DE102020205079A1

DE102020205079A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums mittels einer Spritzdüseneinheit und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102020205079A1
Application number: DE102020205079.1A
Authority: DE
Inventors: Hans-Arndt Freudigmann; Tillmann Falck; Philip Nagel; Johanna Link-Dolezal
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2021-10-28
Also published as: US20230141803A1; CA3180711A1; BR112022021332A2; WO2021213588A1; DE112021002478A5; EP4138555A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums (1, 2) mittels einer Spritzdüseneinheit (12), insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, wobei die Spritzdüseneinheit (129 wenigstens eine Spritzdüse (16) aufweist, durch die das Medium (1, 2) ausgebracht wird, und mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (28), mittels der eine Biomasse (BM), insbesondere Unkraut, erkannt wird, wobei in Kenntnis der Lokalisation der Biomasse (BM) die wenigstens eine Spritzdüse (16) aktiviert wird, um das Medium (1, 2) auf die Biomasse (BM).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums mittels einer Spritzdüseneinheit, insbesondere im Zusammenhang mit der Unkrautbekämpfung für landwirtschaftliche Flächen. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Stand der Technik
Ein Verfahren zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums mittels einer Spritzdüseneinheit ist aus der DE 10 2017 124 934 A1 bekannt. Dabei wird beispielsweise beim Überfahren einer landwirtschaftlichen Nutzfläche mittels einer optischen Sensoreinrichtung, insbesondere mittels einer Kamera, die Fläche auf die Anwesenheit von Unkraut bzw. Biomasse detektiert. In Abhängigkeit der Erkennung der räumlichen Ausdehnung der Biomasse wird dann beispielsweise eine Spritzdüse einer Spritzdüseneinheit, die an einem Ausleger eines Traktors o.ä. angeordnet ist, derart angesteuert, dass beispielsweise Unkrautvernichtungsmittel möglichst ausschließlich im Bereich der Biomasse versprüht bzw. ausgebracht wird. Dies erfolgt zum einen vor dem Hintergrund eines möglichst sparsamen Gebrauchs des Unkrautvernichtungsmittels bzw. des Mediums, und andererseits vor dem Hintergrund einer möglichst geringen Schadstoffbelastung durch das Medium außerhalb der zu behandelnden Fläche.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums mittels einer Spritzdüseneinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es eine optimierte Dosierung des wenigstens einen Mediums mit Blick auf die Art der Biomasse ermöglicht. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass das Zielgebiet bzw. die Fläche, auf die das wenigstens eine Medium ausgebracht werden muss, um eine für die Biomasse optimierte Wirkung zu erzielen, nicht zwangsläufig auf die räumliche Ausdehnung der Biomasse, die von der wenigstens einen Sensoreinrichtung erfasst wird, begrenzt ist. Insbesondere hängt es von dem Ausbreitungsmechanismus der biologischen Art eines Unkrauts ab, wie die zu behandelnde Fläche optimal gewählt werden muss, um nicht nur eine Vernichtung des erkannten Unkrauts zu bewirken, sondern auch dessen weitere Ausbreitung zu verhindern bzw. zu minimieren. Insbesondere existieren bei Unkräutern zwei Ausbreitungsmechanismen, eine Ausbreitung bzw. Vermehrung aufgrund von Samen, und andererseits aufgrund der Wurzeln des Unkrauts bzw. der Biomasse.
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen schlägt es daher die erfindungsgemäße Lehre zum Dosieren des wenigstens einen flüssigen Mediums mittels einer Spritzdüseneinheit vor, dass mittels einer mit der wenigstens einen Sensoreinrichtung verbundenen, einen Algorithmus aufweisenden Auswerteeinrichtung zusätzlich zur Lokalisation der Biomasse auch die biologische Art der Biomasse erkannt wird, und dass die Form eines Zielgebiets, in dessen Bereich das wenigstens eine Medium ausgebracht bzw. dosiert wird, in Abhängigkeit des Ausbreitungsmechanismus der erkannten biologischen Art der Biomasse angepasst wird. Der Begriff „Form“ umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung die allgemeine Gestalt, d.h. die äußere Formart, sondern auch die Ausdehnung, d.h. Größe, des Zielgebiets.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums mittels einer Spritzdüseneinheit sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Mit Blick auf die obigen Erläuterungen bezüglich der unterschiedlichen Ausbreitungsmechanismen von Biomasse, insbesondere von Unkraut, schlägt es das erfindungsgemäße Verfahren in einer bevorzugten Ausgestaltung vor, dass das Zielgebiet die Biomasse mit Abstand umgibt und insbesondere rechteckförmig ausgebildet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das wenigstens eine Medium zusätzlich außerhalb der erkannten räumlichen Ausdehnung der Biomasse ausgebracht wird. Die Fläche, auf der das wenigstens eine Medium ausgebracht bzw. dosiert wird, hängt dabei neben der erkannten Art der Biomasse selbstverständlich auch von der erkannten Größe der Fläche ab, auf der sich die Biomasse befindet. So ist beispielsweise bei einer relativ kleinen Fläche der erkannten Biomasse typischerweise auch eine relativ kleine Gesamtfläche erforderlich, auf der das wenigstens eine Medium ausgebracht werden muss. Bei einer räumlich ausgedehnten bzw. größeren Fläche, auf der die Biomasse lokalisiert wurde, ergibt sich typischerweise auch eine größere Fläche außerhalb der erkannten Biomasse, in deren Bereich das wenigstens eine Medium ausgebracht werden muss.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit der erkannten biologischen Art der Biomasse die Art des Mediums ausgewählt wird. Eine derartige Variation des Verfahrens umfasst zum einen die Möglichkeit, in Abhängigkeit beispielsweise unterschiedlicher Unkrautarten unterschiedliche Unkrautvernichtungsmittel einzusetzen, oder aber in Kenntnis des Ausbreitungsgebiet zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise die Applikation eines breit wirksamen Herbizids- oder Bodenherbizides durchzuführen. Mit letztgenannter Maßnahme können auch noch nicht gekeimte Unkräuter wirksam behandelt werden.
In Weiterbildung des Verfahrens ist es darüber hinaus vorgesehen, dass die Zielgebiete für die wenigstens zwei unterschiedlichen Medien unterschiedlich sind. Unter unterschiedlichen Zielgebieten ist jedoch auch der Fall eingeschlossen, dass sich die beiden Zielgebiete für die unterschiedlichen Medien zumindest teilweise überlappen bzw. überdecken.
Eine nochmals optimierte Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erzielt, wenn zum Zeitpunkt des Ausbringens des wenigstens einen Mediums Wettereinflüsse, insbesondere zusätzlich wenigstens die Windrichtung und Windstärke bei der Berechnung des Zielgebiets berücksichtigt werden. Derartige Wetter- bzw. Windeinflüsse können beispielsweise in Echtzeit durch entsprechende Sensormittel am das wenigstens eine Medium ausbringenden Fahrzeug ermittelt werden, oder aber aufgrund von Erfahrungswerten aus der Vergangenheit.
Außerdem umfasst die Erfindung eine Auswerteeinrichtung, welche eingerichtet ist, eine Lokalisation einer Biomasse, insbesondere Unkraut, und einer biologische Art der Biomasse zu erkennen, wobei die Biomasse mittels wenigstens einer Sensoreinrichtung einer Spritzdüseneinheit mit wenigstens eine Spritzdüse zur Ausbringung eines flüssigen Mediums, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, erkannt wird, und die Spritzdüseneinheit derart anzusteuern, dass eine Form eines Zielgebiets, in dessen Bereich das wenigstens eine Medium ausgebracht wird oder werden soll, in Abhängigkeit des Ausbreitungsmechanismus der erkannten biologischen Art der Biomasse angepasst wird.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums mittels einer Spritzdüseneinheit, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, wobei die Spritzdüseneinheit wenigstens eine Spritzdüse und eine einen Algorithmus aufweisende Auswerteeinrichtung zur zumindest mittelbaren Ansteuerung der Spritzdüse sowie wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Erkennung der biologischen Art einer Biomasse aufweist, wobei der Algorithmus dazu ausgebildet ist, das soweit beschriebene erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
In bevorzugter Ausgestaltung bzw. Weiterbildung einer derartigen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung als optische Einrichtung, insbesondere als Kameraeinrichtung ausgebildet ist.
Weiterhin sieht es eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass die Spritzdüseneinheit mit unterschiedlichen Vorratsbehältern gekoppelt ist, in denen unterschiedliche Medien speicherbar sind.
Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere in Form eines Datenträgers, das dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen oder als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dient.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
Figurenliste

1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein mit einer Spritzdüseneinheit versehenes landwirtschaftliches Fahrzeug und
2 bis 5 jeweils in vereinfachten Draufsichten, unterschiedliche Applikationsgebiete von Medien bei der Durchführung von erfindungsgemäßen Verfahren zum Ausbringen wenigstens eines Mediums auf eine landwirtschaftliche Nutzfläche.

Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 ist ein landwirtschaftliches Fahrzeug, beispielhaft in Form eines Traktors 10 dargestellt, an dessen Heck eine Spritzdüseneinheit 12 angeordnet ist. Die Spritzdüseneinheit 12 umfasst ein sich quer zur Längsachse 13 des Traktors 10 erstreckendes Traggestell 14, an dem eine Vielzahl von Spritzdüsen 16 zueinander beabstandet angeordnet sind. Die Anordnung bzw. Ausbildung der Spritzdüsen 16 ist derart, dass beim Überfahren einer Fläche durch den Traktor 10 ein über die Spritzdüsen 16 ausgebrachtes Medium 1, 2 die von dem Traggestell 14 überfahrene Fläche vollständig mit dem Medium 1, 2 behandeln kann. Bei dem Medium 1, 2 handelt es sich beispielsweise, und nicht einschränkend, um unterschiedliche Unkrautvernichtungsmittel, Wachstumsförderer, Herbizide o.ä.
Auch kann es vorgesehen sein, dass nicht nur eine Reihe von zueinander beabstandeten Sprühdüsen 16 vorgesehen sind, sondern mehrere Reihen (nicht dargestellt), derart, dass jedem der unterschiedlichen Medien 1, 2 separate Spritzdüsen 16 zugeordnet sind. Diese unterschiedlichen Spritzdüsen 16 können sich beispielsweise in unterschiedlichen Sprühbildern, Sprühwinkeln usw. unterscheiden, wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, um die Ausbringung des jeweiligen Mediums 1, 2 zu optimieren.
Zur Bevorratung der Medien 1, 2 weist der Traktor 10 darüber hinaus an seinem Heckbereich wenigstens einen Vorratsbehälter 18, 20 zur Speicherung des jeweiligen Mediums 1, 2 auf. Die Ansteuerung der Spritzdüsen 16 erfolgt mittels einer lediglich schematisch dargestellten Ansteuereinheit 22, die insbesondere dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Spritzdüsen 16 zugeordnete Ventile anzusteuern bzw. zu öffnen und zu schließen. Die Ansteuereinheit 22 ist wiederum mit einer Auswerteeinrichtung 25 verbunden, welche ihrerseits einen Algorithmus 26 in Form eines Computerprogrammprodukts aufweist.
Weiterhin weist der Traktor 10 wenigstens eine Sensoreinrichtung 28, vorzugsweise in Form einer Kamera bzw. bildaufnehmenden Einrichtung 30 auf. Die bildaufnehmende Einrichtung 30 ist im Frontbereich des Traktors 10 angeordnet und ermöglicht es, bei der Fahrt des Traktors 10 den vor dem Traktor 10 befindlichen Untergrund aufzunehmen bzw. zu erfassen. Insbesondere ist der Erfassungsbereich 31 der bildaufnehmenden Einrichtung 30 derart, dass dieser zumindest der Breite b der Spritzdüseneinheit 12 bzw. des Traggestelles 14 entspricht. Beispielhaft werden die von der bildaufnehmenden Einrichtung 30 erfassten Daten bzw. Bilder der Auswerteeinrichtung 25 als Eingangsgröße zugeführt.
Die Auswerteeinrichtung 25 bzw. deren Algorithmus 26 ermöglicht es, die von der bildaufnehmenden Einrichtung 30 erfassten Daten darauf auszuwerten, ob sich im Erfassungsbereich 31 der bildaufnehmenden Einrichtung 30 eine Biomasse BM befindet. Dies beinhaltet insbesondere nicht nur eine Lokalisation der Biomasse BM im Erfassungsbereich 31 der bildaufnehmenden Einrichtung 30, d.h. beispielsweise, in welchem Querversatz und Abstand zur Längsachse 13 des Traktors 10 sich die Biomasse BM befindet, sondern darüber hinaus auch die Möglichkeit, die biologische Art BA der Biomasse BM zu bestimmen. Insbesondere ermöglicht es der Algorithmus 26, die biologische Art BA der Biomasse BM mit Blick auf deren Vermehrungsmöglichkeiten bzw. Ausbreitungswegen zu analysieren. Dies trifft insbesondere mit Blick auf unterschiedliche Unkrautarten als biologische Art BA zu.
In der 2 ist dargestellt, dass der Traktor 10 in Richtung des Pfeils 32 über eine landwirtschaftliche Anbaufläche fährt. Dabei erfasst die bildaufnehmende Einrichtung 30 (nicht dargestellt) vier Positionen mit einer Biomasse BM, die von dem Algorithmus 26 als biologische Art BA1 identifiziert wird. Weiterhin generiert der Algorithmus 26 aufgrund des Ausbreitungsmechanismus der biologischen Art BA1 beispielhaft vier rechteckförmige, der Ausbreitung der Biomasse BM angepasste, die Biomasse BM mit relativ geringem Abstand umgebende Zielgebiete 35a bis 35d zur Behandlung mit dem Medium 1 oder 2, um eine Vernichtung der biologischen Art BA1 zu ermöglichen.
In der 3 ist dargestellt, dass die nicht dargestellte bildaufnehmende Einrichtung 30 bzw. der Algorithmus 26 zusätzlich zur ersten biologischen Art BA1 eine zweite biologische Art BA2 bzw. einen zweiten Typ von Unkraut detektiert. Die zweite biologische Art BA2 zeichnet sich durch einen von der ersten biologischen Art BA1 sich unterscheidenden Ausbreitungsmechanismus aus. Insbesondere erfordert es die biologische Art BA2 aufgrund ihres Ausbreitungsmechanismus, zusätzlich zu den Zielgebieten 35a bis 35c ein Zielgebiet 35e zu generieren, das im Bereich der biologischen Art BA2 größer ist als das Zielgebiet 35d entsprechend der 2, und das die biologische Art BA2 mit einem größeren Abstand umgibt als dies bei der biologischen Art BA1 der Fall ist.
In der 4 ist dargestellt, dass aufgrund der erkannten biologischen Art BA2 es zusätzlich vorgesehen ist, ein gestrichelt umrandet dargestelltes Zielgebiet 35f zu generieren, das eine größere Erstreckung aufweist wie das Zielgebiet 35e. Innerhalb des Zielgebiets 35f wird ein anderes Medium 1, 2 verwendet als innerhalb des Zielgebiets 35e. Beispielhaft handelt es sich bei dem anderen Medium 1, 2 um ein zweites Herbizid, das ein räumlich angepasstes Applikationsfenster aufgrund der biologischen Art BA2 erfordert.
Zuletzt ist in der 5 eine Variante der 3 dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass ein Zielgebiet 35g generiert wurde, das größer ist als das Zielgebiet 35e gemäß der 3. Dies ergibt sich mit Blick auf die biologische Art BA2 und die durch den Pfeil 37 dargestellte Windrichtung, die ein vergrößertes Ausbreitungsgebiet der biologischen Art BA2 zur Folge hat. Die Windrichtung wird dabei entweder mittels einer am Traktor 10 angeordneten Sensorik ermittelt, oder aber aufgrund bestehender Daten aus der Vergangenheit bzw. bevorzugter Windrichtungen. Zusätzlich zur Windrichtung wird darüber hinaus auch insbesondere bei einer aktuellen Messung durch eine Sensoreinrichtung die Windstärke berücksichtigt.
Das soweit beschriebene Verfahren zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums 1, 2 mittels einer Spritzdüseneinheit 12 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017124934 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums (1, 2) mittels einer Spritzdüseneinheit (12), insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, wobei die Spritzdüseneinheit (12) wenigstens eine Spritzdüse (16) aufweist, durch die das Medium (1, 2) ausgebracht wird, und mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (28), mittels der eine Biomasse (BM), insbesondere Unkraut, erkannt wird, wobei in Kenntnis der Lokalisation der Biomasse (BM) die wenigstens eine Spritzdüse (16) aktiviert wird, um das Medium (1, 2) auf die Biomasse (BM) auszubringen, wobei mittels einer einen Algorithmus (26) aufweisenden Auswerteeinrichtung (25) zusätzlich zur Lokalisation der Biomasse (BM) auch die biologische Art (BA) der Biomasse (BM) erkannt wird, und wobei die Form eines Zielgebiets (35a bis 35g), in dessen Bereich das wenigstens eine Medium (1, 2) ausgebracht wird oder werden soll, in Abhängigkeit des Ausbreitungsmechanismus der erkannten biologischen Art (BA) der Biomasse (BM) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielgebiet (25a bis 35g) die Biomasse (BM) mit einem definierten Abstand umgibt und insbesondere rechteckförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der erkannten biologischen Art (BA) der Biomasse (BM) die Art des Mediums (1, 2) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei unterschiedliche Medien (1, 2) ausgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielgebiete (35a bis 35g) für die wenigstens zwei unterschiedlichen Medien (1, 2) unterschiedlich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Wettereinflüsse, insbesondere die Windrichtung und Windstärke bei der Bestimmung des Zielgebiets (35a bis 35g) berücksichtigt wird.
Auswerteeinrichtung (25), welche eingerichtet ist, eine Lokalisation einer Biomasse (BM), insbesondere Unkraut, und einer biologische Art (BA) der Biomasse (BM) zu erkennen, wobei die Biomasse (BM) mittels wenigstens einer Sensoreinrichtung (28) einer Spritzdüseneinheit (12) mit wenigstens eine Spritzdüse (16) zur Ausbringung eines flüssigen Mediums (1, 2), insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, erkannt wird, und die Spritzdüseneinheit (12) derart anzusteuern, dass eine Form eines Zielgebiets (35a bis 35g), in dessen Bereich das wenigstens eine Medium (1, 2) ausgebracht wird oder werden soll, in Abhängigkeit des Ausbreitungsmechanismus der erkannten biologischen Art (BA) der Biomasse (BM) angepasst wird.
Vorrichtung zum Ausbringen wenigstens eines flüssigen Mediums (1, 2) mittels einer Spritzdüseneinheit (12), insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, wobei die Spritzdüseneinheit (12) wenigstens eine Spritzdüse (16) und eine einen Algorithmus (26) aufweisende Auswerteeinrichtung (25) zur zumindest mittelbaren Ansteuerung der wenigstens einen Spritzdüse (26) sowie wenigstens eine Sensoreinrichtung (28) zur Erkennung einer Biomasse (BM) aufweist, wobei der Algorithmus (26) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (28) als optische Einrichtung (30) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüseneinheit (12) mit unterschiedlichen Vorratsbehältern (18, 20) gekoppelt ist, in denen unterschiedliche Medien (1, 2) speicherbar sind.
Computerprogrammprodukt, insbesondere Datenträger, ausgebildet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder als Bestandteil der Auswerteeinheit (25) nach Anspruch 7 oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10.