CZ30386U1 - Systém variabilního dávkování pesticidů a hnojiv - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká systému variabilního dávkování pesticidů a hnojiv na základě senzorového monitoringu porostních podmínek.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou využívány principy variabilního řízení aplikační dávky postřikovače na základě průběžné diagnostiky stavu porostů plodin pomocí optických čidel - tzv. online senzorových systémů. Měření množství odraženého záření od porostu umožňuje stanovit základní parametry porostu významné pro rozhodování o intenzitě provedeného zásahu. Nejčastěji se jedná o řízení aplikace hnojiv nebo íungicidních přípravků na ochranu rostlin.

Na evropském trhu je nabízeno několik online senzorů pracujících na tomto principu, jejichž cílem je optimalizovat dávkování s ohledem na aktuální výživný a zdravotní stav rostlin. Pouze některé senzorové systémy však umí online měření porostů doplnit o informaci o předpokládaném rozložení výnosu plodin na daném pozemku v tzv. ofíline či map-overlay režimu měření. Principem je upravit doporučenou dávku získanou ze senzorového systému dle očekávaného výnosu v dané části pozemku. Jejich cílem je zvýšit dávkování u porostu na místě s předpokladem dosažení vyššího výnosu. Naopak na místech s očekávaným nižším výnosem je dávka snižována, neboť by nebyla porostem využita. Tímto lze řešit obvyklou tendenci senzorových systémů zvyšovat dávku hnojení u horších porostů, které nastane pouze, pokud stanovištní podmínky dávají předpoklad dosažení vyššího výnosu. Klíčové je vytvoření správné podkladové mapy, která obvykle v procentech znázorňuje produkční zóny, někdy označované za výnosový potenciál. Pro výpočet jsou využity historická data pokrývající několik posledních let, např. 5 až 8, výnosové mapy ze sklízečích mlátiček, nebo častěji odhad produkčních zón z družicového monitoringu. Výpočet se aktualizuje lx za 1 až 3 roky.

Systémy podle stavu techniky však neumožňuje pří aplikaci postřikových látek zohlednit aktuální povětrnostní podmínky z lokálního agrometeorologického pozorování.

Cílem technického řešení je představit systém variabilního dávkování pesticidů a hnojiv, který by výše uvedené nevýhody odstranil a dávkování zefektivnil.

Podstata technického řešení

Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry systém variabilního dávkování pesticidů a hnojiv, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje vyhodnocovací jednotku optického senzorového systému propojenou s palubním počítačem postřikovače, který je propojen s ovládací jednotkou postřikovače, která je propojena s aplikačním mechanismem postřikovače, kde vyhodnocovací jednotka optického senzorového systému obsahuje ve své vnitřní paměti nahranou podkladovou mapu aplikace, a je propojena s čidlem pro měření porostu. GPS systémem pro určení polohy aplikačního mechanismu postřikovače a serverem pro zpracování aktuálních dat o porostu, kde palubní počítač postřikovače je propojen s jednotkou navádění a ovládání sekcí postřikovače, mobilním meteorologickým čidlem a čidlem rychlosti pohybu stroje, přičemž jednotka navádění a ovládání sekcí postřikovače je dále propojena s GPS systémem, a kde server pro zpracování aktuálních dat o porostu je přes koordinátora lokální měřící sítě propojen s měřícími uzly pro měření fyzikálních nebo chemických veličin.

Objasnění výkresu

Technické řešení bude dále přiblíženo pomocí obr. 1, který představuje blokové schéma systému variabilního dávkování pesticidů a hnojiv podle technického řešení.

-1 CZ 30386 Ul

Příklad uskutečnění technického řešení

Systém variabilního dávkování postřikových látek podle technického řešení obsahuje vyhodnocovací jednotku 1 optického senzorového systému propojenou s palubním počítačem 2 postřikovače, který je propojen s ovládací jednotkou 3 postřikovače, která je propojena s aplikačním mechanismem 4 postřikovače. Vyhodnocovací jednotka 1 optického senzorového systému obsahuje ve své vnitřní paměti nahranou podkladovou mapu aplikace, a je propojena s čidlem 9 pro měření porostu. GPS systémem 6 pro určení polohy aplikačního mechanismu 4 postřikovače a serverem 10 pro zpracování aktuálních dat o porostu. Palubní počítač 2 postřikovače je propojen s jednotkou 14 navádění a ovládání sekcí postřikovače, mobilním meteorologickým čidlem 8 a čidlem 5 rychlosti pohybu stroje, přičemž jednotka 14 navádění a ovládání sekcí postřikovače je dále propojena s GPS systémem 6. Server 10 pro zpracování aktuálních dat o porostu je přes koordinátora 13 lokální měřící sítě Η propojen s měřícími uzly 12 pro měření fyzikálních nebo chemických veličin.

Strojem rozumíme soupravu traktoru s taženým či neseným postřikovačem nebo samojízdný postřikovač.

Vyhodnocovací jednotka i optického senzorového systému zpracovává signál z optického čidla 9 a vyhodnocuje stav porostu na základě vegetačních indexů. Na základě takto naměřených hodnot volí obsluha postřikovače dávku postřikové látky, definovanou např. jako minimální, průměrná a maximální dávka. Tomu může předcházet kalibrace provedená na jednotlivých pozemcích. Disponuje funkcí nahrání podkladové mapy. Ovládání vyhodnocovací jednotky 1_ je zobrazeno na palubním počítači 2 postřikovače přes rozhraní ISOBUS nebo samostatným palubním terminálem. Vyhodnocovací jednotka i vyžaduje informaci o pozici z GPS přijímače 6.

Palubní počítač 2 postřikovače získává údaj o plošné dávce postřikové látky z vyhodnocovací jednotky i a po korekci na základě informaci o rychlosti soupravy jej předává ovládací jednotce 3. Palubní počítač 2 zobrazuje údaje z mobilního meteorologického čidla 8 o aktuálním průběhu povětrnostních podmínek v průběhu chemického ošetření, získává informaci o poloze stroje z jednotky 14 navádění a ovládání sekcí postřikovače. Palubní počítač 2 je výhodně umístěn v kabině stroje.

Ovládací jednotka 3 postřikovače ovládá aplikační mechanismus 4 změnou dávky postřikové látky. Na základě informace z jednotky 14 navádění a ovládání sekcí postřikovače zapíná a vypíná sekce ramen postřikovače s tryskami. Ovládací jednotka 3 je výhodně umístěna na postřikovači.

Aplikačním mechanismem 4 postřikovače jsou trysky umístěné na ramenech postřikovače v jednotlivých vypínatelných sekcích, do kterých je čerpadlem vháněna postřiková látka, tzv. jícha, přes ovládací jednotku 3. Aplikační mechanismus 4 je výhodně umístěn na postřikovači.

Čidlo 5 rychlosti pohybu stroje měří rychlost pohybu stroje, a je určeno pro korekci plošné dávky postřiku v palubním počítači postřikovače 2. Je výhodně umístěno na podvozku stroje.

GPS systémem 6 je určen pro zjištění pozice stroje na podkladové mapě. Je jim zařízení pro příjem signálu z družicových navigačních systémů, tzv. GNSS. GPS systémem 6 dodává informaci o pozici stroje do vyhodnocovací jednotky i a jednotky 14 navádění a ovládání sekcí postřikovače. Vlastní přijímač je výhodně umístěn v kabině, anténa přijímače pak vždy na nezakrytých horních částech stroje jako je např. kabina, nádrž postřikovače, ramena postřikovače apod. Jedná se o vlastní zařízení nebo jde o navigační zařízení stroje.

Podkladová mapa aplikace je vektorovou mapou vyjadřující heterogenitu stanoviště pro korekci dávkování postřikové látky na základě očekávaného výnosu na daném místě. Struktura dat a formát mapy závisí na typu vyhodnocovací jednotky I, nej častěji se jedná o formáty „shp“ nebo „xml“ se zobrazením polygonů v souřadnicovém systému WGS-1984 a s atributovými údaji o procentuální korekci dávky. Vseje nahráno v datovém úložišti vyhodnocovací jednotky L Podkladová mapa je vytvořena v externím systému a uložena na serveru 10. Její úprava probíhá

-2 CZ 30386 UI v GIS prostředí serveru 10, na základě vyhodnocení aktuálních podmínek získaných z lokální měřící sítě 11.

Mobilní meteorologické čidlo 8 je výhodně umístěno na horní části stroje. Měří aktuální povětrnostní podmínky během postřiku, jako jsou směr a rychlost proudění vzduchu, teplota vzduchu, tlak vzduchu a relativní vlhkost vzduchu. Naměřená data jsou zobrazena na obrazovce palubního počítače 2 přes tzv. rozhraní „ISOBUS“. Slouží pro informování obsluhy postřikovače o případných nevhodných podmínkách pro aplikaci chemického postřiku. Mobilní meteorologické čidlo 8 je výhodně umístěno na nezakrytých horních částech stroje, jako je kabina, nádrž postřikovače, ramena postřikovače apod.

Čidlo 9 pro měření porostu hodnotí stav porostu na základě měření odrazivosti elektromagnetické záření v červené a blízce infračervené části spektra. Z údajů odrazivosti jsou počítány vegetační indexy, na základě kteiých vyhodnocovací jednotka 1 odvozuje stav porostu a určuje postřikovou dávku. Čidlo 9 je výhodně umístěno na ramenech postřikovače, kabině stroje nebo na předním závěsu traktoru. Druh vegetačních indexů a vlnové délky měření závisí na typu optického čidla.

Server W pro zpracování aktuálních dat o porostu sbírá, zpracovává a vyhodnocuje záznamy lokální měřící sítě 14 na zemědělských pozemcích, které poskytuje koordinátor 13. Server 10 využívá GIS nástrojů pro úpravu podkladové mapy včetně jejího exportu do formátu požadovaného vyhodnocovací jednotkou 1. Server 10 je výhodně umístěn v datovém centru poskytovatele dat.

Lokální měřící síť H sestává se z měřících uzlů 12 rozmístěných v porostech zemědělských plodin na sledovaných pozemcích a koordinátora 13 lokální měřící sítě. Jedná se o formu lokální meteorologické sítě pro monitoring mikroklima porostu. Zachycuje rozdíly mikroklimatu porostu na sledovaném území, slouží pro korekci dávkování postřiku a data odesílá přes Internet na server 10. Sbíranými údaji jsou teplota a vlhkost vzduchu, ovlhčení listů, tlak vzduchu, vlhkost a teplota půdy a další.

Měřící uzly 12 slouží pro měření fyzikálních nebo chemických veličin porostu, jako je teplota a vlhkost vzduchu, ovlhčení listů, tlak vzduchu, vlhkost a teplota půdy, atd. Jednotlivé uzly mohou mezi sebou vzájemně komunikovat formou ad-hoc bezdrátové sítě. Naměřené údaje jsou přenášeny koordinátorovi 13, který je dále předává na server 10. Rozmístění, počet měřících uzlů 12 a četnost měření závisí pak zejména na heterogenitě půdních podmínek, pěstovaných plodinách, reliéfu terénu, intenzitě pěstebních zásahů, apod. Měřící uzly 12 jsou výhodně umístěny na sledovaných zemědělských pozemcích.

Koordinátorem 13 lokální měřící sítě 11 je mikropočítač s bezdrátovou komunikací, který sbírá naměřené údaje z jednotlivých měřících uzlů 12 a přes internet je přenáší na server 10. Umístěn je výhodně na sledovaných zemědělských pozemcích v dosahu komunikačních modulů měřících uzlů 12.

Jednotka 14 navádění a ovládání sekcí postřikovače zpracovává údaje z GPS systému 6 pro sestavení trajektorií jednotlivých jízd a pro navádění pojezdu stroje po pozemku dle pracovních záběrů stroje, a to manuálně nebo automatickým řízením. Současně řídí vypínání sekcí ramen postřikovače při jízdě do klínu a na souvratích pozemku tak, aby nedocházelo k překrývání aplikačních záběrů a vícečetné aplikaci postřiku na stejném místě. Tyto údaje předává palubnímu počítači postřikovače 2 a ovládací jednotce 3. Výhodně je součástí palubního počítače 2.

Princip práce systém variabilního dávkování pesticidů a hnojiv na základě senzorového monitoringu porostních podmínek podle představeného technického řešení je následující:

Informace zpracované vyhodnocovací jednotkou 1 jsou předány palubnímu počítači 2, který zohledňuje rychlost pojezdu stroje, zobrazuje informace o aktuálních povětrnostních podmínkách z mobilního meteorologického čidla 8, a takto korigované údaje předává ovládací jednotce 3, která řídí vlastní aplikační mechanismus 4 pro vlastní aplikaci postřikové látky na porost či povrch půdy.

-3CZ 30386 Ul

Variantně mohou být tyto informace zčásti použity i jako vstupní informace pro autopilota, tj. pro systém automatického vedení stroje po určené trajektorii.

Průmyslová využitelnost

Představené řešení nabízí možnost nejen ve stavu techniky popsané kombinace spektrálního měření a podkladové mapy, ale umožňuje při aplikaci postřikových látek zohlednit aktuální povětrnostní podmínky z lokálního agrometeorologického pozorování. Jedná se zejména o meteorologické vlivy, které zásadně ovlivňují působení agrochemických látek - rychlost proudění vzduchu, vlhkost půdy, vlhkost vzduchu, orosení listů či teplota vzduchu. Jejich zohlednění spočívá v úpravě dávkování či zastavení aplikace na definovaných částech pozemku. Nejjednodušším způsobem provedení korekce je změna ve výpočtu podkladové mapy těsně před plánovaným pěstebním zásahem. V závislosti na elektronické výbavě stroje lze ale také využít přímé modifikace aplikační dávky v řídícím počítači či ovládací jednotce aplikace. Takto přepočtená dávka je upravena podle okamžité rychlosti na okamžitou veličinu, např. tlak, průtok, počet trysek, pro ovládací jednotku aplikace.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (1)

1. Systém variabilního dávkování pesticidů a hnojiv, vyznačující se tím, že obsahuje vyhodnocovací jednotku (1) optického senzorového systému propojenou s palubním počítačem (2) postřikovače, který je propojen s ovládací jednotkou (3) postřikovače, která je propojena s aplikačním mechanismem (4) postřikovače, kde vyhodnocovací jednotka (1) optického senzorového systému obsahuje ve své vnitřní paměti nahranou podkladovou mapu aplikace, a je propojena s čidlem (9) pro měření porostu. GPS systémem (6) pro určení polohy aplikačního mechanismu (4) postřikovače a serverem (10) pro zpracování aktuálních dat o porostu, kde palubní počítač (2) postřikovače je propojen s jednotkou (14) navádění a ovládání sekcí postřikovače, mobilním meteorologickým čidlem (8) a čidlem (5) rychlosti pohybu stroje, přičemž jednotka (14) navádění a ovládání sekcí postřikovače je dále propojena s GPS systémem (6), a kde server (10) pro zpracování aktuálních dat o porostu je přes koordinátor (13) lokální měřící sítě (11) propojen s měřícími uzly (12) pro měření fyzikálních nebo chemických veličin.