-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft eine landwirtschaftliche Vorrichtung und ein Verfahren zur Beschädigung einer Pflanze auf einer landwirtschaftlichen Fläche nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch eine Verwendung akustischer oder elektromagnetischer Wellen zur Beschädigung einer Pflanze auf einer landwirtschaftlichen Fläche sowie ein Computerprogramm.
-
Bekannt sind flächendeckende Anwendungen von Verfahren, die auf Pflanzen wirken, z.B. Pflügen oder Spritzen von chemisch oder biologisch selektiv wirkenden Unkrautvernichtungsmitteln. Bekannt sind weiter Ansätze selektiver Unkrautvernichtung auf Basis von mechanischen oder thermischen Verfahren.
-
Bei chemisch/biologisch-basierten selektiven Verfahren können Nutzpflanzen mitbeeinträchtigt werden. Zudem besteht die Notwendigkeit ein unter Umständen aufwändig zu entwickelndes, nur auf bestimmte Pflanzen wirkendes Mittel als Verbrauchsmaterial einzusetzen, d.h. die Verfahren sind mit hohen laufenden Kosten verbunden. Zudem können die verwendeten Substanzen weitere negative Auswirkungen auf die Umwelt nach sich ziehen.
-
Bei mechanischen Verfahren muss ein ausreichend stabiler Mechanismus selektiv bewegt werden, so dass nur unerwünschte Pflanzen geschädigt bzw. vernichtet werden, Nutzpflanzen jedoch verschont bleiben. Die mit dem ausreichend stabilen Mechanismus verbundene Masse bringt eine gewisse Trägheit mit sich, so dass der Geschwindigkeit, mit der diese bewegt werden kann, Grenzen gesetzt sind, die sich auf die Arbeitsgeschwindigkeit begrenzend auswirken. Zudem sind die mechanisch beweglichen Teile Schmutz und Wetter ausgesetzt, wodurch sich ein erhöhter Aufwand für die Instandhaltung ergibt.
-
Thermische Verfahren können auf unterschiedliche Weise wirken. Z.B. kann durch eine chemische Reaktion (Flamme) thermische Energie in der Pflanze deponiert werden, die diese schädigt.
-
Die
DE 201 17 163 U1 offenbart ein Unkrautbekämpfungsgerät mit Mikrowellentechnik oder mit Ultraschalltechnik.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine landwirtschaftliche Vorrichtung zur Beschädigung einer Pflanze auf einer landwirtschaftlichen Fläche. Die landwirtschaftliche Vorrichtung umfasst eine erste Abgabeeinheit, eine zweite Abgabeeinheit und eine Steuereinheit.
-
Die erste Abgabeeinheit ist ausgebildet, erste akustische oder elektromagnetische Wellen abzugeben. Die zweite Abgabeeinheit ist ausgebildet, zweite akustische oder elektromagnetische Wellen abzugeben. Die Steuereinheit ist eingerichtet, ein Abgeben der ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen derart aufeinander abzustimmen, dass sich die ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen an der zu beschädigenden Pflanze derart gegenseitig verstärken, dass diese beschädigt wird.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiter ein Verfahren zur Beschädigung einer Pflanze auf einer landwirtschaftlichen Fläche. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Abgebens erster akustischer oder elektromagnetischer Wellen mittels einer ersten Abgabeeinheit. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt des Abgebens zweiter akustischer oder elektromagnetischer Wellen mittels einer zweiten Abgabeeinheit. Hierbei wird das Abgeben der ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen mittels einer Steuereinheit derart aufeinander abgestimmt, dass sich die ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen an der zu beschädigenden Pflanze derart gegenseitig verstärken, dass diese beschädigt wird.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine Verwendung akustischer oder elektromagnetischer Wellen zur Beschädigung einer Pflanze auf einer landwirtschaftlichen Fläche, wobei sich erste und zweite akustische oder elektromagnetische Wellen an der zu beschädigenden Pflanze derart gegenseitig verstärken, dass diese beschädigt wird. Das heißt, mit anderen Worten, die abgegebenen ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen überlagern sich räumlich an bzw. in einem Bereich der zu beschädigenden Pflanzen, sodass aufgrund einer Wechselwirkung der abgegebenen ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen eine Beschädigung der Pflanze erfolgt.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Computerprogramm das dazu eingerichtet ist, das vorangehend beschriebene Verfahren zu steuern, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm.
-
Die landwirtschaftliche Vorrichtung kann auf oder an einer mobilen Einheit anordenbar und/oder angeordnet sein. Die mobile Einheit kann als Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug und/oder Anhänger ausgebildet sein kann. Die mobile Einheit kann insbesondere eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, beispielsweise ein Traktor, eine Zugmaschine, ein Schlepper oder eine (selbstfahrende beziehungsweise autonome) Feldspritze, sein. Die landwirtschaftliche Vorrichtung kann auch an einer hydraulischen Vorrichtung der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angebaut sein. Denkbar ist auch, dass die landwirtschaftliche Vorrichtung auf einer Ladefläche der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine aufgebaut ist. Alternativ kann die landwirtschaftliche Vorrichtung an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angehängt sein.
-
Unter einer landwirtschaftlichen Fläche kann eine landwirtschaftlich genutzte Fläche, eine Anbaufläche für Pflanzen oder auch eine Parzelle einer solchen Fläche beziehungsweise Anbaufläche verstanden werden. Die landwirtschaftliche Fläche kann somit ein Feld, eine Ackerfläche, ein Grünland oder eine Weide sein.
-
Die Pflanze kann beispielsweise eine Nutzpflanze, deren Frucht landwirtschaftlich genutzt wird (beispielsweise als Nahrungsmittel, Futtermittel oder als Energiepflanze), ein Beikraut beziehungsweise Unkraut oder ein Ungras umfassen. Die Pflanze kann Teil der landwirtschaftlichen Fläche sein.
-
Unter einer Beschädigung der Pflanze kann eine teilweise oder vollständige Zerstörung der Pflanze verstanden werden. Die Beschädigung kann eine Beschädigung eines, insbesondere für eine Nährstoffversorgung der Pflanze relevanten, Bestandteils der Pflanze sein. Der zu beschädigende Bestandteil der Pflanze kann, bevorzugt im Falle von akustischen Wellen, zum Beispiel ein Xylem, d.h. ein holziges Leitgewebe, der Pflanze, insbesondere in einem Wurzelbereich unterhalb der Erdoberfläche, sein. Mittels Beschädigen des Xylems kann die Nährstoffversorgung der Pflanze unterbrochen und die Pflanze irreparabel beschädigt werden. Der zu beschädigende Bestandteil der Pflanze kann, bevorzugt im Falle von elektromagnetischen Wellen, auch ein Meristem, d.h. ein am Zellwachstum beteiligtes Bindungsgewebe, der Pflanze, insbesondere oberhalb der Erdoberfläche, sein. Alternativ oder zusätzlich kann der zu beschädigende Bestandteil der Pflanze eine Wurzel und/oder eine Sprossachse und/oder eine Blüte und/oder ein Blatt der Pflanze umfassen.
-
Die Beschädigung der Pflanze kann mechanisch oder thermisch erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Beschädigung der Pflanze mittels Erzeugung von mittels Schallwellen induzierter Kavitation im Bereich der Pflanze.
-
Die akustischen Wellen bzw. Schallwellen sind sich ausbreitende Druck- und Dichteschwankungen von Luft. Die akustischen Wellen sind bevorzugt Ultraschallwellen. Die elektromagnetischen Wellen können Mikrowellen oder Submillimeterwellen bzw. Terahertzstrahlung sein.
-
Die erste Abgabeeinheit und die zweite Abgabeeinheit können technisch identisch bzw. baugleich sein. Vorteilhafterweise sind die erste Abgabeeinheit bzw. der erste Emitter und die zweite Abgabeeinheit bzw. der zweite Emitter entweder als akustische Abgabeeinheiten, insbesondere als Ultraschalleinheiten oder als elektromagnetische Abgabeeinheiten ausgebildet. Die Ultraschalleinheiten können bspw. piezoelektrische Quarz- oder Keramikschwinger sein. Die elektromagnetischen Abgabeeinheiten können bspw. Mikrowellenquellen oder Terahertzemitter sein.
-
Die Steuereinheit ist drahtgebunden oder drahtlos mit den Abgabeeinheiten verbunden. Die Steuereinheit ist eingerichtet, die Abgabeeinheiten, d.h. das Abgeben der akustischen oder elektromagnetischen Wellen mittels der Abgabeeinheiten, zu steuern. Hierzu kann die Steuereinheit bspw. ein oder mehrere elektronische Steuersignale an die Abgabeeinheiten abgeben. Bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, Amplitude und/oder Phase und/oder Frequenz der akustischen oder elektromagnetischen Wellen zu steuern bzw. vorzugeben. Bevorzugt geben die erste und die zweite Abgabeeinheit die akustischen bzw. elektromagnetischen Wellen mit derselben Frequenz bzw. Wellenlänge ab. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinheit eingerichtet, die erste und die zweite Abgabeeinheit derart anzusteuern, dass die abgegebenen akustischen oder elektromagnetischen Wellen dieselbe Frequenz bzw. Wellenlänge aufweisen. Dadurch wird eine besonders effektive Wechselwirkung zwischen den abgegebenen Wellen ermöglicht.
-
Eine Intensität von einer der Abgabeeinheiten abgegebenen akustischen oder elektromagnetischen Welle ist, bspw. in einem definierten Abstand von 1 m zu der Abgabeeinheit, bevorzugt kleiner oder gleich einem ersten Schwellenwert der Intensität. Der erste Schwellenwert der Intensität kann ein Wert der Intensität sein, bei dem typischerweise keine Schädigung bzw. Beschädigung eines in dem definierten Abstand zu der Abgabeeinheit angeordneten Objekts, insbesondere der Pflanze oder eines Menschen oder Tiers, erfolgt.
-
Eine Intensität der sich an einer definierten räumlichen Position, bspw. in einem definierten Abstand von 1 m zu den Abgabeeinheiten oder an der zu beschädigenden Pflanze, gegenseitig verstärkenden akustischen oder elektromagnetischen Wellen kann größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert sein. Der zweite Schwellenwert der Intensität kann ein Wert der Intensität sein, bei dem typischerweise eine Schädigung bzw. Beschädigung eines in dem definierten Abstand zu der Abgabeeinheit angeordneten Objekts, insbesondere der Pflanze, erfolgt.
-
Bevorzugt ist die Intensität der sich an der zu beschädigenden Pflanze gegenseitig verstärkenden Wellen größer oder gleich der Summe der Intensität der ersten Wellen und der Intensität der zweiten Wellen. Besonders bevorzugt entspricht die Intensität der sich an der zu beschädigenden Pflanze gegenseitig verstärkenden Wellen dem Betragsquadrat der Summe der Amplituden der ersten und der zweiten Wellen an der zu beschädigenden Pflanze. Das heißt, mit anderen Worten, die Wellen können an der zu beschädigenden Pflanze konstruktiv interferieren bzw. sich phasenrichtig überlagern.
-
Das Aufeinander Abstimmen des Abgebens der ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen basiert auf einer Relativanordnung der ersten Abgabeeinheit relativ zu der zweiten Abgabeeinheit, welche ein räumliches Überlappen und damit eine Wechselwirkung, insbesondere eine Interferenz, der abgegebenen ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen ermöglicht
-
Bevorzugt basiert das Aufeinander Abstimmen des Abgebens der ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen weiter auf einem Aufeinander Abstimmen bzw. Aneinander Anpassen von Phasen der ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen. Hierzu ist die Steuereinheit eingerichtet, eine erste Phase der ersten und eine zweite Phase der zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen relativ zueinander zu steuern bzw. vorzugeben. Dadurch ist die Steuereinheit eingerichtet, die abgegebenen ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen an einem oder mehreren räumlichen Positionen konstruktiv interferieren zu lassen, um an dieser räumlichen Position eine besonders hohe Intensität zu erzeugen. Die ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen interferieren in einem Überlappungsbereich der ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Wellen konstruktiv, wenn ein erster räumlicher Abstand zwischen einem Interferenzbereich zu der ersten Abgabeeinheit und ein zweiter räumlicher Abstand zwischen dem Interferenzbereich zu der zweiten Abgabeeinheit gleich groß sind oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge der abgegebenen akustischen oder elektromagnetischen Wellen. unterscheiden.
-
Für eine präzise räumliche Lokalisierung des Punktes konstruktiver Interferenz ist ein schmales Spektrum an Frequenzen der abgegebenen Wellen vorteilhaft. Ein schmales Spektrum an Frequenzen der abgegebenen Wellen ist außerdem vorteilhaft, um das Auftreten von Kavitation zu begünstigen. Daher sind Abgabeeinheiten, die als bezüglich der Frequenz der abgegebenen Wellen schmalbandige Emitter ausgebildet sind, besonders vorteilhaft.
-
Die landwirtschaftliche Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen eine gleichzeitig zuverlässige und für Nutzpflanzen, Menschen und Tiere in der Umgebung der Vorrichtung besonders sichere Beschädigung einer zu beschädigenden Pflanze. Die Beschädigung resultiert aus der gegenseitigen Verstärkung der abgegebenen Wellen in einem Wechselwirkungsbereich an der zu beschädigenden Pflanze, sodass außerhalb des Wechselwirkungsbereichs eine Gefährdung ausgeschlossen ist. Weiterhin zeichnen sich die landwirtschaftliche Vorrichtung und das Verfahren dadurch aus, dass zur Beschädigung der Pflanze keine Pflanzenschutzmittel benötigt werden, wodurch eine chemische Belastung der landwirtschaftlichen Fläche verhindert werden kann. Ferner ist die landwirtschaftliche Vorrichtung durch den Verzicht auf störanfällige mechanisch bewegliche Teile einerseits wartungsarm und andererseits besonders robust, insbesondere beim Offroad-Einsatz auf landwirtschaftlichen Flächen. Darüber hinaus ist das Verfahren universell für prinzipiell jegliche Pflanzen auf landwirtschaftlichen Nutzflächen einsetzbar.
-
Vorteilhaft ist es, wenn die landwirtschaftliche Vorrichtung eine Trägereinheit umfasst, wobei die erste und die zweite Abgabeeinheit an der Trägereinheit angeordnet sind. Die Trägereinheit kann eine Gitterstruktur mit einem oder mehreren Träger umfassen. Die Trägereinheit kann ein Spritzgestänge oder Teil eines Spritzgestänges sein. Durch diese Ausgestaltung können die erste und die zweite Abgabeeinheit an definierten räumlichen Positionen zueinander angeordnet werden, sodass die gegenseitige Verstärkung der Wellen präzise an der zu beschädigenden Pflanze erfolgt.
-
Vorteilhaft ist es auch, wenn die erste und die zweite Abgabeeinheit bezüglich einer Längsachse und/oder einer Querachse und/oder einer Hochachse der Trägereinheit voneinander räumlich beabstandet angeordnet sind. Die Längsachse, die Querachse und die Hochachse der Trägereinheit sind bevorzugt senkrecht zueinander angeordnet. Die Querachse kann entlang eine Fortbewegungsrichtung oder Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Vorrichtung ausgerichtet sein. Die Hochachse kann senkrecht zu einer Fortbewegungsrichtung oder Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Vorrichtung und senkrecht zu einer landwirtschaftlichen Fläche mit der zu beschädigenden Pflanze ausgerichtet sein. Die Längsachse kann senkrecht zu einer Fortbewegungsrichtung oder Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Vorrichtung und parallel zu einer landwirtschaftlichen Fläche mit der zu beschädigenden Pflanze ausgerichtet sein.
-
Ein räumlicher Abstand der bzgl. einer oder mehrerer der genannten Achsen der Trägereinheit beabstandet angeordneten Abgabeeinheiten kann größer oder gleich 5 cm und kleiner oder gleich 1 m, bevorzugt größer oder gleich 10 cm und kleiner oder gleich 25 cm sein.
-
Durch ein bezüglich der Längsachse räumlich beabstandete Anordnung der ersten und der zweiten Abgabeeinheit an der Trägereinheit können Pflanzen in einem breiteren Bereich quer zur Bewegungsrichtung bzw. Fahrtrichtung beschädigt werden. Durch ein bezüglich der Querachse räumlich beabstandete Anordnung der ersten und der zweiten Abgabeeinheit an der Trägereinheit kann die zur Beschädigung der Pflanze notwendige Energie auf die Abgabeeinheiten verteilt werden, wodurch die Sicherheit für die Umgebung erhöht wird.
-
Vorteilhaft ist es weiter, wenn die landwirtschaftliche Vorrichtung eine Mehrzahl von ersten Abgabeeinheiten und eine Mehrzahl von zweiten Abgabeeinheiten aufweist. Hierbei sind die ersten Abgabeeinheiten und die zweiten Abgabeeinheiten jeweils reihenweise parallel zu der Längsachse der Trägereinheit angeordnet. Die Mehrzahl der ersten bzw. zweiten Abgabeeinheiten kann eine Zahl größer oder gleich 5, bevorzugt größer oder gleich 10, besonders bevorzugt größer oder gleich 50 sein. Bspw. können bei einer Trägereinheit umfassend eine Längsachse mit einer Länge von 36 m ca. je 300 erste und zweite Abgabeeinheiten, z. B. in einem räumlichen Abstand entlang der Längsachse von jeweils 10 cm angeordnet sein.
-
Für Ausführungsformen mit einer Mehrzahl von ersten und/oder zweiten Abgabeeinheiten ist die Steuereinheit eingerichtet, ein Abgeben von akustischen oder elektromagnetischen Wellen mittels
- - der ersten und der zweiten Abgabeeinheit und/oder
- - einer weiteren ersten und einer weiteren zweiten Abgabeeinheit und/oder
- - der ersten und einer weiteren zweiten und/oder
- - einer weiteren ersten und der zweiten Abgabeeinheit und/oder
- - der ersten und der weiteren ersten Abgabeeinheit und/oder
- - der zweiten und der weiteren zweiten Abgabeeinheit
derart aufeinander abzustimmen, dass sich die entsprechenden akustischen oder elektromagnetischen Wellen an der zu beschädigenden Pflanze derart gegenseitig verstärken, dass diese beschädigt wird.
-
Weiter sind die ersten Abgabeeinheiten von den zweiten Abgabeeinheiten bezüglich der Querachse der Trägereinheit voneinander räumlich beabstandet angeordnet. Bevorzugt sind die ersten Abgabeeinheiten von den zweiten Abgabeeinheiten entlang einer Bewegungsrichtung bzw. Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Vorrichtung räumlich beabstandet an der Trägereinheit angeordnet.
-
Denkbar ist insbesondere, dass die landwirtschaftliche Vorrichtung eine Mehrzahl dritter und insbesondere weiterer Abgabeeinheiten umfasst. Die dritten bzw. weiteren Abgabeeinheiten sind ausgebildet, jeweils dritte bzw. weitere akustische oder elektromagnetische Wellen abzugeben. Hierbei ist die Steuereinheit eingerichtet, ein Abgeben der ersten, zweiten, dritten und insbesondere weiteren akustischen oder elektromagnetischen Wellen derart aufeinander abzustimmen, dass sich die ersten, zweiten, dritten und insbesondere weiteren akustischen oder elektromagnetischen Wellen an der zu beschädigenden Pflanze derart gegenseitig verstärken, dass diese beschädigt wird.
-
Die dritten und insbesondere weiteren Abgabeeinheiten sind jeweils reihenweise parallel zu der Längsachse der Trägereinheit angeordnet. Weiter sind die dritten und insbesondere weiteren Abgabeeinheiten von den ersten und den zweiten Abgabeeinheiten bezüglich der Querachse der Trägereinheit räumlich beabstandet angeordnet.
-
Denkbar ist, dass eine räumliche Anordnung der ersten, und zweiten, insbesondere der dritten und ggf. weiteren, Abgabeeinheiten in einer Draufsicht entlang der Hochachse der Trägereinheit ein quadratisches Gitter repräsentieren.
-
Durch die Mehrzahl der Abgabeeinheiten können Pflanzen in eine quer zu einer Fortbewegungsrichtung der landwirtschaftlichen Vorrichtung besonders breiten Bereich der landwirtschaftlichen Fläche beschädigt werden. Gleichzeitig nimmt die Intensität der abgegebenen Wellen abseits der zu beschädigenden Pflanzen keine für die Umgebung gefährlichen Werte an.
-
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die ersten Abgabeeinheiten von den zweiten Abgabeeinheiten bezüglich der Hochachse der Trägereinheit voneinander räumlich beabstandet angeordnet sind. Das heißt, mit anderen Worten, die zweiten Abgabeeinheiten sind relativ zu den ersten Abgabeeinheiten höhenversetzt angeordnet. Durch ein bezüglich der Hochachse räumlich beabstandete Anordnung der Abgabeeinheiten an der Trägereinheit kann die räumliche Symmetrie der Anordnung gebrochen werden, um sicherzustellen, dass sich die abgegebenen Wellen im Wesentlichen nur an der zu beschädigenden Pflanze gegenseitig verstärken.
-
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die reihenweise angeordneten ersten Abgabeeinheiten zu den reihenweise angeordneten zweiten Abgabeeinheiten bezüglich der Längsachse der Trägereinheit räumlich versetzt zueinander angeordnet sind. Denkbar ist, dass eine räumliche Anordnung der ersten, und zweiten, insbesondere der dritten und ggf. weiteren, Abgabeeinheiten in einer Draufsicht entlang der Hochachse der Trägereinheit ein hexagonales Gitter repräsentieren. Durch diese Ausgestaltung kann eine dichtere und kompaktere Anordnung der Abgabgeeinheiten erreicht werden.
-
Vorteilhaft ist es des Weiteren, wenn die landwirtschaftliche Vorrichtung eine optische Erfassungseinheit umfasst, die ausgebildet ist, die zu beschädigende Pflanze optisch zu erfassen, um Bildinformationen bezüglich der zu beschädigenden Pflanze bereitzustellen. Hierbei ist die Steuereinheit der landwirtschaftlichen Vorrichtung eingerichtet, das Abgeben der ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Welle basierend auf der bereitgestellten Bildinformation von der zu beschädigenden Pflanze aufeinander abzustimmen. Die optische Erfassungseinheit kann eine Kamera, bspw. eine Mono- oder Stereokamera sein. Die Bildinformationen können ein Bild oder eine Bildsequenz bzw. ein Video eines Teilbereichs der landwirtschaftlichen Fläche mit der zu beschädigenden Pflanze umfassen. Denkbar ist, dass die Bildinformationen basierend auf mittels der optischen Erfassungseinheit erfassten Bilddaten unter Verwendung eines Algorithmus zur Pflanzenerkennung und bevorzugt zur Klassifikation als Nutzpflanze bzw. Beikraut erzeugt wird. Vorteilhafterweise werden als Beikraut bzw. Unkraut klassifizierte Pflanzen als zu beschädigendePflanzen ausgewählt. Durch diese Ausgestaltung ist die Vorrichtung ausgebildet, sowohl die zu beschädigenden Pflanzen zu ermitteln als auch diese zu beschädigen, sodass die landwirtschaftliche Fläche besonders effizient von Beikräutern befreit werden kann.
-
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die landwirtschaftliche Vorrichtung eine abstandserfassende Sensoreinheit, die ausgebildet ist, einen räumlichen Abstand zwischen der abstandserfassenden Sensoreinheit und der landwirtschaftlichen Fläche zu erfassen, wobei die Steuereinheit der landwirtschaftlichen Vorrichtung eingerichtet ist, das Abgeben der ersten und zweiten akustischen oder elektromagnetischen Welle unter Berücksichtigung des erfassten räumlichen Abstands aufeinander abzustimmen. Hierbei kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zusätzlich eine Fortbewegungsgeschwindigkeit bzw. Fahrtgeschwindigkeit der landwirtschaftlichen Vorrichtung bei der Steuerung der Abgabeeinheiten zu berücksichtigen. Anhand einer Relativanordnung von abstandserfassender Sensoreinheit und Abgabeeinheiten kann basierend auf dem erfassten räumlichen Abstand zwischen Sensoreinheit und landwirtschaftliche Fläche der räumliche Abstand zwischen den Abgabeeinheiten und der landwirtschaftlichen Fläche ermittelt werden.
-
Die abstandserfassende Sensoreinheit kann z.B. als Laserentfernungsmesser ausgebildet sein. Denkbar ist auch, dass eine als akustische oder elektromagnetische Abgabe- und Empfangseinheit ausgebildete Abgabeeinheit ausgebildet ist, anhand einer abgegebenen und reflektierten akustischen oder elektromagnetischen Welle einen räumlichen Abstand zwischen der Abgabeeinheit und der landwirtschaftlichen Fläche, insbesondere der Pflanze auf der landwirtschaftlichen Fläche, insbesondere wiederholt oder fortlaufend, zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die abstandserfassende Sensoreinheit als optische Erfassungseinheit ausgebildet sein. Die optische Erfassungseinhheit kann eine Stereokamera sein, die Bilddaten bereitstellt, anhand derer der räumliche Abstand zwischen Abgabeeinheit und landwirtschaftlicher Fläche ermittelbar ist. Die optische Erfassungseinheit kann auch eine Monokamera sein, wobei der räumliche Abstand zwischen Abgabeeinheit und landwirtschaftlicher Fläche bei einer Bewegung der Kamera anhand von zeitlich versetzt erfassten Bilddaten ermittelbar ist. Hierzu kann ein Triangulationsverfahren verwendet werden. Dieses Vorgehen wird auch als „Structure from motion“-Verfahren bezeichnet.
-
Der Abstand zwischen landwirtschaftlicher Fläche bzw. Pflanze auf der landwirtschaftlichen Fläche und Abgabeeinheiten kann weitgehend frei gewählt werden. Übliche Abstände bei herkömmlichen Spritz-Verfahren mit Pflanzenschutzmittel von größer oder gleich 0,5 m und kleiner oder gleich 1 m sind gut geeignet. Es können jedoch auch kleinere oder größere Abstände verwendet werden. Relevant ist der Winkel zwischen einer, insbesondere parallel zur landwirtschaftlichen Fläche ausgebildeten, Anordnungsebene der Abgabeeinheiten und der Verbindungslinie einer Abgabeeinheit zur beschädigenden Pflanze. Dieser Winkel sollte von der Senkrechten aus betrachtet ca. 60° betragen, mindestens jedoch 30° Innerhalb eines daraus entstehenden Kegels um die Senkrechte, kann ausgehend von der Abgabeeinheit die voranstehend beschriebene Welle emittiert werden. Um die Verluste durch Dämpfung auf dem Weg von der Abgabeeinheit zur beschädigenden Pflanze gering zu halten, wird ein möglichst kleiner Abstand zwischen landwirtschaftlicher Fläche bzw. Pflanze bevorzugt.
-
Weiter ist denkbar, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, basierend auf den von der abstandserfassenden Sensoreinheit bereitgestellten Abstandsdaten bezüglich des räumlichen Abstands zwischen Sensoreinheit und landwirtschaftlicher Fläche eine Unterbrechung oder eine Fortsetzung des Verfahrens zu bewirken. Bei räumlichen Abständen, die einen vorgegebenen und/oder vorgebbaren Mindestabstand unterschreiten, könnte sich ein Fremdkörper zwischen Vorrichtung und zu beschädigenden Pflanze bzw. landwirtschaftlicher Fläche befinden. Bei räumlichen Abständen, die einen vorgegebenen und/oder vorgebbaren Maximalabstand überschreiten, könnte sich die Vorrichtung in einer nicht für den Betrieb vorgesehenen Lage befinden.
-
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit der landwirtschaftlichen Vorrichtung eine Abstandsinformation bezüglich eines, bspw. vorgegebenen und/oder vorgebbaren, räumlichen Abstands zwischen den Abgabeeinheiten und der landwirtschaftlichen Fläche aus einer Speichereinheit auslesen, um die Wellen unter Berücksichtigung des räumlichen Abstands aufeinander abzustimmen. Durch diese Ausgestaltung kann eine räumliche, insbesondere phasenrichtige, Überlagerung der Wellen sichergestellt werden.
-
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die optische Erfassungseinheit und/oder die abstandserfassende Sensoreinheit an der Trägereinheit angeordnet ist. Denkbar ist, dass die optische Erfassungseinheit und/oder die abstandserfassende Sensoreinheit in Richtung der landwirtschaftlichen Fläche mit der zu beschädigenden Pflanze ausgerichtet ist. Durch diese Ausgestaltung ist eine definierte Anordnung von optischer Erfassungseinheit und/oder abstandserfassender Sensoreinheit, sowie den Abgabeeinheiten gewährleistet, was die Vorrichtung besonders robust und zuverlässig macht.
-
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer landwirtschaftlichen Vorrichtung;
- 2A,B eine schematische Darstellung der landwirtschaftlichen Vorrichtung aus 1 in einer Draufsicht; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Beschädigung einer Pflanze.
-
In 1 ist eine landwirtschaftliche Vorrichtung dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 versehen ist.
-
Die landwirtschaftliche Vorrichtung 10 umfasst eine als Gestänge 12 ausgebildete Trägereinheit 12 und eine Mehrzahl von als Ultraschallemittern 14 ausgebildeten Abgabeeinheiten 14. Weiter umfasst die Vorrichtung 12 eine nicht dargestellte Steuereinheit, eine nicht dargestellte als Kamera ausgebildete optische Erfassungseinheit und eine nicht dargestellte als Laserentfernungsmesser ausgebildete abstandserfassende Sensoreinheit.
-
Das Gestänge 12 der Vorrichtung 10 ist an einem nicht dargestellten Traktor angeordnet. Die Ultraschallemitter 14 sind ausgebildet, akustische Wellen 16 in Form von Ultraschallwellen 16 abzugeben. Die Ultraschallemitter 14 sind entlang einer Längsachse 22 des Gestänges 12 gleichmäßig räumlich beabstandet angeordnet. Weiter sind die Ultraschallemitter 14 bezüglich einer Hochachse 24 des Gestänges 12 in der gleichen Ebene angeordnet.
-
Die Kamera ist ausgebildet, Bildaufnahmen der landwirtschaftlichen Fläche 18 zu erzeugen, um Bildinformationen umfassend zu beschädigenden Pflanzen 20 auf der landwirtschaftlichen Fläche 18 bereitzustellen.
-
Der Laserentfernungsmesser ist ausgebildet, einen räumlichen Abstand zwischen der landwirtschaftlichen Fläche und der Sensoreinheit zu erfassen. Die Steuereinheit ist eingerichtet, einen räumlichen Abstand zwischen der Pflanze 20 und den Ultraschallemittern 14 basierend auf den von dem Laserentfernungsmesser bereitgestellten Abstandsdaten zu ermitteln.
-
Die Steuereinheit ist eingerichtet, das Abgeben der Ultraschallwellen 16 mittels der Ultraschallemitter 14 unter Berücksichtigung räumlichen Abstands zwischen den Ultraschallemittern 14 und der landwirtschaftlichen Fläche 18 bzw. der Pflanze 20 aufeinander abzustimmen.
-
Hierzu ist die Steuereinheit eingerichtet, in Abhängigkeit einer Fahrgeschwindigkeit des Traktors, des räumlichen Abstands zwischen den Ultraschallemittern 14 und der landwirtschaftlichen Fläche 18 bzw. der Pflanze 20 sowie einem eventuell fortlaufenden Erfassungszeitpunkt des Erfassens der landwirtschaftlichen Fläche 18 bzw. der Pflanze 20 auf der landwirtschaftlichen Fläche 18 eine relative Position der zu beschädigenden Pflanze 20 zur landwirtschaftlichen Vorrichtung 10 zu ermitteln. Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, die Ultraschallemitter 14, insbesondere bezüglich Amplitude und/oder Phase und/oder Frequenz der Ultraschallwellen 16, derart anzusteuern, dass die Ultraschallwellen 16 an der zu beschädigenden Pflanze 20 konstruktiv interferieren, sodass die kombinierte Energie aller beteiligten Ultraschallemitter 14 an der Pflanze 20 deponiert wird.
-
2A,B zeigt eine schematische Darstellung zweier möglicher Ausführungsformen der landwirtschaftlichen Vorrichtung 10 aus 1 in einer Draufsicht.
-
2A zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 10, bei welcher die Ultraschallemitter 14 reihenweise entlang der Längsachse 22 des Gestänges 12 gleichmäßig räumlich beabstandet angeordnet sind. Weiter sind drei Längsreihen der Ultraschallemitter 14 bezüglich einer Querachse 26 des Gestänges 12 gleichmäßig räumlich beabstandet angeordnet. Die räumliche Anordnung der Ultraschallemitter 14 repräsentiert in der vorliegenden Draufsicht entlang der Hochachse des Gestänges 12 ein quadratisches Gitter. Dadurch umfasst die Vorrichtung 10 mehrere Reihen von Ultraschallemitter 14, die hintereinander in Fahrtrichtung entsprechend der Querachse 22 angeordnet sind.
-
2B zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 10, bei welcher die Ultraschallemitter 14 reihenweise entlang der Längsachse 22 des Gestänges 12 gleichmäßig räumlich beabstandet angeordnet sind. Weiter sind drei Längsreihen der Ultraschallemitter 14 bezüglich einer Querachse 26 des Gestänges 12 gleichmäßig räumlich beabstandet angeordnet. Die räumliche Anordnung der Ultraschallemitter 14 repräsentiert in der vorliegenden Draufsicht entlang der Hochachse des Gestänges 12 ein hexagonales Gitter, da die drei Längsreihen der Ultraschallemitter 14 entlang der Längsachse 22 relativ zueinander um jeweils die Hälfte des räumlichen Abstands zwischen zwei Ultraschallemitter 14 in Längsrichtung 22 versetzt angeordnet sind.
-
Die räumlichen Abstände zwischen zwei nächst-benachbarten Ultraschallemitter 14 in 2 liegen in einem Bereich von größer oder gleich 5 cm und kleiner oder gleich 25 cm, bevorzugt 10 cm. Eine höhere Anzahl von Ultraschallemittern 14 pro Flächenelement der landwirtschaftlichen Fläche 20 reduziert den Leistungsbedarf eines einzelnen Ultraschallemitters 14 und erhöht damit die Sicherheit, da die Gefährdung die von einem Ultraschallemitter 14 ausgeht, reduziert wird.
-
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Beschädigung einer Pflanze mittels einer landwirtschaftlichen Vorrichtung. Das Verfahren ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 versehen.
-
In Schritt 110 wird eine zu beschädigende Pflanze mittels einer optischen Erfassungseinheit der landwirtschaftlichen Vorrichtung erfasst, um Bilddaten bezüglicher der landwirtschaftlichen Fläche mit der zu beschädigenden Pflanze bereitzustellen.
-
In Schritt 120 wird ein räumlicher Abstand zwischen einer ersten bzw. einer zweiten Abgabeeinheit der landwirtschaftlichen Vorrichtung und der zu beschädigenden Pflanze mittels einer abstandserfassenden Sensoreinheit der landwirtschaftlichen Vorrichtung und unter Verwendung von vorgegebenen Daten bezüglich der relativen Anordnung von Sensoreinheit und Abgabeeinheiten, einer Fahrgeschwindigkeit der Vorrichtung und den bereitgestellten Bilddaten ermittelt.
-
In Schritt 130 werden die Abgabeeinheiten mittels der Steuereinheit gesteuert, um ein Abgeben akustischer oder elektromagnetischer Wellen derart aufeinander abzustimmen, dass sich die akustischen oder elektromagnetischen Wellen an der zu beschädigenden Pflanze derart gegenseitig verstärken, dass diese beschädigt wird
-
Hierbei werden in Schritt 132 erste akustische oder elektromagnetische Wellen mittels einer ersten Abgabeeinheit abgegeben. Zeitgleich werden in Schritt 134 zweite akustische oder elektromagnetische Wellen mittels einer zweiten Abgabeeinheit abgegeben.
-
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
