DE102017103140A1

DE102017103140A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Festlegung einer Bezugsachse auf einer landwirtschaftlichen Fläche

Info

Publication number: DE102017103140A1
Application number: DE102017103140.5A
Authority: DE
Inventors: Jörn Albert
Original assignee: Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG
Current assignee: Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-16

Abstract

Verfahren zur Generierung von zumindest einer Bezugsachse zur Definition einer bevorzugten Bearbeitungsrichtung einer landwirtschaftlichen Maschine auf einer landwirtschaftlichen Fläche (1), wobei das Verfahren anhand einer digital erfassten Karte der landwirtschaftlichen Fläche (1) auf einem PC (108) oder Terminal (103) einer landwirtschaftlichen Maschine (102) oder einem mobilen Endgerät durchführbar ist, wobei die äußere Begrenzung der landwirtschaftlichen Fläche durch einen geschlossenen Polygonzug angenähert wird, wobei die Länge und Richtung der Abschnitte (12, 13, 14, 15, 16) des Polygonzuges bestimmbar ist. Es wird erfindungsgemäß zur Bestimmung einer bevorzugten Bearbeitungsrichtung eine Bezugsachse definiert, indem:
- jedem Abschnitt (12, 13, 14, 15, 16) des Polygonzuges dessen Richtungsinformation zugewiesen wird,
- eine Gewichtung der Länge der Abschnitte (12, 13, 14, 15, 16) des Polygonzuges zur Festlegung einer optimierten Richtung der Bezugsachse durchgeführt wird und
- die Bezugsachse auf der Basis dieser Informationen bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Die Bearbeitung einer landwirtschaftlichen Fläche mit einer landwirtschaftlichen Maschine wird im Allgemeinen reihenweise durchgeführt. Das bedeutet, dass mit einem landwirtschaftlichen Gerät, beispielsweise einem Pflug, das Feld entlang paralleler oder annähernd paralleler Linien, deren Abstand von der Arbeitsbreite des Gerätes abhängt, bearbeitet wird. Um diese Arbeit möglichst effizient durchführen zu können, werden die parallelen Fahrspuren zunehmend auf einem Terminal oder sonstigen Gerät dem Bediener angezeigt, so dass dieser das Gerät möglichst präzise entlang der vorgesehenen Spuren lenken kann. Auch eine automatische Lenkung entlang der parallelen Fahrspuren ist denkbar.
Die Lage, Ausrichtung und Geometrie der Fahrspuren hängt hierbei in erster Linie von der Arbeitsbreite der Maschine und der Feldgeometrie ab. Hierbei ist verschiedentlich vorgeschlagen worden, eine Anzahl von Fahrspuren auf einer landwirtschaftlichen Fläche zu verteilen. So wird beispielsweise in der EP 2238819 A1 und der EP 2236020 A1 vorgeschlagen, eine Anzahl von Fahrspuren in einem nicht rechtwinkligen Feld oder Feldbereich in divergierender Weise anzuordnen und so die Fläche möglichst effizient abzudecken. Die EP 2952080 A1 sowie die EP 2446725 A1 beschreiben Verfahren zur Bestimmung von Fahrspuren anhand der Feldgeometrie und zuvor festgelegter Kriterien zur Optimierung des Arbeitsaufwandes bei der Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche.
Ein Verfahren zur halbautomatischen Festlegung von Referenzfahrspuren wird beispielsweise in der EP 2221702 A1 beschrieben, wobei Fahrspuren manuell abgefahren werden und diese dann anhand hinterlegter Kriterien bewertet und als Referenzfahrspur übernommen oder verworfen werden.
Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass die Planung einer Referenzfahrspur bzw. die Festlegung der zu planenden Fahrspuren allgemein manuelle Schritte notwendig macht bzw. die Festlegung der Referenzfahrspur nicht eindeutig ist und ggf. nicht ausschließlich auf der Basis der Feldgeometrie sondern unter Hinzunahme weiterer Parameter, wie beispielsweise Maschinenparameter, wie Arbeitsbreite, festgelegt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Nachteile des Standes der Technik zu beheben und ein optimiertes Verfahren bereit zu stellen, welches insbesondere zur Festlegung von Bezugsachsen allein auf der Basis der Feldgeometrie in der Lage ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Es wird also zur Bestimmung einer bevorzugten Bearbeitungsrichtung eine Bezugsachse definiert, wobei die äußere Begrenzung der betreffenden landwirtschaftlichen Fläche durch einen geschlossenen Polygonzug angenähert wird, wobei die Länge und Richtung der Abschnitte des Polygonzuges bestimmbar ist. Die Bezugsachse wird nun festgelegt, indem:

- jedem Abschnitt des Polygonzuges dessen Richtungsinformation zugewiesen wird, wobei der Endpunkt eines jeden Abschnittes gleichzeitig der Startpunkt des jeweils nächsten Abschnittes ist,
- eine Gewichtung der Länge der Abschnitte des Polygonzuges zur Festlegung einer optimierten Richtung der Bezugsachse durchgeführt wird und
- die Bezugsachse auf der Basis dieser Informationen bestimmt wird.

Es wird also eine Außenkontur einer in einem digitalen Speicher hinterlegten oder auf sonstige Weise zugänglichen Feldgeometrie als geschlossener Polygonzug approximiert und die Länge und Richtung jedes der Abschnitte des Polygonzuges zumindest näherungsweise bestimmt. Anschließend wird mittels eines Optimierungsalgorithmus die Bezugsachse bezogen auf die Abschnitte des Polygonzuges und deren Länge festgelegt. Dieses Verfahren kann vollkommen automatisiert und ausschließlich anhand der Geometrie der jeweiligen landwirtschaftlichen Fläche erfolgen. Weitere Eingaben, welche zusätzliche Optimierungskriterien, Maschinenparameter oder sonstige Daten enthalten, sind zunächst nicht vorgesehen. Damit kann das Verfahren besonders effizient auf jede mögliche Geometrie einer landwirtschaftlichen Fläche angewendet werden.
Die Bezugsachse ist hierbei als bevorzugte Bearbeitungsrichtung anzusehen. Die tatsächliche Bearbeitungsrichtung kann von der Richtung der Bezugsachse abweichen. Beispielsweise kann es zur vollständigen Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche notwendig sein, auf der einen Seite der Fläche in einer erste Richtung und auf der gegenüberliegenden Seite in eine zweite Richtung von der Richtung der Bezugsachse abzuweichen. Dies kann beispielsweise bei der Bearbeitung von trapezförmigen Flächen oder Teilflächen, bei denen die Bezugsachse beispielsweise senkrecht auf den parallelen Seiten des Trapezes steht, notwendig sein. Andere Geometrien sind ebenfalls denkbar, welche eine abweichende Richtung der tatsächlichen Fahrspuren von der Richtung der Bezugsachse notwendig machen.
Die Bestimmung der Bezugsachse wird vorzugsweise mittels eines PCs, auf dem die Feldgeometrie gespeichert ist, durchgeführt. Auch eine Durchführung mittels eines landwirtschaftlichen Terminals oder Jobrechners ist denkbar. Ebenso kann das Verfahren auf einem mobilen Endgerät, wie beispielsweise einem Smartphone oder Tabletcomputer durchgeführt werden. Die Feldgeometrie oder Begrenzung derselben kann auf einem Speicher des jeweiligen Gerätes, auf einem Server, in einer Cloud oder einem sonstigen Speicher hinterlegt sein und/oder das erfindungsgemäße Verfahren dort durchgeführt werden und anschließend beispielsweise auf ein landwirtschaftliches Terminal drahtlos übertragen werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Gewichtung der Länge der Abschnitte des Polygonzuges in der Weise vorgenommen, dass die Winkel zwischen der Bezugsachse und den längsten der Abschnitte des Polygonzuges bevorzugt minimiert werden. Auf diese Weise kann der Winkel zwischen der Bezugsachse und besonders langen Abschnitten des Polygons bevorzugt minimiert werden. Auf diese Weise kann beispielsweise bei rechteckigen Flächenkonturen bevorzugt eine Bezugsachse entlang der langen Seiten des Polygons erzeugt werden. Die Gewichtung kann beispielsweise proportional zur Länge der jeweiligen Abschnitte erfolgen. Andere Gewichtungen sind ebenfalls denkbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Bezugsachse derart festgelegt, dass die Winkel zwischen der Bezugsachse und zumindest zwei annähernd gegenüberliegenden Abschnitten des Polygonzugs bevorzugt minimiert werden, wobei die Länge der zumindest zwei Abschnitte möglichst groß ist und die Länge der einander gegenüberliegenden Abschnitte möglichst ähnlich ist. Auf diese Weise wird die Bezugsachse derart festgelegt, dass möglichst lange zu der Bezugsachse möglichst parallele Abschnitte, also Längsseiten, entstehen, wobei die sich gegenüberliegenden Abschnitte zudem ungefähr gleich lang sein sollen. Auf diese Weise werden erstens die Längsseiten der Fläche bei der Bearbeitung maximiert, also die Anzahl der Wendevorgänge minimiert, was besonders vorteilhaft ist. Zudem ermöglicht es dieses Kriterium die Anzahl der Keil- und/oder Kurvenfahrten zu reduzieren, da die Längsseiten jeweils ungefähr gleich lang und zudem möglichst parallel zu der Bezugsachse orientiert sein sollen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Bestimmung der Bezugsachse mittels vektorieller Addition von Abschnitten des Polygonzuges durchgeführt. Auf diese Weise kann sowohl die Richtung als auch der Winkel der Polygonabschnitte in besonders effizienter Weise bei der Bestimmung der Ausrichtung der Bezugsachse berücksichtigt werden.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren folgende Schritte:

- Definieren eines Winkels α,
- Schrittweises Abdecken eines Winkelbereiches von zumindest annähernd 180° durch Aneinanderreihung von ersten Fenstern mit Öffnungswinkel α,
- Ermitteln der jeweiligen Längensumme durch Aufaddieren der Beträge der Längeninformationen der Abschnitte, welche in das jeweilige Fenster hineinfallen,
- Ermitteln der jeweiligen Längensumme, welche in ein jeweils gegenüber dem ersten Fenster um 180° gedrehtes zweites Fenster hineinfallen, wobei jedem ersten Fenster genau ein zweites Fenster zugeordnet ist,
- Bestimmen eines Koeffizienten, welcher sich aus der Summe der Längensummen des ersten und zweiten Fensters multipliziert mit dem minimalen Quotienten der Längensummen des ersten und zweiten Fensters berechnet,
- Festlegen der Bezugsachse in der mittleren Richtung des Fensters, welches die größte Längensumme aufweist oder Ermitteln von Bereichssummen durch Aufsummieren der Koeffizienten benachbarter Fenster, wobei der zugehörige Bereich auf beiden Seiten jeweils durch Fenster mit Längensumme gleich 0 oder den Rand des betrachteten Winkelbereiches begrenzt wird, und Festlegen der Bezugsachse in Abhängigkeit der ermittelten Bereichssumme für zumindest einen Bereich.

Die Bezugsachse wird bevorzugt in Richtung des mittleren Winkels oder des Schwerpunktwinkels des jeweils betrachteten Bereichs ausgerichtet. Es kann also vorgesehen sein für jeden Bereich eine Bezugsachse oder zumindest für mehrere Bereiche Bezugsachsen zu ermitteln.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, eine bevorzugte Bezugsachse aus mehreren ermittelten Bezugsachsen in Richtung des mittleren Winkels der größten Bereichssumme oder des Schwerpunktwinkels bezogen auf die Koeffizienten oder die Längensummen der größten Bereichssumme oder des mittleren Winkels oder Schwerpunktwinkels des Fensters mit dem größten Koeffizienten innerhalb einer Bereichssumme auszurichten. Auf diese Weise kann ein automatisiertes Verfahren bereitgestellt werden, welches die optimale Bezugsachse aus mehreren vorgeschlagenen Bezugsachsen für verschiedene Bereiche auswählt. Insbesondere kann für jeden Bereich eine Bezugsachse berechnet und dann aus diesen Bezugsachsen die optimale Bezugsachse ausgewählt werden.
Der Winkel α kann frei wählbar sein oder als festgelegter Parameter in dem Terminal oder sonstigen Gerät, welches zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird, hinterlegt sein. Vorzugsweise beträgt die Größe des Winkels und damit die Breite der jeweiligen Fenster zwischen 0° und 40°, besonders bevorzugt zwischen 5° und 20°. Zusätzlich oder alternativ ist 180° bevorzugt ein ganzzahliges Vielfaches des Winkels α.
Ein Winkelbereich von 180° ausgehend von einem beliebigen oder zuvor festgelegten Startpunkt wird schrittweise durch Aneinanderreihung erster Fenster abgedeckt. Aneinanderreihung bedeutet hier, dass an den durch ein Fenster abgedeckten Winkelbereich ein weiteres Fenster sich anschließt, welches einen zweiten Winkelbereich abdeckt, wobei die Fenster den gleichen Öffnungswinkel aufweisen. Die Winkelbereiche sind hierbei nicht identisch. Die beiden Winkelbereiche können direkt aneinander anschließen, bspw. 10° - 20°, 20° - 30° usw. Vorzugsweise können jedoch Überlappungen auftreten, wie bspw. folgendermaßen: 10° - 20°, 15° -25° usw. Es ist auch denkbar, dass eine lückenhafte Abdeckung des betrachteten Bereichs erfolgt, indem die Fenster bspw. wie folgt abgedeckt werden: 10° - 20°, 25°- 35° usw. Letzteres ist jedoch im Allgemeinen weniger vorteilhaft, da bei der Betrachtung einzelne Abschnitte nicht berücksichtigt werden können, im obigen Beispiel wäre dies bspw. ein Abschnitt des Polygonzuges, welcher in Richtung 22° orientiert ist.
Schrittweise meint hierbei, die Aneinanderreihung der ersten Fenster festgelegter Breite in zuvor festgelegten Schrittweiten. Die Schrittweite kann hierbei durch den Bediener frei wählbar oder festgelegt sein. Beispielsweise beträgt die Schrittweite 20° und die Breite des Fensters bzw. der Winkel α ebenfalls 20°, wobei der Startpunkt beispielsweise 0° beträgt. Hierbei wird der Startpunkt bevorzugt bezogen auf die mittlere Fensterbreite angegeben. Dies bedeutet, dass sich bei einem Startpunkt von 0° das erste Fenster von -10° bis 10° erstreckt, das nächste von 10° bis 30°, das folgende von 30° bis 50° und so weiter bis 170°. Die Schrittweite und/oder die Fensterbreite kann auch so gewählt werden, dass benachbarte erste Fenster keine Überlappung aufweisen. Beispielsweise kann die Schrittweite 21° betragen. Alternativ kann das erste Fenster Winkel größer-10° bis 10° einschließen, das zweite Fenster Winkel größer 10° bis 30 ° usw. Es können jedoch auch größere Überlappungsbereiche vorgesehen sein.
Es werden nun Längensummen als Summen der Längen der sich jeweils in dem ersten Fenster befindlichen Abschnitte des Polygons gebildet. Mit anderen Worten werden diejenigen Abschnitte des Polygons identifiziert, welche eine Orientierung besitzen, die in das jeweilige Fenster hineinfällt und die Beträge der Längen der jeweiligen Abschnitte zu einer Längensumme A aufsummiert. Es wird also für jedes erste Fenster eine diesem zugeordnete Längensumme A ermittelt.
Es werden zudem diejenigen Abschnitte identifiziert, welche in ein zu dem jeweiligen ersten Fenster um 180° gedrehtes zweites Fenster hineinfallen. Die Beträge der Längen der in das zweite Fenster hineinfallenden Abschnitte werden ebenfalls zu einer Längensumme B aufsummiert.
Es wird nun zu jedem ersten Fenster ein Koeffizient ermittelt, welcher sich aus den Längensummen A und B in folgender Weise bildet: $K = (A + B) * A/B, falls B \geq A$
und $K = (A + B) * B/A, falls A > B$
Es können zudem Bereichssummen ermittelt werden. Diese Bereichssummen werden gebildet durch Summierung der Koeffizienten benachbarter erster Fenster, wobei der jeweils zugehörige Bereich auf beiden Seiten begrenzt wird von ersten Fenstern mit Koeffizienten gleich 0 oder dem Rand des betrachteten Winkelbereiches. Wird also entsprechend des oben angegebenen Beispiels ein Winkel α und damit eine Breite der Fenster von 20° gewählt und die Koeffizienten des Fensters zwischen -10° und 10° und des Fensters zwischen 30° und 50° wäre gleich 0, dann würde sich der Bereich zur Berechnung der entsprechenden Bereichssumme von 10° bis 30° erstrecken.
Für die Festlegung der Bezugsachse kann nun eines mehrerer Kriterien gewählt werden:

- die Bezugsachse kann in der Richtung festgelegt werden, welche durch das Fenster mit dem größten Koeffizienten gegeben ist,
- die Bezugsachse kann in Richtung des mittleren Winkels der größten Bereichssumme festgelegt werden,
- die Bezugsachse kann in Richtung des Schwerpunktwinkels bezogen auf die Koeffizienten oder die Längensummen der größten Bereichssumme festgelegt werden,
- die Bezugsachse kann in Richtung des mittleren Winkels oder Schwerpunktwinkels des Fensters mit dem größten Koeffizienten innerhalb einer Bereichssumme festgelegt werden.

Hierbei ist der mittlere Winkel einer Bereichssumme definiert durch den Winkel, welcher genau zwischen den Rändern des jeweiligen Bereichs liegt. Beispielsweise bei obigem Beispiel eines Bereiches von 30° bis 50° ist dies der Winkel 40°.
Der Schwerpunktwinkel gewichtet die in den Bereich fallenden Fenster und/oder die in den Bereich fallenden Abschnitte. Dies wird erreicht indem der Schwerpunktwinkel aus der vektoriellen Addition der in diesen Bereich fallenden Abschnitte des Polygons gebildet wird. Alternativ kann der Schwerpunktwinkel bestimmt werden aus den mittleren Winkeln der zu dem jeweiligen Bereich gehörenden Fenster, wobei die Fenster entsprechend der Längen der ihnen zugeordneten Abschnitte, beispielsweise proportional zu den Längen, oder proportional zu den Koeffizienten der einzelnen Fenster gewichtet werden.
Durch Bilden der Fenster und/oder Bereiche werden vorteilhaft Winkelbereiche identifiziert in denen besonders viele der Abschnitte des Polygons liegen. Auf diese Weise kann die Bezugsachse definiert werden, so dass sie zu möglichst vielen der Abschnitte und/oder zu möglichst langen Abschnitten des Polygons möglichst parallel verläuft. Hierbei ist es erstens besonders vorteilhaft die Summen der Längen der Abschnitte in einem ersten Fenster und dem hierzu gehörigen zweiten Fenster zu ermitteln, da dies ein Kriterium ist, wie viele zumindest annähernd parallele Abschnitte in einem Winkelbereich zu finden sind. Zweitens ergibt sich aus der Quotientenbildung der Längen der zumindest annähernd antiparallel orientierten Abschnitte ein zusätzlicher Vorteil. Dieser Quotient wird in der beschriebenen Art und Weise maximiert, wenn die Summe der Längen der Abschnitte in die eine Richtung ungefähr genauso groß ist wie die Summe der Längen in die entgegengesetzte Richtung. Für eine landwirtschaftliche Fläche bedeutet dies, dass die linksseitigen und rechtsseitigen Seitenabschnitte, welche parallel zu der Bezugsachse orientiert sind, ungefähr gleich lang sind, was eine besonders vorteilhafte Ausrichtung einer Bezugsachse bedeutet, da in diesem Fall die Anzahl und/oder Ausprägung der Keil- oder Kurvenfahrten entlang der Längsseiten der landwirtschaftlichen Fläche, also parallel zur Bezugsachse, minimiert werden.
Vorteilhafterweise wird hierfür die Längeninformation der Abschnitte jeweils gewichtend berücksichtigt. Dies ermöglicht es, dass die Bezugsachse bevorzugt zu den längeren der Abschnitte möglichst parallel verläuft.
Es kann das vorliegende Verfahren auch mehrmals, also in mehreren Durchgängen, angewendet werden, insbesondere mit variierenden Schrittweiten und/oder Größen des Winkels α. Die Bezugsachse kann in optimierter Weise berechnet werden, indem aus den Bezugsachsen mehrerer Durchgänge eine mittlere Bezugsachse ermittelt wird. Alternativ können die einzelnen Durchgänge einer Bewertung unterzogen werden, indem die Breite der Bereiche, die Anzahl der Bereiche und/oder das Verhältnis der Breiten der ermittelten Bereiche jeweils ausgewertet wird und die Bezugsachse entsprechend des Durchganges mit der höchsten Bewertung festgelegt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Anpassung der Orientierung der festgelegten Bezugsachse, indem die angepasste Bezugsachse parallel zu dem Abschnitt mit der geringsten Winkelabweichung im Vergleich zur Bezugsachse ausgerichtet wird oder die angepasste Bezugsachse parallel zu dem längsten Abschnitt innerhalb des Fensters der gewählten Bereichssumme ausgerichtet wird. Auf diese Weise kann die Wahl der Bezugsachse unabhängig von der jeweiligen Fenstergröße und/oder Schrittweite erfolgen, indem die hierdurch bedingten Abweichungen derart korrigiert werden, dass die resultierende Bezugsachse derart angepasst wird, dass sie parallel zu einem besonders bevorzugten Abschnitt des Polygonzuges ausgerichtet wird. Dies ist vorzugsweise der längste Abschnittinnerhalb der gewählten Bereichssumme. Sind mehrere Fenster mit einem Koeffizienten gleicher Größe ermittelt worden, die vorzugsweise aneinander angrenzen oder einander überlappen, so kann für die Anpassung der Ausrichtung der Bezugsachse beispielsweise das mittlere dieser Fenster gewählt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zumindest ein Abschnitt der Abschnitte des Polygonzuges als Vorgewendeabschnitt definiert und die Bezugsachse derart bestimmt, dass dieser zumindest eine Vorgewendeabschnitt möglichst senkrecht auf der Bezugsachse steht. Auf diese Weise können weitere Kriterien zur Optimierung der Berechnung der Bezugsachse in das vorliegende Verfahren in vorteilhafter Weise integriert werden. Die Festlegung der Vorgewendeabschnitte kann ebenfalls mittels eines separaten Verfahrens oder mittels in das vorliegende Verfahren integrierter Verfahrensschritte anhand der Geometrie der landwirtschaftlichen Fläche bzw. dessen Begrenzungslinie automatisiert bestimmt werden. Die Bezugsachsen sind vorteilhaft möglichst senkrecht zur Orientierung der Polygonabschnitte ausgerichtet, welche das Vorgewende markieren, da in der Nähe des Vorgewendes die landwirtschaftliche Maschine nach der Bearbeitung entlang einer Fahrspur gewendet wird. Es ist somit von Vorteil, wenn die Bezugsachse annähernd zwei einander gegenüberliegende Vorgewendeseiten oder -abschnitte miteinander verbindet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden Fahrpuren bestimmt, welche zu der Bezugsachse zumindest annähernd oder im Mittel parallel ausgerichtet sind. Die Orientierung der Bezugsachse stellt eine für die Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche bevorzugte Richtung dar. Folglich ist eine Bearbeitung der Fläche entlang einer Anordnung von zumindest näherungsweise zu dieser Bezugsachse parallel ausgerichteter Fahrspuren vorteilhaft. Abweichungen von dieser Parallelität können erforderlich sein, um eine vollständige und lückenlose Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche zu ermöglichen. Dies ist beispielsweise bei trapezförmigen oder sonstwie unregelmäßig geformten landwirtschaftlichen Flächen notwendig.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird daher die Arbeitsbreite der jeweils verwendeten landwirtschaftlichen Maschine berücksichtigt, um den Abstand und/oder die Orientierung der zu bestimmenden Fahrspuren zu berechnen. Auf diese Weise kann eine an die jeweiligen Anforderungen der verwendeten Maschine angepasste Orientierung und/oder ein angepasster Abstand der Fahrspuren ermittelt werden. Somit kann eine besonders effiziente Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche erreicht werden.
Die Aufgabe wird ebenfalls mittels eines Terminals für eine landwirtschaftliche Maschine gemäß dem Anspruch 10 gelöst, welches zur Durchführung zumindest eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 9 geeignet ist. Eine auf dem Terminal hinterlegte oder dem Terminal zugängliche Karte einer landwirtschaftlichen Fläche oder dessen Begrenzungslinie kann also verwendet werden, um eine Bezugsachse und damit eine bevorzugte Bearbeitungsrichtung zu ermitteln. Diese bevorzugte Bearbeitungsrichtung kann beispielsweise auf dem Bildschirm des Terminals angezeigt werden, um eine möglichst genaue Orientierung auf der landwirtschaftlichen Fläche zu ermöglichen. Der Bediener der Maschine kann also seine Maschine entlang der angezeigten Bearbeitungsrichtung steuern. Es wird auf diese Weise eine besonders effiziente Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche ermöglicht. Hierfür ist die landwirtschaftliche Maschine bevorzugt mit einem GPS-Empfänger ausgestattet, welcher dem Terminal ermöglicht, die Orientierungsrichtung der landwirtschaftlichen Maschine relativ zur Bezugsachse anzuzeigen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Terminal ausgebildet, die Arbeitsbreite der landwirtschaftlichen Maschine in Abhängigkeit der aktuellen Position der landwirtschaftlichen Maschine anzupassen. Hierfür werden vorzugsweise Fahrspuren anhand der Geometrie der landwirtschaftlichen Fläche und der ermittelten Bezugsachse in der Weise durch das Terminal ermittelt, dass die Fahrspuren bevorzugt parallel oder annähernd parallel zu der Bezugsachse verlaufen. Eine sukzessive Änderung der Orientierung benachbarter Fahrspuren, welche beispielsweise durch die Kontur der landwirtschaftlichen Fläche bedingt und notwendig ist, kann nun in vorteilhafter Weise durch eine Anpassung der Arbeitsbreite, beispielsweise in Form einer Schnittbreitenverstellung am Pflug, in Abhängigkeit der momentanen Position erreicht werden. Hierfür werden vorzugsweise entsprechende Aktoren an der landwirtschaftlichen Maschine zur Einstellung der gewünschten Arbeitsbreite angesteuert. Hierdurch kann die folgend zu bearbeitende Fahrspur entsprechend festgelegt werden, so dass diese die gewünschte Orientierung erhält. Auf diese Weise können beispielsweise trapezförmige Flächen vollständig und lückenlos bearbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf dem Terminal selbst durchgeführt oder die berechnete Bezugsachse diesem nur zugänglich gemacht werden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auf einem separaten stationären PC durchgeführt und auf das Terminal übertragen oder dem Terminal von einem Server drahtlos zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann auch ein mobiles Endgerät zur Durchführung des Verfahrens oder zur Anzeige der Bezugsachse verwendet werden.
Es können mittels des Terminals zu der Bezugsachse überwiegend parallele Fahrspuren angezeigt und auch durch dieses ermittelt werden. Die Fahrspuren können relativ zur der derzeitigen Position der landwirtschaftlichen Maschine auf der landwirtschaftlichen Fläche auf einem Display angezeigt werden.
Die landwirtschaftliche Maschine kann durch das Terminal in autonomer Weise entlang der Fahrspuren gesteuert werden, um die landwirtschaftliche Fläche in autonomer Weise zu bearbeiten. Alternativ kann die landwirtschaftliche Maschine auch von einem Jobrechner oder einem sonstigen Rechner gesteuert werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beispielsbeschreibung und den Figuren, hierbei zeigen

1 Landwirtschaftliches Maschinensystem,
2 eine schematische Darstellung eines Umrisses einer landwirtschaftlichen Fläche,
3 eine schematische Darstellung eines Umrisses einer landwirtschaftlichen Fläche mit entsprechender Richtungsinformation der einzelnen Abschnitte,
4 Ausrichtung von Winkelfenstern zur Analyse der Geometrie des Umrisses der landwirtschaftlichen Fläche,
5 ein erstes Diagramm zur Auswertung der Geometrie der landwirtschaftlichen Fläche und Festlegung einer Bezugsachse und
6 ein zweites Diagramm zur Auswertung der Geometrie der landwirtschaftlichen Fläche und Festlegung einer Bezugsachse.

Ein landwirtschaftliches Maschinensystem mit einem erfindungsgemäßen Terminal 103 ist in 1 gezeigt. Das landwirtschaftliche Maschinensystem besteht hier aus einem Traktor 101 und einem an den Traktor angekoppelten Pflug 102. Der angekoppelte Pflug ist hier beispielhaft zu sehen. Es kann auch jede beliebige andere landwirtschaftliche Maschine zur Bearbeitung einer landwirtschaftlichen Fläche an den Traktor 101 angehängt werden. Auch kann das landwirtschaftliche Maschinensystem als selbstfahrendes landwirtschaftliches Maschinensystem, beispielsweise selbstfahrende Spritze oder Mähdrescher, ausgestaltet sein.
Der Traktor 101 verfügt über ein Terminal 103, welches mittels einer Anzeigevorrichtung Informationen dem Fahrer des Traktors 101 zur Anzeige bringen kann, insbesondere können Informationen der landwirtschaftlichen Maschine 102 und des Traktors, wie beispielsweise Position, Geschwindigkeit usw., angezeigt und Betriebsparameter, beispielsweise die Arbeitsbreite und/oder Arbeitstiefe, geändert werden. Das Terminal 103 verfügt hierfür über Bedienelemente in Form von Schaltern, Knöpfen und/oder insbesondere einen berührungsempfindlichen Bildschirm. Das Terminal ist insbesondere mit einem oder mehreren Jobrechnern 104, 105 verbunden, welche sich auf dem Traktor und/oder der angekoppelten landwirtschaftlichen Maschine befinden können. Die Datenverbindung zwischen dem Jobrechner 105 der landwirtschaftlichen Maschine 102 und dem Jobrechner 104 des Traktors erfolgt bevorzugt über eine genormte Datenverbindung 106, insbesondere eine sogenannte ISOBus-Schnittstelle. Alternativ kann auch das Terminal 103 direkt über das Bussystem, insbesondere den ISOBus mit dem Jobrechner 105 der landwirtschaftlichen Maschine 102 verbunden sein. Über dieses Bussystem werden Informationen der landwirtschaftlichen Maschine, beispielsweise eingestellte Ist-Werte oder Sensordaten an den Jobrechner 104 oder das Terminal 103 übertragen. In entgegengesetzter Richtung werden auch Steuerbefehle des Jobrechners 104 oder Terminals 103 an den Jobrechner 105 der landwirtschaftlichen Maschine 102 übertragen. Zur Ausführung der Steuerbefehle ist der Jobrechner 105 mit Aktuatoren und Sensoren über eine Datenverbindung verbunden, beispielsweise mit einem Aktor 109 zur Einstellung der Schnittbreite des Pfluges 102. Denkbar ist auch, dass der Jobrechner 105 der landwirtschaftlichen Maschine 102 im Rahmen einer sogenannten TIM-Anwendung (Tractor-Implement-Management) über das Bussystem 106 Steuerbefehle an den Traktor 101 übermittelt. Hierüber kann durch die angekoppelte Maschine 102 beispielsweise ein Steuerbefehl zur Reduktion der Geschwindigkeit oder zur Anhebung eines Dreipunktkrafthebers zur Reduktion der Arbeitstiefe erfolgen. Eine solche Maßnahme kann beispielsweise durch entsprechende Sensorsignale an der landwirtschaftlichen Maschine 102 getriggert sein.
Das Terminal 103 ist nun dazu ausgebildet anhand einer hinterlegten Karte der zu bearbeitenden landwirtschaftlichen Fläche eine bevorzugte Bearbeitungsrichtung in Form einer Bezugsachse automatisiert zu ermitteln, wie im Folgenden näher beschrieben.
Vorzugsweise kann anhand der ermittelten Bezugsachse auch ein Fahrspursystem ermittelt und die landwirtschaftliche Fläche entlang dieses Fahrspursystems bearbeitet werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Terminal mit einem GPS-Empfänger 107 verbunden und wird die Arbeitsbreite der landwirtschaftlichen Maschine 102 automatisiert in Abhängigkeit des am Ort der Maschine durch das Terminal ermittelten Abstandes der Fahrspuren des Fahrspursystems eingestellt.
Die Module zur Berechnung des Fahrspursystems werden entweder auf dem Terminal 103 oder dem mit dem Terminal verbundenen Jobrechner 104 ausgeführt und das Fahrspursystem dann auf dem Terminal lediglich angezeigt. Auch ist es denkbar, dass das Fahrspursystem auf einem externen Datenverarbeitungssystem 108 ermittelt wird und die Fahrspurdaten und Feldkoordinaten mittels einer Datenverbindung oder einem Datenträger auf das Terminal 103 oder den Jobrechner 104 übertragen werden.
Die Module zur Planung des Fahrspursystems werden also auf dem Terminal 103 oder dem Jobrechner 104 ausgeführt oder auf dem Datenverarbeitungssystem 108 ausgeführt und das Fahrspursystem dem Jobrechner 104 oder Terminal 103 zur Verfügung gestellt. Die landwirtschaftliche Fläche wird entlang des angelegten Fahrspursystems bearbeitet. Hierfür ist vorgesehen, dass das Fahrspursystem auf einem Bildschirm des Terminals angezeigt wird. Der Benutzer kann nun den Traktor 101 entlang der angezeigten Fahrspuren steuern und das Feld entsprechend bearbeiten. Hierfür wird auch die Schnittbreite des Pfluges bzw. Arbeitsbreite der landwirtschaftlichen Maschine entsprechend der Abstände der Fahrspuren des Fahrspursystems an der aktuellen Position angepasst.
Wie bereits erwähnt ist optional vorgesehen, dass das Maschinensystem die Arbeitsbreite der landwirtschaftlichen Maschine entsprechend des Fahrspurabstandes an der aktuellen Position des Maschinensystems automatisch ermittelt und einstellt. Hierfür werden entsprechende Steuerbefehle von dem Terminal 103 oder dem Jobrechner 104 an den Jobrechner 105 der landwirtschaftlichen Maschine 102 übermittelt, woraufhin der Jobrechner 105 im vorliegenden Beispiel die Arbeitsbreite des Pfluges 102 mittels des Aktors 109 erforderlichenfalls einstellt. Die automatische Einstellung der Arbeitsbreite lässt sich für beliebige landwirtschaftliche Maschinen realisieren, welche über eine Datenverbindung von dem Traktor 102 steuerbar sind, insbesondere lässt sich die Arbeitsbreite von Sämaschine, Feldspritzen oder Düngerstreuern auf diese Weise an die örtlichen Gegebenheiten anpassen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ebenfalls denkbar, dass das landwirtschaftliche Maschinensystem teil- oder vollautonom die landwirtschaftliche Fläche entlang des geplanten Fahrspursystems bearbeitet. Hierfür werden durch das Terminal 103 oder den Jobrechner 104 zusätzlich zu den Steuerbefehlen an den Jobrechner 105 der landwirtschaftlichen Maschine Lenkbefehle und/oder Steuerbefehle zur Anpassung der Geschwindigkeit ausgegeben, so dass der Traktor 101 entlang des Fahrspursystems die landwirtschaftliche Fläche bearbeitet. Auch die Wendevorgänge am Ende bzw. zu Beginn einer jeweiligen Fahrspur lassen sich auf diese Weise automatisieren.
Ein Umriss einer landwirtschaftlichen Fläche 1 in schematischer Darstellung ist in 2 gezeigt. Hierbei handelt es sich um eine fünfseitige landwirtschaftliche Fläche. Die linke Seite 1 und die rechte Seite 2 haben hierbei eine Länge von beispielsweise 160 m und verlaufen parallel. Im oberen Bereich der landwirtschaftlichen Fläche sind die Seiten 4 und 5 gezeigt, welche zu den Seiten 2 bzw. 3 in einem Winkel von 45° orientiert sind, wobei die Seiten 4 und 5 in einem rechten Winkel zueinander orientiert sind. Die Längen der Seiten 4 und 5 sind in diesem Fall identisch und betragen beispielsweise 141 m. Im unteren Bereich der landwirtschaftlichen Fläche steht eine Seite 6 senkrecht auf den Seiten 2 und 3 und verbindet diese. Die Länge der Seite 6 beträgt beispielsweise 200 m. Insgesamt ergibt sich durch die Anordnung der Seiten der landwirtschaftlichen Fläche ein geschlossenes Polygon bzw. ein geschlossener Polygonzug. Eine solche Polygondarstellung einer landwirtschaftlichen Fläche ist für zu bearbeitende Flächen oder Teilflächen immer möglich und beispielsweise mittels bekannter mathematischer Algorithmen ermittelbar.
Um den Seiten nun eine Richtungsinformation zuzuweisen wird ein beliebiger Drehsinn des geschlossenen Polygonzuges gewählt, so dass jeder Endpunkt eines Polygons der Startpunkt des nächsten Polygonzuges ist. Dies ist in 3 in einer Pfeildarstellung der Seiten 12, 13, 14, 15, und 16 gezeigt. Der Endpunkt eines jeden Pfeiles ist der Startpunkt des benachbarten Pfeiles. Es kommt hierbei nicht darauf an, ob der Drehsinn im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Urzeigersinn orientiert ist. Jedoch soll die Richtung konsistent gewählt werden. Es sollen mit anderen Worten also nicht zwei Startpunkte und/oder zwei Endpunkte in einem Punkt zusammenfallen. Den Abschnitten des Polygonzuges wird eine Richtung bezogen auf eine frei wählbare Startrichtung 11 vorgegeben, so dass die Winkel der Abschnitte eindeutig festgelegt sind. Hier ist beispielsweise der Winkel des Abschnittes 12 90°, Abschnitt 13 hat einen Winkel von 270° zur Startrichtung 11, Abschnitt 14 einen Winkel von 45° und Abschnitt 15 von 315°. Abschnitt 16 besitzt einen Winkel von 180° zur Bezugsachse.
Die jeweiligen Richtungsinformationen der Abschnitte des Polygonzuges werden nun entsprechend der jeweiligen Länge des Abschnittes gewichtet und die festzulegende Bezugsachse entsprechend der Länge und Richtung der Abschnitte festgelegt.
Hierfür wird im Ausführungsbeispiel ein Winkel α festgelegt, welcher in der 4 beispielsweise 10 ° beträgt. Es wird nun ein Winkelbereich von 180° schrittweise in der Form abgedeckt, dass jeweils in einem Winkelfenster α ermittelt wird, welche Abschnitte des Polygons in dieses Winkelfenster hineinfallen. Hierbei kann die 0°-Ausrichtung beliebig gewählt werden, beispielsweise die Startrichtung 11.
Für das Winkelfenster 21 welches einen Winkel von -5° bis 5° umfasst ergibt sich, dass keiner der Abschnitte in dieses Winkelfenster hineinfällt. Es wird zudem überprüft, ob in das um 180° gedrehte Winkelfenster, also 175° bis 185° ein oder mehrere Abschnitte hineinfallen. In dieses Winkelfenster fällt der Abschnitt 16 hinein. Als nächstes wird nun in dem nächsten festgelegten Winkelfenster überprüft, welche Abschnitte in dieses Winkelfenster hineinfallen. Das nächste Winkelfenster 22 ist gegenüber dem Winkelfenster 21 um einen Winkel von 5° gedreht und deckt somit einen Bereich zwischen 0° und 10° ab. Auch in dieses Winkelfenster fällt keiner der Abschnitte hinein. Es wird ebenfalls in dem um 180° gedrehten Winkelfenster zwischen 180° und 190° überprüft, welche Abschnitte in dieses Winkelfenster hineinfallen. Auch in dieses Winkelfenster fällt keiner der Abschnitte. Das nächste zu überprüfende Winkelfenster bei einer Schrittweite von 10° liegt in einem Bereich von 5° bis 15°. Auch in diesem Bereich und in dem um 180° gedrehten Bereich befindet sich keiner der Abschnitte des Polygons.
Die Schrittweite zwischen den Winkelfenstern ist grundsätzlich frei wählbar, jedoch vorzugsweise kleiner oder gleich dem Winkel α und/oder konstant. Dies gilt ebenso für den Startpunkt und die zuvor festgelegte Bezugsachse. Im vorhergehenden Beispiel ergibt sich aufgrund der festgelegten Schrittweite und Fensterbreite eine Überlappung der einzelnen Fenster beispielsweise zwischen 0° und 5°, zwischen 5° und 10°usw. Im Vergleich zu einer nichtüberlappenden Fensterbreite und Schrittweite kann hieraus im Ergebnis eine leicht abweichende Orientierung der ermittelten Bezugsachse resultieren. Hieraus ergeben sich jedoch keine Probleme, da die aus der Bezugsachse zu ermittelnden Fahrspuren in jedem Fall in den Randbereichen an die tatsächliche Orientierung der Seitenabschnitte der landwirtschaftlichen Fläche angepasst werden muss. Die Bezugsachse legt also lediglich die bevorzugte Bearbeitungsrichtung auf einer landwirtschaftlichen Fläche fest, aus der dann die genaue Orientierung der Fahrspuren beispielsweise anhand der Feldgeometrie, der Arbeitsbreite der verwendeten landwirtschaftlichen Maschine und ggf. weiterer Parameter festgelegt wird. Für eine reproduzierbare Ermittlung der Bezugsachse unabhängig von Abweichungen bei veränderter Fensterbreite oder Schrittweite kann nach der Ermittlung der Bezugsachse eine Parallelausrichtung dieser gegenüber annähernd parallelen und vorzugsweise besonders langen Abschnitten des Polygonzuges erfolgen.
Der Winkelbereich 180° wird in diesem Ausführungsbeispiel also mittels eines Winkelfensters von 10° in 5°-Schritten abgedeckt, somit würde in einem ersten Winkelfenster von 80° bis 90°, in einem zweiten von 85° bis 95° und in einem dritten von 90° bis 100° der Abschnitt 12 aufgefunden. Ebenfalls würde in insgesamt drei Winkelfenstern, nämlich von 35° bis 45° von 40° bis 50° sowie von 45° bis 55° der Abschnitt 14 aufgefunden. Da es besonders vorteilhaft ist Bezugsachsen parallel zu Abschnitten vorzusehen, die einen parallel oder annähernd parallel verlaufenden Abschnitt auf der gegenüberliegenden Seite der landwirtschaftlichen Fläche besitzen, wird wie bereits erwähnt auch der Bereich eines um 180° gedrehten Winkelfensters betrachtet. Hierbei wird jedoch nur bei den Winkelfenstern, welche den Abschnitt 12 beinhalten auch jeweils in den um 180° gedrehten Winkelfensten bei 260° bis 270° bei 265° bis 275° und bei 270° bis 280° Fenstern ein Abschnitt aufgefunden, nämlich der Abschnitt 13.
Eine Auswertung der betrachteten Winkelfenster erfolgt gemäß des Ausführungsbeispielsdurch durch Bildung eines Koeffizienten K, indem die Summe der Längen bzw. Beträge der Längen in dem jeweiligen Winkelfenster und dem um 180° gedrehten Winkelfenster gebildet wird und diese Summe mit dem minimalen Quotienten aus den Summen der Längen der Abschnitte des Winkelfensters geteilt durch die Summen der Längen der Abschnitte des um 180° gedrehten Winkelfensters multipliziert wird, sofern die Bildung des Quotienten erlaubt ist, also keine Division durch 0 gefordert wird. Falls dem so ist, wird der jeweilige Quotient mit 0 angenommen.
Im Ausführungsbeispiel nach 2 - 4 bedeutet dies, dass in ein Winkelfenster von 35° bis 45° der Abschnitt 14 mit einer Länge von 141 m hineinfällt, jedoch kein Abschnitt in ein entsprechendes um 180° gedrehtes Winkelfenster. Die oben beschriebene mathematische Operation zur Bildung des Koeffizienten K aus den Summen multipliziert mit dem Quotienten der Abschnitte, die in das Winkelfenster und das um 180° gedrehte Winkelfenster hineinfallen wäre also K = (141m + 0m) × (0m)/(141m) = 0m
Für das Winkelfenster von 80° bis 90° gilt entsprechend, dass in dieses Fenster der Abschnitt 12 hineinfiele, während in das um 180° gedrehte Winkelfenster von 260° bis 270° der Abschnitt 13 hineinfiele, so dass sich für den Koeffizienten ergibt: K = (160 m + 160 m) × (160 m)/ (160 m) = 320 m.
Trägt man nun die Koeffizienten für jedes Winkelfenster entsprechend 5 in einem Diagramm auf, wobei die Ordinate den Wert des jeweiligen dem Abschnitt zugeordneten Koeffizienten K und die Abszisse den mittleren Winkel des jeweiligen Abschnittes bezeichnet, so lässt sich hieraus eine bevorzugte Richtung der Bezugsachse ableiten. In dem konkreten Beispiel ergibt sich aus obigen Ausführungen, dass jeweils ein Koeffizient von 320 m bei 85°, 90° und 95° ermittelt und in 5 aufgetragen wird. Für alle übrigen Fenster ist der Koeffizient 0. Hieraus ergibt sich ein zusammenhängender Bereich, der von 85° bis 95° reicht. Der mittlere Winkel ist 90°. Somit ergibt sich eine Bezugsachse, welche einen Winkel von 90° gegenüber der ursprünglich ausgezeichneten Startrichtung 11 besitzt und somit parallel zum Abschnitt 12 und Antiparallel zum Abschnitt 13 ausgerichtet ist.
Die Ausrichtung der ursprünglichen Startrichtung ist für das Ergebnis vollkommen unerheblich. Würde man beispielsweise zunächst eine um 180° gedrehte Startrichtung 11 annehmen, die also parallel zum Abschnitt 16 ausgerichtet wäre, so würde im Ergebnis zwar ebenso eine um 180° gedrehte Bezugsachse ermittelt. Es kommt jedoch nur auf die Lage der Achse an, die Richtungsinformation dieser Achse ist dagegen für die Berechnung der Fahrspuren und die streifenweise Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche mittels paralleler Fahrspuren ohne Belang.
Würde in dem obigen Ausführungsbeispiel die Fensterbreite anders gewählt, beispielsweise in der Form, dass kein Überlapp zwischen Fenstern benachbarter Winkelbereiche entstünde, so würde unter Umständen eine leicht abweichende Bezugsachse ermittelt. Beispielsweise könnten die durch die Fenster abgedeckten Winkelbereiche α1, α2 und α3 im relevanten Bereich folgendermaßen erzeugt werden: 80° < α1 ≤ 90°; 85° < α2 ≤ 95°; 90° < α3 ≤ 100. Hierbei würden nur die Fenster a1 und a2 überlappen und nicht auch α1, α3. In diesem Fall würde nur für die Fenster a1 und a2 ein nicht verschwindender Koeffizient K ermittelt werden, so dass beispielsweise eine Bezugsachse von 87,5° ermittelt würde. Dies kann jedoch durch anschließendes Parallelausrichten zu einem in das Fenster fallenden Abschnitt korrigiert werden.
Es ist ebenso denkbar, dass die landwirtschaftliche Fläche 1 derart geformt ist, dass beispielsweise die Abschnitte 12 und 13 nicht antiparallel verlaufen, sondern einen Winkel von >200° aufweisen und auch sonst keine annähernd antiparallelen Abschnitte ermittelt werden. In diesem Fall kann es beispielsweise nützlich sein, die Fensterbreite α zu erhöhen. Es kann auch das beschriebene Verfahren für mehrere Fensterbreiten durchgeführt und das Ergebnis ausgewertet und hieraus dann eine resultierende Bezugsachse bestimmt werden.
Für eine Fensterbreite α von 50° und eine Schrittweite von 5° ergeben sich beispielsweise Koeffizienten K, wie in 6 dargestellt. Da die Fensterbreite im Vergleich zur Anwendung des Verfahrens entsprechend der 5 stark vergrößert wurde, ergeben sich entsprechend eine größere Anzahl von Fällen in denen der Koeffizient K ungleich 0 ist.
Beispielsweise ist an Pos. 35 bei einer Fensterbreite von 50° um den Winkel 20°, also -5° - 45° (gleichbedeutend mit 355° - 45°), der Abschnitt 14 mit einem Winkel von 45° abgedeckt. Zudem ist bei dem um 180° gedrehten Fenster bei 175° - 225° der Abschnitt 16 mit einem Winkel von 180° abgedeckt. Somit ergibt sich ein nichtverschwindender Koeffizient K = (141 m +200 m) × (141 m) / (200 m) = 240,4 m
Bei der Pos. 36 bei einem Winkel von 65 ° ergibt sich ein zu betrachtendes Winkelfenster zwischen 40° und 90° in das die Abschnitte 14 und 12 hineinfallen, während in das um 180° gedrehte Fenster von 220° - 270° der Abschnitt 13 hineinfällt, so dass sich für den Koeffizienten ergibt K = (160 m + 160 m + 141 m) × (160 m) / (160 m + 141 m) = 245,0 m.
Bei einem Winkelfenster um den Winkel 75° bei Pos. 37, also zwischen 50 und 100°, fällt der Abschnitt 14 aus dem betreffenden Winkelfenster heraus. Es liegt somit nur noch der Abschnitt 12 in dem Winkelfenster und der Abschnitt 13 bei 270° in dem um 180° gedrehten Winkelfenster. Die Summe der Längen der Abschnitte in den beiden Winkelfenstern ist in diesem Fall gleich. Eine Parallellage der festzulegenden Bezugsachse zu den Abschnitten dieser Konfiguration ist besonders vorteilhaft, da somit die beiden gegenüberliegenden Seiten der landwirtschaftlichen Fläche gleich lang sind, was die Bearbeitung mit einer landwirtschaftlichen Maschine besonders einfach macht. Der zu berechnende Koeffizient K erhöht sich demgemäß gegenüber dem Fall bei Pos. 36, obwohl statt drei Abschnitten hier nur zwei Abschnitte in die betrachteten Winkelfenster hineinfallen. Es folgt: K = (160 m + 160 m) *(160 m) / (160 m) = 320,0 m
Bei einem Winkel von 110° bei Pos. 38, also einem Winkelfenster von 85° bis 135° ist der Abschnitt 12 zu berücksichtigen, während in das um 180° gedrehte Winkelfenster von 265° bis 315° die Abschnitte 13 und 15 hineinfallen. Ensprechend ergibt sich auch hier ein verringerter Koeffizient K = (160 m + 160 m + 141 m) × (160 m) / (160 m + 141 m) = 245,0 m.
In das Winkelfenster um den Winkel 155° von 130° bis 180° fällt der Abschnitt 16 hinein, während in das um 180° gedrehte Winkelfenster von 280 bis 360° der Abschnitt 15 hineinfällt, so dass sich ergibt: K = (141 m +200 m) × (141 m) / (200 m) = 240,4 m.
Der größte Koeffizient K ergibt sich also in einem Winkelbereich von 75° bis 105°.
Für die Festlegung der Bezugsachse kann die in 6 dargestellte Verteilung anhand verschiedener Kriterien ausgewertet werden.
Zunächst ist denkbar, dass die Fenster mit dem größten Koeffizienten ermittelt werden. Dies sind im in dem in 6 dargestellten Diagramm jeweils die Fenster bei 75°, 80°, 85°, 90°, 95°, 100°, 105° mit einem Koeffizienten von K = 320. Es kann nun eines dieser Fenster ausgewählt oder beispielsweise das mittlere dieser Fenster ausgewählt werden, um die Orientierung der Bezugsachse festzulegen. Hierfür wird die Bezugsachse vorzugsweise zu dem längsten Abschnitt des betrachteten Fensters parallel ausgerichtet. Dies kann der Abschnitt 12 oder 13 sein, die in diesem Fall jeweils gleich lang sind und parallel verlaufen.
Alternativ können zunächst Bereichssummen ermittelt werden, um die Bereiche mit Koeffizienten K ≠ 0 zu ermitteln. Hierbei ist eine Bereichssumme gegeben durch die Summe der Koeffizienten benachbarter Fenster mit Koeffizienten K ≠ 0. Der Bereich wird begrenzt durch Fenster mit Koeffizienten K = 0 oder den Rand des betrachteten Winkelbereiches (hier: 0° - 180°). Es liegt ebenso im Geist der Erfindung auch winkelbereichsübergreifende Bereiche zu schaffen, wenn beispielsweise ein Bereich von 0 bis 10° reicht und ein Bereich von 170° bis 180° kann es zweckmäßig sein diese beiden Bereiche zu verbinden und eine einzige Bereichssumme zu berechnen.
In der 6 findet sich ein erster Bereich von 20 bis 25 ° mit einer Bereichssumme von 240,4 m × 2 = 480,8 m. Ein zweiter Bereich von 155° bis 160° weist die gleiche Bereichssumme auf.
Zudem existiert noch ein dritter Bereich von 65° bis 115° mit einer Bereichssumme von 320,0 m × 7+ 245,0 m × 4 = 3220 m. Für die Bestimmung der Bezugsachse ist in diesem Fall also eindeutig der dritte Bereich zu betrachten. Es kann nun beispielsweise der mittlere Winkel dieses Bereichs bestimmt und die Bezugsachse in dieser Richtung orientiert werden. Dies wäre in diesem Fall ein Winkel von 90°. Die Bezugsrichtung wäre also parallel zum Abschnitt 12 orientiert.
Alternativ könnte ein Gewichtung bezüglich der ermittelten Koeffizienten der Fenster in diesem Bereich stattfinden. Dies würde im vorliegenden Fall ebenfalls zu einem Winkel der Bezugsachse von 90° führen, da die Koeffizienten bezüglich des Zentrums des betrachteten Bereichs absolut symmetrisch verteilt sind. Wären jedoch beispielsweise die ermittelten Koeffizienten bei 110° und 115° größer als die bei 65° und 70° so würde sich die Orientierung der Bezugsachse bei diesem Ansatz entsprechend in Richtung größerer Winkel verändern.
Es kann alternativ innerhalb des Bereiches auch das Fenster mit dem größten Koeffizienten bestimmt werden und die Bezugsachse in der Richtung des mittleren Winkels oder des Schwerpunktwinkels innerhalb dieses Fensters festgelegt werden. Mittlerer Winkel meint hierbei wiederum, dass der mittlere Winkel des durch das Fenster abgedeckten Winkelbereiches als Richtung der Bezugsachse festgelegt wird. Der Schwerpunktwinkel dagegen wird ermittelt mittels einer Gewichtung der Längen der verschiedenen in dem Fenster sich befindlichen Abschnitte beispielsweise mittels vektorieller Addition der Abschnitte des jeweiligen Fensters. Es kann vorgesehen sein, dass der hierdurch ermittelte Winkel der Bezugsachse zusätzlich korrigiert wird, wenn die Bezugsachse bevorzugt parallel zu einem der Abschnitte, welche in dem betrachteten Fenster liegen, ausgerichtet werden soll.
Es kann auch vorgesehen sein, das Fenster mit dem größten Koeffizienten oder dem größten Koeffizienten des Bereichs mit der größten Bereichssumme auszuwählen und direkt einen der Abschnitte in diesem Fenster, beispielsweise den längsten Abschnitt in diesem Fenster auszuwählen und die Bezugsachse direkt parallel zu diesem Abschnitt auszurichten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2238819 A1 [0003]
EP 2236020 A1 [0003]
EP 2952080 A1 [0003]
EP 2446725 A1 [0003]
EP 2221702 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Generierung von zumindest einer Bezugsachse zur Definition einer bevorzugten Bearbeitungsrichtung einer landwirtschaftlichen Maschine auf einer landwirtschaftlichen Fläche (1), wobei das Verfahren anhand einer digital erfassten Karte der landwirtschaftlichen Fläche auf einem PC oder Terminal einer landwirtschaftlichen Maschine oder einem mobilen Endgerät durchführbar ist, wobei die äußere Begrenzung der landwirtschaftlichen Fläche durch einen geschlossenen Polygonzug angenähert wird, wobei die Länge und Richtung der Abschnitte (12, 13, 14, 15, 16) des Polygonzuges bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung einer bevorzugten Bearbeitungsrichtung eine Bezugsachse definiert wird, indem: - jedem Abschnitt des Polygonzuges (12, 13, 14, 15, 16) dessen Richtungsinformation zugewiesen wird, - eine Gewichtung der Länge der Abschnitte des Polygonzuges zur Festlegung einer optimierten Richtung der Bezugsachse durchgeführt wird und - die Bezugsachse auf der Basis dieser Informationen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsachse derart festgelegt wird, dass die Winkel zwischen der Bezugsachse und den längsten der Abschnitte des Polygonzuges bevorzugt minimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsachse derart festgelegt wird, dass die Winkel zwischen der Bezugsachse und zumindest zwei annähernd gegenüberliegenden Abschnitten des Polygonzugs bevorzugt minimiert werden, wobei die Länge der zumindest zwei Abschnitte möglichst groß ist und die Länge der gegenüberliegenden Abschnitte möglichst identisch ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Bezugsachse mittels vektorieller Addition von Abschnitten (12, 13, 14, 15, 16) des Polygonzuges durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Definieren eines Winkels α, - Schrittweises Abdecken eines Winkelbereiches von zumindest annähernd 180° durch Aneinanderreihung von ersten Fenstern (21, 22, 23) mit Öffnungswinkel α, - Ermitteln der jeweiligen Längensumme durch Aufaddieren der Beträge der Längeninformationen der Abschnitte (12, 13, 14, 15, 16), welche in das jeweilige Fenster (21, 22, 23) hineinfallen, - Ermitteln der jeweiligen Längensumme der Abschnitte (12, 13, 14, 15, 16), welche in ein jeweils gegenüber dem ersten Fenster (21, 22, 23) um zumindest annähernd 180° gedrehtes zweites Fenster hineinfallen, wobei jedem ersten Fenster (21, 22, 23) genau ein zweites Fenster zugeordnet ist, - Bestimmen eines Koeffizienten, welcher sich aus der Summe der Längensummen des ersten und zweiten Fensters multipliziert mit dem minimalen Quotienten der Längensummen des ersten und zweiten Fensters berechnet, - Festlegen der Bezugsachse in der mittleren Richtung des Fensters (21, 22, 23), welches den größten Koeffizienten aufweist oder Ermitteln von Bereichssummen durch Aufsummieren der Koeffizienten benachbarter Fenster (21, 22, 23), wobei der zugehörige Bereich auf beiden Seiten jeweils durch Fenster mit Koeffizienten gleich 0 oder den Rand des betrachteten Winkelbereiches begrenzt wird, und Festlegen der Bezugsachse in Abhängigkeit der ermittelten Bereichssumme für zumindest einen Bereich.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsachse in Richtung des mittleren Winkels oder des Schwerpunktwinkels des Bereichs ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine bevorzugte Bezugsachse aus mehreren ermittelten Bezugsachsen in Richtung des mittleren Winkels der größten Bereichssumme oder des Schwerpunktwinkels bezogen auf die Koeffizienten oder die Längensummen der größten Bereichssumme oder des mittleren Winkels oder Schwerpunktwinkels des Fensters mit dem größten Koeffizienten innerhalb einer Bereichssumme ausgewählt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung der Orientierung der festgelegten Bezugsachse erfolgt, indem die angepasste Bezugsachse parallel zu dem Abschnitt (12, 13, 14, 15, 16) mit der geringsten Winkelabweichung im Vergleich zur Bezugsachse ausgerichtet wird oder die angepasste Bezugsachse parallel zu dem längsten Abschnitt (12, 13, 14, 15, 16) innerhalb des Fensters mit dem größten Koeffizienten innerhalb des Bereichs mit der größten Bereichssumme ausgerichtet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt der Abschnitte (12, 13, 14, 15, 16) des Polygonzuges als Vorgewendeabschnitt definiert wird und die Bezugsachse derart bestimmt wird, dass dieser zumindest eine Vorgewendeabschnitt möglichst senkrecht auf der Bezugsachse steht.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fahrpuren bestimmt werden, welche zu der Bezugsachse zumindest annähernd oder im Mittel parallel ausgerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsbreite der jeweils verwendeten landwirtschaftlichen Maschine berücksichtigt wird, um den Abstand und/oder die Orientierung der zu bestimmenden Fahrspuren zu berechnen.
Terminal für eine landwirtschaftliche Maschine zur Durchführung zumindest eines der Verfahren nach Anspruch 1-11.
Terminal nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die geographischen Daten der landwirtschaftlichen Fläche (1) in dem Terminal (103) hinterlegt sind.
Terminal nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zu bearbeitende Fahrspur zusammen mit der derzeitigen Position der landwirtschaftlichen Maschine (102) auf einem Display des Terminals (103) angezeigt wird.
Terminal nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Terminal (103) ausgebildet ist, die landwirtschaftliche Maschine in autonomer Weise entlang der bestimmten Fahrspuren zu lenken.
Terminal nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Terminal (103) ausgebildet ist, die Arbeitsbreite der landwirtschaftlichen Maschine (102) in Abhängigkeit der aktuellen Position der landwirtschaftlichen Maschine (102) anzupassen.