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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Arbeitsparameters einer landwirtschaftlichen Maschine zur Bodenbearbeitung, Saatgutausbringung und/oder Düngung und/oder zum Bewässern von Pflanzen und/oder zum Ausbringen von Pflanzenschutzmittel.
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Stand der Technik
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Ein Bestreben der Präzisions-Landwirtschaft ist, mit gegebenen Mitteln ein möglichst gutes Ergebnis beim Anbau von Pflanzen zu erzielen. Man versucht daher, beim Säen, Düngen, Spritzen etc. die Arbeitsparameter, wie Sätiefe, Abstände, Saatgutart, Art des Düngemittels, Ausbringmengen etc. zu optimieren, basierend auf zuvor gewonnenen Daten, die vor dem Arbeitsvorgang oder während des Arbeitsvorgangs durch Sensoren oder andere Verfahren ermittelt werden und beispielsweise die Bodenart, Bodenfeuchte, Geländetopographie, Pflanzenart und den Pflanzenzustand betreffen.
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Falls vor dem Arbeitsvorgang bereits hinreichend genaue Daten in ausreichend kleiner Rasterung bekannt sind, wird im Stand der Technik zunächst eine elektronische Karte erstellt, in der ortsspezifische, optimierte Werte für die Arbeitsparameter eingetragen werden. Diese Karte wird an einen Bordcomputer einer Arbeitsmaschine übertragen, die einen Aktor positionsspezifisch anhand der durch die Karte vorgegebenen Werte selbsttätig einstellt. Als Beispiel sei auf die
DE 195 32 870 A1 verwiesen, in welcher vorgeschlagen wird, zunächst anhand der Nährstoffversorgung, Bodenfestigkeit und Bodenarten eines Feldes eine Karte mit optimalen Ablagetiefen für das Saatgut zu berechnen und beim Säen die Sätiefe anhand der vorberechneten Ablagetiefe einzustellen. Die
EP 2 944 171 A1 schlägt vor, hierbei zusätzlich die Kontur des Bodens zu berücksichtigen.
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Eine ähnliche Vorgehensweise beschreibt die
DE 198 44 395 A1 , bei der vor einem Sävorgang anhand einer Karte der Bodenfeuchte und Bodenarten und einer Wetterprognose eine Karte mit einzustellenden Sätiefen berechnet und an die Sämaschine übertragen wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Bodenfeuchte direkt beim Sävorgang gemessen und zur Vorgabe der Sätiefe genutzt werden. Auch wurde vorgeschlagen, Sätiefen, Saatgutart, Saatgutmengen etc. abhängig von gemessener Bodenfeuchte und Bodenart zu kontrollieren, s.
US 2016/0095274 A1 .
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In der
WO 2007/211948 A1 wird vorgeschlagen, eine Eigenschaft einer Pflanze anhand von Sensorwerten und einer Vielzahl von Korrekturdaten zu ermitteln, wozu man auf ein Pflanzenwachstumsmodell zurückgreift, in das u.a. die maximale Wurzeltiefe der Pflanzensorte und Bodeneigenschaften eingehen. Die ermittelte Eigenschaft dient beispielsweise dazu, die Ausbringmenge einer Feldspritze zu berechnen.
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Aufgabe
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Mit anderen Worten ist es an sich bekannt, den Sä- und Düngevorgang basierend auf einer Vielzahl von sensierten Parametern u.a. des Bodens zu kontrollieren, um die ausgegebenen Materialien möglichst genau an die einzelnen Pflanzen anzupassen. Während in
DE 195 32 870 A1 ,
DE 198 44 395 A1 ,
EP 2 944 171 A1 und
US 2016/0095274 A1 nicht genau beschrieben wird, in welcher Weise aus den sensierten Parametern auf die Betriebswerte der Sä- oder Düngemittelausbringmaschine zurückgeschlossen wird, beschreibt die
WO 2007/211948 A1 die Verwendung eines Pflanzenwachstumsmodells, um anhand sensierter Parameter möglichst genaue Daten zum tatsächlich vorhandenen Pflanzenbestand zu gewinnen, die wiederum für die Berechnung der Ausbringmenge der Feldspritze zu Rate gezogen werden.
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Allerdings ist festzustellen, dass durch Bodenhorizonte, Bodenarten und Bodenverdichtungen variierende Möglichkeiten für das Pflanzenwachstum der Einzelpflanze bedingt werden, aber auch unterschiedliche Anforderungen an ackerbauliche Maßnahmen gestellt werden. Vor allem die Wasseraufnahmefähigkeit und die Aufnahmeleistung von Nährstoffen (z.B. die Stickstoffeffizienz) durch die einzelne Pflanze und dementsprechend die Konkurrenz zwischen den einzelnen Pflanzen hängen von der angesichts der Bodenverhältnisse erreichten bzw. erreichbaren Wurzeltiefe und dem Wurzelvolumen ab. Die Bodenverhältnisse limitieren demnach in bestimmten Fällen das mögliche Wurzelwachstum der Pflanzen und somit letztlich die Ertragsfähigkeit des Bodens. Die in Abhängigkeit von den jeweiligen Bodenbedingungen erreichbare Wurzeltiefe wird im Stand der Technik jedoch nicht bei der Bestimmung der Arbeitsparameter bei der Bodenbearbeitung, Düngung und der Aussaat berücksichtigt, obwohl durch eine angepasste Bearbeitungstiefe bzw. geringere Aufwandmenge oder Aussaatmenge auf einen limitierten Wachstumsraum reagiert werden könnte.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, die genannten Nachteile zu vermeiden oder zumindest zu vermindern.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruches 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
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Ein Verfahren zur Bestimmung eines Arbeitsparameters einer landwirtschaftlichen Maschine zur Bodenbearbeitung, Saatgutausbringung und/oder Düngung und/oder zum Bewässern von Pflanzen und/oder zum Ausbringen von Pflanzenschutzmittel umfasst folgende Schritte:
- (a) Erfassen wenigstens einer Bodeneigenschaft an unterschiedlichen Stellen eines Feldes mittels eines Sensors,
- (b) georeferenziertes Abspeichern der Messwerte des Sensors in einer elektronischen Karte des Feldes,
- (c) ortsspezifisches Berechnen eines potenziell erreichbaren Wurzelhorizonts einer auf dem Feld angebauten oder anzubauenden Pflanze anhand der in der elektronischen Karte eingetragenen Sensorwerte mittels eines elektronischen Datenverarbeitungssystems,
- (d) Berechnen eines ortsspezifischen Arbeitsparameters der Maschine mittels des elektronischen Datenverarbeitungssystems anhand des errechneten, potenziell erreichbaren Wurzelhorizonts und Eintragen des Arbeitsparameters in eine georeferenzierte elektronische Sollwertkarte zur Verwendung bei der Bearbeitung des Felds.
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Es wird demnach eine georeferenzierte Bestimmung der potentiellen Wurzeltiefen mittels sensorisch erfasster Werte vorgeschlagen, welche elektronisch kartiert und zur computergestützten Berechnung einer Sollwertkarte zur Nutzung bei der Bearbeitung des Feldes verwendet werden. Zunächst wird das Feld mit einem Sensor untersucht, der einen geeigneten Parameter des Bodens erfasst, aus dem sich zurückschließen lässt, wie tief eine Pflanze an der untersuchten Stelle maximal wurzeln könnte. Dieser Parameter kann beispielsweise auf die Bodenart, die Bodendichte und/oder die Bodenfeuchtigkeit hinweisen, wobei diese Werte möglichst an jeder Messstelle für mehrere, unterschiedliche Bodentiefen bereitzustellen sind. Diese Sensorwerte werden ortsspezifisch abgespeichert und mittels eines elektronischen Datenverarbeitungssystems wird anhand der ortsspezifisch abgespeicherten Sensorwerte ermittelt, wie tief eine Pflanze an der untersuchten Stelle höchstens wurzeln könnte. Hierzu kann ein geeignetes (Simulations-) Modell verwendet werden, das einerseits den Boden und des hydrologisches Verhalten simuliert und andererseits kann ein Modell für das Pflanzenwachstum unter Berücksichtigung dessen hydrologischen Verhaltens unter Berücksichtigung möglichst vieler Parameter simuliert. Hierzu wird auf die in der
WO 2007/211948 A1 erwähnte Literatur verwiesen. Anhand der berechneten maximalen Wurzeltiefe wird mittels des elektronischen Datenverarbeitungssystems schließlich ein Arbeitsparameter für eine Maschine zur Bodenbearbeitung, Saatgutausbringung und/oder Düngung und/oder zum Bewässern von Pflanzen und/oder zum Ausbringen von Pflanzenschutzmittel berechnet und zwecks späterer Ansteuerung der Maschine in einer Sollwertkarte georeferenziert abgespeichert. Die Schritte (a) und (b) erfolgen, sich auf das Feld beziehend, mittels des Sensors und einer Speichereinrichtung, während die Schritte (c) und (d) an beliebiger Stelle durchgeführt werden können, d.h. sie können auf einer zentralen Computeranlage eines landwirtschaftlichen Betriebes oder dank Datenfernübertragung (Cloud) auf einer ausgelagerten Rechnereinheit beispielsweise eines Beratungsunternehmens oder direkt auf dem Feld beispielsweise durch den Bordcomputer der Maschine oder einen davon getrennten, z.B. als tragbarer Computer in Form eines Smartphones, Tablets oder Laptop ausgeführten Rechner erfolgen, sei es zeitlich vor der Bearbeitung des Feldes mit der Maschine oder direkt während der Bearbeitung des Feldes mit der Maschine (online).
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Der Nutzen der Durchwurzelungskarten ist vielseitig und erlaubt insbesondere in Kombination mit der Nutzung von präzisionslandwirtschaftlichen Maschinen Ertragssteigerungen und Kosteneinsparpotentiale.
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Ein optionaler weiterer Schritt sieht ein Bearbeiten des Felds mit der Maschine unter ortsspezifischer Ansteuerung der Maschine anhand der Sollwertkarte vor.
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Im Schritt (a) kann eine Eigenschaft des Bodens beispielsweise mit einer Drohne oder einem Satelliten erfasst werden, welche oder welcher beispielsweise mit elektromagnetische Wellen absendenden und empfangenden Sensoren ausgestattet ist, deren Wellenlänge es ermöglicht, in den Boden einzudringen, sodass die Eindringtiefe der Wellen in den Boden ermittelt und kartiert werden kann und/oder mit einem bodennahen Sensor, welcher die Eigenschaft des Bodens (z.B. die Leitfähigkeit, insbesondere auf kapazitive Weise oder mittels eines Gamma-Spektrometers) in unterschiedlichen Horizonten messen kann.
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Die Schritte (a) und (b) können mehrfach an definierten Tagen und Stellen des Feldes und/oder unter Verwendung einer Kombination von verschiedenen Messverfahren durchgeführt werden.
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Im Schritt (a) können die Messungszeiträume derart gelegt werden, dass ähnliche oder definiert unterschiedliche Witterungsbedingungen vorliegen und/oder die Tageszeit der Messung nicht zu anderen Messungen variiert. Es besteht auch die Möglichkeit, bekannte äußere Einflüsse (wie Witterung und/oder erfolgte Bodenbearbeitungsvorgänge und/oder Pflanzenwachstum) auf die Meßwerte im Schritt (a) herauszurechnen.
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Zwecks Berücksichtigung räumlich unterschiedlicher Bodenhorizonte kann der Schritt (a) an basierend auf Bodenproben und/oder Bodenartkarten georeferenziert zonierten Flächen des Feldes erfolgen.
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Im Schritt (c) kann der potentielle Fehler abhängig vom Witterungseinfluss im Verhältnis zu Bodenhorizont/Bodenart herausgerechnet werden, um den potenziell erreichbaren Wurzelhorizont abzuleiten.
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Ein im Schritt (c) zunächst bestimmter, relativer Wurzelhorizont kann anhand von bei Bodenbeprobungen gewonnenen Daten in eine absolute Skala gesetzt werden.
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Die Maschine kann eine Bodenbearbeitungsmaschine sein, deren Bodenbearbeitungstiefe anhand der Sollwertkarte im Schritt (e) daran angepasst wird, wie stark an der Teilfläche ein beispielsweise durch Bodenverdichtung bedingter, höherer Wurzelhorizont vorliegt, so dass Bereiche des Feldes mit tieferem Wurzelhorizont weniger tief bearbeitet werden als Bereiche mit höherem Wurzelhorizont, was den Verschleiß und Kraftstoffverbrauch der Maschine reduziert.
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Die Maschine kann eine Sämaschine sein und im Schritt (e) bei höherem Wurzelhorizont eine weniger tief wurzelnde und/oder wasserstressresistentere Saatgutart insbesondere aus einem auswählbaren Saatguttank und/oder das Saatgut in geringerer Dichte und/oder weniger tief ausgebracht werden als bei tieferem Wurzelhorizont.
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Die Maschine kann zum Ausbringen von Dünger eingerichtet sein und im Schritt (e) an Stellen, welche aufgrund ihrer limitierten potentiellen Wurzeltiefe geringere Erträge erwarten lassen, weniger düngen als an Stellen im Feld mit tieferem Wurzelhorizont und/oder die Art des Düngers abhängig vom Wurzelhorizont ausgewählt werden.
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Die Maschine kann zum Ausbringen von Pflanzenschutzmittel oder Wasser eingerichtet sein und im Schritt (e) an Stellen des Felds mit höherem Wurzelhorizont höhere Aufwandmengen an Pflanzenschutzmittel oder Wasser ausbringen als an Stellen mit tieferem Wurzelhorizont.
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Figurenliste
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In der Zeichnung ist ein nachfolgend näher beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
- 1 ein Schema, das ein Verfahren zur Bestimmung eines Arbeitsparameters einer landwirtschaftlichen Maschine zur Bodenbearbeitung, Saatgutausbringung und/oder Düngung und/oder zum Bewässern von Pflanzen und/oder zum Ausbringen von Pflanzenschutzmittel darstellt.
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Das in der 1 dargestellte Verfahren zur Bestimmung eines Arbeitsparameters einer landwirtschaftlichen Maschine zur Bodenbearbeitung, Saatgutausbringung und/oder Düngung und/oder zum Bewässern von Pflanzen und/oder zum Ausbringen von Pflanzenschutzmittel umfasst eine Reihe an Schritten.
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In einem ersten Schritt 100 erfolgt ein Erfassen wenigstens einer Bodeneigenschaft an unterschiedlichen Stellen eines Feldes mittels eines Sensors. In einem zweiten Schritt 102 erfolgt ein georeferenziertes Abspeichern der Messwerte des Sensors in einer elektronischen Karte des Feldes.
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Durch mehrmaliges Messen beispielsweise der Leitfähigkeit an definierten Tagen und Stellen und durch die Kombination von verschiedenen Messverfahren wie z.B. Remote Sensing mit Drohnen oder Satelliten, welche mit Sensoren ausgestattet sind, die es aufgrund ihrer Wellenlänge ermöglichen in den Boden einzudringen, oder durch den Einsatz von bodennahen Sensoren, welche die Leitfähigkeit kapazitiv oder durch andere Verfahren in unterschiedlichen Horizonten messen, kann in den Schritten S100 bis S104 die potentielle Wurzeltiefe ermittelt werden.
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Durch festgelegte Zeitfenster entsteht eine Minimierung der Störgrößen, wie im folgendem genauer beschrieben:
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In einem dritten Schritt 104 erfolgt ein ortsspezifisches Berechnen eines potenziell erreichbaren Wurzelhorizonts einer auf dem Feld angebauten oder anzubauenden Pflanze anhand der in der elektronischen Karte eingetragenen Sensorwerte mittels eines elektronischen Datenverarbeitungssystems.
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Sensorisch erfasste Werte in der Landwirtschaft sind üblicherweise lediglich beschreibende (d.h. nicht absolute) Informationen und werden in eine relative Skala eingeordnet. Um diese in erklärende Informationen zu transferieren, müssen die gemessenen Werte in Relation zu einer absoluten Messgröße gesetzt werden. Bei einmaligem Messen kommt hinzu, dass diese gemessenen Werte mehreren variierenden Störgrößen unterliegen. So hat z.B. die Bodenfeuchtigkeit großen Einfluss auf die Dimensionierung der gemessenen Leitfähigkeit des Bodens. Je nach Witterungsereignis vor oder bei der Messung kann der Wert in seiner Dimension unvorhersehbar variieren. Daher ist es vorteilhaft die Messungszeiträume für den Schritt S100 derart zu wählen, dass ähnliche oder definiert unterschiedliche Witterungsbedingungen für z.B. Maximal- und Minimalwerte vorliegen und auch die Tageszeit der Messung nicht zu anderen Messungen variiert.
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Neben der zeitlichen Veränderung von Messwerten variieren diese auch räumlich in unterschiedlichen Bodenhorizonten. Daher wird vorgeschlagen, die georeferenzierte Definition von repräsentativen Teilflächen bzw. von ganzen Flächen an die Zonierung von Bodenproben und Bodenartkarten zu koppeln. Je nach Witterungseinfluss im Verhältnis zu Bodenhorizont/Bodenart kann der potentielle Fehler herausgerechnet werden, um einen nutzbaren Durchwurzelungshorizont ableiten zu können.
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Durch Bodenbeprobungen nach dem Stand der Technik können abschließend im Schritt S104 die erstellten Horizontkarten in eine absolute Skala gesetzt werden.
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In einem vierten Schritt 106 erfolgt ein Berechnen eines ortsspezifischen Arbeitsparameters der Maschine mittels des elektronischen Datenverarbeitungssystems anhand des errechneten, potenziell erreichbaren Wurzelhorizonts und Eintragen des Arbeitsparameters in eine elektronische Sollwertkarte zur Verwendung bei der Bearbeitung des Felds. In einem fünften Schritt 108 erfolgt ein Bearbeiten des Felds mit der Maschine unter ortsspezifischer Ansteuerung der Maschine anhand der Sollwertkarte.
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Beispielsweise kann die Tiefe der Bodenbearbeitung darauf angepasst werden, wie stark an der Teilfläche eine Bodenverdichtung vorliegt, so dass weniger verdichtete Bereiche nicht so tief bearbeitet werden, was den Verschleiß und Kraftstoff reduziert. Bei der Wahl der Fruchtart und Sorte kann man mit dem Wissen über den Durchwurzelungshorizont entsprechend reagieren und Sorten wählen, welche weniger tief wurzeln oder wasserstressresistenter sind. Im Hinblick auf Maschinen, welche auch in der Lage sind, teilflächenspezifisch unterschiedliches Saatgut auszubringen, kann man mittels einer Durchwurzelungskarte eine Applikationskarte erstellen, welche die Sorte, Aufwandmenge und Ablagetiefe teilflächenspezifisch definiert. Auch bezüglich der Düngemaßnahmen kann man die Durchwurzelungskarten nutzen, da z.B. an Stellen welche aufgrund ihrer limitierten potentiellen Wurzeltiefe geringere Erträge erwarten lassen auch nicht so viel gedüngt werden muss, wie an hoch ertragreichen Stellen im Feld. Je nach Düngerart (z.B. Gülle, Mist oder mineralischer Dünger) kann man durch Wissen über die Durchwurzelungstiefe die Nährstoffverfügbarkeit optimieren, indem man an Stellen hohen Wurzelhorizonts z.B. einen Dünger mit hohem Humusanteil verwendet. Auch im Bereich Pflanzenschutz lässt sich Optimierungspotential verorten, da die Durchwurzelungstiefe auch Rückschlüsse auf möglichen Wasserstress der Pflanze zulässt, welche das Risiko für einen Krankheits- oder Schädlingsbefall erhöht. Demnach kann man an gefährdeten Teilflächen höhere Aufwandmengen an Pflanzenschutzmittel ausbringen als an weniger gefährdeten Stellen. Weiterhin sind die georeferenzierten Karten für zukünftige Simulationsansätze zum Pflanzenwachstum und für die Steuerung von Feldberegnungen nutzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19532870 A1 [0003, 0006]
- EP 2944171 A1 [0003, 0006]
- DE 19844395 A1 [0004, 0006]
- US 2016/0095274 A1 [0004, 0006]
- WO 2007/211948 A1 [0005, 0006, 0011]
