DE102018221250A1 - Method and system for controlling an agricultural machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer landwirtschaftlichen Maschine (10), wobei mittels einer radarbasierten Bodenanalyseeinrichtung (20) im Erdreich (5) befindliche Wurzeln oder Knollen (2) von Nutzpflanzen (1) hinsichtlich ihrer Position (P) und/oder Größe (G) erfasst werden und anhand der erfassten Daten ein Fahrweg (FW) und/oder eine Geschwindigkeit (V) der landwirtschaftlichen Maschine (10) und/oder der Betrieb einer mit der landwirtschaftlichen Maschine (10) verbundenen Bodenbearbeitungseinrichtung (40) oder einer Dosiereinrichtung für Wasser, Düngemittel oder dgl. hinsichtlich einer Dosiermenge zumindest mittelbar gesteuert wird.The invention relates to a method for controlling an agricultural machine (10), with roots or tubers (2) of useful plants (1) located in the soil (5) of a crop (1) with regard to their position (P) and / or size () by means of a radar-based soil analysis device (20). G) are recorded and, based on the recorded data, a route (FW) and / or a speed (V) of the agricultural machine (10) and / or the operation of a tillage device (40) or a metering device connected to the agricultural machine (10) Water, fertilizer or the like is controlled at least indirectly with respect to a metered amount.
Description
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Steuerung einer landwirtschaftlichen Maschine, wie es insbesondere der Optimierung des Pflanzenwachstums und/oder der Ernte von Wurzeln oder Knollen von Nutzpflanzen dient. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur ressourcen- und/oder energieoptimierten Bearbeitung von Wurzeln oder Knollen in Nutzpflanzenanbaugebieten.The invention relates to a method and a system for controlling an agricultural machine, such as is used in particular to optimize plant growth and / or to harvest roots or tubers of useful plants. In particular, the invention relates to a method for resource- and / or energy-optimized processing of roots or tubers in crop-growing areas.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer landwirtschaftlichen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es mit Blick auf den Ertrag bzw. die Nutzung eines Wurzel- oder Knollenfrüchte aufweisenden Nutzpflanzenanbaugebietes optimiert ist. Unter einer Optimierung wird dabei im Sinne der Erfindung verstanden, dass einerseits der benötigte Energiebedarf zur Ernte der angesprochenen Früchte minimiert bzw. optimiert ist, und dass andererseits ggf. ein selektives Ernten von Wurzeln oder Knollen ermöglicht wird, wobei die Selektion beispielsweise mit Blick auf die Größe der Wurzeln bzw. Knollen erfolgt. Unter Wurzel bzw. Knollen im Sinne der Erfindung werden dabei beispielsweise Nutzpflanzen wie Kartoffeln, Maniok, Rüben, Yamswurzeln oder ähnliches verstanden, deren nutzbare Pflanzenteile in Form der Wurzeln oder Knollen im Erdreich wachsen.The method according to the invention for controlling an agricultural machine with the features of
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, mittels einer radarbasierten Bodenanalyseeinrichtung die Position sowie Größe der im Erdreich befindlichen Knollenfrüchte (Wurzeln oder Knollen) zu erfassen. Die radarbasierte Bodenanalyseeinrichtung ist dabei mit Blick auf die verwendeten Frequenzen sowie die Strahlungsleistung auf die zu erfassenden Schichten und die Zusammensetzung des Erdreichs optimiert und weist beispielsweise eine Eindringtiefe auf, die eine (optimale) Erfassung des Erdreichs bis zu etwa 50cm Tiefe ermöglicht. Die Daten bezüglich der erfassten Wurzeln oder Knollen dienen der Ansteuerung der landwirtschaftlichen Maschine, damit beispielsweise lediglich die Bereiche des Erdreichs bearbeitet werden, die mit Blick auf die Ernte der Knollen- bzw. Wurzelfrüchte bearbeitet werden müssen.The invention is based on the idea of using a radar-based soil analysis device to record the position and size of the tubers (roots or tubers) located in the soil. The radar-based soil analysis device is optimized with a view to the frequencies used and the radiation power on the layers to be recorded and the composition of the soil and has, for example, a penetration depth that enables (optimal) detection of the soil down to a depth of about 50 cm. The data relating to the recorded roots or tubers are used to control the agricultural machine so that, for example, only the areas of the soil are processed that have to be processed with a view to harvesting the tubers or root crops.
Vor diesem Hintergrund schlägt es die Erfindung gemäß der Lehre des Anspruchs 1 vor, mittels einer radarbasierten Bodenanalyseeinrichtung im Erdreich befindliche Wurzeln oder Knollen von Nutzpflanzen hinsichtlich ihrer Position und/oder Größe zu erfassen und anhand der erfassten Daten eine Bodenbearbeitungseinrichtung oder eine Dosiereinrichtung für Wasser, Düngemittel oder dgl., die mit der landwirtschaftlichen Maschine verbunden ist, zumindest mittelbar anzusteuern und/oder den Betrieb der landwirtschaftlichen Maschine hinsichtlich ihres Fahrwegs und/oder ihrer Fahrgeschwindigkeit zu beeinflussen.Against this background, it proposes the invention according to the teaching of
Dadurch, dass lediglich relevante Bereiche des Erdreichs mit einer Bodenbearbeitungseinrichtung oder einer Dosiereinrichtung bearbeitet/behandelt werden, wird insbesondere der benötigte Energiebedarf für den Antrieb der landwirtschaftlichen Maschine bzw. der Bodenbearbeitungseinrichtung und/oder der Einsatz von Wasser, Düngemittel oder ähnlichem optimiert bzw. minimiert.The fact that only relevant areas of the soil are processed / treated with a tillage device or a metering device, in particular the required energy requirement for driving the agricultural machine or the tillage device and / or the use of water, fertilizer or the like is optimized or minimized.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer landwirtschaftlichen Maschine sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the method according to the invention for controlling an agricultural machine are listed in the subclaims.
In einer ersten konkreten Umsetzung bzw. Weiterbildung des allgemeinen Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass die Fahrgeschwindigkeit der landwirtschaftlichen Maschine während eines Erntevorgangs, bei der das Erdreich im Bereich der Nutzpflanzen mittels der Bodenbearbeitungseinrichtung mechanisch bearbeitet wird, an eine erfasste Knollen- oder Wurzeldichte der Nutzpflanzen angepasst wird, derart, dass die Fahrgeschwindigkeit mit zunehmender Knollen- oder Wurzeldichte verringert wird. Hintergrund hierfür ist, dass beispielsweise der Widerstand des Erdreichs bei einer höheren Knollendichte bei der Bearbeitung zunimmt und eine erhöhte Antriebsleistung der landwirtschaftlichen Maschine erfordert, um eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit (konstant) beizubehalten. Da der Wirkungsgrad bzw. der Kraftstoffverbrauch der landwirtschaftlichen Maschine jedoch in einem bestimmten Betriebsbereich ein Optimum aufweist, kann dieses Optimum mit Blick auf den oben genannten Gedanken eingehalten werden, wenn eine entsprechende Anpassung der Fahrgeschwindigkeit erfolgt. Ebenso kann es je nach Art der Nutzpflanze sinnvoll bzw. erforderlich sein, zur möglichst schonenden Ernte der Knollen- oder Wurzelpflanzen diese mechanisch möglichst gering zu beanspruchen. Eine derartige mechanische Beanspruchung der Knollen findet jedoch umso eher statt, je größer die entsprechende Dichte der Knollen oder Wurzeln im Erdreich ist. Somit kann eine Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit mit zunehmender Dichte der Wurzeln oder Knollen zu qualitativ hochwertigeren Ernteergebnissen durch unversehrte Knollen oder Wurzeln führen.In a first concrete implementation or development of the general idea of the invention, it is provided that the driving speed of the agricultural machine is adapted to a recorded tuber or root density of the useful plants during a harvesting operation in which the soil in the area of the useful plants is mechanically processed by means of the tillage device is such that the driving speed is reduced with increasing tuber or root density. The background to this is that, for example, the resistance of the soil increases with a higher tuber density during cultivation and requires an increased drive power of the agricultural machine to reach a certain one Maintain driving speed (constant). However, since the efficiency or the fuel consumption of the agricultural machine has an optimum in a certain operating range, this optimum can be maintained with a view to the above-mentioned idea if the driving speed is adjusted accordingly. Depending on the type of crop, it may also be useful or necessary to mechanically stress the tuber or root plants as little as possible. However, the greater the corresponding density of the bulbs or roots in the soil, the more likely such a mechanical stress on the bulbs takes place. A reduction in driving speed with increasing density of the roots or tubers can lead to higher quality harvesting results from undamaged tubers or roots.
In einer alternativen Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass der Fahrweg der landwirtschaftlichen Maschine während eines Erntevorgangs, bei der das Erdreich im Bereich der Nutzpflanzen mittels der Bodenbearbeitungseinrichtung mechanisch bearbeitet wird, an eine Position der erfassten Knollen und/oder Wurzeln der Nutzpflanzen angepasst wird, derart, dass eine Einwirkung der Bodenbearbeitungseinrichtung in einem optimierten Abstand zu den Knollen und/oder Wurzeln der Nutzpflanzen erfolgt. Gemeint ist hierbei, dass lediglich diejenigen Bereiche des Erdreichs mittels der Bodenbearbeitungseinrichtung bearbeitet werden sollen, deren Bearbeitung zu dem gewünschten Erfolg, beispielsweise dem Freilegen oder Sammeln der Knollen oder Wurzeln führt. Auch dies führt, ähnlich wie beim oben genannten Vorschlag, zu einer Minimierung des von der Bodenbearbeitung betroffenen Volumens zur Erzielung beispielsweise optimaler Ernteerträge und somit zu einem minimierten Energie- bzw. Kraftstoffverbrauch der landwirtschaftlichen Maschine sowie einer Minimierung des Eingriffs in das Erdreich. Außerdem ermöglicht es diese Weiterbildung, beispielsweise lediglich solche Knollen oder Wurzeln zu ernten, die eine bestimmte Größe aufweisen, wie dies beispielsweise für eine Weiterverarbeitung (zum Beispiel für Pommes Frites) gewünscht bzw. optimal ist.In an alternative embodiment, it can also be provided that the travel path of the agricultural machine is adapted to a position of the detected tubers and / or roots of the useful plants during a harvesting operation in which the soil in the area of the useful plants is mechanically worked by means of the soil cultivation device. in such a way that the tillage device acts at an optimized distance from the tubers and / or roots of the useful plants. What is meant here is that only those areas of the soil are to be processed by means of the soil cultivation device, the cultivation of which leads to the desired success, for example exposing or collecting the bulbs or roots. Similar to the proposal mentioned above, this also leads to a minimization of the volume affected by tillage in order to achieve, for example, optimal harvest yields and thus to a minimized energy or fuel consumption of the agricultural machine and a minimization of the intervention in the soil. In addition, this further development makes it possible, for example, to harvest only tubers or roots that have a certain size, as is desired or optimal for further processing (for example for French fries), for example.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass anhand der erfassten Position der Knollen oder Wurzeln der Nutzpflanzen eine Eindringtiefe der Bodenbearbeitungseinrichtung in das Erdreich gesteuert wird. Ziel hierbei ist es, die Bodenbearbeitungseinrichtung lediglich so tief in das Erdreich eindringen zu lassen, dass sichergestellt ist, dass die Wurzeln oder Knollen der Nutzpflanzen sicher erfasst bzw. bearbeitet werden. Auch kann hier, wie eben beschrieben, eine gezielte Ernte lediglich eines Teils der Knollen oder Wurzeln, insbesondere mit Blick auf eine bestimmte Größe oder Reifegrad, erfolgen.Furthermore, it can be provided that the penetration depth of the tillage device into the soil is controlled on the basis of the detected position of the bulbs or roots of the useful plants. The aim here is to allow the tillage device to penetrate the soil only to such an extent that it is ensured that the roots or tubers of the crop plants are reliably grasped or processed. As just described, a specific harvest of only some of the tubers or roots can also take place here, in particular with a view to a certain size or degree of ripeness.
Beispielsweise zur Überwachung des Reife- bzw. Wachstumstands der Knollen oder Wurzeln kann es vorgesehen sein, dass die Erfassung der Daten und die Bearbeitung der Nutzpflanzen durch die Bodenbearbeitungseinrichtung oder die Dosiereinrichtung während zweier zeitlich aufeinanderfolgender Überfahrten erfolgt, und dass die Daten der Bodenanalyseeinrichtung während der ersten Überfahrt gespeichert und zur Bearbeitung während der zweiten Überfahrt verwendet werden. Insbesondere bei einer derartigen Anwendung, bei der beispielsweise eine Bodenbearbeitung oder eine Bewässerung oder Düngung der Nutzpflanzen beispielsweise erst in einem separaten Durchgang bzw. einer späteren separaten Überfahrt erfolgt, kann es von Vorteil sein, die Bodenanalyseeinrichtung an einem separaten Fahrzeug ohne weitere Zusatzeinrichtungen bzw. Bodenbearbeitungseinrichtungen, Sprüheinrichtungen oder ähnliches vorzusehen. Wesentlich dabei erscheint, dass die erfassten Daten bzw. Positionen zusätzlich mit einem GPS-System abgeglichen bzw. korreliert werden, um bei einer nachfolgenden Überfahrt des Nutzpflanzenanbaugebietes eine positionsgenaue Bearbeitung zu ermöglichen.For example, to monitor the level of ripeness or growth of the tubers or roots, it can be provided that the data and the processing of the crops are recorded by the tillage device or the metering device during two consecutive passes, and that the data of the soil analysis device is during the first Crossing saved and used for editing during the second crossing. Particularly in the case of such an application, in which, for example, tillage or irrigation or fertilization of the crops takes place, for example, only in a separate passage or a later separate passage, it can be advantageous to use the soil analysis device on a separate vehicle without further additional devices or tillage devices To provide spraying devices or the like. It appears essential that the recorded data or positions are additionally compared or correlated with a GPS system in order to enable precise processing when the crop planting area is subsequently crossed.
Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Erfassung der Daten und die Bearbeitung/Behandlung der Nutzpflanzen durch die Bodenbearbeitungseinrichtung oder die Dosiereinrichtung während einer einzigen Überfahrt erfolgt. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die absolute Position der Knollen oder Wurzeln (in Bezug auf eine kartographische Position) nicht bekannt sein muss, sondern lediglich in Bezug zu dem landwirtschaftlichen Fahrzeug. Wenn an dem landwirtschaftlichen Fahrzeug gleichzeitig an einer definierten bzw. bekannten Position die Bodenbearbeitungseinrichtung bzw. eine Dosiereinrichtung für die Nutzpflanzen angeordnet ist, so kann anhand der bekannten Positionen der Bodenbearbeitungseinrichtung bzw. der Dosiereinrichtung sowie der Daten der Bodenanalyseeinrichtung eine entsprechende Steuerung der Behandlung der Nutzpflanzen erfolgen.Alternatively, however, it can also be provided that the data is acquired and the processing / treatment of the useful plants is carried out by the tillage device or the metering device during a single pass. This has the particular advantage that the absolute position of the tubers or roots (in relation to a cartographic position) need not be known, but only in relation to the agricultural vehicle. If the tillage device or a metering device for the useful plants is arranged at the same time on a defined or known position on the agricultural vehicle, the treatment of the useful plants can be controlled accordingly on the basis of the known positions of the tillage device or the metering device and the data from the soil analysis device .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, den Betrieb der radarbasierten Bodenanalyseeinrichtung, d.h. die Erkennung der Position und/oder Größe der Knollen oder Wurzeln, an den jeweiligen Wachstumsstatus der Nutzpflanzen anzupassen. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass ein Abstand der radarbasierten Bodenanalyseeinrichtung zum überfahrenden Erdreich bzw. Boden in Abhängigkeit des Wachstumsstatus der Nutzpflanzen angepasst wird. So ist es beispielsweise vorteilhaft, die Bodenanalyseeinrichtung bzw. die Sende- und/oder Empfangsflächen während der Wachstumsperiode oberhalb der oberirdischen Pflanzentriebe der Nutzpflanzen in einem Abstand von etwa 25cm bis 35cm anzuordnen, während bei einem Monitoring in der Wachstumsperiode der Abstand auch bis zu 1 m betragen kann. Im Gegensatz dazu kann es von Vorteil sein, zum Erntezeitpunkt den Abstand in einem Bereich von 10cm oder weniger oberhalb des Erdreichs bzw. des Bodens vorzusehen.Another aspect of the invention consists in adapting the operation of the radar-based soil analysis device, ie the detection of the position and / or size of the tubers or roots, to the respective growth status of the useful plants. For this purpose, it can be provided that a distance between the radar-based soil analysis device and the traveling soil or soil is adjusted depending on the growth status of the useful plants. For example, it is advantageous to arrange the soil analysis device or the transmitting and / or receiving surfaces at a distance of about 25 cm to 35 cm above the above-ground plant shoots of the useful plants during the growth period, while the distance may also be up to 1 m during monitoring in the growth period can be. In contrast, at the time of harvesting, it can be advantageous to provide the distance in a range of 10 cm or less above the ground or the ground.
Die Erfindung umfasst auch ein System zum Durchführen eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer radarbasierten Bodenanalyseeinrichtung zur Erfassung der Position und/oder Größe von im Erdreich befindlichen Wurzeln oder Knollen von Nutzpflanzen, und einer Steuereinrichtung zur zumindest mittelbaren Beeinflussung des Betriebs einer landwirtschaftlichen Maschine und/oder einer Bodenbearbeitungseinrichtung zum Ernten der Nutzpflanzen und/oder einer Dosiereinrichtung zur Düngung, Bewässerung oder dgl. der Nutzpflanzen.The invention also includes a system for carrying out a method according to the invention described so far, with a radar-based soil analysis device for detecting the position and / or size of roots or tubers of useful plants located in the ground, and a control device for at least indirectly influencing the operation of an agricultural machine and / or a tillage device for harvesting the useful plants and / or a metering device for fertilizing, watering or the like. of the useful plants.
In einer konstruktiv bevorzugten Ausgestaltung der Bodenanalyseeinrichtung weist diese eine Vielzahl von Sende- und/oder Empfangseinheiten auf, deren Sende- und/oder Empfangsflächen in unterschiedlichen Winkeln zueinander angeordnet sind. Eine derartige Anordnung bewirkt, dass durch eine entsprechende Software bzw. einen entsprechenden Algorithmus eine dreidimensionale Modellierung bzw. Darstellung des Erdreichs mit den darin befindlichen Wurzeln bzw. Knollen der Nutzpflanzen ermöglicht wird.In a constructively preferred embodiment of the soil analysis device, it has a multiplicity of transmitting and / or receiving units, the transmitting and / or receiving surfaces of which are arranged at different angles to one another. Such an arrangement has the effect that a suitable software or an appropriate algorithm enables three-dimensional modeling or representation of the soil with the roots or tubers of the useful plants located therein.
In einer weiteren konstruktiven Ausgestaltung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass zumindest die Sende- und/oder Empfangsflächen im Bereich einer Innenwand eines kugelabschnittsförmigen, vorzugsweise eines halbkugelförmigen Gehäuses angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ermöglicht es auf besonders einfache Art und Weise, die Sende- und/oder Empfangsflächen der Einheiten in den entsprechenden Winkeln anzuordnen.In a further constructive embodiment of the last proposal, it is provided that at least the transmitting and / or receiving surfaces are arranged in the region of an inner wall of a spherical section-shaped, preferably a hemispherical housing. Such an arrangement makes it possible in a particularly simple manner to arrange the transmitting and / or receiving surfaces of the units at the corresponding angles.
Bei der Bodenbearbeitungseinrichtung handelt es sich insbesondere um einen Pflug. Um die Möglichkeit einer entsprechenden Ansteuerung der Bodenbearbeitungseinrichtung nach Erfassung der Position der Wurzeln oder Knollen der Nutzpflanzen zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn die radarbasierte Bodenanalyseeinrichtung in Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Maschine vor der Bodenbearbeitungseinrichtung angeordnet ist.The tillage device is in particular a plow. In order to enable the possibility of a corresponding control of the tillage device after the position of the roots or tubers of the useful plants has been detected, it is advantageous if the radar-based soil analysis device is arranged in front of the tillage device in the direction of travel of the agricultural machine.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawings.
Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer vereinfachten Seitenansicht ein landwirtschaftliches Fahrzeug während einer Ernte von Knollen in einem landwirtschaftlichen Nutzpflanzenanbaugebiet und -
2 eine perspektivische Ansicht auf eine radarbasierte Bodenanalyseeinrichtung, wie sie an dem landwirtschaftlichen Fahrzeug der1 in einem Frontbereich angeordnet ist.
-
1 shows a simplified side view of an agricultural vehicle during a harvest of tubers in an agricultural crop growing area and -
2nd a perspective view of a radar-based soil analysis device, as on the agricultural vehicle of the1 is arranged in a front area.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den Figuren sind gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugsziffern versehen.In the figures, the same elements or elements with the same function are provided with the same reference numbers.
In der
Das Nutzpflanzenanbaugebiet
Die Bodenanalyseeinrichtung
Zur Gewinnung der Daten bezüglich der Positionen
Die Bodenbearbeitungseinrichtung
Mittels der Auswerteeinrichtung
Das soweit beschriebene Verfahren zur Steuerung der landwirtschaftlichen Maschine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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