BR102019023538A2

BR102019023538A2 - método de deposição de insumos

Info

Publication number: BR102019023538A2
Application number: BR102019023538-1A
Authority: BR
Inventors: Daniel Da Silva Fogaça; Marcelo Luis Sedoski Junior; Guilherme Sionek
Original assignee: Robert Bosch Limitada
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-05-25
Also published as: WO2021087589A1; EP4056015A1; ZA202206001B; EP4056015A4

Abstract

A presente invenção refere-se à mecanização em larga escala, a agricultura de precisão e ao conceito de máquinas de estado. Especificamente, a presente invenção refere-se a um método de deposição de insumos por um veículo que compreende uma trajetória percorrida definida por uma pluralidade de formas poligonais regulares (Q) adjacentes.

Description

MÉTODO DE DEPOSIÇÃO DE INSUMOS

[001] A presente invenção refere-se à mecanização em larga escala, a agricultura de precisão e ao conceito de máquinas de estado. Especificamente, a presente invenção refere-se a um método de deposição de insumos (sementes, fertilizantes, etc.).

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Ao realizar o processo de deposição de insumos em uma aplicação agrícola é de grande importância a otimização da utilização das áreas trabalhadas. Neste contexto, a otimização das áreas trabalhadas está relacionada à não sobreposição de insumos e o melhor aproveitamento da deposição destes.

[003] O problema de sobreposição está também relacionado à conjuntura de espaçamento e curvas realizadas pelo conjunto (implemento e trator). Se as sementes forem depositadas em regiões muito próximas irão disputar por nutrientes, portanto, não se desenvolverão de maneira eficiente ou, caso sejam plantadas muito espaçadas, não se terá aproveitamento da área plantada. Similarmente, em relação ao adubo, quando depositado novamente na mesma área, é visível que há um plantio sobrecarregado.

[004] A princípio, a função, que garante a não sobreposição dos insumos, deve apenas verificar se o ponto de deposição está em uma região já percorrida ou não.

[005] Assim, uma forma de fazer esse tipo de verificação passa por uma metodologia que discretiza a trajetória, subdividindo-a em pequenas áreas adjacentes. Essas áreas discretas são mais facilmente comparadas com as coordenadas do objeto, de modo a identificar se o dito objeto está ou não posicionado dentro da área discreta em questão.

[006] No plantio, a trajetória é algo de extrema importância para que seja obtido o maior lucro para o fazendeiro a partir da otimização do terreno e do não desperdício de insumos agrícolas, tais como sementes, adubo e fertilizantes. E essa otimização só é alcançada através da utilização de técnicas que implementam o uso de trajetórias predefinidas e coordenadas de geolocalização.

[007] É de se notar que a semeadura é uma das etapas mais críticas no cultivo de vegetais, pois ela é uma das fases que realmente determina o lucro do agricultor, obrigando que o plantio seja realmente ótimo. A otimização vem do uso de técnicas de plantio em linha, onde todas as plantas estão posicionadas em forma de linha. Isso se dá para facilitar o fluxo por dentro da lavoura, bem como para que cada um dos vegetais esteja posicionado de modo que retirem do solo exatamente os seus nutrientes necessários para o bom crescimento. Para isso, o maquinário agrícola já conta com tecnologia suficiente para que cada semente seja depositada no solo em uma distância uma da outra definida previamente.

[008] Além disso, na técnica de plantio em linha, ainda com o real objetivo de se obter o máximo aproveitamento de toda área do terreno com a lavoura, podem ocorrer cruzamentos de linhas de plantio. Essa particularidade no plantio apresenta uma certa criticidade, pois, se não for efetuada de forma perfeita, evidencia-se o risco real de que haja uma sobreposição de sementes e outros insumos agrícolas, o que representa uma ineficiência no plantio, bem como o desperdício de sementes, adubos e fertilizantes.

[009] Para que não ocorra essa duplicidade ou sobreposição no depósito de insumos agrícolas quando há cruzamento de linhas de plantio, são utilizadas técnicas implementadas por algoritmos extremamente complicados e que encarecem demais os sistemas de plantio que são incorporados às máquinas agrícolas.

[0010] Por exemplo, uma das formas para se identificar se um ponto a ser plantado está em interseção é através da utilização de uma técnica que discretiza a trajetória em pequenos polígonos adjacentes dotados de áreas e que verificam se um determinado ponto previamente plantado pertence a uma dessas áreas. Essa técnica já conhecida e difundida se inicia com a identificação do ponto o qual se deseja saber se pertence à trajetória. A partir da sua identificação, uma reta infinita é traçada a partir do ponto no sentido da esquerda para a direita. Essa técnica leva em consideração o número de vezes em que a reta intercepta o polígono. Caso a reta intercepte o polígono uma única vez, o ponto está posicionado dentro do polígono. Em situações em que a reta intercepta o polígono duas vezes ou nenhuma vez, o ponto está posicionado fora do polígono, indicando que o referido ponto estaria fora de uma interseção de linhas de plantio. No entanto, dependendo da posição do ponto e da geometria do polígono, o ponto pode estar posicionado fora do polígono e interceptá-lo em um único ponto - um vértice - podendo levar a técnica a gerar como resposta um "falso positivo" (indicação errônea de um resultado onde a indicação correta seria exatamente o oposto do indicado).

[0011] Observa-se, assim, que para que sejam aplicados filtros de correção com a finalidade de eliminar possíveis erros e ainda se ter um resultado extremamente rápido e preciso, essa técnica requer o uso de uma unidade de processamento extremamente grande, robusta e de grandes dimensões, uma vez que os cálculos matemáticos por trás dessa técnica são extremamente complicados. E o uso de unidades de processamento grandes e robustas podem apresentar uma limitação quanto ao custo e ao dimensional e/ou peso para a viabilidade em uma determinada aplicação.

[0012] Em aplicações em máquinas semeadeiras, por exemplo, onde o número de linhas de plantio costuma ser muito elevado, e cada linha é acionada por um equipamento eletromecânico do tipo motorre-dutor, cada grupo de motorredutores (geralmente em torno de 5 ou 6) é controlado por uma unidade de controle e processamento ("inteligência artificial" dos acionamentos eletromecânicos) que podem controlar, entre outras funções, a não deposição de sementes em regiões onde já foram plantadas, isto é, em zonas de sobreposição de plantio. E, quanto maior o número de dados a serem processados, maior a unidade de processamento, o que faz com que o preço de cada unidade aumente na mesma proporção.

[0013] Nota-se, portanto, que que as técnicas já existentes para a determinação se um determinado objeto está posicionado internamente a uma área qualquer demandam uma série de cálculos demasiadamente complexos para que não ocorra um "falso positivo", bem como a aplicação dessa técnica exige uma unidade de processamento extremamente robusta, grande e cara.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0014] A presente invenção tem como objetivo prover um método de checagem constante, rápida e precisa se um determinado ponto (ou mais) está inserido em uma rota ou se ele está posicionado fora da rota.

[0015] É ainda um objetivo da presente invenção evitar a sobreposição de áreas já plantadas e/ou de insumos.

[0016] Adicionalmente, a presente invenção tem como objetivo prover um método de deposição de insumos com enfoque a grandes áreas produtivas consideradas homogêneas.

[0017] Além disso, é um objetivo da presente invenção prover um método de deposição de insumos baseado no conceito de máquinas de estado.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0018] Visando superar os inconvenientes do estado da técnica, a presente invenção versa sobre um método de deposição de pelo me-nos um insumo por um veículo em uma trajetória percorrida, a trajetória sendo definida por uma pluralidade de formas poligonais adjacentes, sendo que o método compreende as etapas de:

• Inserção de uma informação de tempo para iniciar a deposição de insumos e uma informação de tempo para interromper a deposição de insumo;
• Determinação de uma posição atual para a deposição de insumo;
• Determinação de uma posição futura para a deposição de insumos na direção da velocidade de movimentação do veículo;
• Verificação da posição de um ponto projetado para a deposição de insumos em relação à trajetória percorrida pelo veículo;
• Determinação se a condição de deposição do insumo compreende uma entre uma primeira condição, uma segunda condição, uma terceira condição e uma quarta condição; e
• Execução de uma ação.

[0019] Assim, como será melhor detalhado a seguir, o método da presente invenção emprega uma técnica extremamente simples e econômica de determinação se um objeto está inserido em uma determinada área interna de um polígono.

[0020] Adicionalmente, o método da presente invenção possibilita o reconhecimento de uma área previamente plantada de modo que, quando o veículo passe pela dita área já plantada ou, em áreas imediatamente próximas, o insumo não seja novamente depositado.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
FIGURA 1a - Imagem de um plantio heterogêneo e não otimizado, onde houve a sobreposição de sementes.
FIGURA 1b - Esquema ilustrativo de um plantio heterogêneo e não otimizado, onde houve a sobreposição de sementes.
FIGURA 2a - Imagem de um plantio homogêneo e otimiza-do, onde não houve a sobreposição de sementes.
FIGURA 2b - Esquema ilustrativo de um plantio homogêneo e otimizado, onde não houve a sobreposição de sementes.
FIGURA 3 - Esquema ilustrativo de uma forma poligonal do método de deposição de insumos objeto da presente invenção.
FIGURA 4 - Esquema ilustrativo de uma primeira condição do método de deposição de insumos objeto da presente invenção.
FIGURA 5 - Esquema ilustrativo de uma segunda condição do método de deposição de insumos objeto da presente invenção.
FIGURA 6 - Esquema ilustrativo de uma terceira condição do método de deposição de insumos objeto da presente invenção.
FIGURA 7 - Esquema ilustrativo de uma quarta condição do método de deposição de insumos objeto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0021] Inicialmente, destaca-se que no contexto de plantio inteligente, em conjunto com a garantia de melhor aproveitamento da área de deposição de insumos, a presente invenção ter por função a determinação do instante em que um atuador de um conjunto agrícola (implemento e trator) deve mudar seu estado para garantir a não sobreposição de insumo depositado.

[0022] A determinação deste instante é garantida à priori pela função, e posteriormente, pela calibração em campo. O uso desta função é feito por meio da utilização de polígonos preliminarmente construídos. Tal função tem como objetivo o cálculo da distância até a borda de uma área previamente demarcada.

[0023] Isto porque, tal como pode ser observado nas figuras 1a, 1b, 2a e 2b do presente pedido, é clara a diferença entre um plantio heterogêneo e não otimizado, onde há sobreposição de sementes (figuras 1a e 1b); de um plantio homogêneo e otimizado, onde não há sobreposição de sementes (figuras 2a e 2b).

[0024] Assim, destaca-se que a determinação do instante em que o atuador do conjunto agrícola (implemento e trator) deve mudar seu estado, é uma característica relevante para a não sobreposição de insumos.

[0025] Nesta perspectiva, a homogeneidade e otimização do plantio da presente invenção, tal como mostrado nas figuras 2a e 2b, é resultado de uma combinação de condições em que, em um polígono preliminarmente construído, ou seja, em uma área previamente demarcada, um algoritmo verifica a projeção de um ponto para tomada decisão.

[0026] A tomada de decisão da presente invenção relaciona-se com o conceito de máquinas de estado, em que se representa e se direciona o funcionamento de um algoritmo em um número finito de estados à uma ordem de execução definida.

[0027] Além disso, tal como pode ser visto na figura 3, a presente invenção refere-se a um algoritmo que verifica em um polígono preliminarmente construído se a projeção de um ponto se localiza dentro ou fora de um polígono regular Q, como também, verifica em qual polígono regular Q e/ou segmento de polígono encontra-se a projeção para, assim, tomar uma decisão.

[0028] Cumpre notar que o polígono regular Q compreende, em seu perímetro delimitador, duas regiões de tomadas de decisão: atraso de parada 10, atraso de início 20, a saber, as regiões hachuradas na figura 3 e, em sua parte central uma área de plantio, a saber, a região não hachurada na figura 3. A região de tomada de decisão atraso de parada 10 define-se por uma quantidade de tempo mensurável entre o comando para interromper a deposição do insumo e a real interrupção do mesmo, já a região de tomada de decisão atraso de início 20 define-se por uma quantidade de tempo mensurável entre o comando para iniciar a deposição do insumo e a real aplicação do mesmo (insumo chega ao solo).

[0029] Como pode ser observado nas figuras 4 a 7, o método da presente invenção refere-se à deposição de pelo menos um insumo, depositado por um veículo que compreende uma trajetória percorrida definida por uma pluralidade de formas poligonais regulares Q adjacentes, por meio das etapas de:

• Inserção de uma informação de tempo para iniciar a deposição de insumos e uma informação de tempo para interromper a deposição de insumo;
• Determinação de uma posição atual P para deposição de insumo;
• Determinação de uma posição futura Pf para a deposição de insumos na direção da velocidade de movimentação vel do veículo;
• Verificação de uma posição do ponto previsto Pp de deposição de insumos Pp em relação à trajetória percorrida pelo veículo;
• Determinação se a condição de deposição de insumos compreende uma entre uma primeira condição 1, uma segunda condição 2, uma terceira condição 3 e uma quarta condição 4; e
• Execução de uma ação.

[0030] Especificamente, com relação a etapa de inserir uma informação de tempo para iniciar e/ou interromper a deposição de insumo, observa-se que referido tempo está relacionado ao atraso de resposta do sistema ao iniciar/interromper a deposição do insumo que, por sua vez, está associado as características das regiões atraso de parada 10 e atraso de início 20 de um polígono preliminarmente construído. Observa-se, ainda, que este atraso compreende a soma de tempos associados aos seguintes fatores: tempo de envio do comando ao atuador, tempo de reação dos atuadores, presença de insumo nos tubos de distribuição, tempo de chegada do insumo ao solo pela gravidade.

[0031] Já as etapas da determinação/verificação da condição de deposição de insumo, estão relacionadas com as características de checagem se a posição atual e a posição futura de deposição de insumos estão contidas na trajetória percorrida pelo veículo. O veículo podendo ser uma máquina agrícola.

[0032] No que diz respeito a etapa de determinar uma posição futura de deposição do insumo na direção da velocidade de movimentação do veículo, a mesma é calculada e inserida em uma unidade de controle.

[0033] O método de deposição de insumos compreendo, ainda, polígonos regulares com formato quadrilátero.

[0034] Assim, o método da presente invenção vantajosamente possibilita o reconhecimento de uma área já plantada para que o atuador, quando da aproximação do conjunto (implemento e trator), não seja acionado e deposite insumo novamente nesta mesma área ou em áreas imediatamente próximas.

[0035] Mais especificamente, como pode ser observado nas figuras 4 a 7, o método da presente invenção compreende o atendimento de pelo menos uma dentre quatro condições, sejam, primeira 1, segunda 2, terceira 3 e quarta 4 condições, em que:

• Projeta-se uma reta d a partir da posição atual P do veículo até a posição futura Pf para a deposição de insumo, no sentido do deslocamento do veículo;
• Checa-se a ocorrência de um ponto de interseção Pi entre a reta d no sentido da velocidade do veículo com o perímetro delimitador de pelo menos um polígono regular Q;
• Calcula-se a distância da posição atual P do veículo até o ponto de intersecção Pi;
• Calcula-se o tempo necessário de deslocamento do veículo da posição atual P até o ponto de intersecção Pi;
• Compara-se o tempo de deslocamento calculado com a informação de tempo para iniciar a deposição de insumos e com a informação de tempo para interromper a deposição de insumo.

[0036] Tal como pode ser visto na figura 4, na primeira condição 1 a posição atual P do veículo encontra-se fora de um polígono regular Q.

[0037] Nesta condição, o algoritmo projeta um ponto Pp na direção da velocidade de movimentação vel do veículo; a uma distância d relativa ao atraso de parada 10.

[0038] Em seguida é verificado a ocorrência de uma intersecção Pi entre o ponto projetado Pp e polígono regular Q mais próximo. Caso seja constatado a interseção Pi, salva-se o ponto Pp mais próximo.

[0039] Uma vez que o ponto projetado Pp é salvo, calcula-se o tempo necessário de deslocamento do veículo para atingir a borda do perímetro delimitador atraso de parada 10, dito tempo considerando a distância d do ponto atual P do veículo até ponto de interseção Pi e a velocidade de movimentação vel do veículo.

[0040] Compara-se o tempo necessário de deslocamento do veículo com a informação de tempo de atraso de parada 10 e, então, o algoritmo decide sobre a necessidade de desligar o motor e seguir para a segunda condição 2.

[0041] Por conseguinte, a figura 5 mostra a segunda condição 2, em que o algoritmo projeta um ponto Pp na direção da velocidade de movimentação vel do veículo.

[0042] Em seguida, é verificado se o ponto projetado Pp não se encontra dentro de um polígono regular Q, caso não esteja situado dentro nenhum polígono regular Q, o algoritmo retorna para a condição 1.

[0043] Caso o ponto projetado Pp esteja localizado dentro de um polígono regular Q e o ponto atual P do veículo esteja fora deste mesmo polígono regular Q, o conjunto permanece no estado atual até pelo menos uma das ações, iniciar a deposição de insumo, manter a deposição de insumo, interromper a deposição de insumo e manter a interrupção da deposição de insumo.

[0044] Verificando-se que o ponto projetado Pp esteja localizado dentro de um polígono regular Q e o ponto atual P do veículo esteja dentro deste mesmo polígono regular Q, o algoritmo é direcionado para a terceira condição 3.

[0045] Já na terceira condição 3, tal como mostrado na figura 6, a posição atual P do veículo encontra-se dentro de um polígono regular Q.

[0046] Nesta condição, o algoritmo projeta um ponto Pp na direção da velocidade de movimentação vel do veículo; a uma distância d relativa ao atraso de início 20.

[0047] Em seguida o ponto projetado Pp é verificado.

[0048] Caso o ponto projetado Pp esteja localizado dentro de algum polígono regular Q, o conjunto permanece no estado atual dentre pelo menos uma das ações, a fim de iniciar a deposição de insumo, manter a deposição de insumo, interromper a deposição de insumos e manter a interrupção da deposição de insumo.

[0049] Caso o ponto projetado Pp esteja localizado fora de algum polígono regular Q, o algoritmo determinará a distância d até o ponto de interseção Pi com o polígono regular Q mais próximo e salva-se o ponto Pp mais próximo.

[0050] Uma vez que o ponto projetado Pp é salvo, calcula-se o tempo necessário de deslocamento do veículo para atingir a borda do perímetro delimitador sem atraso de início 20, do dito tempo considerando a distância do ponto atual P do veículo até ponto de interseção Pi e a velocidade de movimentação vel do veículo.

[0051] Compara-se o tempo necessário de deslocamento do veí-culo com a informação de tempo de atraso de início 20, caso o tempo calculado seja maior que o atraso de início 20, religa-se o motor e o algoritmo segue para a quarta condição 4.

[0052] Por fim, como pode ser visto na figura 7, é mostrada a quarta condição 4 do método da presente invenção, em que, após a projeção do ponto Pp na direção da velocidade de movimentação vel do veículo; a uma distância d relativa ao atraso de início 20, o algoritmo verifica se o ponto projetado Pp e o ponto atual P estão localizados dentro ou fora de polígonos regulares Q

[0053] Caso o ponto projetado Pp esteja localizado fora de algum polígono regular Q e o ponto atual P do veículo esteja localizado dentro de algum polígono regular Q, o conjunto permanece no estado atual dentre pelo menos uma das ações, iniciar a deposição de insumo, manter a deposição de insumo, interromper a deposição de insumos e manter a interrupção da deposição de insumo.

[0054] Caso o ponto projetado Pp e o ponto atual P do veículo estejam localizados fora de algum polígono regular Q, o algoritmo é direcionado para a primeira condição 1.

[0055] Caso o ponto projetado Pp e o ponto atual P do veículo estejam localizados dentro de um mesmo polígono regular Q, o algoritmo é direcionado para terceira condição 3.

[0056] Caso o ponto projetado Pp esteja localizado dentro de um polígono regular Q e o ponto atual P do veículo esteja localizado em um outro polígono regular Q, o algoritmo é direcionado para a primeira condição 1.

[0057] Observa-se que a determinação da primeira 1, segunda 2, terceira 3 e quarta 4 condições vantajosamente possibilita que um conjunto de características sejam consideradas quando da tomada de cisão do algoritmo, quais sejam, o tempo de resposta do sistema, a soma da resposta dos atuadores e a dinâmica de movimento da máquina e dos insumos a serem depositados.

[0058] Assim, o algoritmo garante que o insumo seja depositado na posição correta, provendo ao plantio a correta distribuição de nutrientes por semente, bem como, a correta distribuição de adubo, por exemplo, e fazendo com que o plantio não seja sobrecarregado além de possibilitar seu desenvolvimento de maneira eficiente.

[0059] Dessa forma, a presente invenção soluciona todas as inconveniências apresentadas em técnicas anteriores imprecisas, através de uma solução simples, rápida e precisa.

Claims

Método de deposição de pelo menos um insumo, depositado por um veículo que compreende uma trajetória percorrida definida por uma pluralidade de formas poligonais regulares (Q) adjacentes, caracterizado por compreender as etapas de:
- • inserir uma informação de tempo para iniciar a deposição de insumos e uma informação de tempo para interromper a deposição de insumo;
- • determinar uma posição atual (P) para deposição de insumo;
- • determinar uma posição futura para a deposição de in-sumos na direção da velocidade de movimentação (vel) do veículo;
- • verificar a posição do ponto projetado (Pp) de deposição de insumos em relação à trajetória percorrida pelo veículo;
- • determinar se a condição de deposição de insumos compreende uma entre uma primeira condição (1), uma segunda condição (2), uma terceira condiçãoa (3) e uma quarta condição (4); e
- • executar uma ação.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os polígonos regulares (Q) compreendem quadriláteros regulares.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação de pelo menos uma condição de deposição de insumos compreende as etapas de checar se a posição atual (P) e a posição futura (Pf) estão contidas na trajetória percorrida do veículo.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação da primeira condição (1), da segunda condição (2), da terceira condição (3) e da quarta condição (4) compreende uma dentre a ação de iniciar a deposição de insumo, manter a deposição de insumo, interromper a deposição de insumos e manter a interrupção da deposição de insumo.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o veículo compreende uma máquina agrícola.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação da primeira condição (1), da segunda condição (2), da terceira condição (3) e da quarta condição (4) compreende as etapas de:
- • dividir a trajetória percorrida pelo veículo em uma pluralidade de polígonos regulares (Q) adjacentemente posicionados e dotados de um perímetro delimitador;
- • projetar uma reta (d) a partir da posição atual (P) do veículo até a posição futura para a deposição de insumo, no sentido do deslocamento do veículo;
- • checar a ocorrência de um ponto de interseção (Pi) entre a reta (d) no sentido da velocidade do veículo com o perímetro delimitador de pelo menos um polígono regular (Q);
- • calcular a distância da posição atual (P) do veículo até o ponto de intersecção (Pi);
- • calcular o tempo de deslocamento necessário do veículo da posição atual (P) até o ponto de intersecção (Pi);
- • comparar o tempo de deslocamento calculado com a informação de tempo para iniciar a deposição de insumos e com a informação de tempo para interromper a deposição de insumo.
Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os polígonos regulares (Q) compreendem quadriláteros regulares.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a posição futura (Pf) determinada é calculada.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a posição futura determinada é inserida em uma unidade de controle.