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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für die Umfelderfassung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung
ein System für die Umfelderfassung.
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Aus
DE 10 2004 002 936
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung bekannt.
Bei dem Verfahren und der Vorrichtung zur Entfernungsmessung, insbesondere
in Verbindung mit Kraftfahrzeugen, wobei die Entfernungsmessung auf
der Basis eines ausgesendeten und nach Reflexion an einem Messobjekt
empfangenen Lichtsignals erfolgt, wobei ein mittels Ansteuerung
durch eine Steuereinheit veränderbarer Spiegel eingesetzt
wird, wird ein mikromechanischer Spiegel für die Entfernungsmessung
eingesetzt.
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Aus
US 6,601,341 B2 ist
ein Verfahren für die Stickstoffdüngung während
der Vegetationsphase bekannt, das auf der Schätzung eines
Ertragspotentials und einem speziellen, düngemittelbezogenen
Index beruht. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – die Bestimmung eines düngemittelbezogenen Index
für eine Anbaufläche;
- – die Bestimmung eines normierten Differenzvegetationsindex
einer zu düngenden Fläche;
- – die Bestimmung eines geschätzten Ernteertrags auf
dieser Fläche;
- – die Bestimmung eines erreichbaren Ernteertrags für
diese Fläche;
- – die Bestimmung der Stickstoffaufnahme der Vegetation
auf dieser Fläche;
- – die Bestimmung des Düngemittelbedarfs an Stickstoff
für diese Vegetation.
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Aus
CH 426 341 ist eine hydraulische
Hebevorrichtung, insbesondere zum Regeln der Pflugtiefe bekannt,
mit einem Arbeitszylinder, einer kontinuierlich fördernden
Pumpe und einem in Abhängigkeit von der durch die Hebevorrichtung
veränderbaren Größe rückgeführten
Steuerschieber, bei welcher der Druckraum der Pumpe über
ein Ventil mit dem Auslass in Verbindung steht, welches einerseits
vom Pumpendruck und andererseits in Schließrichtung von
einer Belastung sowie über den Steuerschieber in eine Stellung
desselben mit dem Auslassdruck und in einer anderen Stellung mit
dem Pumpendruck belastet ist, und bei welcher der Druckraum der
Pumpe über ein Rückschlagventil mit dem Arbeitszylinder verbunden
ist. Dabei ist der Arbeitszylinder mit dem Pumpenraum über
den Steuerschieber verbunden, welcher einen von der Stellung des
Steuerschiebers abhängigen, aber nicht zu null werdenden
Drosselquerschnitt aufweist, und dass der die Belastung unterstützende
Pumpendruck hinter dem Drosselquerschnitt abgenommen wird.
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Aus
DD 259 720 A1 ist
eine Anordnung zum Einhalten einer konstanten, veränderlich
einstellbaren Lege- oder Bearbeitungsstufe unabhängig vom Widerstand
des Erdbodens, gemessen an Erdoberfläche, bekannt. Die
Anordnung kann überall dort angewendet werden, wo es erforderlich
ist, unabhängig vom Bodenwiderstand, eine konstante, vorher
gewählte und fest eingestellte Lege- oder Bearbeitungstiefe
zu garantieren. Das trifft beispielsweise bei der maschinellen,
grabenlosen Legung von Kabeln oder ähnlichen flexiblen
Gebilden zu. Die erforderliche Genauigkeit der Lege- oder Bearbeitungstiefe
wird durch starr am Zugmittel vorn und beweglich an der Legeeinheit
hinten angebrachte Messfühler, von deren Höhenmesswerten
ein Mittelwert gebildet wird, der auf die Hubeinrichtung, beispielsweise über
ein Servoventil wirkt, erreicht. Kleinflächige Erhebungen oder
Senken werden messtechnisch unterdrückt. Das gilt auch
bei plötzlichem Geländeabfall oder -anstieg. Bei
Ausfall der Steuerung sorgt eine Schwimmstellung für eine
vertretbare Legetiefenänderung bis zum Stillstand der Legeeinrichtung.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
für die Umfelderfassung zu schaffen, das eine dreidimensionale
Abbildung des Umfelds und darin vorhandener Objekte, sowie den Objekten
zugeordnete Eigenschaften, wie insbesondere normierte Indexwerte,
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 genannte Verfahren gelöst.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene dreidimensionale
Erfassung des Umfelds und darin vorhandener Objekte ergeben sich
völlig neuartige Möglichkeiten für die
Erfassung und Klassifizierung solcher Objekte. Eine besonders vorteilhafte
Anwendung stellt die Erfassung einer in dem erfassten Umfeld vorhandenen
landwirtschaftlichen Kultur dar. Die Erfindung ermöglicht
eine differenzierte Erkennung unterschiedlicher Vegetationsarten,
wie insbesondere Nutzpflanzen und Wildkräuter. Weiterhin
wird eine auf der Erkennung der Pflanzenarten und ihres jeweiligen
Zustands basierende Bearbeitung der landwirtschaftlichen Kultur
ermöglicht. Die Erfindung macht sich hier insbesondere
die Erkenntnis zunutze, dass unterschiedliche Pflanzenarten, sowie
durch Nährstoff- oder Wassermangel bzw. Schädlingsbefall
geschädigte Pflanzen, sich in ihrer Wuchshöhe
von sich optimal entwickelnden Pflanzen unterscheiden. Durch die
zusätzliche Erfassung der Pflanzenhöhe können
genauere Informationen über die Pflanzen gewonnen werden.
Besonders vorteilhaft wird die landwirtschaftliche Kultur durch mindestens
einen Sensor erfasst, der als Ablenkspiegel für die Ablenkung
des Abtaststrahls einen mikromechanischen Spiegel (MEMS-Spiegel)
aufweist. Ein solcher Spiegel ermöglicht eine besonders
wirtschaftliche Abtastung der landwirtschaftlichen Kultur mit einer
hohen Auflösung. Die hohe Auflösung ermöglicht
die Erkennung und Identifizierung einzelner Pflanzen innerhalb eines
Vegetationsgebiets. Da einzelne Pflanzen erfassbar sind, können
diese vorteilhaft auch individuell und gezielt bearbeitet werden. Insbesondere
bei lokaler Unterversorgung mit Nährstoffen oder Wasser
oder bei lokalem Schädlingsbefall kann vorteilhaft ressourcenschonend
lokal eingegriffen werden, ohne die landwirtschaftliche Kultur in ihrer
Gesamtheit bearbeiten zu müssen. Weitere Vorteile ergeben
sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher
erläutert. Dabei zeigt:
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1 ein
System für die Erfassung landwirtschaftlicher Kulturen
in einer schematischen Darstellung;
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2 den
Aufbau eines Sensors des erfindungsgemäßen Systems;
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3 die
Darstellung von Indexwerten in einem Koordinatensystem;
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4 eine
landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit einem Sensor;
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5 ein
Ablaufdiagramm.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes System für die
Erfassung landwirtschaftlicher Kulturen in einer schematischen Darstellung.
Unter einer landwirtschaftlichen Kultur im Sinne der vorliegenden
Erfindung sind insbesondere Kulturen von Nutzpflanzen zu verstehen,
die großflächig angebaut und vorzugsweise intensiv
bewirtschaftet werden. Für eine optimale Bewirtschaftung
der landwirtschaftlichen Kulturen bis hin zu einer möglichst
zuverlässigen Prognose von Ernteerträgen schlägt
die Erfindung vor, die Eigenschaften möglichst jeder Pflanze
der Kultur zu erfassen. Dazu gehören insbesondere der genaue Standort
jeder Pflanze, sowie Merkmale, die ihre Art bzw. ihren Wachstumszustand
charakterisieren. Der jeweilige Standort kann dabei in absoluten
Koordinaten eines geografischen Systems und/oder in relativen Koordinaten
erfasst werden, die sich beispielsweise auf den Standort der jeweiligen
Pflanze in Bezug auf ein erfasstes Flurstück beziehen.
Die Art der Pflanze und ihr jeweiliger Wachstumszustand bzw. ihr
Wachstumsfortschritt können vorteilhaft mittels Analyse
von an der Pflanze reflektierter Strahlung erfasst werden, die von
mindestens einem Sensor des Systems in Richtung der Pflanze emittiert
und dann reflektiert wird. Auf diese Weise kann zwischen Pflanzenbewuchs
und Ackerboden unterschieden werden. Weiterhin können Nutzpflanzen
von Wildkräutern unterschieden werden. Schließlich
können auch Rückschlüsse über
den Wachstumszustand, den Wachstumsfortschritt, den eventuellen
Düngerbedarf und die zu erwartende Erntemenge getroffen
werden. Mit Bezugsziffer 10 ist eine landwirtschaftlich
genutzte Fläche bezeichnet, die beispielsweise in Parzellen 10A, 10B, 10C, 10D eingeteilt
ist. Auf der Fläche 10 sind Nutzpflanzen angebaut,
wie dies beispielhaft durch die in Parzelle 10A dargestellten
Nutzpflanzen 2.1, 2.2, 2.3 angedeutet
ist. Mit 2.4, 2.5 sind störende Wildkräuter
bezeichnet. In der landwirtschaftlich genutzten Fläche 10 ist
ein beispielsweise rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Achsen
x, y und z eingezeichnet. Dabei liegen die Achsen x und y in der Fläche 10.
Mit Bezugsziffer 1 ist ein Sensorträger bezeichnet,
der mindestens einen Sensor 1.2 trägt. Der Sensorträger 1 ist
vorzugsweise mobil ausgebildet. Bei dem Sensorträger 1 kann
es sich beispielsweise um eine bemannte landwirtschaftliche Arbeitsmaschine
handeln, an der der mindestens eine Sensor 1.2 montierbar
ist. Alternativ kann der Sensorträger auch ein unbemannter
Feldroboter sein, der ausschließlich für Messzwecke
oder aber auch für Kulturarbeiten, Düngung, Bewässerung,
Unkrautbekämpfung, Erntearbeiten oder dergleichen eingesetzt wird.
Zu diesem Zweck kann an dem Sensorträger 1 mindestens
ein Werkzeug 1.4 oder eine Kombination mehrerer Werkzeuge
angeordnet sein. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Einrichtung
für die Ausbringung von Dünger, ein Schneidwerkzeug
für das Abscheren von Wildkräutern oder dergleichen handeln.
Weiterhin denkbar ist auch ein stationärer Sensorträger 1,
der über kürzere oder längere Zeitintervalle,
beispielsweise für eine kurzzeitige Messaufgabe oder während
einer gesamten Vegetationsperiode an einer bestimmten Stelle der
Fläche 10 positioniert wird.
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Der
Aufbau eines besonders vorteilhaften Sensors 1.2 ist in 2 dargestellt.
Kernkomponente des Sensors 1.2 ist mindestens ein so genannter MEMs-Spiegel
(mikromechanischer Spiegel) als Ablenkspiegel 25, der durch
in 2 nicht dargestellte Ablenkmittel, zumindest in
einer Dimension, vorzugsweise in 2 Dimensionen, auslenkbar bzw.
drehbar ist. Der Sensor 1.2 umfasst mindestens einen Sender 22, 23.
Vorzugsweise jedoch mindestens zwei Sender 22, 23,
die auf unterschiedlichen Frequenzen Strahlung emittieren. Als Sender 22, 23 eignen
sich vorteilhaft Laserdioden, die Strahlung im roten Spektralbereich
und im nahen Infrarotbereich emittieren. Beispielsweise können
die Sender 22, 23 Strahlung mit den Wellenlängen
von etwa 660 nm und 780 nm emittieren. Mit Bezugsziffer 24 ist
ein teildurchlässiger Spiegel bezeichnet, der in dem Strahlengang
der von den Sendern 22 und 23 emittierten Strahlung
angeordnet ist. Mit Bezugsziffer 26 ist ein Empfänger bezeichnet,
der von den Sendern 22 und 23 emittierte Strahlung
empfangen kann. Mit Bezugsziffer 21 ist ein Objekt bezeichnet,
das beispielhaft für Objekte aus dem Erfassungsbereich
des Sensors 1.2 steht.
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Im
Folgernden wird die Funktionsweise des in 2 dargestellten
Sensors 1.2 kurz beschrieben. Die von den Sendern 22, 23 erzeugte
Strahlung wird über den teildurchlässigen Spiegel 24 auf
den Ablenkspiegel 25 gerichtet, der diese Strahlung vorzugsweise
nach dem so genannten Flying-Spot-Verfahren rasterförmig
auf den Erfassungsbereich des Sensors 1.2 ablenkt. Die
Auslenkung des Ablenkspiegels kann dabei derart erfolgen, dass im
Wesentlichen eine Ebene des Erfassungsbereichs mit Strahlung der
Sender 22, 23 beaufschlagt wird. Besonders vorteilhaft
ist jedoch eine zweidimensionale Auslenkung bzw. Drehung des Ablenkspiegels 25,
so dass ein dreidimensionaler Erfassungsbereich des Um felds abgedeckt
wird. Bei einem typischen vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist dabei ein Öffnungswinkel von etwa 60° in der
vertikalen und horizontalen Ebene vorgesehen. Das Umfeld wird dabei
mit einer Auflösung von 3000 Pixeln und einer Bildfolgefrequenz von
etwa 15 Bildern pro Sekunde (frames per second) erfasst. An einem
Objekt 21 in dem Erfassungsbereich reflektierte Strahlung
der Sender 22, 23 gelangt über den Ablenkspiegel 25 und
den teildurchlässigen Spiegel 24 auf den Empfänger 26 und kann
dort detektiert und weiter verarbeitet werden. Durch eine Laufzeitmessung
der von den Sendern 22, 23 emittierten und an
dem Objekt 21 reflektierten Strahlung kann vorteilhaft
zusätzlich auch noch die Entfernung des Objekts 21 festgestellt
werden.
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Als
zu erfassende Objekte interessieren besonders die auf der landwirtschaftlich
genutzten Fläche 10 (1) gezielt
angebauten Nutzpflanzen 2.1, 2.2, 2.3 und
unerwünscht heranwachsende Wildpflanzen 2.4. und 2.5.
Mit Hilfe des auf dem Sensorträger 1 angeordneten
mindestens einen Sensors 1.2 wird die genaue örtliche
Lage der Nutzpflanzen 2.1, 2.2, 2.3 bzw.
der Wildpflanzen 2.4, 2.5 erfasst. Dazu gehört
auch die Entfernung der genannten Pflanzen von dem Standort des
Sensors 1.2, die, wie bereits erwähnt, mittels
einer Laufzeitmessung erfassbar ist. Durch die dreidimensionale
Abtastmöglichkeit kann auch die Höhe der Pflanzen
ermittelt werden, wenn zuvor die Oberfläche des Ackerbodens
erfasst worden ist. Wildkräuter, die sich häufig
durch einen besonders starken Wuchs auszeichnen, können
so besonders leicht geortet und identifiziert werden.
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Durch
den Einsatz von mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen
mittels der Sender
22,
23 des Sensors
1.2 können
die Reflexionseigenschaften eines Objekts bei unterschiedlichen
Wellenlängen erfasst werden. Dies ermöglicht,
auf vorteilhafte Weise, eine noch präzisere Unterscheidung zwischen
dem Ackerboden des Feldes
10 und der darauf wachsenden
Vegetation einerseits und zwischen unterschiedlichen Vegetationsarten,
andererseits. Durch die Berücksichtigung von mindestens zwei
unterschiedlichen Wellenlängen, nämlich einer Wellenlänge
aus dem nahen Infrarotbereich, im Folgenden NIR Band genannt, und
einer Wellenlänge aus dem Rotbereich des Spektrums, im
Folgenden Rotes Band genannt, kann, gemäß der
nachfolgenden Beziehung (
1) ein normierter Indexwert NDVI
abgeleitet werden, der besonders aussagekräftig ist:
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Der
Indexwert NDVI nutzt den signifikanten Anstieg der Reflektivität
von Chlorophyll im nahen Infrarotbereich des Spektrums und ist daher
besonders gut geeignet, um besonders sicher zwischen dem Ackerboden
und der darauf wachsenden Vegetation zu unterscheiden. Dies wird
beispielhaft unter Bezug auf die Darstellung in 3 erläutert.
Dargestellt sind beispielsweise die durch Abtastung der Parzelle 10B des
Feldes 10 (1) mit dem Sensor 1.2 ermittelten Indexwerte
des Ackerbodens und des dort wachsenden Wildkrauts 2.5.
Die Darstellung hat die Form einer Messung als Punktwolke, das heißt,
eine Menge von 3D-Messpunkten, bei der für jeden 3D-Messpunkt
bereits der zugeordnete NDVI-Wert berechnet wurde. Aufgrund des
NDVI Werts lassen sich Pflanzen und Ackerboden leicht segmentieren
und Pflanzenparameter berechnen. Die Pflanzenhöhe ergibt sich
beispielsweise als maximale Differenz der Punkte in Richtung der
z-Achse des Koordinatensystems.
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Für
den Ackerboden wird beispielsweise ein vergleichsweise niedriger
Wert des Indexwertes NDVI von < 0,3
ermittelt. Für das Wildkraut 2.5 ergibt sich dagegen
ein vergleichsweise hoher Indexwert NDVI von ca. 0,7. Mit dem erfindungsgemäßen
System können weiterhin die Ortskoordinaten des Wildkrauts 2.5 in
dem dargestellten Koordinatensystem, also x1 und y1, erfasst werden.
Weiterhin kann, aufgrund der räumlichen Abtastung des Erfassungsbereichs
des Sensors 1.2, auch die Höhe (Koordinate z1)
des Wildkrauts 2.5 über dem Ackerboden erfasst werden.
Auch die Unterscheidungsmöglichkeit zwischen unterschiedlichen
Zuständen einer Nutzpflanze und zwischen Nutzpflanzen und
Wildkräutern wird hierdurch verbessert. Weiterhin lassen
sich sofort zahlreiche Parameter der Pflanzen, wie insbesondere
ihre Höhe, ihre Ausdehnung, die Blattzahl, der Blütenzustand,
der Fruchtansatz und dergleichen erfassen, da komplette dreidimensionale
Informationen zur Verfügung stehen und sich somit aus jeder
Messung des Sensors 1.2 eine entsprechende Kartendarstellung
des erfassten Vegetationsgebiets berechnen lässt. Die Erfassung
bzw. Berechnung der erwähnten Parameter wird stark erleichtert,
da sich jeder Messwert bereits einer Objektklasse zuordnen lässt
und ein ggf. zu berücksichtigendes Segmentierungsproblem
damit schon gelöst wird. Bei einer bloßen Entfernungsmessung
oder aufgrund einer bloßen Farbinformation wäre
dieses Problem weitaus schwieriger zu lösen. Durch Anbringen
des Sensors 1.2 an einem mobilen Sensorträger 1 lassen
sich die Informationen durch Fusion mehrerer Messungen auch für
große Flächen, wie beispielsweise ein ganzes Feld,
erfassen. Für Dokumentations- und Analysezwecke können
die erfassten und ggf. schon verarbeiteten Sensordaten aufgezeichnet
und auch längerfristig gespeichert werden, damit sie für
wiederholte Messungen zu einem späteren Zeitpunkt oder auch
für Bearbeitungszwecke zur Verfügung stehen. Die
Blickrichtung des Sensors 1.2 kann senkrecht nach unten
oder auch auch nach vorn geneigt sein. Durch die zuletzt genannte
Variante ist auch eine vorausschauende Umfelderfassung möglich.
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Anstelle
eines stationären oder mobilen, sich auf dem Ackerboden
fortbewegenden Sensorträgers 1, wäre
es auch denkbar, ein bemanntes oder unbemanntes Luftfahrzeug als
Träger für den mindestens einen Sensor 1.2 einzusetzen.
Dadurch könnte die Erfassung landwirtschaftlicher Kulturen
noch schneller und wirtschaftlicher erfolgen.
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Für
Sensorträger jeder Art, seien sie nun stationär,
als Landfahrzeug mobil oder als Luftfahrzeug ausgestaltet, ist der
Einsatz eines vorzugsweise satellitengestützten Navigationssystems
zweckmäßig, da sich durch eine möglichst
genaue Positionsbestimmung reproduzierbare Messungen durchführen lassen.
Dies ist besonders wichtig, wenn Messungen in zeitlichen Abständen
wiederholt werden sollen. Wie in 1 schematisch
dargestellt, umfasst der Sensorträger 1 daher
ein Navigationssystem 1.3, das über mindestens
eine Antenne 1.1 Signale mindestens eines Satelliten 3 erfassen
kann, der Signale über eine Antenne 3.1 aussendet.
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Besonders
vorteilhaft können die mittels des Sensors 1.2 erfassten
Messdaten für statistische Auswertungen eingesetzt werden,
die beispielsweise die Entwicklung der angebauten Nutzpflanzen,
die Verbreitung von Wildkräutern, die Ausbreitung von Pflanzenschädlingen,
die Wirksamkeit von Düngergaben, den Einsatz von Unkraut-
oder Schädlingsbekämpfungsmitteln und Ernteprognosen
betreffen. Dabei können durch Einsatz der Erfindung wesentlich
genauere Ergebnisse als bei herkömmlichen Verfahren erzielt
werden.
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Die
erfassten Messwerte lassen sich jedoch vorteilhaft auch für
die Bearbeitung landwirtschaftlicher Kulturen einsetzen. Dies kann
beispielsweise auch in Echtzeit erfolgen, wenn der Sensorträger 1 mit
entsprechenden Arbeitseinrichtungen oder Werkzeugen ausgerüstet
ist. So kann beispielsweise unmittelbar nach Erfassung und Auswertung
der Messwerte ein zweckentsprechender Arbeitseinsatz erfolgen. So
kann beispielsweise unmittelbar an bedürftigen Pflanzen
gezielt Düngemittel ausgebracht werden. Weiterhin können
erfasste störende Wildkräuter unmittelbar nach
Erfassung aus der Kultur entfernt werden. Oder es kann selektiv
ein Unkraut- oder Schädlingsbekämpfungsmittel
ausgebracht werden. Durch die selektive und lokal begrenzte Ausbringung lassen
sich nicht nur beträchtliche Kosten einsparen. Auch der
Umwelt- und insbesondere Gewässerschutz wird stark verbessert,
da ggf. die Umwelt belastende Mittel nun nur noch in weit geringerem Maße
ausgebracht werden müssen. Durch die genauere Datenerfassung
wird auch eine zeitlich von der Messwerterfassung getrennte Bearbeitung
der landwirtschaftlichen Nutzfläche ermöglicht.
Die gewonnenen Messwerte ermöglichen nämlich eine hochgenaue
Steuerung eines Feldroboters, der beispielsweise die genannten Bearbeitungsschritte
zu einem späteren Zeitpunkt durchführen soll oder
bestimmte Bearbeitungsschritte wiederholt anwenden muss. Mittels
der gewonnenen Messwerte lassen sich beispielsweise Ackerfurchen
oder in Reihen stehende Nutzpflanzen sehr genau erkennen und für
die Steuerung des Roboters ausnutzen. Denkbar ist auch eine Anwendung
bei autonom arbeitenden Rasenmähern, die die abzumähende
Rasenfläche und Hindernisse darauf oder deren Berandung
selbsttätig erfassen.
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Eine
weitere besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung bei der Bearbeitung
einer landwirtschaftlich genutzten Fläche wird im Folgenden unter
Bezug auf 4 und 5 erläutert.
Die Erfindung lässt sich vorteilhaft bei der Regelung der
Pflugtiefe einsetzen. 4 zeigt einen Acker 40 als
zu bearbeitende landwirtschaftliche Nutzfläche. Ein Traktor 41 befährt
den Acker 40 und pflügt diesen mit einem angekoppelten
Pflug 41.4 um. Der Pflug 41.4 ist über
eine, beispielsweise hydraulisch betätigbare Hubeinrichtung 41.2 an
den Traktor 41 angeflanscht. Mit Hilfe dieser Hubeinrichtung 41.2 ist
der Pflug 41.4 in Richtungen des Doppelpfeils 41.3 auf-
und ab bewegbar. Mit Bezugsziffer 42 ist eine Anbauposition des
Pflugs 41.4 bezeichnet, die etwa einer Mittellage zwischen
zwei Extremwerten der Auslenkung entspricht. Mit Bezugsziffer 41.1 ist
ein hier beispielsweise an der Fahrerkabine des Traktors 41 angeordneter
Sensor 41.1 bezeichnet, der das Umfeld des Traktors 41 zumindest
in einem Winkelbereich w1 erfasst. Aus den Messdaten des Sensors 41.1 kann
durch eine in 4 nicht dargestellte Auswerteeinrichtung die
Oberfläche 43 des Ackers 40 erfasst wer den.
Da aufgrund der Messdaten des Sensors 41.1 die genaue Lage
der Oberfläche 43 des Ackers 40 und aus der
Stellung der Hubeinrichtung 41.2 die jeweilige Anbauposition
des Pflugs 41.4 bekannt sind, kann durch entsprechende
Steuerung der Hubeinrichtung 41.2 in Abhängigkeit
von den Messdaten des Sensors 41.1 die Pflugtiefe eingestellt
und geregelt werden. Da der Sensor 41.1 das Umfeld dreidimensional erfasst,
kann auch die Anstellung der Pflugscharen überwacht und
ggf. verändert werden, wenn der Pflug 41.4 eine
entsprechende Verstelleinrichtung umfasst. Da mit dem Sensor 41.1 auch
die Lage der Furchen und die Begrenzungen des Ackers 40 erfassbar
sind, kann beim Erreichen des Ackerrands auch das dann notwendige
Anheben des Pflugs in Abhängigkeit von entsprechenden Messdaten
des Sensors 41.1 gesteuert werden. Alternativ und/oder zusätzlich
können das Anheben des Pflugs und sein anschließendes
Absenken bei einer neu zu bearbeitenden Furche auch durch Messwerte
eines Lenkwinkelsensors s unterstützt werden, der beispielsweise
ein eingeleitetes Wendemanöver des Traktors 41 erfasst.
Wenn wie hier beim Pflügen eines Ackers 40 keine
Vegetationsunterschiede erfasst werden müssen, kann als
Sensor 41.1 auch ein einfacherer Sensor eingesetzt werden,
der das Umfeld mit lediglich einer Lichtwellenlänge erfasst.
Anstelle eines derartigen Laserimagers können als Sensor
auch so genannte Photon Mixing Devices (PMD) oder Stereo-Video-Kameras
eingesetzt werden.
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Unter
Bezug auf das in 5 dargestellte Ablaufdiagramm 50 wird
im Folgenden eine Einlernphase beschrieben, mit der die gewünschte
Pflugtiefe eingestellt werden kann. Mit dem Schritt 51 beginnt die
Einlernphase. Dabei befindet sich der über die Hubeinrichtung 41.2 an
den Traktor 41 angekoppelte Pflug 41.4 noch in
einer Transportposition, die etwa der maximalen Hubhöhe
der Hubeinrichtung 41.2 entspricht. Mit dem Sensor 41.1 werden
die Oberfläche 43 des Ackers 40 erfasst
und die Anbauposition 42 des Pflugs 41.4 gemessen.
Dann wird im Schritt 52 der Pflug 41.4 abgesenkt
und im Schritt 53 auf Solltiefe eingestellt. Im Schritt 54 wird
entschieden, ob die Einlernphase beendet wird und somit über
den Schritt 54A zu de, Schritt 55 übergegangen
werden kann. Ist die Einlernphase noch nicht erfolgreich abgeschlossen,
wird über den Schritt 54B wieder zu dem Schritt 52 übergegangen.
Nach erfolgreicher Einlernphase kann das Pflügen fortgesetzt
werden. Aufgrund der ständigen Überwachung mittels
des Sensors 41.4 und die in Abhängigkeit von den
Messdaten des Sensors 41.4 durchgeführte Steuerung
der Hubeinrichtung 41.2 kann auch bei sich ändernden Bodenverhältnissen
eine möglichst gleich bleibende Pflugtiefe eingehalten
werden.
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Vorstehend
wurde die Anwendung der Erfindung beispielhaft bei der Einstellung
und Einhaltung der Pflugtiefe erläutert. Die Erfindung
ist jedoch darauf nicht beschränkt. Mit gleichem Erfolg
kann auch die Arbeitsposition weiterer landwirtschaftlicher Geräte,
wie zum Beispiel Egge oder Häufler geregelt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Erfindung auch bei anderen Erdbearbeitungsmaschinen
einsetzbar, bei denen es auf eine präzise Tiefenregelung
von Einsatzwerkzeugen oder auf eine exakte Niveauregelung ankommt.
Dazu zählt beispielsweise auch das Verlegen von Versorgungsleitungen
aller Art in einer definierten Tiefe unter der Oberfläche
oder auch das gleichmäßige Planieren von Erdaushub oder
Füllmaterial.
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In
vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung können auch
mehr als zwei Sender eingesetzt werden, um auf diese Weise eine
noch trennschärfere Unterscheidung zwischen Ackerboden
und unterschiedlichen Vegetationsarten zu ermöglichen.
So könnte beispielsweise auch eine noch genauere Differenzierung
zwischen Nutzpflanzen und mehreren Wildkräuterarten ermöglicht
werden. Bevorzugt liegt die Wellenlänge geeigneter Sender
in dem Bereich zwischen etwa 550 nm und 800 nm.
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Ein
besonders vorteilhafter Sensor für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst demzufolge
eine Einrichtung für die Erzeugung von Strahlung bei mindestens
zwei unterschiedlichen Wellenlängen, insbesondere zwei
optische Sender in Form von Halbleiterdioden, mindestens einen MEMS-Spiegel
für die rasterförmige Ablenkung der von den Sendern
emittierten Strahlung auf das zu erfassende Umfeld und den Empfang
der an Objekten in dem Umfeld reflektierten Strahlung, sowie eine
Einrichtung für die Auswertung der reflektierten Strahlung,
insbesondere für die Bildung eines normierten Indexwerts.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004002936
A1 [0002]
- - US 6601341 B2 [0003]
- - CH 426341 [0004]
- - DD 259720 A1 [0005]
