DE102015221092A1 - Method and information system for detecting at least one plant parameter data set of a plant growing on a field - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (300) zum Erfassen zumindest eines Pflanzenparameterdatensatzes (105) einer auf einem Feld (110) wachsenden Pflanze (115a, 115b). Das Verfahren (300) umfasst einen Schritt des Einlesens (310) einer Positionsinformation (130) der Pflanze (115a, 115b), wobei die Positionsinformation (130) eine geografische Position der Pflanze (115a, 115b) repräsentiert. Weiterhin umfasst das Verfahren (300) einen Schritt des Ermittelns (320) einer Wuchsinformation (155) der Pflanze (115a, 115b), die ein Wachstum oder einen Entwicklungszustand der Pflanze (115a, 115b) repräsentiert. Schließlich umfasst das Verfahren (300) einen Schritt des Speicherns (330) der Positionsinformation (130) der Pflanze (115a, 115b) und der Wuchsinformation (155) der Pflanze (115a, 115b) oder einer von der Wuchsinformation (155) abgeleiteten Information (160) als Pflanzenparameterdatensatz (105), um den Pflanzenparameterdatensatz (105) zu erfassen.The invention relates to a method (300) for detecting at least one plant parameter data set (105) of a plant (115a, 115b) growing on a field (110). The method (300) comprises a step of reading in (310) position information (130) of the plant (115a, 115b), the position information (130) representing a geographical position of the plant (115a, 115b). Furthermore, the method (300) comprises a step of determining (320) growth information (155) of the plant (115a, 115b) representing a growth or a state of development of the plant (115a, 115b). Finally, the method (300) comprises a step of storing (330) the position information (130) of the plant (115a, 115b) and the growth information (155) of the plant (115a, 115b) or information derived from the growth information (155) ( 160) as a plant parameter data set (105) to capture the plant parameter data set (105).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einem Informationssystem nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The invention is based on a method and an information system according to the preamble of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.
In der Landwirtschaft werden bei der Züchtung neuer Sorten und bei der Optimierung der Saatgutqualität weitgehend standardisierte Verfahren zur Beurteilung der Zucht- oder Behandlungsfortschritte angewendet. Diese Verfahren werden in umfassenden Versuchsreihen eingesetzt, die mehrere Wiederholungen an verschiedenen Standorten beinhalten.In agriculture, largely standardized methods for assessing breeding or treatment progress are used in the breeding of new varieties and in the optimization of seed quality. These procedures are used in extensive series of experiments involving multiple repetitions in different locations.
Die höchste Aussagekraft für Züchter haben Versuchsreihen (sogenannte Serien), die im Feld stattfinden und weitestgehend die tatsächliche Anbausituation widerspiegeln. Für diese Feldversuche werden daher mehrere großformatige Beete angelegt, die in Parzellen aufgeteilt werden.The highest informative value for breeders have test series (so-called series), which take place in the field and largely reflect the actual growing situation. For this field trial, therefore, several large-sized beds are created, which are divided into plots.
Überwiegend kommen in Feldversuchen Boniturverfahren zum Einsatz, bei denen die zu beurteilenden Merkmale einer Pflanze (Keimung, Austrieb, Wuchshöhe, Blattgröße, Blüte, Fruchtreife, u.v.a.) entsprechend ihrem Entwicklungsstadium eine Boniturnote (Zahlenwert von 1 bis 9) zugeordnet werden. Die zu betrachtenden Merkmale sind von der Kulturart abhängig. Die Zuordnung der Boniturnoten erfolgt durch menschliche Betrachter. Die Ergebnisse werden üblicherweise im Feld auf Papier notiert und in einem weiteren Bearbeitungsschritt in einen PC übertragen. In seltenen Fällen werden heute Handheld-Computer (Tablets) mit spezifischen Eingabemasken für die Bonitur bestimmter Kulturen und Merkmale eingesetzt.For the most part, field tests use buffing methods in which the characteristics of a plant to be assessed (germination, sprouting, stature height, leaf size, flowering, fruit ripening, etc.) are assigned a credit score (numerical value from 1 to 9) according to their stage of development. The characteristics to be considered depend on the type of crop. The assignment of the credit note numbers is done by human observers. The results are usually noted in the field on paper and transferred in a further processing step in a PC. In rare cases, today handheld computers (tablets) are used with specific input masks for the assessment of certain cultures and characteristics.
Die von Personen im Feldversuch entsprechend Boniturschema erfassten Daten werden im Nachgang ausgewertet. Die Auswertung ist üblicherweise ein manuelles Verfahren, in dem die Teilergebnisse in Tabellen zusammengefasst und anschließend mittels statistischer Verfahren analysiert werden.The data collected by persons in the field trial according to the rating scheme will be evaluated afterwards. The evaluation is usually a manual procedure in which the partial results are summarized in tables and then analyzed by means of statistical methods.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin ein Informationssystem, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, the method presented here, an information system that uses this method, and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Erfassen zumindest eines Pflanzenparameterdatensatzes einer auf einem Feld wachsenden Pflanze, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Einlesen einer Positionsinformation der Pflanze, wobei die Positionsinformation eine geografische Position der Pflanze repräsentiert;
- – Ermitteln einer Wuchsinformation der Pflanze, die ein Wachstum oder einen Entwicklungszustand der Pflanze repräsentiert; und
- – Speichern der Positionsinformation der Pflanze und der Wuchsinformation der Pflanze oder einer von der Wuchsinformation abgeleiteten Information als Pflanzenparameterdatensatz, um den Pflanzenparameterdatensatz zu erfassen.
- - reading position information of the plant, the position information representing a geographical position of the plant;
- Ascertaining growth information of the plant, which represents a growth or a state of development of the plant; and
- Storing the position information of the plant and the growth information of the plant or of information derived from the growth information as a plant parameter data record in order to record the plant parameter data record.
Unter einem Pflanzenparameterdatensatz kann ein Datensatz verstanden werden, in dem mehrere Parameter oder Informationen enthalten sind. Unter einer Positionsinformation kann beispielsweise eine geografische Position der Pflanze in einem Feld oder eine relative Position der Pflanze in einem Feld oder Anbaugebiet, beispielsweise bezüglich einer Eckkoordinate des Feldes verstanden werden. Unter Wuchsinformation kann beispielsweise ein Parameter und/oder Bilddaten und/oder 3D-Daten verstanden werden, wobei diese Information einen botanischen Entwicklungszustand liefert. Beispielsweise kann die Wuchsinformation eine Information über die Größe, die Höhe, die Breite, eine Anzahl von Pflanzenmerkmalen wie Blättern oder Knospen und/oder eine Struktur von Pflanzenmerkmalen wie den zuvor genannten Blättern oder Knospen enthalten. Durch diese Information lässt sich der aktuelle Entwicklungszustand der Pflanze botanisch eindeutig identifizieren. Unter einer von der Wuchsinformation abgeleiteten Information kann beispielsweise eine Information oder ein Datensatz verstanden werden, bei dem bereits eine Verarbeitung der tatsächlich erfassten Information von der Pflanze (als der Wuchsinformation) erfolgt ist. Beispielsweise kann unter einer solchen von der Wuchsinformation abgeleiteten Information ein Bild verstanden werden, bei dem ein Farbanteil herausgefiltert wurde, wenn die Wuchsinformation ein mit einem optischen Sensor erfasstes Bild der Pflanze darstellt. Das Ermitteln der Wuchsinformationen kann hierbei beispielsweise automatisiert und ohne manuellen Eingriff erfolgen. Unter einem Speichern kann vorliegend ein Abspeichern des Pflanzenparameterdatensatzes in einer Speichereinheit verstanden werden, die innerhalb einer Vorrichtung angeordnet ist, die die Schritte des Einlesens und des Ermittelns ausführt. Alternativ oder zusätzlich kann im Schritt des Speicherns auch eine Übertragung des Pflanzenparameterdatensatzes an einen Zentralrechner erfolgen, der außerhalb der vorstehend genannten Vorrichtung angeordnet ist. Dieses Übermitteln kann beispielsweise drahtgebunden oder auch über Funk, d. h. drahtlos erfolgen.A plant parameter data record can be understood as a data record in which several parameters or information are contained. Positional information may, for example, be understood to be a geographical position of the plant in a field or a relative position of the plant in a field or cultivation area, for example with respect to a corner coordinate of the field. By way of example, growth information can be understood as meaning a parameter and / or image data and / or 3D data, this information providing a botanical development state. For example, the growth information may include information about size, height, width, a number of plant traits such as leaves or buds, and / or a structure of plant traits such as the aforementioned leaves or buds. This information allows the current state of development of the plant to be identified botanically. Under a derived from the growth information information can be understood, for example, an information or a record in which already a processing of the actually acquired information from the plant (as the growth information) has been done. By way of example, such information derived from the growth information can be understood to mean an image in which a color component has been filtered out if the growth information represents an image of the plant acquired with an optical sensor. The determination of the growth information can be done, for example, automated and without manual intervention. In the present case, storage can be understood to mean storage of the plant parameter data record in a storage unit which is arranged within a device which performs the steps of reading in and of determining. Alternatively or additionally, in the step of storing, a transmission of the plant parameter data record to a central computer, which is arranged outside of the aforementioned device. This transmission can, for example, wired or via radio, d. H. done wirelessly.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch das Kombinieren der Wuchsinformation mit der Positionsinformation der Pflanze in dem Pflanzenparameterdatensatz eine (beispielsweise botanische) Entwicklung der Pflanze eindeutig und reproduzierbar aufgezeichnet werden kann. Hierbei kann die entsprechende Wuchsinformation aufgrund der zugeordneten Positionsinformation auch einer einzelnen Pflanze zugeordnet werden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine sehr genaue Überwachung des Entwicklungszustands von einzelnen Pflanzen in einem Anbaugebiet, sodass ein Rückschluss auf entsprechende Wachstumsparameter wie beispielsweise ausgebrachte Arten und Mengen an Dünger, Pflanzenschutzmittel, die Wetterlage oder eine spezielle Bodenbeschaffenheit im unmittelbaren Umfeld der jeweiligen Pflanze bei der Bewertung der entsprechenden Wachstumsparameter der Pflanze berücksichtigt werden können. Zugleich lassen sich die hierbei erfassten Daten sehr einfach maschinell weiterverarbeiten, hierdurch beispielsweise Zusammenhänge zwischen Wachstumsparametern mit entsprechend beeinflussten oder geänderten Umweltbedingungen im unmittelbaren Umfeld der Pflanze ermitteln. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise bei der Saatgutzucht, die optimalen Wachstumsparameter für die Pflanze schnell und einfach zu identifizieren, sodass mit dem hier vorgestellten Ansatz beispielsweise sehr effizient Saatgut gezüchtet werden kann, weil beispielsweise die Selektion auf objektiven Messdaten basiert und so einen höheren Informationsgehalt besitzt als subjektive Boniturnoten. The approach presented here is based on the insight that by combining the growth information with the position information of the plant in the plant parameter data set, a (for example botanical) development of the plant can be clearly and reproducibly recorded. In this case, the corresponding growth information can also be assigned to a single plant on the basis of the assigned position information. This advantageously allows a very precise monitoring of the development state of individual plants in a growing area, so that a conclusion on appropriate growth parameters such as applied types and quantities of fertilizer, pesticides, the weather or a special soil condition in the immediate vicinity of each plant in the assessment of the corresponding Growth parameters of the plant can be considered. At the same time, the data collected here can be processed very easily by machine, thereby determining, for example, relationships between growth parameters with correspondingly influenced or changed environmental conditions in the immediate environment of the plant. This makes it possible, for example in seed breeding, to identify the optimal growth parameters for the plant quickly and easily, so that seed can be grown very efficiently with the approach presented here, for example because the selection is based on objective measurement data and thus has a higher information content as subjective credit score.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann im Schritt des Ermittelns die Wuchsinformation einer einzelnen Pflanze bestimmt werden. Das Ermitteln der Wuchsinformationen einer einzelnen Pflanze kann beispielsweise durch die Einstellung einer Brennweite einer optische Aufnahme erfolgen, wenn zur Ermittlung der Wuchsinformationen beispielsweise eine Kamera verwendet wird. Denkbar ist ebenfalls, dass die Umrisse oder Grenzen der Pflanze mittels einer Kantenerkennungseinheit erkannt werden, die Umrisse oder Grenzen der Pflanze auf einem Bild der Pflanze ermittelt, um einzelne Pflanzen zu identifizieren. Denkbar ist auch, dass eine Dichte von grünen Pixeln im Bild erfasst wird, wobei die einzelne Pflanze dann erkannt wird, wenn in einem zusammenhängenden Bereich des Bildes gegenüber einem anderen Bereich des Bildes eine deutlich höhere Dichte von grünen Pixeln ermittelt wird. In diesem Fall kann beispielsweise auch eine Unterscheidung einer einzelnen Pflanze beispielsweise gegenüber einem (meist braunen) Boden erfolgen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, Wachstumsparameter von auf dem Feld angebauten Pflanzen mit einer hohen räumlichen Auflösung auf dem Feld zu identifizieren. Hierdurch lässt sich wiederum eine sehr effiziente Bestimmung der entsprechenden Wachstumsparameter der Pflanze durchführen.According to an advantageous embodiment of the approach presented here, the growth information of a single plant can be determined in the step of determining. The determination of the growth information of an individual plant can be effected, for example, by setting a focal length of an optical image if, for example, a camera is used to determine the growth information. It is also conceivable that the outlines or boundaries of the plant are detected by means of an edge detection unit, which determines outlines or boundaries of the plant on an image of the plant in order to identify individual plants. It is also conceivable that a density of green pixels in the image is detected, wherein the individual plant is detected when a significantly higher density of green pixels is determined in a contiguous region of the image compared to another region of the image. In this case, for example, a distinction of a single plant, for example, against a (mostly brown) soil done. Such an embodiment of the approach presented herein offers the advantage of identifying growth parameters of field grown plants with a high spatial resolution on the field. This in turn makes it possible to carry out a very efficient determination of the corresponding growth parameters of the plant.
Günstig ist auch eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem im Schritt des Ermittelns als Wuchsinformation oder der von der Wuchsinformation abgeleiteten Information zumindest eine Anzahl und/oder Größe von Blättern, eine Blattstruktur, eine Blattform, eine Stellung eines Blattwinkels und/oder eines Gesundheitszustandes der Pflanze ermittelt wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass die hier genannten Informationen oder Parameter eine sehr treffende und zuverlässige Beurteilung des beispielsweise botanischen Entwicklungsstandes der Pflanze ermöglichen. Auf diese Weise wird ebenfalls eine sehr effiziente Bestimmung der entsprechenden Wachstumsparameter der Pflanze ermöglicht.Also favorable is an embodiment of the approach presented here, in which, in the step of ascertaining as growth information or information derived from the growth information, at least a number and / or size of leaves, a leaf structure, a leaf shape, a position of a blade angle and / or a state of health the plant is determined. Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage that the information or parameters mentioned here make possible a very accurate and reliable assessment of, for example, the state of botanical development of the plant. In this way, a very efficient determination of the corresponding growth parameters of the plant is also made possible.
Besonders sicher und zuverlässig gegenüber Störeinflüssen kann die Wuchsinformationen ermittelt werden, wenn gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes im Schritt des Ermittelns der Wuchsinformation oder der von der Wuchsinformation abgeleiteten Information die Pflanze aus mehreren Blickwinkeln und/oder unter Verwendung zumindest eines optischen Sensors und/oder eines Infrarotsensors und/oder eines Tiefensensors und/oder unter Verwendung einer Belichtungseinheit erfasst wird, insbesondere wenn die Belichtungseinheit ausgebildet ist, um die Pflanze gegenüber einer Belichtung durch nicht von der Belichtungseinheit ausgegebenem Licht abzuschatten. The growth information can be determined in a particularly reliable and reliable manner against disturbing influences if, according to an embodiment of the approach presented here, in the step of ascertaining the growth information or the information derived from the growth information, the plant is viewed from several angles and / or using at least one optical sensor and / or an infrared sensor and / or a depth sensor and / or using an exposure unit is detected, in particular when the exposure unit is designed to shade the plant against exposure to light not emitted by the exposure unit.
Besonders zuverlässig kann die Positionsinformation der Pflanze dann bestimmt werden, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes im Schritt des Einlesens eine Positionsinformation der Pflanze eingelesen wird, die unter Verwendung einer satellitengestützten Positionsortungseinheit, einer Trägheitsortungseinheit und/oder einer odometrischen Positionserkennungseinheit bestimmt wurde und/oder dass im Schritt des Speicherns der Pflanzenparameterdatensatz in einer elektronischen Speichereinheit gespeichert wird. Unter einer odometrischen Positionserkennungseinheit kann beispielsweise eine Positionserkennungseinheit verstanden werden, die aufgrund von Sensorsignalen von Sensoren an Rädern, Ketten oder Propellern und/oder unter Verwendung von zumindest einem bildgebenden System und/oder Algorithmus wie der Ermittlung des optischen Flusses über den Boden einer Vorrichtung, die das hier vorgeschlagene Verfahren ausführen kann, ihre relative Bewegung in dem Feld erkennen kann und hierdurch ihre relative Position zu beispielsweise einem Startpunkt einer Bewegungstrajektorie über das Feld ermitteln kann.The position information of the plant can be determined particularly reliably if, according to a further embodiment of the approach presented here, position information of the plant is read in the reading step, which was determined using a satellite-supported position locating unit, an inertial locating unit and / or an odometric position-detecting unit. or that in the step of storing the plant parameter data record is stored in an electronic storage unit. An odometric position detection unit may, for example, be understood as a position detection unit which, on the basis of sensor signals from sensors on wheels, chains or propellers and / or using at least one imaging system and / or algorithm such as the determination of the optical flow over the bottom of a device, can perform the method proposed herein, recognize their relative movement in the field, and thereby determine their relative position to, for example, a starting point of a motion trajectory across the field.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei dem die Schritte des Einlesens, Ermittelns und Speicherns für die Pflanze zumindest einmal wiederholt ausgeführt werden, insbesondere zyklisch wiederholt ausgeführt werden, insbesondere wobei in jedem Schritt des Speicherns zusätzlich ein Zeitparameter abgespeichert wird, der einen Ermittlungszeitpunkt der in dem abgespeicherten Pflanzenparameterdatensatz enthaltenen Wuchsinformation repräsentiert. Unter einem Zeitparameter kann beispielsweise ein Datum und/oder eine Uhrzeit verstanden werden, zu dem/der beispielsweise eine Wuchsinformation erfasst oder aufgezeichnet wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, den Entwicklungszustand der Pflanze über einen längeren Zeitraum detailliert, reproduzierbar und präzise zu erfassen und somit eine Entwicklungshistorie für die entsprechende Pflanze aufzustellen. Dies ermöglicht wiederum diese präzise Ermittlung der Wachstumsparameter für die jeweilige Pflanze und somit beispielsweise eine sehr effiziente Zucht von Saatgut. Particularly advantageous is an embodiment of the approach proposed here, in which the steps of reading, determining and storing are performed at least once repeatedly for the plant, in particular cyclically repeatedly executed, in particular wherein in each step of storing additionally a time parameter is stored, the one Determination time of the growth information contained in the stored plant parameter data set represents. By a time parameter, for example, a date and / or a time can be understood, for example, a growth information is recorded or recorded. Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage of recording the developmental state of the plant in detail, reproducibly and precisely over a relatively long period of time and thus establishing a developmental history for the corresponding plant. This in turn allows this precise determination of the growth parameters for the particular plant and thus, for example, a very efficient breeding of seeds.
Um eine möglichst präzise erfasste und statistisch gut abzusichernde Aussage über den Entwicklungszustand bzw. die Wachstumsparameter von Pflanzen vornehmen zu können, sollten in dem Pflanzenparameterdatensatz die entsprechenden Informationen von einer Mehrzahl von Pflanzen abgelegt werden. Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann daher im Schritt des Einlesens eine weitere Positionsinformation einer weiteren Pflanze eingelesen wird, wobei die weitere Positionsinformation eine geografische Position der weiteren Pflanze repräsentiert, und im Schritt des Ermittelns eine weitere Wuchsinformation der weiteren Pflanze ermittelt wird, die einen Wachstums- oder einen Entwicklungszustand der weiteren Pflanze repräsentiert, und im Schritt des Speicherns die weitere Positionsinformation der weiteren Pflanze und die weitere Wuchsinformation der weiteren Pflanze in dem Pflanzenparameterdatensatz abgespeichert werden, um den Pflanzenparameterdatensatz zu erfassen.In order to be able to make as precise a statement as possible about the state of development or the growth parameters of plants that is statistically easy to assure, the relevant information from a plurality of plants should be stored in the plant parameter data record. According to a particularly favorable embodiment of the approach proposed here, a further position information of another plant can therefore be read in the step of reading, wherein the further position information represents a geographical position of the further plant, and in the step of determining a further growth information of the further plant is determined representing a growth or a development state of the further plant, and in the step of storing the further position information of the further plant and the further growth information of the further plant are stored in the plant parameter data record to capture the plant parameter data record.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der ein Schritt des Verarbeitens des Pflanzenparameterdatensatzes vorgesehen ist, um aus dem Pflanzenparameterdatensatz einen Entwicklungsparameter zumindest der einen Pflanze zu erhalten, der eine Information über einen Entwicklungsstand im Lebenszyklus der Pflanze oder eine Information über eine Spezies der Pflanze repräsentiert. Hierdurch lässt sich sehr schnell erkennen, ob die Pflanze beispielsweise durch unerwartete lokale Umwelteinflüsse wie Fraß oder Trockenheit geschädigt ist und somit für die weitere Untersuchung möglicherweise nicht mehr entsprechende Wuchsinformationen liefern kann. Denkbar ist auch, dass anstelle der betreffenden Pflanze nun eine Pflanze anderer Gattung wächst, die durch die Ermittlung der Spezies der Pflanze erkannt und im Pflanzenparameterdatensatz entsprechend markiert werden kann. Beispielsweise kann hierzu in einer Ausführungsform im Schritt des Verarbeitens ferner ein Klassifikationsparameter ermittelt werden, der eine Klassifikation der Pflanze in eine Nutzpflanzenklasse oder eine Beikraut-Klasse repräsentiert, insbesondere wobei der Klassifikationsparameter unter Verwendung eines Abstandes der Pflanze von einer anderen Pflanze ermittelt wird. Particularly advantageous is an embodiment of the approach presented here, wherein a step of processing the plant parameter data set is provided to obtain from the plant parameter data set a development parameter of at least one plant containing information about a stage of development in the life cycle of the plant or information about a species represents the plant. This makes it very easy to see whether the plant has been damaged, for example, by unexpected local environmental influences such as feeding or dryness, and thus may not be able to provide appropriate growth information for further investigation. It is also conceivable that, instead of the plant in question, a plant of a different genus grows, which can be identified by determining the species of the plant and marked accordingly in the plant parameter data set. For example, in one embodiment, in the step of processing, a classification parameter may further be determined which represents a classification of the plant into a crop class or a weed class, in particular wherein the classification parameter is determined using a distance of the plant from another plant.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Speicherns in Abhängigkeit von der Wuchsinformation der Pflanze ferner eine Nichtberücksichtigungsinformation zugeordnet wird und im Pflanzenparameterdatensatz gespeichert wird. Die Nichtberücksichtigungsinformation kann beispielsweise dann der Pflanze zugeordnet werden, wenn aus der Wuchsinformation oder einer von der Wuchsinformation abgeleiteten Information ein Hinweis darauf zu entnehmen ist, dass die Pflanze sich nicht erwartungsgemäß entwickelt oder entwickeln wird. Beispielsweise kann die Pflanze durch Fraß oder Trockenheit eingegangen sein und wird somit keine weiteren relevanten Informationen oder Daten zu ihrem Wachstum oder Entwicklungszustand liefern können. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, die Auswertung des Pflanzenparameterdatensatzes zu erleichtern, da offensichtlich fehlerhafte Informationen in diesem Pflanzenparameterdatensatz nicht mehr weiter berücksichtigt werden müssen.Also conceivable is an embodiment of the approach presented here, in which, in the step of storing as a function of the growth information of the plant, a non-consideration information is also assigned and stored in the plant parameter data record. The non-consideration information can be assigned to the plant, for example, if it can be inferred from the growth information or from information derived from the growth information that there is an indication that the plant is not developing or developing as expected. For example, the plant may have been consumed by dryness or drought and thus will not be able to provide any further relevant information or data on its growth or developmental status. Such an embodiment offers the advantage of facilitating the evaluation of the plant parameter data set, since obviously erroneous information in this plant parameter data record no longer has to be taken into account.
Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Verarbeitens ferner die Wuchsinformation einer Pflanze verworfen wird, wenn in dem Pflanzenparameterdatensatz die an einer vorbestimmten geografischen Position wachsende Pflanze mit einer Nichtberücksichtigungsinformation markiert ist. Unter einer Nichtberücksichtigungsinformation soll beispielsweise das Vorhandensein einer Information bzw. eines Markers verstanden werden, die/der kennzeichnet, dass die Pflanze an der entsprechenden geografischen Position nicht weiter für die Ermittlung von Wachstumsparametern herangezogen werden soll. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Pflanze an der entsprechenden vorbestimmten geografischen Position durch Fraß oder Trockenheit eingegangen ist und keine für ein Untersuchungsziel relevanten Informationen liefern kann. Also of advantage is an embodiment of the approach presented here, in which, in the step of processing, the growth information of a plant is also discarded if, in the plant parameter data record, the plant growing at a predetermined geographical position is marked with a disregard information. Non-consideration information should, for example, be understood to mean the presence of information or a marker which indicates that the plant at the corresponding geographical position should no longer be used for the determination of growth parameters. This may, for example, be the case when the plant has entered at the corresponding predetermined geographical position due to dryness or drought and can not provide information relevant to a research target.
Technisch besonders einfach umzusetzen ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Ermittelns, Speicherns oder Verarbeitens ein Auswerten der Wuchsinformation erfolgt, wobei das Wachstum oder ein Entwicklungszustand der Pflanze unter Verwendung einer in der Wuchsinformation oder einer von der Wuchsinformation abgeleiteten Information enthaltenen Farbinformation einer optischen Aufnahme von der Pflanze und/oder der Positionsinformation ausgewertet wird. Hierdurch lässt sich auf der Basis von Kamerabildern von beispielsweise einfachen und somit kostengünstigen Kameras mit bereits weit entwickelten Bildverarbeitungstechniken eine Information über den Entwicklungszustand oder das Wachstum der Pflanze an der entsprechenden geografischen Position bestimmen. Dies ermöglicht die kostengünstige Umsetzung des hier vorgeschlagenen Ansatzes. It is particularly easy to implement technically in an embodiment of the approach presented here, in which, in the step of determining, storing or processing, the growth information is evaluated, wherein the growth or a state of development of the plant is determined using an in the growth information or one of the growth information derived information contained color information of an optical recording of the plant and / or the position information is evaluated. As a result, information about the state of development or the growth of the plant at the corresponding geographical position can be determined on the basis of camera images of, for example, simple and therefore inexpensive cameras with already widely developed image processing techniques. This allows the cost-effective implementation of the approach proposed here.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei dem im Schritt des Speicherns eine drahtlose Aussendung des Pflanzenparameterdatensatzes an eine weitere Verarbeitungseinheit erfolgt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, die erfassten Daten bzw. den Parameterdatensatz direkt von dem Erfassungsort auf dem Feld zu einer leistungsfähigen Auswertungseinheit übertragen zu können, sodass ein möglicher Datenverlust möglichst verhindert werden kann und eine zu den geografischen Positionen der Pflanze zu bewegende Einheit zum Aufnehmen oder Erfassen der Wuchsinformationen klein und somit leicht ausgestaltet werden kann. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn beispielsweise das Verfahren luftgestützt, beispielsweise in Verbindung mit einer Drohne durchgeführt werden soll.Also conceivable is an embodiment of the approach proposed here, in which a wireless transmission of the plant parameter data record to a further processing unit takes place in the step of storing. Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage of being able to transfer the acquired data or the parameter data record directly from the detection location on the field to a powerful evaluation unit so that possible data loss can be prevented as far as possible and one to the geographical positions of the plant moving unit for recording or recording the growth information small and thus can be easily configured. This is particularly interesting if, for example, the method airborne, for example, to be performed in conjunction with a drone.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem im Schritt des Verarbeitens zumindest eine Umgebungsinformation berücksichtigt wird, die eine Bodenbeschaffenheit, eine Luftfeuchte, eine Luft- oder Bodentemperatur oder einen anderen das Wachstum der Pflanze beeinflussenden Wachstumsparameter an der geografischen Position der Pflanze repräsentiert. Auf diese Weise lässt sich sehr effizient ein Zusammenhang zwischen der Umgebungsinformation und der von der Pflanze gewonnenen Information herstellen, sodass eine Beurteilung der Wachstumsparameter der Pflanze sehr treffend und präzise erfolgen kann.Also conceivable is an embodiment of the approach presented here in which, in the step of processing, at least one environmental information is taken into account which represents a soil condition, a humidity, an air or soil temperature or another growth parameter influencing the growth of the plant at the geographical position of the plant , In this way, a connection between the environmental information and the information obtained by the plant can be established very efficiently, so that an assessment of the growth parameters of the plant can be very accurate and precise.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Informationssystem, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The approach presented here also creates an information system that is designed to implement, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
Hierzu kann das Informationssystem zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller, ein PC oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann. For this purpose, the information system can at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the Actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The computing unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller, a PC or the like, wherein the memory unit can be a flash memory, an EPROM or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output to a corresponding data transmission line.
Unter einem Informationssystem kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, an information system can be understood to mean an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Informationssystem eine Erfassung bzw. Aufnahme von Wuchsinformationen einer Pflanze auf einem Feld. Hierzu kann beispielsweise ein Fahr- oder Flugzeug über ein Feld, auf dem Pflanzen angebaut sind, geführt werden. Dabei kann das Fahr- oder Flugzeug einerseits geografische Positionssignale, beispielsweise eines satellitengestützten Ortungssystems, erfassen und diese mit einer beispielsweise optisch erfassten Wuchsinformation der Pflanze an der jeweils befindlichen geografischen Koordinate in einem Pflanzenparameterdatensatz kombinieren. Dieser Pflanzenparameterdatensatz kann nachfolgend ausgewertet werden, um die optimalen Wachstumsbedingungen an einer geografischen Position der Pflanze zu ermitteln. In an advantageous embodiment, the information system records or records growth information of a plant in a field. For this purpose, for example, a vehicle or aircraft over a field on which plants are grown, are performed. In this case, the vehicle or aircraft can on the one hand detect geographical position signals, for example of a satellite-supported location system, and combine these with, for example, optically recorded growth information of the plant at the respectively located geographic coordinate in a plant parameter data record. This plant parameter data set can subsequently be evaluated in order to determine the optimal growth conditions at a geographical position of the plant.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Of advantage is also a computer program product or computer program with Program code that may be stored on a machine-readable medium or storage medium, such as a semiconductor memory, a hard disk memory, or an optical memory, and used to perform, implement, and / or control the steps of the method of any of the embodiments described above, especially if the program product or program running on a computer or device.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Für eine solche Untersuchung der Pflanzen
Das Informationssystem
Soll nun beispielsweise ein Historisieren des Pflanzenwuchses der auf dem Feld
Durch die vorstehend beschriebene Vorgehensweise des Informationssystems
Die oben beschriebenen manuellen Boniturverfahren sind dagegen stark subjektiv geprägt, weil die Ergebnisse der Bonituren durch Betrachtung entstehen. Verschiedene Betrachter können in ihrer Beurteilung zum Teil stark voneinander abweichen. Darüber hinaus kann die Einteilung in lediglich neun qualitativ bewertete Stufen eine Beschränkung bei der objektiven Beurteilung von ungefähr gleichwertigen Kandidaten bei der Zuchtauswahl darstellen.The manual rating methods described above, on the other hand, are strongly subjectively characterized, because the results of the assessments arise through consideration. Different observers may differ in their assessment in part strongly. Moreover, the division into only nine quality graded levels may be a limitation in the objective assessment of approximately equivalent candidates in the selection of the breed.
Der hier vorgestellte Ansatz ist dabei insbesondere auf die Automatisierung von Teilen der oben beschriebenen Feldversuche orientiert. Durch automatisierte Datenerfassung werden die genannten Nachteile behoben sowie gleichzeitig ein höherer Durchsatz (Feldversuche pro Zeiteinheit und Personaleinsatz) erreicht.The approach presented here is oriented in particular to the automation of parts of the field trials described above. Automated data collection eliminates the disadvantages mentioned and at the same time achieves higher throughput (field trials per time unit and personnel deployment).
Wegen der im Vergleich zum oben beschriebenen Aufzeichnungsverfahren wesentlich höheren Datenspeicherkapazität eines Messrechners im Informationssystem
Der hier vorgestellte Ansatz liefert beispielsweise auch im Jungpflanzenstadium als wichtiger Entwicklungsphase von Kulturpflanzen wertvolle Erkenntnisse.The approach presented here, for example, also provides valuable information in the seedling stage as an important development phase of crop plants.
Im Jungpflanzenstadium können aus der tatsächlichen Blattfläche sowie aus der Blattwinkelstellung und anderen Blattparametern Rückschlüsse auf den Entwicklungsfortschritt der Einzelpflanze
Über die gesamte Entwicklungsphase hinweg ergibt sich eine Historie der Entwicklung jeder Pflanze
Die Hochdurchsatz-Pflanzenvermessung hat eine hohe Bedeutung für folgende Zielstellungen:
- – Bei der Begutachtung der Saatgutqualität im Feldversuchswesen (Saatgut wird in verschiedenen Qualitäten angeboten und für unterschiedliche Standortbedingungen optimiert). Ein Qualitätsmerkmal ist die Feldhomogenität. Eine möglichst gleichmäßige Entwicklung der Aussaat führt zu einem homogenen Bestand. Dies ist für Pflanzenpflege, für die Optimierung von Ertragsparametern und für die Ernte bedeutsam. Homogene Felder können besser (maschinell) bewirtschaftet werden und haben insgesamt einen geringeren Unkrautdruck.
- – Bei der Begutachtung von Züchtungsfortschritten im Feldversuchswesen. Zuchtziele sind z. B. Stresstoleranzen, Resistenzen sowie fruchtartenspezifische Eigenschaften. Ertrag ist ein integrales Zuchtziel, das in Verbindung mit mehreren spezifischen Teilzielen erreicht wird.
- – Bei der Sortenprüfung durch institutionelle Einrichtungen. Die von Saatgutherstellern entwickelten Sorten werden in Bezug auf ihre Merkmale und Eigenschaften durch diese Institutionen geprüft und überwacht. Durch die verbesserte Mess- und Analysetechnik können die Prüfungen schneller, mit höherer Genauigkeit und geringerem Personalaufwand geleistet werden.
- – Bei der Entwicklung und Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (PSM). Die Funktion der Pflanzenzählung und Aufzeichnung einer positionsbezogenen Historie kann im Zusammenhang mit dem Einsatz von PSM zu einer Kontrolle und Weiterentwicklung der Leistungsfähigkeit von PSM genutzt werden.
- – Für die kontinuierliche Verbesserung des Wissens über die Eignung der Sorten und Saatgutqualitäten für die weltweit unterschiedlichen Standorte (Einsatzgebiete). Dafür können Ausführungsformen der hier vorgestellten Ansätze auch im täglichen landwirtschaftlichen Betrieb eingesetzt werden. Die beim Anbau gewonnen Daten zur Pflanzenentwicklung sind nach Verknüpfung mit klimatischen Daten und Wetterinformationen in Datenbanken der Saatguthersteller wichtige Indikatoren für die turnusmäßige Eignungsprüfung und Verbesserung der Standortempfehlungen.
- - Assessment of seed quality in field trials (seed is offered in different qualities and optimized for different site conditions). A quality feature is the field homogeneity. The most uniform possible development of sowing results in a homogeneous stock. This is important for plant care, for the optimization of yield parameters and for the harvest. Homogeneous fields can be better managed (mechanically) and have a lower weed pressure.
- - When assessing breeding progress in field trials. Breeding goals are z. As stress tolerances, resistance and fruit-specific characteristics. Yield is an integral breeding goal, which is achieved in conjunction with several specific subgoals.
- - At the variety examination by institutional institutions. The varieties developed by seed producers are tested and monitored in terms of their characteristics and characteristics by these institutions. The improved measurement and analysis technology allows testing to be performed faster, with greater accuracy, and less labor.
- - In the development and use of plant protection products (PPPs). The function of plant count and position-related history recording can be used in conjunction with the use of PSM to control and further develop the performance of PSM.
- - For the continuous improvement of knowledge about the suitability of the varieties and seed qualities for the different locations worldwide (fields of application). For this, embodiments of the approaches presented here can also be used in everyday agricultural operations. The data on plant development obtained during cultivation are, after linking with climatic data and weather information in databases of the seed producers, important indicators for the regular suitability testing and improvement of site recommendations.
Durch die fortschreitenden klimatischen Veränderungen bedeutet dies einen wichtigen Vorteil für die Saatguthersteller und Landwirte.Due to the progressive climatic changes, this is an important advantage for the seed producers and farmers.
Der hier in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgestellte Ansatz löst die Nachteile des Bekannten auf und erweitert die Anwendbarkeit durch zusätzliche Vorteile:
- a.) Eliminierung subjektiver Einflüsse bei Vermessung bzw. Bonitierung von Pflanzen durch Personen
- b.) Zerstörungsfreie mehrdimensionale biometrische Hochdurchsatz-Vermessung der Pflanzen beispielsweise mit folgenden Eigenschaften: – der Einzelblattflächen von Jungpflanzen auf Einzelpflanzenebene – Gesamtblattflächenerfassung einzelner Pflanzen – Erfassung der Blattwinkelstellung – Erfassung der Blattstruktur, Blattform, Blattzahl – Erfassung des (Gesundheits-)Zustands der Einzelpflanze (z. B. Welkegrad, Wassergehalt, Temperatur, Schädlingsbefall, Krankheitsbefall)
- a.) Elimination of subjective influences in the measurement or rating of plants by persons
- b.) Non-destructive multi-dimensional biometric high-throughput surveying of the plants, for example with the following characteristics: - the single leaf areas of seedlings on single plant level - total leaf area detection of individual plants - recording of the leaf angle position - acquisition of leaf structure, leaf shape, leaf number - recording the (health) state of the individual plant ( eg Wilt degree, water content, temperature, pest infestation, disease infestation)
Die Herstellung des Zusammenhangs dieser Messdaten mit den äußeren Faktoren (wie z. B. Wetter, Bodenbeschaffenheit, etc.) ist für die Beurteilung der Zucht- bzw. Saatgutbehandlungs- oder Pflanzenschutzmaßnahmen von wichtiger Bedeutung.
- c.) Erkennung jeder einzelnen Pflanze und Zuordnung einer eindeutigen Position (z. B. basierend auf RTK-GPS-Position, Triangulation, Trilateration, Odometrie, etc.)
- d.) Wiedererkennung der einzelnen Pflanze an der bestimmten Position und Dokumentation ihrer physiologischen Entwicklung anhand der Messzyklen ausgehend von Aussaat- und Aufgangstermin
- e.) Erkennen des Verlusts einzelner Pflanzen durch Fraß, Frost, Dürre, etc.
- f.) Hoher Automatisierungsgrad der Messungen durch Einsatz der Messtechnik auf Fahrzeugen/ Fluggeräten mit integrierter autonomer Lokalisierung und Navigation
- g.) Hoher Automatisierungsgrad der Messvorgänge durch rechnergestützte Aufzeichnung und Auswertung großer Datenmengen
- h.) Die mehrdimensionale biometrische Vermessung erfolgt durch kombinierte fotogrammetrische und Entfernungsmessung zum selben Messzeitpunkt für die kurze Dauer einer einzelnen Belichtung. Das schließt den Einfluss von äußeren Faktoren wie z. B. Wind aus.
- i.) Werden nacheinander mehrere (mehrdimensionale)Bildaufnahmen getätigt (beispielsweise während die Messeinrichtung über den Bestand bewegt wird), so erhält man Abbildungen der entsprechenden Pflanzen im Bildausschnitt aus verschiedenen Ausgangspositionen. Die Auswertung der erhaltenen Abbildungen ermöglicht eine Verbesserung der computergestützten Modellbildung (z. B. 3D-Abbild).
- j.) Werden mehrere Sensoren gleichzeitig aus verschiedenen Blickwinkeln auf die zu vermessende Pflanze gerichtet, so kann ebenfalls die Güte der Messergebnisse in Bezug auf Genauigkeit, Verringerung von Abschattungen sowie Verdeckungen erhöht werden.
- k.) Mit Hilfe von Klassifikationsverfahren unterscheidet die Datenmanagementsoftware bzw. die Erfassungseinheit selbst zwischen untersuchter Kulturpflanze und Beikräutern. Diese Klassifikation kann zusätzlich durch a-priori-Wissen (wie z. B. Alinierung, Reihen- und Pflanzabstand der zu untersuchenden Kulturpflanzen) unterstützt werden. Durch die beispielsweise zyklisch erfolgenden Messungen und Klassifikationen ergibt sich eine Verfeinerung der Mess- und Klassifikationsergebnisse, beispielsweise durch Transformation (im Verfahren der Alinierung) des messtechnisch gewonnenen Positionsrasters der Pflanzen.
- l.) Aufgrund der im Datenmanagement beinhalteten Historie jeder Pflanze an ihrer angestammten Position ist eine Korrektur bzw. Verbesserung des Datenbestandes auch rückwirkend möglich (beispielsweise können Fehlzuordnungen nachträglich korrigiert werden).
- m.) Die Datenverarbeitung kann sowohl online (während der laufenden Datenerfassung auf dem Feld) als auch offline (im Nachgang zur Datenaufzeichnung) erfolgen. Die Online-Analyse ermöglicht zudem Plausibilitätsprüfungen der gewonnenen Messdaten, um Fehler und äußere Einflüsse zu minimieren bzw. vor Ort auszuschließen.
- n.) Der Einsatz geeigneter Verfahren zur Datenkompression und -reduktion erlaubt die (längerfristige) Speicherung von Mess- und Analysedaten auf dem Gerät oder eine (Funk-)Übertragung zu einem cloudbasierten Speichersystem.
- o.) Das Datenmanagement gestattet zudem die Sammlung und Analyse von Daten, die durch Geräte oder Verfahren von Drittanbietern aufgenommen wurden. Entsprechende Schnittstellen zum Datenaustausch sind Voraussetzung.
- p.) Die (teil-)automatischen Funktionen tragen zu einer gesamtheitlichen Untersuchung der Pflanzen im Bestand bei (d. h. im Ergebnis erhält der Nutzer ein durchgängiges Gesamtbild der Pflanzen im Bestand während verschiedener Entwicklungsphasen). Dies trifft insbesondere auch bei Kombination mit einer günstigen Hochdurchsatz-Pflanzenzählung zu.
- q.) In einem Ausführungsbeispiel berücksichtigt der hier vorgestellte Ansatz aufgrund einer (teilweisen) Online-Auswertung der gemessenen Daten eine Plausibilitätsprüfung. Damit wird gewährleistet, dass Störungen in der Messeinrichtung (wie z. B. eine verschmutzte Kameralinse) schon zu Beginn der Messung und Aufzeichnung der Daten detektiert werden. Auf diesem Wege wird sichergestellt, dass keine erfolglosen Versuche durchgeführt und Ressourcen geschont werden.
- c.) Recognition of each individual plant and assignment of a unique position (eg based on RTK GPS position, triangulation, trilateration, odometry, etc.)
- d.) Recognition of the individual plant at the specific position and documentation of its physiological development based on the measuring cycles based on the sowing and raising dates
- e.) Recognition of the loss of individual plants through feeding, frost, drought, etc.
- f.) High degree of automation of the measurements by using the measurement technology on vehicles / aircraft with integrated autonomous localization and navigation
- g.) High degree of automation of the measurement processes by computer-aided recording and evaluation of large amounts of data
- h.) Multidimensional biometric measurement is performed by combined photogrammetric and ranging measurements at the same time of measurement for the short duration of a single exposure. This excludes the influence of external factors such as B. Wind out.
- i.) If several (multi-dimensional) image recordings are taken one after the other (for example while the measuring device is being moved over the stock), then images of the corresponding plants in the image detail are obtained from different starting positions. The evaluation of the obtained images allows an improvement of the computer-aided modeling (eg 3D image).
- j.) If several sensors are simultaneously aimed at the plant to be measured from different angles, the quality of the measurement results in terms of accuracy, reduction of shadowing and occlusion can also be increased.
- k.) With the aid of classification methods, the data management software or the detection unit itself distinguishes between the examined crop and weeds. This classification can additionally be supported by a priori knowledge (such as, for example, alination, row and plant spacing of the cultivated plants to be investigated). The cyclical measurements and classifications, for example, result in a refinement of the measurement and classification results, for example by transformation (in the method of alination) of the positionally determined position grid of the plants.
- l.) Due to the history of each plant contained in the data management in its original position, a correction or improvement of the database is also possible retrospectively (for example, misallocations can be subsequently corrected).
- m.) The data processing can take place both online (during the current data acquisition on the field) and offline (following to the data recording). The online analysis also enables plausibility checks of the measurement data obtained in order to minimize errors and external influences or exclude them on site.
- n.) The use of suitable methods for data compression and reduction allows (longer-term) storage of measurement and analysis data on the device or a (radio) transmission to a cloud-based storage system.
- o.) Data Management also allows the collection and analysis of data collected by third-party devices or processes. Corresponding interfaces for data exchange are required.
- p.) The (semi) automatic functions contribute to a holistic study of the plants in the herd (ie, the result is that the user obtains a consistent overall picture of the plants in the herd during different stages of development). This is especially true when combined with a favorable high-throughput plant count.
- q.) In one embodiment, the approach presented here takes into account a plausibility check on the basis of a (partial) online evaluation of the measured data. This ensures that faults in the measuring device (such as a soiled camera lens) are already detected at the beginning of the measurement and recording of the data. This ensures that no unsuccessful attempts and resources are spared.
Der hier vorgestellte Ansatz kann zwei Komponenten umfassen:
- a. Einen messtechnischen Teil, der die Funktionen Positionszuordnung und mehrdimensionale biometrische Vermessung realisiert.
- b. Einen Datenmanagement-Teil, der die vergleichsweise großen Datenmengen sammelt, archiviert, auswertet und/oder als sinnvolle Reports verarbeitet sowie zur Planung der Messeinsätze dient. Die erfassten Messdaten (in der Form des Pflanzenparameterdatensatzes
105 ) können je nach Rechenleistung und Datenverbindung direkt auf dem Messgerät bzw.dem Informationssystem 100 verarbeitet oder aneinen zentralen Server 165 übertragen werden. Alternativ ist auch die Speicherung auf geeigneten Datenträgern möglich, die im Nachgang zur Messung ausgelesen werden können.
- a. A metrological part that realizes the functions position assignment and multidimensional biometric measurement.
- b. A data management part that collects, archives, evaluates and / or processes the comparatively large amounts of data as meaningful reports and also helps to plan the measurement inserts. The acquired measurement data (in the form of the plant parameter data record
105 ) can depending on computing power and data connection directly on the meter or theinformation system 100 processed or sent to acentral server 165 be transmitted. Alternatively, the storage on suitable data carriers is possible, which can be read in the wake of the measurement.
Eine geeignete mobile Lösung bzw. das Informationssystem
Im Sinne einer weiteren Parallelisierung von Aufgaben ist auch die Verteilung der Messungen auf mehrere mobile Geräte möglich (z. B. nach den Schwarm- oder Master-Slave-Prinzipien). Die hier vorgestellte Messeinrichtung bzw. das Informationssystem
Das Informationssystem
Im Detail sind folgende beispielhafte Abläufe und Funktionen in die Mess- und Auswerteeinrichtung bzw. das Informationssystem
- 1. Gegeben sind die Grenzen und Abmessungen der gesamten Versuchsfläche bzw. des Feldes
110 (Feldgrenzen), die Lage und Ausrichtung der Parzellen und Wege sowie dieTrajektorien 120 , die sich aus denSaatreihen der Pflanzen 115 ergeben. Diese Daten sind beispielsweise georeferenziert und in einem Vorverarbeitungsschritt erfasst worden (z. B. bei der Anlage der Versuchsflächen oder bei der Aussaat). Diese Geo-Daten werden der Messeinrichtung bzw.Einheit 150 zum Ermitteln bzw.dem Informationssystem 100 bekannt gegeben. - 2. Die konkrete Versuchsplanung (hier z. B. Aufteilung der Parzellen mit ihrer Zuordnung zu Versuchsobjekten also hier
den Pflanzen 115 und Serien) wird ebenso vor dem Beginn der Messungen in die Messeinrichtung eingelesen (Experimentbeschreibung). - 3. Die Messeinrichtung bzw.
das Informationssystem 100 wird reihenweise (z. B. in Drillrichtung) über die Versuchsfläche(n) bzw.das Feld 110 geführt. Dieser Vorgang kann mehrfach stattfinden. - 4. Während des Screening-Vorgangs (z. B. Überfahrt) werden die in der Messeinrichtung bzw.
Einheit 150 zum Ermitteln eingebauten Kameras entsprechend der bekannten Grenzen der Parzellen bzw.des Feldes 110 angesteuert und nehmen Daten auf. Besonders erwähnenswert ist, dass während der Dauer der Überfahrt eine oder mehrere Pflanzen115 im Bildausschnitt einer (Teil-)Einheit 150 zum Ermitteln erfasst werden. Durch die One-Shot-Bildaufnahmetechnik werden daher beispielsweise mehrere Aufnahmen derselben Pflanze115a sequenziell gemacht (Image Sequencing). Diese Vorgehensweise gestattet, die Einflüsse durch wechselnde Wind- und Lichtverhältnisse sowie Überlappungen und Rauschen im Bild auf ein Minimum zu reduzieren. - 5. Die von der Kamera bzw. den Kameras als (Teil-)Einheit(en)
150 zum Ermitteln unter gegebenen Beleuchtungsumständen aufgezeichneten Bilddaten umfassen beispielsweise. a.) RGB-Bilder und b.) Infrarot-Bilder und c.) Tiefenbilder (depth image). Die Kamera(s) sind kalibriert (um z. B. die Korrespondenz zwischen RGB-, IR- und Tiefenbildern zu bestimmen). - 6. Die von der/den Kamera(s) erfassten Bilder RGB- und IR-Bilder werden beispielsweise miteinander registriert, um z. B. im Anschluss eine Biomasse-Maske (repräsentiert eine Pflanze
115a in 2D) extrahieren zu können. - 7. Aufgrund der geringen Messgenauigkeit der beispielhaft verwendeten Low-Cost-Kamera wird die beschriebene Vorgehensweise beispielsweise um einen Auswerteschritt ergänzt, der die Fusion aus NDVI-Index (Normalized Differenced Vegetation Index, er wird aus Reflexionswerten im nahen infraroten und sichtbaren roten Wellenlängenbereich des Lichtspektrums gebildet) und dem G(rün)-Anteil des RGB-Bildes umfasst. Im Ergebnis der Fusion entsteht eine hochauflösende Biomasse-Maske in 2D. Damit erfolgt die Trennung von Biomasse und Boden im Bild.
- 8.
Um Einzelpflanzen 115a bzw.115b im Bild zu identifizieren, kommen Positionsinformationen der Einzelpflanzen115a ,115b , die im Zuge der Feldaufgangszählung bestimmt wurden, oder die bei der Aufnahme der Pflanzenparameter bzw. Wuchsinformation erfasst bzw. eingelesen wurden, zum Einsatz. Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass eine Identifikation der jeweiligen Pflanze115a bzw.115b nicht allein anhand der Biomasse-Masken bzw. der Parameter der betreffenden Pflanze115a bzw.115b erfolgt, weil auf diese Weise nur als Nutzpflanzen klassifizierte Objekte weiter untersucht werden. - 9. Die 2D-Biomasse-Maske wird in diesem Verarbeitungsschritt auf das Tiefenbild projiziert. Die zur Biomasse korrespondierenden 3D-Punkte werden ausgeschnitten. Es entsteht eine 3D-Punktewolke der Pflanze, die aufgrund der geringen Messgenauigkeit der Kamera grob verrauscht ist. Zur Rauschunterdrückung kommen Glättungsverfahren zum Einsatz. Im Anschluss erfolgt eine Triangulation der einzelnen Punkte in der Punktewolke mit dem Ziel, die Blattfläche mittels infinitesimal kleiner Teilflächen anzunähern und zu berechnen. Durch Verfeinerung der Auswertemethoden können auf der vorhandenen Datenbasis weitere Pflanzenmerkmale ermittelt werden (z. B. Blattstruktur, Blattstellung, etc.).
- 10. Die Daten bzw. die
Wuchsinformation 155 bzw. die daraus abgeleiteteInformation 160 wird/werden beispielsweise nach Aufzeichnung und Auswertung z. B. in einer Cloud-basierten Umgebung gespeichert und zur Visualisierung und weiteren Analyse auf Endgeräten vorgehalten. Auswertungen können verschiedene tabellarische, grafische und schriftliche Form haben und alle gemessenen und daraus abgeleiteten Parameter enthalten (z. B. maßstäbliche Darstellung der Pflanzen in ihren Parzellen als Draufsicht, Unkrautbesatz im Versuchsfeld, etc.). - 11. Die in den verschiedenen Versuchsreihen an unterschiedlichen Standorten und über mehrere Jahre gesammelten Daten bilden eine sehr große Menge, die sinnvollerweise automatisiert durch die, z. B. über Cloud-Dienste, gekoppelten dezentralen Messeinrichtungen
160 in einer geeigneten Datenbankstruktur gelagert werden. Dazu sind die Daten auf das notwendige und tatsächliche relevante Maß zu reduzieren oder auch zusätzlich zu komprimieren. Geeignete Algorithmen zur Suche und Filterung gestatten einzelpflanzen-, parzellen-, serien-, versuchs- und standortbezogene sowie weitere sorten- und kulturartübergreifende Auswertungen. Als Beispiel sei hier weiterhin die Nachverfolgbarkeit und Historie einer Einzelpflanze vom Anbau bis zum Konsumenten genannt. Dies bezieht auch Daten ein, die die Datenbank außerhalb der Messeinrichtung gewonnen hat, wie z. B. geobezogene Informationen zum Wetter, Niederschlag, Bodenwerten (Temperatur, Leitfähigkeit, Düngemittelkonzentration, etc.).
- 1. Given the limits and dimensions of the entire trial area or the field
110 (Field boundaries), the location and orientation of the plots and paths and thetrajectories 120 arising from the seed rows ofplants 115 result. For example, these data are geo-referenced and recorded in a preprocessing step (eg, when planting the trial plots or sowing). These geo-data become the measuring device orunit 150 for determining or theinformation system 100 announced. - 2. The concrete experimental design (here, for example, division of the parcels with their assignment to experimental objects, ie here the
plants 115 and series) is also read into the measuring device before the start of the measurements (experiment description). - 3. The measuring device or the
information system 100 is placed in rows (eg in drill direction) over the test area (s) or thefield 110 guided. This process can take place several times. - 4. During the screening process (eg crossing), those in the measuring device or
unit 150 for detecting built-in cameras according to the known boundaries of the parcels or thefield 110 controlled and take up data. Of particular note is that during the crossing one ormore plants 115 in the image section of a (sub-)unit 150 to be detected. For example, the one-shot imaging technique will take multiple shots of thesame plant 115a made sequentially (image sequencing). This procedure makes it possible to minimize the effects of changing wind and lighting conditions as well as overlapping and noise in the picture. - 5. The camera (s) as (sub) unit (s)
150 For example, image data recorded to determine under given lighting conditions includes. a.) RGB images and b.) Infrared images and c.) Depth images. The camera (s) are calibrated (to determine, for example, the correspondence between RGB, IR and depth images). - 6. The images captured by the camera (s) RGB and IR images are registered with each other, for. B. following a biomass mask (represents a
plant 115a in 2D). - 7. Due to the low accuracy of the example used low-cost camera, the procedure described is supplemented, for example, an evaluation step, the merger of NDVI index (Normalized Differenced Vegetation Index, he is from reflection values in the near infrared and visible red wavelength range of the light spectrum formed) and the G (rün) portion of the RGB image. As a result of the merger, a high-resolution biomass mask is created in 2D. This is the separation of biomass and soil in the picture.
- 8. To
single plants 115a respectively.115b In the picture, positional information of the individual plants come115a .115b , which were determined in the course of the field emergence count, or which were recorded or read in when recording the plant parameters or growth information, is used. Advantage of this procedure is that an identification of therespective plant 115a respectively.115b not solely on the basis of the biomass masks or the parameters of the plant concerned115a respectively.115b takes place, because in this way only classified as useful plants objects are further investigated. - 9. The 2D biomass mask is projected onto the depth image in this processing step. The 3D points corresponding to the biomass are cut out. The result is a 3D point cloud of the plant, which is roughly noisy due to the low accuracy of the camera. Smoothing is used for noise suppression. Subsequently, the individual points in the point cloud are triangulated with the aim of approximating and calculating the leaf area by means of infinitesimally small partial surfaces. By refining the evaluation methods, further plant characteristics can be determined on the existing database (eg leaf structure, leaf position, etc.).
- 10. The data or the
growth information 155 or the information derived therefrom160 becomes / become for example after recording and Evaluation z. B. stored in a cloud-based environment and maintained for visualization and further analysis on devices. Evaluations can have different tabular, graphical and written form and contain all measured and derived parameters (eg scaled representation of the plants in their plots as plan view, weed stock in the trial field, etc.). - 11. The data collected in the various test series at different sites and over several years constitute a very large amount, which is usefully automated by the, for. B. via cloud services, coupled
decentralized measuring equipment 160 be stored in a suitable database structure. For this purpose, the data must be reduced to the necessary and actually relevant level or additionally compressed. Suitable algorithms for searching and filtering allow individual plant, plot, series, experimental and location-related as well as other types of cross-species and cross-cultural analyzes. An example of this is the traceability and history of an individual plant from cultivation to the consumer. This also includes data obtained by the database outside the metering facility, such as: Geo-related information on weather, precipitation, soil values (temperature, conductivity, fertilizer concentration, etc.).
Zusätzlich ist es denkbar, dass in der Speichereinheit
Der Pflanzenparameterdatensatz
Weiterhin kann der Pflanzenparameterdatensatz
Der Pflanzenparameterdatensatz
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
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DE102015221092.8A Withdrawn DE102015221092A1 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | Method and information system for detecting at least one plant parameter data set of a plant growing on a field |
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