DE102022111968A1

DE102022111968A1 - Vorrichtung zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines Organismus, Verfahren und Computerprogramm

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Publication number: DE102022111968A1
Application number: DE102022111968.8A
Authority: DE
Inventors: Fernando Rial Villar; Christian Theil; Aurimas Pabrinkis
Original assignee: Turf Coach Ug Haftungsbeschraenkt; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: TURF COACH UG (HAFTUNGSBESCHRAENKT), DE; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-05-12
Filing date: 2022-05-12
Publication date: 2023-11-16

Abstract

Ausführungsbeispiele betreffen eine Vorrichtung 30 zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus. Die Vorrichtung 30 umfasst eine oder mehrere Schnittstellen 32, die ausgebildet sind, mit einem Sensor zu kommunizieren, und eine Verarbeitungsschaltungsanordnung 34, die ausgebildet ist, die eine oder die mehreren Schnittstellen zu steuern. Ferner ist die Verarbeitungsschaltungsanordnung ausgebildet, einen ersten Parameter einer ersten elektromagnetischen Welle einer ersten Wellenlänge, die oberhalb einer Oberfläche des Bodens reflektiert wird, zu empfangen und einen zweiten Parameter einer zweiten elektromagnetischen Welle einer zweiten Wellenlänge, die unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert wird, zu empfangen. Ferner ist die Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 ausgebildet, die Zustandsinformation des Organismus basierend auf dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter zu bestimmen.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Analyse von Organismen. Ausführungsbeispiele betreffen eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines Organismus, ein Verfahren und ein Computerprogramm, insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein Konzept zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines Organismus basierend auf einem Reflexionsgrad eines ersten Signals (z. B. einer ersten elektromagnetischen Welle einer ersten Wellenlänge) und einem Reflexionsgrad eines zweiten Signals (z. B. einer zweiten elektromagnetischen Welle einer zweiten Wellenlänge).
Die zunehmende Notwendigkeit, ein schnelles Verständnis der Organismus-Funktionsdynamik zu entwickeln, hat zum Einsatz von Sensortechnologie zur zerstörungsfreien Bewertung von Organismen geführt. Die hyperspektrale Bildgebung (HSI; Hyperspectral Imaging), bei der zwei Modalitäten, Bildgebung und Punktspektroskopie, integriert werden, entwickelt sich heutzutage zu einem potenziellen Instrument für die schnelle, zerstörungsfreie und automatisierte Nahbereichsbewertung der Funktionsdynamik eines Organismus sowohl im Hinblick auf Struktur als auch auf Physiologie.
Allerdings kann die HSI auf die Analyse bestimmter Teile eines Organismus beschränkt sein. Daher kann es notwendig sein, eine Bestimmung von Zustandsinformation, wie beispielsweise, die Funktionsdynamik eines Organismus, zu verbessern.
Es ist daher eine Erkenntnis, dass eine Bestimmung von Zustandsinformation eines Organismus durch Verwendung von zwei verschiedenen Signalen verbessert werden kann, das entweder oberhalb einer Oberfläche eines Bodens oder unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert wird. Somit kann die Zustandsinformation des Organismus durch Kombinieren der Information, die aus einem Parameter eines oberhalb und unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektierten Signals empfangen wird, bestimmt werden.
Beispiele stellen eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus bereit. Die Vorrichtung umfasst eine oder mehrere Schnittstellen, die ausgebildet sind, mit einem Sensor und einer Verarbeitungsschaltungsanordnung, die ausgebildet ist, die eine oder die mehreren Schnittstellen zu steuern, zu kommunizieren. Ferner ist die Verarbeitungsschaltungsanordnung ausgebildet, einen ersten Parameter eines ersten Signals, das oberhalb einer Oberfläche des Bodens reflektiert wird, zu empfangen und einen zweiten Parameter eines zweiten Signals, das unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert wird, zu empfangen. Ferner ist die Verarbeitungsschaltungsanordnung ausgebildet, die Zustandsinformation des Organismus basierend auf dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter zu bestimmen. Auf diese Weise kann die Zustandsinformation des Organismus besser bestimmt werden, da Information von oberhalb und unterhalb des Bodens kombiniert werden kann.
Beispiele stellen ein Verfahren zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus, umfassend Bestimmen eines ersten Parameters eines Signals, das oberhalb einer Oberfläche des Bodens reflektiert wird und Bestimmen eines zweiten Parameters eines zweiten Signals, das unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert wird, bereit. Ferner umfasst das Verfahren Bestimmen der Zustandsinformation des Organismus basierend auf dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter.
Beispiele betreffen ferner ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
Einige Beispiele von Einrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen gilt:

1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus; und
2 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus.

Einige Beispiele werden nun detaillierter Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Andere Beispiele können Modifikationen der Merkmale sowie Entsprechungen und Alternativen zu den Merkmalen aufweisen. Ferner soll die Terminologie, die hierin zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, nicht einschränkend für weitere mögliche Beispiele sein.
Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente und/oder Merkmale, die identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. In den Figuren können ferner die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, z. B. nur A, nur B sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt entsprechend für Kombinationen aus mehr als zwei Elementen.
Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“, verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion im Folgenden als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei deren Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben ausschließen.
1 zeigt eine Vorrichtung 30 zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus. Die Vorrichtung 30 umfasst eine oder mehrere Schnittstellen 32, die ausgebildet sind, mit einem Sensor und einer Verarbeitungsschaltungsanordnung 34, die ausgebildet ist, die eine oder die mehreren Schnittstellen zu steuern, zu kommunizieren. Ferner ist die Verarbeitungsschaltungsanordnung ausgebildet, einen ersten Parameter eines Signals, das oberhalb einer Oberfläche des Bodens (von einem ersten Sensor) reflektiert wird, zu empfangen und einen zweiten Parameter eines zweiten Signals, das unterhalb der Oberfläche des Bodens (von einem zweiten Sensor) reflektiert wird, zu empfangen. Ferner ist die Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 ausgebildet, die Zustandsinformation des Organismus basierend auf dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter zu bestimmen. Durch Kombinieren des ersten Parameters und des zweiten Parameters kann eine verbesserte Zustandsinformation des Organismus bestimmt werden.
Der Organismus kann irgendein Organismus sein, z. B. ein eukaryontischer Organismus, wie eine Pflanze, z. B. ein Grasnarbengras (turf grass), ein Pilz usw. Die Zustandsinformation kann irgendeine Information umfassen, die der Funktionsdynamik eines Organismus betreffend Struktur und/oder Physiologie entspricht, oder kann irgendeine solche Information sein. Die Zustandsinformation kann sich beispielsweise auf eine biochemische Einschätzung, eine Stressdetektion, eine Artenidentifizierung, eine Phänotypisierung usw. beziehen. Diese funktionalen Merkmale können durch den ersten Parameter und/oder den zweiten Parameter reflektiert werden. Auf diese Weise kann durch Kombinieren des ersten Parameters und des zweiten Parameters eine Bestimmung der Zustandsinformation verbessert werden. Der erste Parameter kann zum Beispiel verwendet werden, einen ersten Teil der Zustandsinformation zu bestimmen. Der zweite Parameter kann verwendet werden, einen zweiten Teil der Zustandsinformation zu bestimmen. Die Zustandsinformation des Organismus kann dann basierend auf dem ersten Teil der Zustandsinformation und dem zweiten Teil der Zustandsinformation bestimmt werden, z. B. durch Kombinieren beider.
Zum Beispiel kann der Organismus Grasnarbengras sein. Eine Bestimmung einer Gesundheit des Organismus (z. B. des Grasnarbengrases) kann durch Verwendung des ersten Parameters und des zweiten Parameters verbessert werden. Auf diese Weise kann ein Bewerten von Bedingungen des Organismus sowohl oberhalb als auch unterhalb einer Oberfläche, z. B. des Bodens, durchgeführt werden, während der Organismus (z. B. organisches Material) in den Boden und in die Luft wächst.
Basierend auf dem ersten Parameter kann eine Charakteristik des Organismus, die oberhalb der Oberfläche sichtbar ist, wie beispielsweise Farbe, Dichte und Wachstumsrate, bestimmt werden. Diese Information kann notwendig, aber möglicherweise nicht ausreichend sein, um die Zustandsinformation, z. B. einer Gesundheit des Organismus, vollständig zu bestimmen.
Ferner können unterirdische Bedingungen wie beispielsweise eine Wurzellänge, eine Bodenfeuchtigkeit, eine Bodenverdichtung auch notwendig, aber ohne die Charakteristika oberhalb der Oberfläche des Bodens auch unzureichend sein für ein umfassendes Verständnis der Zustandsinformation, z. B. einer Gesundheit des Organismus. Durch Kombinieren von Information, die oberhalb und unterhalb der Oberfläche des Bodens, in dem der Organismus wächst, empfangen wird, kann somit die Bestimmung der Zustandsinformation des Organismus verbessert werden.
So kann sich beispielsweise eine Oberhalb-der-Oberfläche-des-Bodens-Analyse mehr auf den Organismus selbst konzentrieren (z. B. Farbe, Flecken auf Blättern usw.). Ferner kann die Oberhalb-der-Oberfläche-des-Bodens-Analyse auch Umgebungsparameter bestimmen, z. B. eine Oberflächentemperatur des Bodens und/oder des Organismus, z. B. mit Nah-Infrarot (NIR; Near-infrared).
So kann sich beispielsweise eine Unterhalb-der-Oberfläche-des-Bodens-Analyse mehr auf den Boden selbst konzentrieren, in dem der Organismus wächst. Indirekt bezieht sich dies auf den Organismus (wenn z. B. das Gras abstirbt oder verschwindet, kann der Boden natürlich verdichtet und trockener werden). Somit kann die Unterhalb-der-Oberfläche-des-Bodens-Analyse Information bereitstellen, die verwendet werden kann, eine Zustandsinformation über den Organismus zu bestimmen. Ferner kann die Unterhalb-der-Oberfläche-des-Bodens-Analyse auch Information über den Organismus selbst bereitstellen, z. B. eine Wurzellänge.
Der erste Parameter kann einem Ansatz zum Empfangen von Information basierend auf optischem Reflexionsgrad entsprechen. So kann beispielsweise eine Multispektralkamera verwendet werden, um den Organismus oberhalb der Oberfläche des Bodens mittels (spektralem) Reflexionsgrad zu analysieren. Auf diese Weise kann eine Bestimmung von Information über den Organismus oberhalb der Oberfläche des Bodens auf einfache Weise bestimmt werden. Insbesondere können Multispektralkameras, die in NIR- und Kurzwellig-Infrarot- (SWIR; Short-wave infrared) Bändern arbeiten, verwendet werden, um verschiedene Indikatoren des Organismus, z. B. eine Pflanzengesundheit, zu berechnen. So kann beispielsweise ein normalisierter differenzierter Vegetationsindex (NDVI; Normalised Difference Vegetation Index) verwendet werden, um Information aus dem ersten Parameter herzuleiten. Optional oder alternativ können auch aus digitalen RGB-Bildern abgeleitete Indizes, wie beispielsweise Excess Green (ExGI), als Indikatoren der aus dem ersten Parameter abgeleiteten Zustandsinformation des Organismus verwendet werden.
Der zweite Parameter kann einem Ansatz zum Empfangen von Information basierend auf einem Bodensensor entsprechen. So kann beispielsweise ein diskreter Sensor oder ein kontinuierlicher Sensor (auch als Fernsensor bezeichnet; ist in der Lage, kontinuierlich zu messen) verwendet werden.
Ein diskreter Sensor (z. B. ein invasiver Sensor) kann z. B. ein handgehaltener mechanischer Sensor wie ein Clegg Impact Soil Tester (CIST) sein. Für einen solchen Sensor können eine Prozedur und eine Ergebnisinterpretation aus anderen Systemen bekannt sein. Alternativ kann auch ein mechanischer Sensor, wie z. B. eine Druckkraft-Wägezelle, verwendet werden, die in irgendeinem Prototypsensor zum Messen der Bodenverdichtung (zum Beispiel) umfasst sein kann. Alternativ können ein dielektrischer Sensor (Zeitbereichsreflektometrie, Frequenzbereichsreflektometrie oder -kapazität) und ein Widerstandssensor in Kombination verwendet werden, um den zweiten Parameter zu empfangen. Ein dielektrischer Sensor kann im Allgemeinen für einen bestimmten Organismus bevorzugt werden, z. B. für eine Grasnarbenanalyse, da er eine allgemein höhere Genauigkeit beim Berechnen von Grasnarbenparametern wie z. B. Feuchtigkeitsgehalt, Salzgehalt, Leitfähigkeit usw. aufweist. Bei beiden Verfahren ist es erforderlich, dass Sonden/Elektroden in den Boden eingesetzt werden, um eine Messung durchzuführen.
Ein diskreter Sensor (z. B. ein Kontaktsensor) kann z. B. ein Percometer sein, ein komplexer Sensor basierend auf Neutronenreflektometrie, der potenziell verwendet werden könnte, um punktuelle Messungen in dem Organismus, z. B. der Grasnarbe usw., durchzuführen.
So kann beispielsweise ein kontinuierlicher Sensor (z. B. ein invasiver Sensor) an einen bestimmten Boden, in dem der Organismus wächst, angepasst werden.
Ein kontinuierlicher Sensor (z. B. ein Fernsensor) kann z. B. ein Magnetometer, ein Gravimeter, ein seismischer Sensor (seismic), eine elektromagnetische Induktion (EMI; electromagnetic induction), ein Bodenradar (GPR; ground penetrating radar) usw. sein. Speziell für die Oberflächennaher-Untergrund-Analyse kann ein GPR-Sensor sehr vielseitig sein, um Indikatoren für eine Zustandsinformation des Organismus zu erhalten. Ein GPR kann ein zuverlässiges Verfahren sein, um Parameter wie beispielsweise einen Wassergehalt, eine Leitfähigkeit bei verschiedenen Bodenbedingungen und auch in dem Organismus, z. B. in der Grasnarbe, zu erhalten. Ferner können durch Verwendung eines kontinuierlichen Sensors, z. B. eines GPR, Parameter des Bodens zum Bestimmen der Zustandsinformation des Organismus, wie z. B. Verdichtung, Energierückgabe usw. bestimmt werden.
Bei einem Beispiel kann das erste Signal eine erste elektromagnetische Welle einer ersten Wellenlänge sein. Bei einem Beispiel kann das zweite Signal eine zweite elektromagnetische Welle einer zweiten Wellenlänge ist. Auf diese Weise kann Information über den Organismus kontaktlos (Nahbereichserfassung) auf nicht-invasive Weise erhalten werden, was schnelle und kontinuierliche Messungen eines Bereichs anstelle einer Punktmessung ermöglicht.
Die Kombination aus dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter (z. B. die Kombination einer Spektralkamera mit einem GPR) kann beispielsweise einen detaillierten, mehrschichtigen Blick oberhalb und unterhalb des Bodens ermöglichen. Ferner kann die Kombination aus dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter (z. B. die Kombination einer Spektralkamera mit einem GPR) die Entwicklung eines Algorithmus und/oder einer Software ermöglichen, die in der Lage sind, die Zustandsinformation zu bestimmen, z. B. einen Stressfaktor zu identifizieren, dem der Organismus ausgesetzt ist. Optional kann ein vollständiges Spezifizieren des Organismus basierend auf dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter durchgeführt werden. Die bestimmte Zustandsinformation kann zum Beispiel auf einer Softwareplattform mit der entsprechenden Geolocation angezeigt werden. Diese Information kann das lokale Klima, die Art des Organismus oder andere relevante Kriterien kombinieren, die es ermöglichen, eine Empfehlung für die Bewirtschaftung des Organismus und/oder eine Verbesserung auszusprechen.
Der erste und/oder zweite Parameter der elektromagnetischen Welle kann eine Intensität (der Signalamplitude), eine Signalphase (z. B. insbesondere für den zweiten Parameter) und/oder eine (relative) Phase (z. B. zum Kombinieren verschiedener Wellenlängen eines zweiten Wellenlängenbereichs) umfassen.
So kann beispielsweise eine Analyse des Organismus, z. B. des Grasnarbengrases, durch getrennte Informationsströme erfolgen. Der erste Parameter (Information von oberhalb der Oberfläche des Bodens) kann durch einen optischen Sensor, z. B. eine Spektralkamera, bestimmt werden. Der zweite Parameter (Information von unterhalb der Oberfläche des Bodens) kann durch einen Bodensensor, z. B. ein GPR, bestimmt werden, indem der erste Parameter und der zweite Parameter kombiniert werden. Sowohl von einem optischen Sensor empfangene Information als auch von einem Bodensensor empfangene Information kann verwendet werden, um die Zustandsinformation des Organismus zu bestimmen. Somit kann eine Bestimmung z. B. einer Gesundheit des Grasnarbengrases verbessert werden.
Optional kann durch Kombinieren des ersten Parameters und des zweiten Parameters eine Bestimmung der Zustandsinformation verbessert werden, insbesondere eine Bestimmung, die durchgeführt wird, während die Vorrichtung 30 in Bewegung ist. So kann beispielsweise das Kombinieren des ersten Parameters und des zweiten Parameters eine Datentiefe des Organismus erhöhen, was im Gegensatz zu einer Einzelpunktmessung unterhalb der Oberfläche des Bodens eine Detektion der Zustandsinformation in Bewegung ermöglicht. Das Kombinieren des ersten Parameters, des zweiten Parameters und einer Detektion der Zustandsinformation in Bewegung stellt beispielsweise eine höhere kontinuierliche Abbildung der Zustandsinformation des Organismus bereit.
Durch Kombinieren des ersten Parameters mit dem zweiten Parameter kann eine Integration verschiedener Sensoren, z. B. eines optischen Sensors und eines Bodensensors, zur Messung der Bedingungen des Organismus von oberhalb und unterhalb des Bodens erreicht werden, um eine ganzheitliche Bewertung der Organismusbedingungen zu erhalten. Diese Integration kann auch, wie vorangehend beschrieben wurde, eine verbesserte Bestimmung der Zustandsinformation ermöglichen, während die Vorrichtung 30 in Bewegung ist. Der erste Parameter kann beispielsweise geeignet sein, Information von oberhalb der Oberfläche des Bodens zu bestimmen, z. B. kann die erste Wellenlänge von einem sichtbaren, NIR- oder SWIR-Spektrum umfasst sein. Der zweite Parameter kann beispielsweise geeignet sein, um Information von unterhalb der Oberfläche des Bodens zu bestimmen, z. B. kann die zweite Wellenlänge von einem Mikrowellenspektrum umfasst sein.
Bei einem Beispiel kann der erste Parameter in einem ersten Wellenlängenbereich, der die erste Wellenlänge umfasst, sein. Zum Beispiel kann der erste Parameter für ein erstes Wellenlängenspektrum, das die erste Wellenlänge umfasst, empfangen werden. Auf diese Weise kann die Zustandsinformation besser bestimmt werden, da die Bestimmung auf dem ersten Wellenlängenspektrum basieren kann. Beispielsweise können die funktionalen Merkmale, wie vorangehend beschrieben wurde, in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Wellenlängenspektrums unterschiedliche Reflexionsgrade verursachen und können z. B. durch HSI geschätzt werden.
Der erste Parameter kann zum Beispiel die Intensität und die Phase der elektromagnetischen Welle umfassen. Somit kann der erste Wellenlängenbereich eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Wellenlängen mit der gleichen Intensität, aber unterschiedlicher Phase oder unterschiedlichen Intensitäten und unterschiedlichen Phasen umfassen, was zu unterschiedlichen Wellenformen führt.
Bei einem Beispiel kann der zweite Parameter in einem zweiten Wellenlängenbereich, der die zweite Wellenlänge umfasst, sein. Zum Beispiel kann der zweite Parameter für ein zweites Wellenlängenspektrum, das die zweite Wellenlänge umfasst, empfangen werden. Auf diese Weise kann die Zustandsinformation besser bestimmt werden, da die Bestimmung auf dem zweiten Wellenlängenspektrum basieren kann.
Der zweite Parameter kann zum Beispiel die Intensität und die Phase der elektromagnetischen Welle umfassen. Somit kann der zweite Wellenlängenbereich eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Wellenlängen mit der gleichen Intensität, aber unterschiedlicher Phase oder unterschiedlichen Intensitäten und unterschiedlichen Phasen umfassen, was zu unterschiedlichen Wellenformen führt.
Bei einem Beispiel kann die erste Wellenlänge zumindest 400 nm und höchstens 2500 nm sein. Insbesondere kann der erste Parameter eine reflektierte elektromagnetische Welle in zumindest einem Teil des Wellenlängenspektrums von 400 nm - 2500 nm sein. Optional kann der erste Parameter eine reflektierte elektromagnetische Welle in dem gesamten Wellenlängenspektrum von 400 nm - 2500 nm sein.
Insbesondere kann die erste Wellenlänge verwendet werden, um z. B. grüne Blätter des Organismus zu detektieren, wobei ein Wellenlängenspektrum von 400 nm - 700 nm verwendet wird, das für die Absorption von Licht durch photosynthetische Pigmente verantwortlich ist, ein Wellenlängenspektrum in dem NIR von 700 nm - 1100 nm, das von der Absorption durch Trockenmasse dominiert wird, ein Wellenlängenspektrum in dem kurzwelligen Infrarot (SWIR) von 1100 nm - 2500 nm, in dem die Absorption durch Wasser stattfindet. Zum Beispiel kann bei grünen Blättern eines Organismus die sichtbare Region (400 nm - 700 nm) durch die Absorption von Licht durch photosynthetische Pigmente, der NIR (700 nm - 1100 nm) durch Trockenmasse und der SWIR (1100 nm - 2500 nm) durch Wasser dominiert werden. Die genannten Wellenlängenspektren sind jedoch illustrative Beispiele für einen bestimmten Organismus, die an einen tatsächlichen Organismus und/oder einen interessanten Parameter angepasst werden können. Zum Bestimmen eines Stickstoffgehalts in der Rispenbildungstufe bei Reispflanzen (in vivo) kann beispielsweise eine hyperspektrale Bildgebung (HIS) in dem Wellenlängenspektrum von 400 nm - 1000 nm verwendet werden.
Bei einem Beispiel kann die zweite Wellenlänge zumindest 0,1 m und höchstens 1 m sein. Insbesondere kann der zweite Parameter eine reflektierte elektromagnetische Welle in zumindest einem Teil des Wellenlängenspektrums von 0,1 m - 1 m sein. Optional kann der zweite Parameter eine reflektierte elektromagnetische Welle in dem gesamten Wellenlängenspektrum von 0,1 m - 1 m sein. Es ist zu beachten, dass die Wellenlängenwerte zu den ursprünglich erzeugten und an der Vorrichtung 30 empfangenen Wellenlängenwerten gehören. Wenn sich die elektromagnetische Welle in den Boden ausbreitet, werden die Wellenlängen komprimiert (durch die Wirkung des Bodens) und bewegen sich im Allgemeinen zu niedrigeren Wellenlängen. Wenn die reflektierte elektromagnetische Welle den Boden wieder verlässt, kehrt sie zu der ursprünglich abgestrahlten Wellenlänge zurück und wird in ihrem/r ursprünglichen WellenlängeBand wiederhergestellt, die/das an der Vorrichtung 30 empfangen wird.
Bei einem Beispiel kann die Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 ferner ausgebildet sein, basierend auf dem ersten Parameters zumindest eines zu bestimmen von einer Transpiration der organischen Struktur, einer Evaporation der organischen Struktur, einer Infiltration von Wasser in den Boden, einer Infiltration von Luft in den Boden, einer Infiltration eines Nährstoffs in den Boden, einer Dichte des Organismus (z. B. einer Dichte des Organismus (z. B. einer Grasdichte) (oberhalb der Oberfläche des Bodens); eines Stickstoffgehalts des Organismus (oberhalb der Oberfläche des Bodens), eines Chlorophyllgehalts des Organismus (oberhalb der Oberfläche des Bodens), eines Wassergehalts des Organismus (oberhalb der Oberfläche des Bodens), einer Artenzusammensetzung des Organismus (oberhalb der Oberfläche des Bodens), einer präventiven Organismuskrankheits-Detektion oder einer Entwickelte-Krankheits-Klassifizierung oder einer Änderungsrate des Organismus (z. B. einer Wachstumsrate). Auf diese Weise kann der erste Parameter verwendet werden, den ersten Teil der Zustandsinformation zu bestimmen. Speziell um einen Parameter des Organismus zu bestimmen, der auf verbesserte Weise von oberhalb der Oberfläche des Bodens aus bestimmt werden kann.
Bei einem Beispiel kann die Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 ferner ausgebildet sein, basierend auf dem zweiten Parameter zumindest einen dem Boden entsprechenden Parameter von einer Verdichtungsrate des Bodens, einem volumetrischen Wassergehalt des Bodens, einer elektrischen Leitfähigkeit des Bodens, einer Organismenwurzeldichte in dem Boden, einer Tiefe des Organismus in dem Boden, einer Bodenstruktur und ihrer Schichttiefe, einer Härte der Oberfläche des Bodens, einer Dielektrizitäts-Permittivität des Bodens, einem Salzgehalt des Bodens oder einem Texturparameter des Bodens zu bestimmen. Auf diese Weise kann der zweite Parameter verwendet werden, den zweiten Teil der Zustandsinformation zu bestimmen. Speziell um einen Parameter des Organismus zu bestimmen, der auf verbesserte Weise von unterhalb der Oberfläche des Bodens aus bestimmt werden kann.
Bei einem Beispiel kann die Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 ferner ausgebildet ist, basierend auf dem zweiten Parameter eine Vielzahl von Schichten zu bestimmen, die unterschiedliche Wachstumsbedingungen für den Organismus in dem Boden umfassen. Eine effektive Wurzelzone des Organismus unterhalb der Oberfläche des Bodens und eine Bedingung in dieser Zone können mehrere Parameter beeinflussen, z. B. eine potenzielle Wasseraufnahme, Nährstoffaufnahme, Luftaufnahme usw. Durch Bestimmen der Vielzahl von Schichten kann eine Bestimmung der Zustandsinformation verbessert werden. So kann beispielsweise eine Zustandsinformation des Organismus an eine Wurzelzone, z. B. eine bestimmte Schicht unterhalb der Oberfläche des Bodens, angepasst werden.
Die Wurzelzone kann zum Beispiel in Schichten variieren. Verschiedene Schichten der Wurzelzone sollten unterscheidbar sein, da sie einen entscheidenden Effekt auf das Organismuswachstum aufweisen können. Durch Messen der Vielzahl von Schichten der Wurzelzone kann die integrale Datenanalyse verbessert werden. Gleichzeitig beeinflussen die Bedingungen oberhalb der Oberfläche des Bodens (die durch den ersten Teil der Zustandsinformation umfasst sind) die Infiltration von Wasser, Luft und Nährstoffen sowie die Transpiration des Organismus (z. B. über die Blätter) und die Evaporation. Durch Kombinieren dieser beiden Informationen (der erste Teil der Zustandsinformation und der zweite Teil der Zustandsinformation) in einem digitalen Zwilling des Organismus kann ein Modell der Organismusbedingungen für seine optimale Bewirtschaftung bei einer klimatischen Bedingung und einer Prognose entwickelt werden. Auf diese Weise kann die Zustandsinformation des Organismus, z. B. eine Pflanzengesundheit, berücksichtigt werden, die von Faktoren sowohl oberhalb als auch unterhalb der Oberfläche des Bodens beeinflusst wird, die gleichzeitig auf den Organismus einwirken.
Ferner kann für den ersten Parameter und den zweiten Parameter eine Maschinelles-Lernen-Technologie zur Datenanalyse des Organismus durchgeführt werden.
Die kombinierte Erfassung des ersten Parameters (z. B. unter Verwendung einer Spektralkamera) und des zweiten Parameters (z. B. unter Verwendung eines RADARSystems (radio detection and ranging; Funkortung und Abstandsmessung)) kann verwendet werden, Information von oberhalb und unterhalb der Oberfläche des Bodens zu empfangen. Diese Information kann in trainierten Modellen verwendet werden, um einen Schlüsselindikator, die Zustandsinformation, zu berechnen, der sich auf den aktuellen Zustand des Organismus bezieht, z. B. Gesundheit und/oder Stress.
Die durch den ersten Parameter und den zweiten Parameter bestimmten Informationen können unter Verwendung eines Algorithmus verarbeitet werden. Verschiedene Filter können einem Benutzer beispielsweise eine Feinabstimmung je nach einer bestimmten Art der Grasnarbe/des Bodens (z. B. natürlich, synthetisch, Unterschichtstruktur), der Feldbedingungen (z. B. Oberflächenrauhigkeit, Wetterbedingungen) oder der Art des Auftrags (z. B. allgemeine Bewertung, spezifische Studien) ermöglichen. Aus den erfassten Daten können interessante Merkmale extrahiert werden.
Diese Merkmale können im Allgemeinen in vier Kategorien eingeteilt werden. Ein Frequenzmerkmal kann aus bestimmten Frequenzbändern abgeleitet werden. Dies ist ein Ansatz in der optischen Spektroskopie zur Berechnung von Indizes. Diese Merkmale deuten darauf hin, dass die Unterhalb-der-Oberfläche- und Oberflächennaher-Untergrund-Charakteristika des Organismus zu bewerten sind.
Ein Energiemerkmal kann aus der Energie des empfangenen Signals, z. B. dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter, die durch Indizes dargestellt werden, abgeleitet werden. Dieser Ansatz kann in Verbindung mit einer Permittivitätsschätzung unter Verwendung von GPR verwendet werden. Die Information kann in zwei Hauptbänder mit einem niedrigen und einem hohen Frequenzgehalt des verwendeten Wellenlängenspektrums unterteilt werden. Zusammen mit dem Frequenzmerkmal kann das Energiemerkmal verwendet werden, um die oberflächlichennäheren (shallower) Charakteristika des Organismus zu bewerten.
Ein Geschwindigkeitsmerkmal kann aus Differenzen in den Ankunftszeiten zwischen Sender/Empfänger abgeleitet werden. Ferner kann das Geschwindigkeitsmerkmal aus Amplituden der zweiten Wellenlänge abgeleitet werden, die in einer Bodenunterstruktur unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert werden. Dieses Geschwindigkeitsmerkmal kann in einem GPR-Ansatz für eine Geschwindigkeitsschätzung verwendet werden. Unsere Merkmale beruhen auf maßgeschneiderten Modellen, die nach umfangreicher Forschung in dieser Art von Böden erhalten wurden.
Ein stratigrafisches Merkmal kann aus der inneren Schichtung des Organismus abgeleitet werden. Die innere Schichtung des Organismus kann unter Verwendung einer Grenzflächendetektion und einer Textur mit trainierten Algorithmen segmentiert werden, um die Grasnarben-Unterstruktur, z. B. der Wurzelzone (z. B. organisch, Sand, Unterbau usw.), zu unterscheiden.
Die abgeleiteten Merkmale können in einem Organismusmodell verschmolzen werden, um die Zustandsinformation zu bestimmen, z. B. einen endgültigen Stress- und/oder Gesundheitsindikator für den Organismus. Ferne kann eine Bodenkarte erhalten werden. Trainingsdaten für das Maschinelles-Lernen-Modell können von verschiedenen Organismen, z. B. verschiedenen Grasnarbenarten (z. B. Naturfasern, Kunstfasern ...), einem Bodenzustand (z. B. neu, vor der Nutzung, nach der Nutzung), einer Wetterbedingung (z. B. trocken, nass, extreme Temperaturen) usw. erzeugt werden. Optional kann als Endprodukt eine Tabelle und/oder eine Grafik erzeugt werden, um dem Benutzer zu helfen, die notwendigen Maßnahmen zur Verbesserung eines Zustands des Organismus zu ergreifen.
Beispiele stellen eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus bereit. Die Sensorvorrichtung umfasst eine Vorrichtung 30 wie vorangehend beschrieben wurde, einen ersten Sensor (z. B. eine RGB-Kamera, eine Multispektralkamera, eine Hyperspektralkamera usw.) zum Bestimmen des ersten Parameters des ersten Signals (z. B. eine elektromagnetische Welle einer ersten Wellenlänge), die oberhalb einer Oberfläche des Bodens reflektiert wird, und einen zweiten Sensor (z. B. eine aktive Nahfelderfassungsvorrichtung, die in dem Mikrowellenband arbeitet) zum Bestimmen des zweiten Parameters des zweiten Signals (elektromagnetische Welle der zweiten Wellenlänge), die unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert wird.
Bei einem Beispiel kann die Sensorvorrichtung eine mobile Plattform umfassen, wobei der erste Sensor und der zweite Sensor an der mobilen Plattform befestigbar sind. Auf diese Weise kann die Bestimmung der Zustandsinformation des Organismus in Bewegung erleichtert werden.
Der nicht-invasive erste und zweite Sensor können auf einer beweglichen Plattform befestigt werden, die den Boden und das Grasnarbengras im Nahbereich abtasten kann. Der zweite Sensor, z. B. ein RADAR, kann sich in Kontakt mit oder nahe an der Oberfläche des Bodens befinden (in einer Distanz von höchstens 1 m oder höchstens 0,7 m oder höchstens 0,5 m oberhalb der Oberfläche des Bodens), um ein Eindringen der zweiten elektromagnetischen Welle in den Boden zu verbessern. Der erste Sensor, z. B. eine Spektralkamera, kann in einer größeren Distanz zu der Oberfläche des Bodens angeordnet sein, zumindest 1 m, oder zumindest 1,4 und/oder höchstens 2, oder höchstens 1,6 m oberhalb der Oberfläche des Bodens. Auf diese Weise kann ein(e) Sicht(feld) auf die Oberfläche des Bodens vergrößert werden. Der erste und der zweite Sensor können kontinuierlich Daten mit hoher Dichte in der Bewegungsrichtung erfassen, z. B. können zwei aufeinanderfolgende Messungen innerhalb einer Distanz von höchstens 10 cm oder höchstens 8 cm oder höchstens 6 cm durchgeführt werden. Alle erfassten Daten, die aufgezeichnet werden, können einen Zeitstempel mit Koordinaten aufweisen. Die erfassten Daten können zum Bestimmen der Zustandsinformation des Organismus verwendet werden. Durch Befestigen des ersten und des zweiten Sensors auf der beweglichen Plattform kann eine Messung des Organismus in Bewegung erleichtert werden.
Wie in 1 gezeigt, ist die jeweilige eine oder die mehreren Schnittstellen 32 mit der jeweiligen Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 an der Vorrichtung 30 gekoppelt. Bei Beispielen kann die Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungseinheiten, einer oder mehrerer Verarbeitungsvorrichtungen, irgendwelcher Mittel zum Verarbeiten, wie beispielsweise eine Prozessors, eines Computers oder einer programmierbaren Hardwarekomponente, die mit entsprechend adaptierter Software betriebsfähig ist, implementiert sein. Ähnlich können die beschriebenen Funktionen der Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 auch in Software implementiert sein, die dann auf einer oder mehreren programmierbaren Hardwarekomponenten ausgeführt wird. Solche Hardwarekomponenten können einen Universalprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP; Digital Signal Processor), einen Mikrocontroller usw. umfassen. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 ist in der Lage, die eine oder die mehreren Schnittstellen 32 zu steuern, sodass jede Datenübertragung, die über die eine oder die mehreren Schnittstelle 32 erfolgt, und/oder jede Interaktion, an der die eine oder die mehreren Schnittstellen 32 beteiligt sein können, von der Verarbeitungsschaltungsanordnung 34 gesteuert werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 30 einen Speicher und zumindest eine Verarbeitungsschaltungsanordnung 34, die wirksam mit dem Speicher gekoppelt und ausgebildet ist, das unten genannte Verfahren auszuführen, umfassen.
Bei Beispielen können die eine oder die mehreren Schnittstellen 32 irgendeinem Mittel zum Erhalten, Empfangen, Senden oder Bereitstellen von analogen oder digitalen Signalen oder Information, z. B. irgendeinem Verbinder, Kontakt, Stift, Register, Eingangsport, Ausgangsport, Leiter, Spur, usw., entsprechen, was das Bereitstellen oder Erhalten eines Signals oder einer Information ermöglicht. Die eine oder die mehreren Schnittstellen 32 können drahtlos oder schnurgebunden sein und sie kann ausgebildet sein, Signale, Information mit weiteren internen oder externen Komponenten, z. B. von dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor, zu kommunizieren, z. B. zu senden oder zu empfangen. Solche Komponenten können Sendeempfänger- (Sender und/oder Empfänger) Komponenten umfassen, wie z. B. ein oder mehrere rauscharme Verstärker (LNAs; Low-Noise Amplifiers), ein oder mehrere Leistungsverstärker (PAs; Power-Amplifiers), ein oder mehrere Duplexer, ein oder mehrere Diplexer, ein oder mehrere Filter oder Filterschaltungsanordnung, ein oder mehrere Wandler, ein oder mehrere Mischer, entsprechend adaptierte Hochfrequenzkomponenten usw.
Die Vorrichtung 30 kann ein Computer, ein Prozessor, eine Steuereinheit, ein (feld-)programmierbares Logik-Array ((F)PLA; (field) programmable logic array), ein (feldprogrammierbares Gate-Array ((F)PGA; (field) programmable gate array), eine Grafikprozessoreinheit (GPU; graphics processor unit), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC; application-specific integrated circuit), integrierte Schaltungen (IC; integrated circuit) oder ein System-auf-einem-Chip- (SoC-; system-on-a-chip) -System sein.
Mehr Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- und/oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 1 gezeigte Beispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der nachstehend (z. B. 2) beschriebenen Beispielen erwähnt sind.
2 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens 200 zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus. Ferner umfasst das Verfahren Bestimmen 210 eines ersten Parameters eines ersten Signals (z. B. einer ersten elektromagnetischen Welle einer ersten Wellenlänge), das oberhalb einer Oberfläche des Bodens reflektiert wird, und Bestimmen 220 eines zweiten Parameters eines zweiten Signals (z. B. einer zweiten elektromagnetischen Welle einer zweiten Wellenlänge), das unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert wird. Ferner umfasst das Verfahren Bestimmen 230 der Zustandsinformation der organischen Struktur basierend auf dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter. Das Verfahren 200 kann zum Beispiel von einer Vorrichtung, wie vorangehend z. B. in Bezug auf 1 beschrieben wurde, ausgeführt werden.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 2 gezeigte Beispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorstehend (z. B. 1 beschriebenen Beispielen erwähnt sind.
Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem Bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um die Merkmale in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Beispiele können weiterhin ein (Computer-)Programm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Programm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer sonstigen programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen der oben beschriebenen Verfahren können also auch durch programmierte Computer, Prozessoren oder sonstige programmierbare Hardwarekomponenten ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeicherungsvorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeicherungsmedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme und Anweisungen codieren und/oder umfassen. Die Programmspeicherungsvorrichtungen können z. B. digitale Speicherungsvorrichtungen, magnetische Speicherungsmedien, wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeicherungsmedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren, Steuereinheiten, (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs; (Field) Programmable Logic Arrays),(feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGAs; (Field) Programmable Gate Arrays), Grafikprozessoreinheiten (GPU; Graphics Processor Unit), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs; application-specific integrated circuits), integrierte Schaltungen (ICs; Integrated Circuits) oder System-auf-einem-Chip- (SoC-; System-on-a-Chip) -Systeme abdecken, die zum Ausführen der Schritte der vorangehend beschriebenen Verfahren programmiert sind.
Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als zwingend in der beschriebenen Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Durchführung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen umfassen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.
Wenn einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Zum Beispiel kann ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, wie beispielsweise einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.
Wenn einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen, und umgekehrt. Zum Beispiel kann ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, wie beispielsweise einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend sind Aspekte, die im Zusammenhang zu einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.
Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass, obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht, andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand irgendeines anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für irgendeinen anderen unabhängigen Anspruch umfasst sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.
Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem Bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um die Merkmale in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.

Claims

Eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus, umfassend: eine oder mehrere Schnittstellen, die ausgebildet sind, mit einem Sensor zu kommunizieren; und eine Verarbeitungsschaltungsanordnung, die ausgebildet ist, die eine oder die mehreren Schnittstellen zu steuern und: einen ersten Parameter eines ersten Signals, das oberhalb einer Oberfläche des Bodens reflektiert wird, zu empfangen; einen zweiten Parameter eines zweiten Signals, das unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert wird, zu empfangen; und die Zustandsinformation des Organismus basierend auf dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter zu bestimmen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: das erste Signal eine erste elektromagnetische Welle einer ersten Wellenlänge ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zweite Signal eine zweite elektromagnetische Welle einer zweiten Wellenlänge ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Parameter in einem ersten Wellenlängenspektrum, das die erste Wellenlänge umfasst, ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Parameter in einem zweiten Wellenlängenspektrum, das die zweite Wellenlänge umfasst, ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Wellenlänge zumindest 400 nm und höchstens 2500 nm ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Wellenlänge zumindest 0,1 m und höchstens 1 m ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung ferner ausgebildet ist, basierend auf dem ersten Parameter zumindest eines zu bestimmen von einer Transpiration des Organismus; eine Evaporation des Organismus; einer Infiltration von Wasser in den Boden; einer Infiltration von Luft in den Boden; einer Infiltration eines Nährstoffs in den Boden; einer Dichte des Organismus (Grasdichte) oberhalb der Oberfläche; einem Stickstoffgehalt des Organismus; einem Chlorophyllgehalt des Organismus; einem Wassergehalt des Organismus; einer Artenzusammensetzung des Organismus; einer präventiven Pflanzenkrankheits-Detektion oder einer Entwickelte-Krankheits-Klassifizierung; oder einer Veränderungsrate des Organismus.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung ferner ausgebildet ist, basierend auf dem zweiten Parameter zumindest einen Parameter entsprechend dem Boden zu bestimmen von einer Bodenverdichtungsrate; einem volumetrischen Wassergehalt des Bodens; einer elektrischen Leitfähigkeit des Bodens; einer Tiefe des Organismus im Boden; einer Bodenstruktur und ihre Schichttiefe; einer Härte der Bodenoberfläche; einer Dielektrizitäts-Permittivität des Bodens; einer Versalzung des Bodens; oder einem Texturparameter des Bodens.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung ferner ausgebildet ist, basierend auf dem zweiten Parameter eine Vielzahl von Schichten zu bestimmen, die unterschiedliche Wachstumsbedingungen für den Organismus in dem Boden umfassen.
Eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus, umfassend: eine Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche; einen ersten Sensor zum Bestimmen des ersten Parameters des ersten Signals, das oberhalb einer Oberfläche des Bodens reflektiert wird; und einen zweiten Sensor zum Bestimmen des zweiten Parameters des zweiten Signals, das unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert wird.
Die Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 11, ferner umfassend eine mobile Plattform, wobei der erste Sensor und der zweite Sensor an der mobilen Plattform befestigbar sind.
Ein Verfahren zum Bestimmen einer Zustandsinformation eines in einem Boden wachsenden Organismus, umfassend: Bestimmen eines ersten Parameters eines ersten Signals, das oberhalb einer Oberfläche des Bodens reflektiert wird; Bestimmen eines zweiten Parameters eines zweiten Signals, das unterhalb der Oberfläche des Bodens reflektiert wird; und Bestimmen der Zustandsinformation des Organismus basierend auf dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter.
Ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 13, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.