DE102006016740A1

DE102006016740A1 - Vorrichtung für eine Landmaschine zum Erkennen störender Objekte

Info

Publication number: DE102006016740A1
Application number: DE102006016740A
Authority: DE
Inventors: Harald Gamperl; Jörg Sandmann; Bernhard Sofaly; Michael Unfried
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-10-31
Also published as: WO2007115942A1

Abstract

Vorrichtung (1) für eine Landmaschine (2) zum Erkennen von störenden Objekten (5) in einem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehenden Pflanzenfeld (4), mit einer Sendeeinrichtung (3A) zum Senden eines Radarsignals, dessen Wellenlänge (lambda) in Abhängigkeit von Parametern einer Pflanze des Pflanzenfeldes eingestellt ist, einer Empfangseinrichtung (3B) zum Empfangen eines durch das Pflanzenfeld reflektierten Radarsignals und mit einer Auswerteeinrichtung (7), die das empfangene Radarsignal auswertet und ein störendes Objekt (5) in dem Pflanzenfeld (4) erkennt, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Landmaschine zum Erkennen von störenden Objekten, insbesondere von störenden Objekten in einem Getreidefeld.
In der Landwirtschaft werden Landmaschinen zum Ernten von Pflanzen bzw. Pflanzenfrüchten in großem Umfang eingesetzt. Dabei werden Mähdrescher zur Ernte von Getreidefeldern verwendet. Ein Mähdrescher stellt eine Kombination aus einer Körnerfruchterntemaschine und einer Dreschmaschine dar. In einem Arbeitsgang werden die Getreidehalme geschnitten, die Körner aus den Ähren gelöst, gereinigt und gegebenenfalls das Stroh gebunden. Die stehenden Halme werden von einem Mähbalken erfasst und von einem oszillierenden Messer abgeschnitten, während gleichzeitig eine sich drehende Haspel ein Umfallen des Halmgutes in Fahrtrichtung verhindert und die Halme in eine Zubringerschnecke drückt. Bei Getreide, das von Wind und Regen auf größeren Flächen heruntergedrückt ist, heben Zinken der tiefgestellten Haspel und mehrere an dem Mähbalken befestigte Ährenheber das Halmgut an, damit die Halme nicht zu kurz abgeschnitten oder von dem Mähbalken überfahren werden. Die Zubringerschnecke befördert das Halmgut anschließend mittels Fördertrommeln nach oben zum Dreschen der eingebrachten Getreidehalme. 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine herkömmliche Mähmaschine nach dem Stand der Technik.
Die Ernteeinrichtung, insbesondere der Mähbalken kann leicht durch mechanische Kräfte beschädigt bzw. zerstört werden. Befindet sich ein störendes Objekt, beispielsweise ein Begrenzungsstein, eine auf dem Feld vergessene Beregnungsanlage oder ein Tier bzw. eine Person in dem dicht bewachsenen Getreidefeld, welches von dem Fahrer der Landmaschine nicht bemerkt wird, kann dies zu einer Kollision der Landmaschine, insbesondere des Mähbalkens, mit dem störenden Objekt kommen, sodass der Mähbalken beschädigt wird. Selbst wenn der Fahrer der Landmaschine besonders aufmerksam ist, kann es aufgrund des dichten Bewuchses im Getreidefeld zu einer Kollision kommen, da bei niedrigen Objekten kein Sichtkontakt mehr möglich ist. Die Landmaschine kann daher durch störende Objekte, beispielsweise vergessene Beregnungsanlagen, beschädigt werden und in dem Feld liegende Lebewesen können durch die Landmaschine verletzt bzw. getötet werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Landmaschine zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung für eine Landmaschine zum Erkennen von störenden Objekten in einem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehenden Pflanzenfeld, mit:

– einer Sendeeinrichtung zum Senden eines Radarsignals dessen Wellenlänge in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter einer Pflanze des Pflanzenfeldes eingestellt ist;
– einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines durch das Pflanzenfeld reflektierten Radarsignals; und mit
– einer Auswerteeinrichtung, die das empfangene Radarsignal auswertet und ein störendes Objekt in dem Pflanzenfeld erkennt, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.

Das Auswerten besteht also insbesondere lediglich in einer Bestimmung der Leistung des empfangenen Radarsignals. Darüber kann auf die Größe von Objekten geschlossen werden, da die rückgestrahlte Leistung mit der effektiven Rückstrahlfläche wächst. Über die Größe des Objekts kann dann darauf geschlossen werden ob das Objekt störend ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Wellenlänge des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze des Pflanzenfeldes als einen ersten Parameter der Pflanze eingestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Wellenlänge des gesendeten Radarsignals größer als der durchschnittliche Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze in dem Pflanzenfeld.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Wellenlänge des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von der spektralen Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenart als einem zweiten Parameter der Pflanze eingestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Wellenlänge des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von einer sensorisch erfassten Umgebungsfeuchtigkeit als einem weiteren Parameter eingestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sendet die Sendevorrichtung eine Reihe von Radarimpulsen aus, die durch das Pflanzenfeld an die Empfangseinrichtung reflektiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wertet die Auswerteeinheit die Impulsform der durch die Empfangseinrichtung empfangenen Radarimpulse aus.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkennt die Auswerteeinheit ein störendes Objekt, wenn die Pulsform der durch die Empfangseinrichtung empfangenen Radarimpulse der Impulsform der von der Sendeeinrichtung gesende ten Radarimpulse entspricht und die Signalleistung der empfangenen Radarimpulse über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, die einer Bedienperson der Landmaschine anzeigt, dass sich ein störendes Objekt in dem Pflanzenfeld befindet.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Anzeigeeinrichtung zusätzlich die Entfernung der Landmaschine zu dem störenden Objekt an.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Landmaschine automatisch abgebremst, wenn der Abstand zwischen der Landmaschine und dem störenden Objekt eine minimale Entfernung unterschreitet.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Landmaschine werden die Koordinaten des störenden Objektes durch eine GPS-Einheit der Landmaschine erfasst.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Erkennen von störenden Objekten in einem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehenden Pflanzenfeld mit den folgenden Schritten:

– Senden eines Radarsignals dessen Wellenlänge in Abhängigkeit von Parametern einer Pflanze des Pflanzenfeldes eingestellt wird;
– Empfangen eines durch das Pflanzenfeld reflektierten Radarsignals; und
– Erkennen eines störenden Objektes in dem Pflanzenfeld, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wellenlänge des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze, der spektralen Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenart und in Abhängigkeit der sensorisch erfassten Umgebungsfeuchtigkeit eingestellt.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erörterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
Es zeigen:
1: eine Landmaschine nach dem Stand der Technik;
2: eine Landmaschine, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erkennen von störenden Objekten aufweist;
3: ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
4: ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
5: eine schematische Ansicht der Landmaschine von oben zur Darstellung einer möglichen Anordnung von Sende-/Empfangseinrichtungen gemäß der Erfindung;
6: ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
7a, 7b: Signaldiagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
8: ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
9: eine Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige eines störenden Objektes in einem Pflanzenfeld.
Wie man aus 2 erkennen kann, ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Erkennen von störenden Objekten in einer Landmaschine 2 angebracht, bei der es sich beispielsweise um einen Mähdrescher handelt. Die Mähdreschmaschine weist unter Anderem einen Mähbalken 2A und eine Haspel 2B auf. An dem Mähbalken 2A sind ein nicht dargestellter Ährenheber und ein Halmteiler vorgesehen. Vorzugsweise an der Spitze des Mähbalkens sind Sende-/Empfangseinrichtungen 3 vorgesehen, die Radarsignale ausstrahlen und reflektierte Radarsignale empfangen. Ein aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehendes Pflanzenfeld 4 ist schematisch in 2 angedeutet. In dem Pflanzenfeld 4 kann sich unter Umständen ein störendes Objekt 5, beispielsweise ein Begrenzungsstein, eine vergessene Beregnungsanlage oder ein Lebewesen befinden. Die Landmaschine 2 wird durch eine Bedienperson 6 gesteuert, die unter Umständen keinen Sichtkontakt mit dem störenden Objekt 5 hat.
3 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Landmaschine zum Erkennen von störenden Objekten 5 in einem Pflanzenfeld 4. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist im Wesentlichen eine Sendeeinrichtung 3A zum Senden eines Radarsignals auf, wobei die Wellenlänge λ des Radarsignals in Abhängigkeit von Parametern einer in dem Pflanzenfeld 4 stehenden Pflanze eingestellt ist. Die Getreidehalme bzw. Pflanzenhalme sind in 3 schematisch angedeutet. Die Getreidehalme sind zylinderförmig und haben typi scherweise einen Durchmesser von etwa 3 mm. Der Umfang eines Pflanzenhalmes beträgt somit etwa 10 mm.
Die Empfangseinrichtung 3B der erfindungsgemäßen Vorrichtung empfängt das von dem Pflanzenfeld 4 reflektierte Radarsignal. Die Sendeeinrichtung 3A und die Empfangseinrichtung 3B sind beide an eine Auswerteeinheit 7 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 7 stellt über eine Steuerleitung 8A die Wellenlänge λ des durch die Sendeeinrichtung 3A ausgestrahlten Radarsignals ein. Dabei stellt die Auswerteeinheit 7 die Wellenlänge in Abhängigkeit von einem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze in dem Pflanzenfeld 4 als einen ersten Parameter der Pflanze ein. Die Empfangseinrichtung 3B gibt über eine Leitung 8B das Empfangssignal an die Auswerteeinheit 7 ab. Die Auswerteeinheit 7 wertet das empfangene Radarsignal aus und erkennt ein störendes Objekt 5 in dem Pflanzenfeld 4, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einen einstellbaren Schwellenwert liegt.
Die Wellenlänge λ des von der Sendeeinrichtung 3A abgestrahlten Radarsignals wird von verschiedenen Parametern über Pflanzen des Pflanzenfeldes 4 eingestellt. Der erste Parameter wird durch den durchschnittlichen Umfang des Pflanzenhalmes einer Pflanze gebildet. Dabei wird die Wellenlänge λ des gesendeten Radarsignals vorzugsweise größer als der durchschnittliche Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze in dem Pflanzenfeld 4 eingestellt.
Ein weiterer Parameter zur Einstellung der Wellenlänge λ des gesendeten Radarsignals misst die spektrale Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenart. Die durch die Erntemaschine 2 geerntete Pflanzenart kann beispielsweise durch die Bedienperson 6 über eine Eingabeeinrichtung 9 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eingegeben werden. Die Bedienperson bzw. der Bauer 6 kann beispielsweise eingeben, ob es sich bei dem zu erntenden Getreide um Weizen oder beispielsweise Roggen handelt.
Die Reflexionseigenschaften der Pflanzen ändert sich mit der Umgebungsfeuchtigkeit und der Umgebungstemperatur. Daher weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 bei einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich Umgebungssensoren 10 auf, welche über Leitungen 11 der Auswerteeinheit 7 Umgebungsmesssignale liefern. Die Umgebungssensoren 10 erfassen beispielsweise die Temperatur und die aktuelle Luftfeuchtigkeit. Die Auswerteeinheit 7 stellt anschließend die Wellenlänge λ des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von den sensorisch erfassten Parametern, beispielsweise der Umgebungsfeuchtigkeit und Temperatur als weitere Parameter ein. Hierzu ist die Auswerteeinheit 7 vorzugsweise an einen Speicher 12 zum Abspeichern von Kennlinien angeschlossen.
Die Auswerteeinheit 7 steuert über Leitungen 13 eine Anzeigeeinrichtung 14 an, welche der Bedienperson 6 der Landmaschinen 2 ein störendes Objekt 5 in dem Pflanzenfeld 4 anzeigt. Darüber hinaus steuert die Auswerteeinheit 7 über eine Leitung 15 einen Lautsprecher 16 an, der ein akustisches Warnsignal abgibt, wenn sich die Landmaschine 2 einem störenden Objekt 5 nähert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 wird vorzugsweise ferner über einen Schalter 17, der über eine Leitung 18 an die Auswerteeinheit 7 angeschlossen ist, durch die Bedienperson 6 aktiviert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist die Auswerteeinheit 7 zusätzlich über Leitungen 19 an ein GPS-Modul 20 angeschlossen. Wird durch die Auswerteeinheit 7 ein störendes Objekt 5 erkannt, werden die Koordinaten des Objektes 5 mittels des GPS-Moduls 20 ermittelt und durch die Auswerteeinheit 7 in den Speicher 12 abgelegt. Diese Koordinaten können vorzugsweise durch die Bedienperson 6 ausgelesen bzw. der Bedienperson 6 durch die Anzeigeeinrichtung 14 angezeigt werden. Dies erleichtert der Bedienperson bzw. dem Bauern später das Auffinden des störenden Objektes 5 in dem Feld 4, um es zu entfernen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 steuert die Auswerteeinheit 7 über Leitungen 21 eine Bremsanlage 22 an. Die Auswerteeinheit 7 berechnet den Abstand zwischen der Landmaschine 2 und dem vor ihm liegenden störenden Objekt 5. Unterschreitet die berechnete Entfernung einen vorbestimmten einstellbaren Mindestabstand, wird die Bremsanlage 22 auf die Auswerteeinheit 7 vorzugsweise aktiviert und die Landmaschine 2 zum Stillstand gebracht.
Die Auswerteeinheit 7 ist beispielsweise ein Mikroprozessor, in dem ein Programm abläuft.
4 zeigt ein einfaches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten 5 in einem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehendem Pflanzenfeld 4.
Nach einem Startschritt S0 wird zunächst durch die Auswerteeinheit 7 die Wellenlänge λ des durch die Sendeeinrichtung 3A gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern eingestellt und anschließend das Radarsignal mit dieser eingestellten Wellenlänge λ zumindest von einer Sendeeinrichtung 3A im Schritt 51 abgestrahlt. Bei den Einstellungsparametern handelt es sich vorzugsweise um den durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze, die spektrale Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenzart und um die sensorisch erfassten Umgebungsparameter, wie Umgebungsfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur.
Im Schritt S2 wird das von dem Pflanzenfeld 4 zurückgestrahlte Radarsignal durch die Empfangseinrichtung 3B empfangen und über die Leitung 8 an die Auswerteeinheit 7 abgegeben. Die Auswerteeinheit 7 wertet im Schritt S3 das empfangene Radarsignal aus, um ein störendes Objekt 5 zu erkennen. Ein störendes Objekt wird durch die Auswerteeinheit 7 erkannt, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
Der Vorgang endet im Schritt S4.
5 zeigt eine schematische Ansicht auf eine Landmaschine 2 von oben. An dem Mähbalken 2A der Landmaschine 2 sind vorne vorzugsweise mehrere Radarsende- und Empfangseinrichtungen 3 vorgesehen. In dem dargestellten Beispiel sind fünf Sensoren an dem Mähbalken 2A angebracht. Bei einer möglichen Ausführungsform beträgt die Reichweite der Radarsendeeinrichtungen etwa 3 m, um einen Überwachungsbereich vor dem Mähbalken von etwa 2 m zu erzielen. Die Sendeeinrichtungen 3A sind vorzugsweise gleichmäßig beabstandet. Die Breite eines typischen Mähbalkens 2A beträgt etwa 15 m.
6 zeigt schematisch die Erfassung der Leistungsdichte des reflektierten Radarsignals durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Die Sende-/Empfangseinrichtung 3 strahlt Radarsignale an das Pflanzenfeld 4 ab, welches aus einer sehr großen Anzahl von nebeneinanderstehenden Pflanzenhalmen besteht, welche Reflexionsobjekte bilden. Die Pflanzenhalme weisen jeweils einen Radius R auf.
Die Leistungsdichte der Empfangseinrichtung 3B, d. h. die Leistungsdichte der reflektierten Radarstrahlung ergibt sich gemäß folgender Gleichung:
wobei
q_ref die Leistungsdichte an einem Referenzpunkt,
r_ref der Abstand zwischen dem Empfänger und dem Referenzpunkt,
r_obj den Abstand von der Sende-/Empfangseinrichtung zu einem Reflexionsobjekt und
R der Radius des Reflexionsobjekte (Annäherung durch dünnen langen Zylinder),
δ die Radar Cross Section (RCS) und
(1-a) ein materialabhängiger Reflexionsfaktor ist, wobei a einen Absorbtionsfaktor darstellt.
Die Leistungsdichte q_empf des reflektierten Radarsignals, das an einem kugelförmigen Reflexionsobjekt reflektiert wird, ergibt sich gemäß folgender Gleichung:
Wie man aus Gleichung (2) und aus 8 und Gleichung (4) erkennen kann, fällt der objektgrößenabhängige Term bei kugelförmigen Reflexionsobjekten proportional zu R⁶ ab, wenn 2Rπ kleiner als die Wellenlänge λ des Radarsignals ist.
Zudem ist die Leistung des reflektierten Radarsignals von einer Materialkonstanten, d. h. von einem Absorptionsfaktor a abhängig. Ein metallischer Reflektor reflektiert ein Radarsignal nahezu zu 100 %, d. h. der materialabhängige Reflexionsfaktor (1-a) = 1 bzw. der Absorptionsfaktor a = 0.
Ein dielektrischer Reflektor reflektiert das Radarsignal entsprechend folgender Gleichung:
d. h. der Reflexionsfaktor (1-a) hängt von den Dielektrizitätskonstanten ε_r1 der Luft und des Reflexionsobjekts ε_r2 ab.
Typische Dielektrizitätskonstanten von Gegenständen sind
ε_r = ≈ 8 für Stein,
ε_r = ≈ 80 für Wasser (nasses Gras),
ε_r = ≈ 2–7 für Stroh bzw. Holz.
Hieraus ergibt sich ein Reflexionsfaktor (1-a) für Stein von etwa 0,48 und für Holz bzw. Stroh von 0,17 bis 0,45.
7a, 7b zeigen Signalformen für Radarsignale, die einerseits von einem großen Objekt und andererseits von vielen kleinen Objekten reflektiert werden.
In 7a sendet die Sendeeinrichtung 3A ein pulsförmiges Radarsignal mit einer bestimmten Signalleistung aus. Die Empfangseinrichtung 3B empfängt bei Reflexion des Radarsignals durch ein störendes großes Objekt nach einer gewissen Latenzzeit ein gedämpftes Radarsignal aus, wobei das Empfangssignal die gleiche Form wie das ausgestrahlte Sendesignal aufweist. Die Auswerteeinheit 7 erkennt somit ein störendes Objekt 5, wenn die Pulsform der durch die Empfangseinrichtung 3B empfangenen Radarimpulse der Pulsform der von der Sendeeinrichtung 3A gesendeten Radarimpulse entspricht und gleichzeitig die Signalleistung über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
7b zeigt die Situation, wenn das von der Sendeeinrichtung 3A abgestrahlte Radarsignal durch viele kleine Objekte, beispielsweise eine Vielzahl von Pflanzenhalmen reflektiert wird. Das reflektierte Radarsignal hat nicht mehr die ähnliche bzw. gleiche Form wie das Sendesignal. Wie man aus 7b erkennen kann, ist das von den Objekten reflektierte Radarsignal wesentlich breiter und weist eine geringere Amplitude auf als ein von einem großen Objekt reflektiertes Signal. Die Auswerteeinheit 7 erkennt somit an der Signalleistung des reflektierten Radarsignals sowie an der Form bzw. an dem Signalverlauf des empfangenen Radarsignals, ob das Radar signal von einem großen störenden Objekt 5 reflektiert worden ist oder von einer Vielzahl kleiner Pflanzenhalme.
8 zeigt eine Kennlinie zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld. Die Kennlinie ist doppellogarithmisch dargestellt und zeigt die Abhängigkeit einer Radarrückstrahlfläche von der Größe der reflektierenden Objekte. Die Radarrückstrahlfläche entspricht der Energie des Empfangssignals bzw. einer fiktiven Größe des Objektes. Die in x-Richtung dargestellte Objektgröße stellt die tatsächliche Größe der Objekte dar. Die rückgestrahlte Energie bzw. Leistung weist an einem Punkt A ein Maximum auf, d. h. es liegt dort Resonanz vor. Oberhalb des Resonanzpunktes A befindet sich das System im sogenannten optischen Bereich und unterhalb im sogenannten Rayleigh-Bereich. Wird das Radarsignal beispielsweise mit einer Frequenz von 2,4 GHz abgestrahlt, beträgt die Wellenlänge λ des abgestrahlten Radarsignals 125 mm. Der Grenzdurchmesser, bei dem der Resonanzpunkt A erreicht wird, beträgt bei einer Wellenlänge λ von 125 mm 40 mm. Je höher die Frequenz f des Radarsignals ist, desto kürzer ist dessen Wellenlänge λ und der Grenzdurchmesser fällt entsprechend ab. Ein Begrenzungsstein wurden beispielsweise 200 mm Durchmesser liegt im optischen Bereich der in 8 dargestellten Kennlinie, d. h. der Durchmesser des störenden Objektes ist größer als der durch die Wellenlänge λ des Radarsignals bestimmte Grenzdurchmesser. Getreidehalme haben einen viel geringeren Durchmesser von beispielsweise 3 mm und liegen am Anfang der stark ansteigenden Kennlinie im Rayleigh-Bereich. Die Radarrückstrahlfläche der Getreidehalme ist sehr niedrig im Vergleich zur Radarrückstrahlfläche eines größeren Objektes wie beispielsweise eines Begrenzungssteines mit einem Durchmesser von 200 mm.
Trockenes Stroh und Stoff stellt einen sehr schlechten Reflektor dar und besitzt eine hohe Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen. Die an der erfindungsgemäßen Vorrichtung ankommenden reflektierten Radarstrahlen weisen eine Leistungsdichte auf, die proportional zu der effektiven Rückstrahlfläche des Objektes ist. Bei einer Reflexion an einem Stab wächst die effektive Rückstrahlfläche linear mit dem Durchmesser des Stabes. Dies gilt solange der Umfang des Objektes größer als die Wellenlänge λ des Radarsignals ist. Wenn der Umfang des Stabes bzw. der Umfang eines Getreidehalmes kleiner als die Wellenlänge λ ist, nimmt die reflektierte Leistung proportional zu der 3. Potenz des Stabdurchmessers ab, worin die Dicke bzw. der Durchmesser eines Strohhalmes unter der wellenlängenabhängigen Grenze liegt. So reflektiert der Getreidehalm das Signal nur sehr schwach, da es an ihm vorbeigebeugt wird. Die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung 7 kann anhand der Pulsform der reflektierten Signale zudem zwischen kleinen verteilten und einem großen Objekt unterscheiden.
Der Bedienperson 6 wird vorzugsweise durch die Anzeigeeinrichtung 14 über Lage und Abstand eines im Pflanzenfeld befindlichen störenden Objektes 5 informiert. 9 zeigt ein Beispiel für eine derartige Anzeige. Ein Überwachungsbereich, in dem ein störendes Objekt erkannt wird, kann beispielsweise durch eine andere Farbe hervorgehoben werden. Zusätzlich können auf der Anzeige 14 die Koordinaten des Objektes 5 angezeigt werden.

1: Erkennungsvorrichtung
2: Landmaschine
3: Sende-/Empfangseinrichtung
4: Pflanzenfeld
5: störendes Objekt
6: Bedienperson
7: Auswerteeinheit
8A, 8B: Leitungen
8: Eingabeeinrichtung
9: Umgebungssensoren
10: Leitung
11: Speicher
12: Leitung
13: Anzeigeeinrichtung
14: Leitung
15: Lautsprecher
16: Schalter
17: Leitung
18: Leitung
19: GPS-Modul
20: Leitung
Bremsanlage

Claims

Vorrichtung (1) für eine Landmaschine (2) zum Erkennen von störenden Objekten (5) in einem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehendem Pflanzenfeld (4), mit: (a) einer Sendeeinrichtung (3A) zum Senden eines Radarsignals dessen Wellenlänge (λ) in Abhängigkeit von zumindest einem Parametern einer Pflanze des Pflanzenfeldes eingestellt ist; (b) einer Empfangseinrichtung (3B) zum Empfangen eines durch das Pflanzenfeld reflektierten Radarsignals; und mit (c) einer Auswerteeinrichtung (7) zum Ermitteln der empfangenen Signalleistung und zum Vergleichen der Signalleistung mit einem einstellbaren Schwellwert und zum Klassifizieren eines Objekts im Pflanzenfeld als störend, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wellenlänge (λ) des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze des Pflanzenfeldes (4) als einem ersten Parameter der Pflanze eingestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Wellenlänge (λ) des gesendeten Radarsignals größer ist als der durchschnittliche Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze in dem Pflanzenfeld (4).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wellenlänge (λ) des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von der spektralen Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenart als einem zweiten Parameter der Pflanze eingestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wellenlänge (λ) des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von einer sensorisch erfassten Umgebungsfeuchtigkeit als einem weiteren Parameter eingestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sendeeinrichtung (3A) eine Folge von Radarimpulsen aussendet, die durch das Pflanzenfeld (4) an die Empfangseinrichtung reflektiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Auswerteeinheit (7) die Impulsform der durch die Empfangseinrichtung (3B) empfangenen Radarimpulse auswertet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Auswerteeinheit (4) ein störendes Objekt erkennt, wenn die Pulsform der durch die Empfangseinrichtung (3B) empfangenen Radarimpulse der Pulsform der von der Sendeeinrichtung (3A) gesendeten Radarimpulse entspricht und die Signalleistung der empfangenen Radarimpulse über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
Fahrzeug, insbesondere Landmaschine (2), mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche in oder am Fahrzeug angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 13 mit einem Fahrerassistenzsystem, welches mit der Vorrichtung derart zusammenwirkt, dass in Abhängigkeit von der Erkennung eines störenden Objekts eine Aktion, insbesondere ein Ausweichen oder ein Abbremsen vorgenommen wird.
Fahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Anzeigeeinrichtung (14) vorgesehen ist, die einer Bedienperson (6) des Fahrzeugs (2) anzeigt, dass sich ein störendes Objekt (5) in dem Pflanzenfeld (4) befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Anzeigeeinrichtung (14) zusätzlich die Entfernung der Landmaschine (2) zu dem störenden Objekt (5) anzeigt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Landmaschine (2) automatisch abgebremst wird, wenn der Abstand zwischen der Landmaschine (2) und dem störenden Objekt eine minimale Entfernung unterschreitet.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Koordinaten des störenden Objektes durch eine GPS-Einheit (20) der Landmaschine (2) erfasst werden.
Verfahren zum Erkennen von störenden Objekten (5) in einem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehenden Pflanzenfeld (4) mit den folgenden Schritten: (a) Senden (S1) eines Radarsignals dessen Wellenlänge (λ) in Abhängigkeit von Parametern einer Pflanze des Pflanzenfeldes (4) eingestellt wird; (b) Empfangen (S2) eines durch das Pflanzenfeld (4) reflektierten Radarsignals; und (c) Erkennen eines störenden Objektes (5) in dem Pflanzenfeld (4), wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Wellenlänge (λ) des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze, der spektralen Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenart und in Abhängigkeit der sensorisch erfassten Umgebungsfeuchtigkeit eingestellt wird.