DE102015212107A1

DE102015212107A1 - Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Sandgehaltes von Futterpflanzen während des Ernteprozesses

Info

Publication number: DE102015212107A1
Application number: DE102015212107.0A
Authority: DE
Inventors: Karl Wild
Original assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Dresden
Current assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Dresden
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2035-07-01
Also published as: DE102015212107B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Sandgehaltes von Futterpflanzen während des Ernteprozesses in einer selbstfahrenden und/oder einer von einer Landmaschine gezogenen Erntemaschine. Dabei ist in einer horizontalen oder schräg geneigten Fördereinrichtung für die Futterpflanzen in der Erntemaschine vertikal unterhalb des Futtergutstromes eine optisch transparente, kratzfeste Fläche ausgebildet, und auf der von dem Futtergutstrom abgewandten Seite der optisch transparenten, kratzfesten Fläche ist mindestens eine Kamera für hochauflösende 2D-Aufnahmen angeordnet. Die mindestens eine Kamera ist auf die optisch transparente, kratzfeste Fläche und den auf der der mindestens einen Kamera gegenüber liegenden Seite geförderten Futterpflanzenstrom ausgerichtet. Die mindestens eine Kamera ist mit einem Bildverarbeitungssystem zur Bildanalyse und das Bildverarbeitungssystem mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung des Sandgehaltes verbunden. Eine Datenbank, in der Sandfarbenspektren in Abhängigkeit von der Feuchte des Sands und den Kornmerkmalen gespeichert sind, ist mit der Auswerteeinheit verbunden. Ein Feuchtigkeitsmesssystem der Erntemaschine zur Bestimmung der Feuchtigkeit der Futterpflanzen und des mitgeführten Sandes ist ebenfalls mit der Auswerteeinheit verbunden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Sandgehaltes von Futterpflanzen während des Ernteprozesses in einer selbstfahrenden und/oder einer von einer Landmaschine gezogenen Erntemaschine.
Die heutige Tierhaltung ist gekennzeichnet durch eine Optimierung der Leistungen, wie den täglichen Fleischzuwachs oder die täglich produzierte Milch. Um derartige Leistungen zu erreichen, bedarf es eines qualitativ hochwertigen Futters. Neben wertvollen Inhaltsstoffen gibt es auch qualitätsmindernde Bestandteile im Futter. Ein Beispiel dafür ist Sand.
Neben den nachteiligen Auswirkungen auf die Tiergesundheit und -leistung führt Sand auch zu einem höheren Verschleiß in den Maschinen, die zur Ernte von Feldfutter wie Mais, Anwelkgut oder Heu, oder zur Futterbereitstellung (z. B. in Futtermischwagen) eingesetzt werden. Daher sollte der Sandgehalt im Futter für den gesamten Produktionsprozess so gering wie möglich gehalten werden. Grundlage dafür sind Methoden oder Techniken, die den Sandgehalt im Futter kontinuierlich ermitteln und so eine Kontrolle ermöglichen, ob die Vermeidung der Sandaufnahme im Ernteprozess erfolgreich war.
Üblicherweise wird für die Bestimmung des Sandgehaltes im Futter das Standardanalyseverfahren des Verbandes Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA e. V.) herangezogen. Dabei wird die Probe verbrannt und die Asche in Salzsäure aufgelöst. Das übrigbleibende Material ist Sand. Dieses Laborverfahren eignet sich jedoch nicht für den Einsatz auf einer Erntemaschine. Auch Siebverfahren oder der Einsatz von NIR-Spektrometern zur Bestimmung des Sandgehaltes sind für den Einsatz auf einer Erntemaschine ungeeignet. Grundsätzlich wäre der Einsatz von Partikelmessgeräten denkbar, die z. B. laserbasiert nach dem Streulichtverfahren messen, jedoch entstehen Messfehler, sobald der Sand feucht ist und dann als Konglomerat vorkommt. Zudem sind diese Geräte sehr teuer.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit für eine kontinuierliche Bestimmung des Sandgehaltes von Futterpflanzen während des Ernteprozesses mit erhöhter Genauigkeit anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
Während des Erntevorgangs, wenn das Futtergut mit der Erntemaschine gefördert wird, kann Sand aus dem Futtergut auf den Boden unter dem zu fördernden Futtergut herausgeschüttelt, dort aber mit dem Futtergut weiter transportiert werden.
Unter Sand sollen dabei auch die Körner anderer Bodenarten, wie z. B. Schluff Ton oder organische Bestandteile, verstanden werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Sandgehaltes von Futterpflanzen während des Ernteprozesses besteht zunächst aus einer selbstfahrenden und/oder einer von einer Landmaschine gezogenen Erntemaschine. Darin ist in einer horizontalen oder schräg geneigten Fördereinrichtung der Erntemaschine eine optisch transparente, kratzfeste Fläche ausgebildet.
Die optisch transparente, kratzfeste Fläche kann aus Saphirglas, beispielsweise in Form einer runden Scheibe mit einem Durchmesser von 6 cm, ausgeführt sein.
Die optisch transparente, kratzfeste Fläche kann bevorzugt in einer dem Schneidwerk und/oder dem Erntevorsatzgerät der Erntemaschine nachgeordneten Fördereinrichtung für die Futterpflanzen zu einer Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sein, beispielsweise

• in der Pickup hinter dem Zinkenbereich,
• beim reihenunabhängigen Schneidvorsatz eines Feldhäckslers zwischen Vorsatz und Vorpresswalzen,
• bei Vorsätzen für den Feldhäcksler generell vor den Einzugswalzen,
• im Ladewagen oder in Ballenpressen unmittelbar vor dem Schneidwerk.

In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann die optisch transparente, kratzfeste Fläche auch im Auswurfkrümmer der Erntemaschine angeordnet sein.
Auf der von dem Futtergutstrom abgewandten Seite der optisch transparenten, kratzfesten Fläche ist mindestens eine Kamera für hochauflösende 2D-Aufnahmen angeordnet, die bevorzugt eine Bildaufnahmerate von mindestens 20 Bildern pro Sekunde erreicht. Die mindestens eine Kamera ist auf die optisch transparente, kratzfeste Fläche und den auf der der mindestens einen Kamera gegenüber liegenden Seite geförderten Futtergutstrom ausgerichtet. Die mindestens eine Kamera sollte hochauflösende Aufnahmen erstellen können, um die Sandpartikel auch bei hohen Geschwindigkeiten des Futtergutstromes von zum Teil über 240 km/h in der Erntemaschine gut erfassen zu können.
In einer Alternative der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zwei Kameras in einem bekannten Abstand zueinander auf der von dem Futtergutstrom abgewandten Seite der optisch transparenten, kratzfesten Fläche angeordnet und auf die optisch transparente, kratzfeste Fläche und den auf der den Kameras gegenüber liegenden Seite geförderten Futterpflanzenstrom ausgerichtet sein, um 3D-Aufnahmen zu erstellen.
Die Bestimmung des im Futtergut enthaltenen Sandgehaltes erfolgt erfindungsgemäß auf Basis einer Farberkennung und dem Vergleich der erfassten Farbspektren mit den Farbspektren in einer Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank. In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher die mindestens eine Kamera mit einem Bildverarbeitungssystem zur Bildanalyse und dieses Bildverarbeitungssystem mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung des Sandgehaltes verbunden. Weiterhin ist eine Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank, in der Sandfarbenspektren in Abhängigkeit von der Feuchte des Sands und der Kornmerkmale gespeichert sind, mit der Auswerteeinheit verbunden. Kornmerkmale sind dabei insbesondere die Struktur, Textur und Größe des Sandes.
In der Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank sind verschiedene Sandarten mit ihren typischen Farbspektren und Kornmerkmalen von Sand erfasst. Sand weist ein großes Spektrum an Farben auf, die eine gewisse regionale Abhängigkeit widerspiegeln. Innerhalb einer Anbaufläche bleiben das jeweilige Farbspektrum und die Kornmerkmale in der Regel nahezu gleich. Diese Informationen können durch

• Heranziehen der Ergebnisse der Reichsbodenschätzung (Bodenart, Sandanteil, Korngrößenverhältnisse etc.),
• Bodenuntersuchungen im Labor, z. B. bei regulär anstehenden Bodenuntersuchungen,
• Erfassen der Bodenfarbe nach der Saatbettbereitung,
• bei Wiesen, bei denen keine Bodenbearbeitung möglich ist, durch das Erfassen der Farbe von Maulwurfshügeln im Frühjahr, oder
• bei erstmaliger Anfahrt ohne Kenntnis von der vorkommenden Sandfarbe und Kornmerkmale durch gezieltes Probenziehen und Bestimmen der Farbe und Kornmerkmale für eine Anbaufläche oder eine Wiese, wobei dies flächendeckend oder punktuell für eine Schnellkalibrierung erfolgen kann,

Die Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank muss nicht bereits zum ersten Einsatz Datensätze zu allen Sandfarbenspektren oder Kornmerkmalen enthalten, sondern kann nach und nach ergänzt werden. Insbesondere kann die Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank durch die Aufgabe von Sand, der von einer zu bearbeitenden Anbaufläche für die Futterpflanzen stammt, auf die optisch transparente, kratzfeste Fläche und die anschließende Analyse mittels des Bildverarbeitungssystems und der Auswerteeinheit kalibriert werden. Beispielsweise können die jeweilige Farbe und die Kornmerkmale des Sandes in einem Maisfeld erfasst werden, indem von einigen Maispflanzen die unteren Stengelstücke auf einer Länge von ca. 40 cm abgeschnitten werden, der Sand per Hand abgestreift und auf die optisch transparente, kratzfeste Fläche gegeben wird. Um Störeinflüsse zu vermeiden, kann die optisch transparente, kratzfeste Fläche zusätzlich abgedeckt werden. Durch das Kalibrieren der Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank mit Sand von bekannten und zu bearbeitenden Anbauflächen kann die Erfassung des Sandes während des Ernteprozesses wesentlich erleichtert bzw. die Genauigkeit der Bestimmung des Sandgehalts gesteigert werden.
Die Korngröße der erfassten Sande können sowohl in ihrer individuellen Größe, als auch mittels einer Klassierung in beispielsweise fünf Korngrößengruppen erfasst werden.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Feuchtigkeitsmesssystem der Erntemaschine zur Bestimmung der Feuchtigkeit der Futterpflanzen und des mitgeführten Sandes mit der Auswerteeinheit verbunden. Das Feuchtigkeitsmesssystem kann dabei mindestens ein NIR-Spektrometer aufweisen.
Erfindungsgemäß kann zur Bestimmung der Trockenmasse und/oder des Gehaltes der Inhaltsstoffe der Futterpflanzen ein Ertragsmesssystem der Erntemaschine mit der Auswerteeinheit verbunden sein.
Zur Ausgabe des von der Auswerteeinrichtung ermittelten Sandgehaltes an den Führer der selbstfahrenden und/oder einer von einer Landmaschine gezogenen Erntemaschine kann eine Anzeigevorrichtung mit der Auswerteeinheit verbunden sein.
In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Auswerteeinheit mit einer Steuereinheit zur Anpassung der Schnitthöhe der Erntemaschine an die von der Auswerteeinheit ermittelte Schnitthöhe verbunden sein.
Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der optisch transparenten, kratzfesten Fläche beinhalten, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist und von dieser gesteuert werden kann. Ist die optisch transparente, kratzfeste Fläche durch weitergeförderten feuchten Sand verunreinigt, führt dies zu Unregelmäßigkeiten in den von der mindestens einen Kamera erfassten Aufnahmen, z. B. in Form von Streifenbildung. Diese Abweichungen von den üblicherweise erfassten Aufnahmen können von der Auswerteeinheit erkannt werden, so dass die Auswerteeinheit dann die Reinigung der optisch transparenten, kratzfesten Fläche durch die mit der Auswerteeinheit verbundenen Reinigungsvorrichtung auslöst.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann einen GPS-Empfänger enthalten, der mit der Auswerteeinheit verbunden ist und dieser den aktuellen Standort der Erntemaschine übermittelt. Bei bekannten, in der Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank hinterlegten Werten kann dies ausgenutzt werden.
In einem Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Sandgehaltes von Futterpflanzen während des Ernteprozesses in einer selbstfahrenden und/oder einer von einer Landmaschine gezogenen Erntemaschine mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erstellt die mindestens eine Kamera durch die optisch transparente, kratzfeste Fläche in der Fördereinrichtung kontinuierlich in regelmäßigen, kurzen zeitlichen Abständen hochauflösende 2D-Aufnahmen des geförderten Futtergutstroms und überträgt diese Aufnahmen an das Bildverarbeitungssystem.
Das Bildverarbeitungssystem ermittelt für jede einzelne Aufnahme der mindestens einen Kamera die Farbspektren, die Größe und die Anzahl der abgebildeten Bestandteile des Futtergutstroms und übermittelt diese an die Auswerteeinheit. Da die Feuchtigkeit des Futtergutes und damit des mitgeführten Sandes Einfluss auf das Durchfallen der Sandkörner auf die optisch transparente, kratzfeste Fläche hat, vergleicht die Auswerteeinheit die erfassten Farbspektren in Abhängigkeit von der durch das Feuchtigkeitsmesssystem ermittelten und an die Auswerteeinheit übertragenen Feuchtigkeit der Futterpflanzen und des mitgeführten Sandes und die Größe der in den einzelnen Aufnahmen abgebildeten Bestandteile mit der Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank und unterscheidet damit die aufgenommenen Bestandteile des Futtergutstroms in Sand, Futterpflanzen und sonstige Bestandteile.
Zur besseren Abgrenzung eines Sandkornes zu seiner Umgebung bzw. zu den sonstigen Bestandteilen des Futtergutstromes kann auch die Größe einer Fläche mit einem einheitlichen Farbspektrum herangezogen werden. Sandkörner, wie sie im Futter zu finden sind, weisen üblicherweise eine Korngröße von 0,06 bis 2 mm auf. In einer von der mindestens einen Kamera erfassten 2D-Aufnahme ergibt sich so eine Fläche von maximal 4 mm² für ein Sandkorn. Demnach ergibt sich auch bei einer Ansammlung von Sandkörnern eine relativ kleine Fläche in Sandfarbe. Die Flächen von einzelnen Bestandteilen der Futterpflanzen, die eine einheitliche Farbe aufweisen, sind fast immer größer. Aus der durchschnittlichen Größe der Sandkörner und der Feuchtigkeit kann auch ein Grenzwert für eine maximal zulässige Farbflächengröße für Sand festgelegt werden.
Aus der Gesamtgröße der als Sand erkannten Flächen in den einzeln erfassten Aufnahmen bestimmt die Auswerteeinheit kontinuierlich den Sandgehalt der geernteten Futterpflanzen. Dieser Wert ist zunächst ein Zwischenwert für den Sandgehalt der Futterpflanzen.
Vorteilhaft kann die Auswerteeinheit aus der durch das Feuchtigkeitsmesssystem ermittelten und an die Auswerteeinheit übertragenen Feuchtigkeit der Futterpflanzen und der damit verbundenen Haftfähigkeit des Sands an den Futterpflanzen, sowie der durch das Ertragsmesssystem ermittelten und an die Auswerteeinheit übertragenen Masse, bevorzugt der Trockenmasse, kontinuierlich den tatsächlichen Sandgehalt der Futterpflanzen bestimmen.
Mit einem in der Erntemaschine vorhandenen und der Auswerteeinheit verbundenen Ertragsmesssystem kann der Gehalt an wertgebenden Futterinhaltsstoffen, wie z. B. Kohlehydraten, Rohproteinen oder Rohfett, erfasst werden. Aus dem ermittelten Sandgehalt, der durch das Ertragsmesssystem ermittelten und an die Auswerteeinheit übertragenen Masse, und/oder dem durch das Ertragsmesssystem ermittelten und an die Auswerteeinheit übertragenen Gehalt der Inhaltsstoffe der Futterpflanzen zur Ermittlung der Schnitthöhe der Erntemaschine kann die Auswerteeinheit eine Optimierung zwischen einem niedrigen Sandgehalt und einem hohen Futterpflanzenertrag durchführen. Beispielsweise nimmt beim Mais der Sandanhang am Stengel mit zunehmender Höhe ab und ist ab einer bestimmten Höhe nicht mehr vorhanden. Gleichzeitig nimmt mit zunehmender Höhe der Gehalt an Kohlehydraten und anderen wertgebenden Futterinhaltsstoffen zu. Demnach wäre eine hohe Schnitthöhe über dem Boden günstig, würde jedoch zu einem Masseverlust der geernteten Futterpflanzen führen. Daher sollte eine Schnitthöhe ermittelt werden, bei dem der Sandgehalt möglichst gering und der Ertrag von Futterpflanzen möglichst hoch ist. Dafür kann beispielsweise entlang einer Strecke von ca. 100 m die Schnitthöhe z. B. in Stufen von jeweils ca. 4 cm bis auf eine Höhe von ca. 40 cm gesteigert werden. Gleichzeitig werden Sandgehalt, Masse und Gehalt der Futterpflanzeninhaltsstoffe erfasst und durch die Auswerteeinheit die geeignetste Schnitthöhe ermittelt.
Die Anpassung der tatsächlichen Schnitthöhe der Erntemaschine an die von der Auswerteeinheit ermittelte Schnitthöhe kann erfindungsgemäß manuell durch den Führer der Erntemaschine oder der die Erntemaschine ziehenden Landmaschine oder automatisch geregelt durch die mit der Auswerteeinheit verbundene Steuereinheit erreicht werden.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können mittels des mit der Auswerteeinheit verbundenen GPS-Empfängers und der ebenfalls mit der Auswerteeinheit verbundenen Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank die jeweils von der Auswerteeinheit ermittelten Sandgehalte und/oder die von der Auswerteeinheit ermittelten Schnitthöhen der Futterpflanzen georeferenziert in der Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank gespeichert werden. Daraus kann eine Sandfarben- und Kornmerkmalskarte für eine Anbaufläche erstellt werden. Mithilfe einer solchen Sandfarben- und Kornmerkmalskarte und des mit der Auswerteeinheit verbundenen GPS-Empfängers ist dem System jederzeit bekannt, welche Sandfarbenspektren und Kornmerkmale auf der zu bearbeitenden Anbaufläche vorkommen, wodurch die Genauigkeit bei der Erkennung des Sandes gesteigert werden kann.
Die Messung des Sandgehaltes kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht die Genauigkeit eines Laborsystems erreichen. Der Vorteil ist aber die kontinuierliche Messung des Sandgehaltes in Echtzeit während des Ernteprozesses, wodurch ein genauer Überblick über den Sandgehalt einer Anbaufläche gewonnen werden kann und unverzüglich ein Steuer- und Regelungsprozesse durchgeführt werden kann, um z. B. eine Anpassung der Schnitthöhe zu erreichen. Die beschriebene Sandfarbenkarte ermöglicht Rückschlüsse auf sandhaltige und weniger sandhaltige Bereiche einer Anbaufläche, was bei der Bewirtschaftung berücksichtigt werden kann.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt 1 einen prinzipiellen Aufbau eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Eine selbstfahrende Erntemaschine E erntet mit einem Erntevorsatzgerät 1 Futterpflanzen von einer Anbaufläche, wobei die geernteten Futterpflanzen von einer Fördereinrichtung 2 zu einer Verarbeitungseinrichtung 3 gefördert werden. Die Förderrichtung 2 der Futterpflanzen ist in der 1 mit gestrichelten Pfeilen dargestellt.
In der Fördereinrichtung 2 ist vertikal unterhalb des Futterpflanzenstromes eine runde Saphirglasscheibe 4 mit einem Durchmesser von 6 cm angeordnet. Auf der dem Futterpflanzenstrom abgewandten Seite der Saphirglasscheibe 4 ist eine Kamera 5 angeordnet und auf die Saphirglasscheibe 4 und den darüber geförderten Futterpflanzenstrom ausgerichtet.
Die Kamera 5 erfasst mit einer Bildrate von 20 Bildern pro Sekunde hochauflösende Aufnahmen des Futterpflanzenstromes und des daraus auf die Saphirglasscheibe 4 herabgefallenen Sandes. Dieser wird mit dem Futterpflanzenstrom weiter gefördert. Die Kamera 5 übermittelt die Aufnahmen an das Bildverarbeitungssystem 6. Dieses Bildverarbeitungssystem 6 ermittelt zu jeder einzelnen Aufnahme die Farbspektren und die Größe der abgebildeten Bestandteile des Futterpflanzenstromes und übergibt diese an die Auswerteeinheit 7.
Außerdem werden die Feuchtigkeit der Futterpflanzen und des mitgeführten Sandes durch ein Feuchtigkeitsmesssystem 9, und die Masse sowie die Inhaltsstoffe des Futterpflanzenstromes durch ein Ertragsmesssystem 10 ermittelt und an die Auswerteeinheit 7 übermittelt. Die Auswerteeinheit 7 vergleicht nun die erfassten Farbenspektren und die Merkmale/Größen der in den einzelnen Aufnahmen abgebildeten Bestandteile in Abhängigkeit von der ermittelten Feuchtigkeit der Futterpflanzen und des mitgeführten Sandes mit der Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank. Dadurch werden die Bestandteile in Sand und sonstige Bestandteile unterschieden.
Aus der Größe der als Sand erkannten Flächen in den einzeln erfassten Aufnahmen bestimmt die Auswerteeinheit 7 nun kontinuierlich den Sandgehalt der Futterpflanzen. Aus der durch das Feuchtigkeitsmesssystem 9 ermittelten und an die Auswerteeinheit 7 übertragenen Feuchtigkeit der Futterpflanzen und der damit verbundenen Haftfähigkeit des Sands an den Futterpflanzen, sowie der durch das Ertragsmesssystem 10 ermittelten und an die Auswerteeinheit 7 übertragenen Trockenmasse des Futtergutes kann der absolute Sandgehalt der Futterpflanzen ermittelt werden.
Aus dem ermittelten Sandgehalt, der durch das Ertragsmesssystem 10 ermittelten und an die Auswerteeinheit 7 übertragenen Masse, und dem durch das Ertragsmesssystem 10 ermittelten und an die Auswerteeinheit 7 übertragenen Gehalt der Inhaltsstoffe der Futterpflanzen führt die Auswerteeinheit 7 eine Optimierung zur Ermittlung der Schnitthöhe der Erntemaschine E zwischen einem niedrigen Sandgehalt und einem hohen Futterpflanzenertrag durch. Die ermittelte Schnitthöhe wird dem Führer der selbstfahrenden Erntemaschine E über eine Anzeigevorrichtung 12 übermittelt. Der Führer der Erntemaschine E kann nun die Schnitthöhe der Erntemaschine E manuell an den ermittelten Werte anpassen. Die Schnitthöhe kann auch automatisch geregelt von der Steuereinheit 13 eingestellt werden.
Da die Erntemaschine E mit einem GPS-Empfänger 11 ausgestattet ist, werden die erfassten Sandgehalte und Kornmerkmale, sowie die ermittelte Schnitthöhe georeferenziert in die Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank 8 übertragen.
Am Ende der Erntearbeiten wird durch die Auswerteeinheit 7 die Reinigung der Saphirglasscheibe 4 mittels der Reinigungsvorrichtung 14 ausgelöst.

Claims

Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Sandgehaltes von Futterpflanzen während des Ernteprozesses in einer selbstfahrenden und/oder einer von einer Landmaschine gezogenen Erntemaschine (E), wobei in einer horizontalen oder schräg geneigten Fördereinrichtung (2) für die Futterpflanzen in der Erntemaschine (E) eine optisch transparente, kratzfeste Fläche (4) ausgebildet ist, und auf der von dem Futtergutstrom abgewandten Seite der optisch transparenten, kratzfesten Fläche (4) mindestens eine Kamera (5) für hochauflösende 2D-Aufnahmen angeordnet und auf die optisch transparente, kratzfeste Fläche (4) und den auf der der mindestens einen Kamera (5) gegenüber liegenden Seite geförderten Futterpflanzenstrom ausgerichtet ist, und die mindestens eine Kamera (5) mit einem Bildverarbeitungssystem (6) zur Bildanalyse und das Bildverarbeitungssystem (6) mit einer Auswerteeinheit (7) zur Bestimmung des Sandgehaltes verbunden ist, und eine Datenbank (8), in der Sandfarbenspektren in Abhängigkeit von der Feuchte des Sands und Kornmerkmalen gespeichert sind, mit der Auswerteeinheit (7) verbunden ist, und ein Feuchtigkeitsmesssystem (9) der Erntemaschine (E) zur Bestimmung der Feuchtigkeit der Futterpflanzen und des mitgeführten Sandes mit der Auswerteeinheit (6) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch transparente, kratzfeste Fläche (4) als Saphirglas ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch transparente, kratzfeste Fläche (4) in einer dem Schneidwerk und/oder dem Erntevorsatzgerät (1) der Erntemaschine (E) nachgeordneten Fördereinrichtung (2) für die Futterpflanzen zu einer Verarbeitungseinrichtung (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank (8) durch die Aufgabe von Sand, der von einer zu bearbeitenden Anbaufläche für die Futterpflanzen stammt, auf die optisch transparente, kratzfeste Fläche (4) und die Analyse mittels des Bildverarbeitungssystems (6) und der Auswerteeinheit (7) kalibrierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchtigkeitsmesssystem (9) mindestens ein NIR-Spektrometer aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ertragsmesssystem (10) der Erntemaschine (E) zur Bestimmung der Trockenmasse und/oder des Gehaltes der Inhaltsstoffe der Futterpflanzen mit der Auswerteeinheit (7) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) mit einer Anzeigevorrichtung (12) zur Ausgabe des ermittelten Sandgehaltes an den Führer der selbstfahrenden und/oder einer von einer Landmaschine gezogenen Erntemaschine (E) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) mit einer Steuereinheit (13) zur Anpassung der Schnitthöhe der Erntemaschine (E) an die von der Auswerteeinheit (7) ermittelte Schnitthöhe verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an oder nahe der optisch transparenten, kratzfesten Fläche (4) eine Reinigungsvorrichtung (14) zur Reinigung der optisch transparenten, kratzfesten Fläche (4) angeordnet und mit der Auswerteeinheit (7) verbunden und zu steuern ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der von dem Futtergutstrom abgewandten Seite der optisch transparenten, kratzfesten Fläche (4) zwei Kameras (5) in einem bekannten Abstand zueinander angeordnet und auf die optisch transparente, kratzfeste Fläche (4) und den auf der den Kameras (5) gegenüber liegenden Seite geförderten Futterpflanzenstrom ausgerichtet sind, um 3D-Aufnahmen zu erstellen und die zwei Kameras (5) mit einem Bildverarbeitungssystem (6) zur Bildanalyse verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein GPS-Empfänger (11) mit der Auswerteeinheit (7) verbunden ist.
Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Sandgehaltes von Futterpflanzen während des Ernteprozesses in einer selbstfahrenden und/oder einer von einer Landmaschine gezogenen Erntemaschine (E) mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera (5) durch die optisch transparente, kratzfeste Fläche (4) in der Fördereinrichtung (2) kontinuierlich in regelmäßigen, kurzen zeitlichen Abständen hochauflösende Aufnahmen des geförderten Futterpflanzenstroms erstellt und diese Aufnahmen an das Bildverarbeitungssystem (6) überträgt, und das Bildverarbeitungssystem (6) zu jeder einzelnen Aufnahme der mindestens einen Kamera (5) die Farbspektren und die Merkmale der abgebildeten Bestandteile des Futtergutstroms ermittelt und an die Auswerteeinheit (7) übergibt, und die Auswerteeinheit (7) die erfassten Farbspektren in Abhängigkeit von der durch das Feuchtigkeitsmesssystem (9) ermittelten und an die Auswerteeinheit (7) übertragenen Feuchtigkeit der Futterpflanzen und des mitgeführten Sandes und die Merkmale der in den einzelnen Aufnahmen abgebildeten Bestandteile mit der Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank (8) vergleicht und damit die aufgenommenen Bestandteile des Futterpflanzenstroms in Sand und sonstige Bestandteile unterscheidet, und die Auswerteeinheit (7) aus der Größe der als Sand erkannten Flächen in den einzeln erfassten Aufnahmen, kontinuierlich den Sandgehalt der Futterpflanzen bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) aus der durch das Feuchtigkeitsmesssystem (9) ermittelten und an die Auswerteeinheit (7) übertragenen Feuchtigkeit der Futterpflanzen und der damit verbundenen Haftfähigkeit des Sands an den Futterpflanzen, sowie der durch das Ertragsmesssystem (10) ermittelten und an die Auswerteeinheit (7) übertragenen Masse, bevorzugt der Trockenmasse, kontinuierlich den Sandgehalt der Futterpflanzen bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) aus dem ermittelten Sandgehalt, der durch das Ertragsmesssystem (10) ermittelten und an die Auswerteeinheit (7) übertragenen Masse, und/oder dem durch das Ertragsmesssystem (10) ermittelten und an die Auswerteeinheit (7) übertragenen Gehalt der Inhaltsstoffe der Futterpflanzen zur Ermittlung der Schnitthöhe der Erntemaschine (E) eine Optimierung zwischen einem niedrigen Sandgehalt und einem hohen Futterpflanzenertrag durchführt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Schnitthöhe der Erntemaschine (E) an die von der Auswerteeinheit (7) ermittelte Schnitthöhe manuell durch den Führer der Erntemaschine (E) oder der die Erntemaschine (E) ziehenden Landmaschine oder automatisch geregelt durch die mit der Auswerteeinheit (7) verbundenen Steuereinheit (13) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 14 mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels des mit der Auswerteeinheit (7) verbundenen GPS-Empfängers (11) und der ebenfalls mit der Auswerteeinheit (7) verbundenen Sandfarbenspektren- und Kornmerkmalsdatenbank (8) die jeweils von der Auswerteeinheit (7) ermittelten Sandgehalte und/oder die von der Auswerteeinheit (7) ermittelte(n) Schnitthöhe(n) der Futterpflanzen georeferenziert in der Datenbank (8) gespeichert werden.