelle teilflächenspezifische Daten und Werte von
Flächenmerkmalen eingegeben sein müssen. Diese Daten und
Werte muß der Landwirt zuvor in den Rechner einspeichern, um
sicherzustellen, daß der Rechner die Meßdaten der Sensoren
verarbeiten und die tatsächlich benötigte
Düngemittelausbringung entsprechend steuern kann. Das hier
genannte differentielle Global Positioning System (DGPS) wird
zusammen mit dem Fahrgeschwindigkeitssensor nur zur
Bestimmung der Koordinaten des Ackerschleppers, d. h. zur
Ortung, herangezogen. Die bekannte Lösung ist mit dem
Nachteil verbunden, daß keinesfalls immer die aktuellen
teilflächenspezifischen Daten und Werte zur Verfügung stehen
und Fremdeinflüsse wie Witterung und besondere Verhältnisse
an Kuppen, Senken oder Waldrändern unberücksichtigt bleiben.
Des weiteren ziehen Sortenänderungen beim Anbau signifikante
Veränderungen in den teilflächenspezifischen Daten und Werten
nach sich, so daß der Landwirt bei jeder Änderung die
Verarbeitungssoftware im Bordcomputer entsprechend verändern
muß.
Es ist auch bekannt, die teilflächenspezifischen Daten aus
dem Entzug der Vorfrucht auf der entsprechenden Fläche
(Schlag) durch eine Ertragsmessung zu ermitteln (siehe
Prospekt "Die Innovation für teilflächenspezifische Düngung"
der Hydro Agri Deutschland GmbH, 1997). Die Daten der
Ertragsmessung werden von einem Bordcomputersystem auf einer
Chip-Karte gespeichert und über diese auf den
Personalcomputer des Landwirtes übertragen. Der über eine
Internet-Adresse erreichbare externe Rechner liest die Daten
ein und erstellt daraus eine Düngerapplikationskarte. Die
Düngerapplikationskarte wird auf den Personalcomputer des
Landwirtes zurückübertragen. Per Chip-Karte wird sodann die
Applikationskarte in den Bordrechner des Ackerschleppers
eingelesen, der dann die Ausbringung entsprechend steuert.
Während der Düngerausbringung wird in einem weiteren
Verfahrensschritt, der Chlorophyllgehalt der Pflanzen
gemessen. Die Meßwerte werden mit dem Bordcomputer
ausgewertet, der auch die Ausbringung ansteuert.
Die Umsetzung dieses quasi Online-Düngeverfahrens ist
umständlich und zugleich aufwendig, müssen doch die
ermittelten Meßdaten und die Applikationskarte auf eine Chip-
Karte geladen werden, die der Landwirt in seinen Bordcomputer
einspeichern muß.
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art derart zu verbessern, daß die
Verarbeitungssoftware für den Mikroprozessor des Sensors oder
Bordcomputers in Echtzeit ohne Zwischenspeicherung auf ein
transportables Speichermedium übertragbar und update-bar
sowie der Zugriff für den Nutzer ort- und zeitunabhängig bei
einfacher und sicherer Handhabung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten
Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1
und durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der
Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die für eine am
Ernährungszustand der Pflanzen ausgerichtete variable
teilflächenspezifische Düngung notwendige Dünge-
Applikationskarte ohne Zwischenspeicherung auf einer Chip-
Karte dem Landwirt schnell, einfach und mit hoher Genauigkeit
zur Verfügung zu stellen. Die am Ackerschlepper installierten
Sensoren zur Ermittlung des aktuellen Ernährungszustandes
der Pflanzen werden zu jedem Zeitpunkt mit einer Software
gesteuert, die der neuesten Version entspricht. Für den
Landwirt wird der Meßprozeß einfacher, überschaubarer und
weniger zeitaufwendig. Außerdem wird das umständliche
Handling mit Chip-Karten vollkommen vermieden. Das
erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus,
daß es erstmals möglich wird, die Daten zu Sortenkorrekturen
und Wachstumsstadien, die aktuellen Wetterdaten in die
Düngerausbringung mit einzubeziehen. Fehlermöglichkeiten
beim Laden der Chip-Karte werden durch den direkten Zugriff
auf die aktuelle Version der Verarbeitungssoftware umgangen.
Zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort kann der Landwirt auf für
die Verarbeitung der Meßdaten erforderliche Software
zugreifen. Er benötigt nur eine entsprechende vom Vertreiber
der Software bereitgestellten Zugangscode, beispielsweise in
Form eines Kennwortes oder einer PIN-Nummer, mit der er via
Satellit die neue Software für den Mikroprozessor
herunterladen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auch, die von
den Sensoren erfaßten und vom Mikroprozessor vorverarbeiteten
Meßdaten des Ernährungszustandes der Pflanzen über den
Referenzsatelliten und die Erdstation zwecks
Weiterverarbeitung an einen Basisrechner zu übertragen, der
für die abgetastete Fläche einen Dünge-Applikationswert
ermittelt und diesen Wert im Speicher des Rechners ablegt.
Via Internet sind diese Werte dann abrufbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens hat den Vorteil eines kompakten und robusten
Aufbaus bei gleichzeitiger einfacherer Bedienbarkeit.
Mit all diesen Merkmale wird erreicht, daß die
erfindungsgemäße Lösung den komplexen Anforderungen einer
teilflächenspezifischen Düngung mit hoher Effizienz und
Genauigkeit besser gerecht wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen.
Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ohne aktive
Rückübertragung der Meßdaten,
Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau von DGPS-Receiver,
Mikroprozessor der Sensoren und Jobrechner,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Fahrzeuges mit
Bordrechner,
Fig. 4 eine Rückansicht des Fahrzeuges mit
seitlich am Dach des Fahrzeuges befestigter
Sensoranordnung und darüber angeordnetem
DGPS-Receivers und
Fig. 5 eine weitere Prinzipdarstellung des
erfindungsgemäßen Verfahrens mit
Rückübertragung der Meßdaten an die
Erdstation, Verarbeitung der Meßdaten
zur Düngeapplikationskarte und Einbindung
in das Internet.
In Fig. 1 ist das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens
schematisch gezeigt. Am Dach 2 eines Schleppfahrzeuges 1 ist
quer zur Fahrtrichtung ein das Dach 2 seitlich überkragender
Tragarm 3 befestigt. Der Tragarm 3 (siehe Fig. 3 und 4) trägt
jeweils an seinem vorderen Ende zwei schwenkbar einstellbare
Sensoren 4, die vorzugsweise in einem Winkel β von 60°
(Schräglage) zum Pflanzenbestand ausgerichtet sind. Beide
Sensoren 4 schließen miteinander einen Winkel α von
vorzugsweise 90° ein. Die Sensoren 4 besitzen einen
Mikroprozessor MP, der die Meßdaten verarbeitet. Der
Mikroprozessor MP ist mit dem Jobrechner 5 des Ausbringers
verbunden ist.
Mittig auf dem Dach 2 ist ein DGPS-Receiver 6 befestigt,
dessen Antenne 7 freie Sicht zu den Satelliten 8 und 15
besitzt. Natürlich ist es auch möglich, den Receiver 6 mit
Antenne 7 an der Arbeitsmaschine anzuordnen. Dabei muß nur
gewährleistet sein, daß die Sicht zu den Satelliten 8 frei
bleibt.
Im Receiver 6 ist, wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, ein
Empfänger vorgesehen, wobei in einer koordinatenmäßig
bekannten Referenzstation und im Empfänger des
Schleppfahrzeuges 1 simultan die Code-Entfernungen zu
mindestens drei identischen Satelliten 8 gemessen werden.
Die Antenne 7 des Receivers 6 empfängt die Signale S von
allen Satelliten 8. Die Signale S werden an den Vorverstärker
9 und dann an die Hochfrequenzeinheit 10 als die eigentliche
Empfangseinheit geleitet, die durch einen
Navigationsprozessor 11 gesteuert wird. Über eine
Schnittstelle ist dieser mit dem Mikroprozessor MP der
Sensoren 4 verbunden.
Der Mikroprozessor MP der Sensoren 4 regelt die
Datenerfassung, führt die entsprechenden Berechnungen durch
und überträgt die aus den Meßdaten gewonnenen
Applikationswerte an den Jobrechner 5, der seinerseits die
Ausbringung des Düngers entsprechend steuert.
Über eine aus Display und Tastatur bestehende Kontrolleinheit
12, die zum Jobrechner 5 gehört, kann der Benutzer interaktiv
mit dem Mikroprozessor MK und dem Jobrechner 5 kommunizieren.
Die bordeigene Stromversorgung 13 versorgt den Receiver 6,
den Mikroprozessor MK und den Jobrechner 5 mit Strom.
Von der Erdstation 14 werden die Referenzsignale SR über den
Referenzsatelliten 15 zum Receiver 6 übertragen. Mit den
Referenzsignalen SR werden von der Erdstation 14 zugleich
Steuerungssignale für das Zu- oder Abschalten des Receivers 6
und damit der Sensoren 4 mitübertragen. Das Freischalten des
Receivers 6 erfolgt durch eine, vom Betreiber als Kennwort
oder PIN-Nummer vergebene Zugangsberechtigung oder eine
entsprechende softwaremäßige Identifikation der Sensoren 4,
die zeitlich begrenzbar ist. Von der Erdstation 14 kann auch
die neueste Version der Verarbeitungssoftware für die
Sensoren 4 über den Referenzsatelliten 15 und den Receiver 6
in den Mikroprozessor MP eingelesen werden.
Dem Mikroprozessor MP stehen somit zur Meßwertaufnahme und
-vorverarbeitung immer die neuesten Versionen der
Verarbeitungssoftware zur Verfügung. Gleichzeitig sind über
den Referenzsatelliten auch Informationen über die
Sortenänderungen, Daten zu Wachstumsstadien, Wetterdaten
abgreifbär, die ein optimales Ausbringen des Düngers sichern
helfen.
Das Schleppfahrzeug 1 ist zusätzlich mit einem Sender 16
(siehe Fig. 5) ausgerüstet, der die im Mikroprozessor MP
gespeicherten, ggf. vorverarbeiteten Meßdaten über den
Satelliten 15 zur Erdstation 14 rücküberträgt, die die
Meßdaten empfängt, demoduliert und an einen Basisrechner 17
weiterleitet. Im Basisrechner 17 werden die Meßdaten zu einer
Düngeapplikationskarte verarbeitet und in einer Datenbank für
den Nutzer via Internet 18 unter einem spezifischen Kennwort
zum Abruf bereitgehalten.
1
Schleppfahrzeug
2
Dach
3
Tragarm
4
Sensoren
5
Jobrechner
6
DGPS-Receiver
7
Antenne von
6
8
Satelliten
9
Vorverstärker
10
Hochfrequenzeinheit
11
Navigationsprozessor
12
Kontrolleinheit
13
Stromversorgung
14
Erdstation
15
Referenzsatellit
16
Sender
17
Basisrechner
18
Internet
19
Ausbringer
MP Mikroprozessor der Sensoren
MP Mikroprozessor der Sensoren
4
S Satellitensignale
SR
SR
Referenzsignale
α Blickwinkel des Sensors
β Schräglage des Sensors
α Blickwinkel des Sensors
β Schräglage des Sensors
Claims (13)
1. Verfahren zum teilflächenspezifischen Düngen von
Pflanzen, bei dem während der Düngerausbringung durch
reflexionsoptische Messung im sichtbaren und nahinfraroten
Spektralbereich mittels Sensoren der Chlorophyllgehalt der
Pflanzen festgestellt wird, ein zu den Sensoren gehörender
Mikroprozessor daraus das Maß für den Ernährungszustand der
Pflanzen bestimmt, mit dem ein Jobrechner die entsprechend
auszubringende Düngermenge steuert und die tatsächliche
Meßposition des Ackerschleppers mit einem Digital-Global-
Positioning-System bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung
und Verarbeitung der Meßwerte im Mikroprozessor der Sensoren
durch die von den Global Positioning-System(GPS)-Satelliten
gesendeten Signale und den von einem Referenzsatelliten
gesendeten Referenzsignalen in Echtzeit gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Sensoren (4) von einer Erdstation (14) über den
Referenzsatelliten (15) für den Nutzer frei- oder
abgeschaltet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen
im Meßalgorithmus und in der Verarbeitungssoftware von der
Erdstation über den Referenzsatelliten (15) zum
Mikroprozessor der Sensoren (4) übertragen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zur
Verarbeitung der Meßdaten im Mikroprozessor spezifische
Fremddaten, vorzugsweise Daten zu Sortenkorrekturen und
Wachstumsstadien, meteorologische Daten, besondere
Verhältnisse an Senken, Kuppen oder Waldränder der Meßfläche
von den Satelliten zum Mikroprozessor übertragen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die der
jeweiligen Meßposition entsprechenden Meßdaten vom
Mikroprozessor (MP) der Sensoren (4) zum Referenzsatelliten
(15) und sodann zur Erdstation (14) zwecks Weiterverarbeitung
übertragen werden und anschließend die verarbeiteten Daten in
einem Basisrechner (17) als ein Dünge-Applikationswert für
die abgetastete Fläche abgelegt wird, der bei Abruf aus dem
Basisrechner (17) über eine Internet-Adresse zum Ansteuern
der Düngerausbringung durch den Mikroprozessor der Sensoren
bereitsteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung
als Einweg-Methode durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung
als Zweiweg-Methode durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zugang
des Endnutzers zum Sensor für eine vorwählbare Zeit
aktivierbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung
mit natürlichem oder künstlichem Licht durchgeführt wird.
10. Vorrichtung zum teilflächenspezifischen Düngen von
Pflanzen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit
einem verfahrbaren Träger, beispielsweise Fahrzeug und/oder
angekuppelte Arbeitsmaschine, der mit einem Jobrechner
ausgerüstet ist, einem oder mehrere auf den Pflanzenbestand
in Fahrtrichtung gerichtete, am Träger befestigte Sensoren,
denen ein den Ernährungszustand der Pflanzen bestimmender
Mikroprozessor zugeordnet ist, der mit dem Jobrechner
verbunden ist, und einem Ausbringer zur variablen Verteilung
des Düngers,
dadurch gekennzeichnet, daß den
Sensoren (4) ein DGPS-Receiver (6) zugeordnet ist, der mit
der Schnittstelle des Mikroprozessors (MP) der Sensoren (4)
verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne
(7) des Receivers (6) auf einer mit dem Träger (3)
bewegenden, vom Satelliten frei einsehbaren Position
angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Sensoren (4) am Träger (3) oder Ausbringer, vorzugsweise in
einer seitlich das Dach des Trägers überkragenden Position
angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Mikroprozessor (MP) der Sensoren (4) mit einem Sender (16)
zur Abstrahlung der Meßdaten verbunden ist.
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