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Die Erfindung betrifft Verfahren
und Einrichtung zur Detektion von Objekten, wie Vogelgelegen und
Tieren, insbesondere Jungtieren, im Acker- und Pflanzenbau mit mehreren
in gleicher Höhe
und etwa in gleichem Abstand von einander angebrachten, zum Boden
hin ausgerichteten und jeweils im selben Bodenbereich zwischen Pflanzreihen
vollständig
erfassenden Sensoranordnungen.
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Aus
DE 100 16 688 A1 ist ein Verfahren zur Detektion
von Objekten in Gestalt von Tieren und/oder Gelegen von Bodenbrütern in
deren natürlichem
Lebensraum, wie Wiesen und Feldern bekannt. An einem landwirtschaftlichen
Fahrzeug angebrachte Sensoranordnungen bestehen jeweils aus einem
IR-Strahlungssensor, einem Mikrowellensensor und/oder einer Videokamera.
Mittels dieser Sensoranordnungen wird bei einer Bewegung des Fahrzeugs über eine
abzutastende Fläche
in den drei Strahlungssprektralbereichen (sichtbar, Infrarot und Mikrowelle)
oder in einer der drei möglichen
Kombinationen von zwei dieser drei Spektralbereiche reflektierte
bzw. emitierte Strahlung erfasst und in einer nachgeordneten Elektronik
zeitlich und räumlich
simultan verarbeitet.
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Hierbei wird aus Messsignalen der
IR- und Mikrowellensensoren einer Sensoranordnung laufend ein "gleitender" Mittelwert in der
Weise gebildet, dass die Messsignale über mit zurückgelegten Wegstrecken des
Fahrzeugs korrespondierende, einstellbare Zeitintervalle gemittelt
werden. Jedes der Zeitintervalle ist so gewählt, dass die mit ihm korrespondierende
Wegstrecke ein Mehrfaches eines Objekts (Körperlänge eines Tiers oder Durchmesser
eines gesuchten Geleges) ist.
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Aus dem "gleitenden" Mittelwert wird ein etwas größerer "gleitender" Schwellenwert abgeleitet, welcher
ständig
mit dem aktuellen Meßsignal
verglichen wird. Ein akustischer und/oder optischer Alarm wird dann
ausgelöst,
wenn bei Feststellen eines Objekts, das wärmer und/oder feuchter als
der Untergrund im Gesichtsfeld der Sensoranordnung ist, der gleitende
Schwellenwert überschritten
wird. Zusätzlich
oder stattdessen wird ein zu einem entsprechenden Messfeld und -zeitpunkt
gehörendes
Videobild als Standbild auf einem Bildschirm angezeigt.
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Mittels DGPS ermittelte Koordinaten
einer detektierten und bestätigten
Fundstelle werden jeweils automatisch zusammen mit Datum und Urzeit in
einem schreib- und auslesbaren Speichermedium abgelegt. Interaktiv
einzugebende Daten werden bezüglich
der Objektarten (Tier/Gelege), metrologischer Parameter, Angaben
zur Art, Höhe
und Beschaffenheit von Vegetation zur Archivierung in das Speichermedium übergeben.
Durch Verknüpfen
der eingegebenen Daten werden thematische Fundstellenkarten erstellt.
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Nach ökologischen Landbaumethoden
erfolgt beim Anbau von beispielsweise Hackfrüchten und Ökoweizen u. a. die Regulierung
der Ackerbeikräuter
(Unkräuter)
nicht durch chemisch-synthetische
Herbizide, sondern durch mechanische (wie Einsetzen von Sternhacke,
Fingerhacke, Striegel, Bürste)
oder thermische Verfahren (wie Abflammen), die auch in Wasserschutzgebieten
angewandt werden müssen.
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Der Anbau der Feldfrüchte und
des Getreides erfolgt dabei in weiten Reihen, von etwa 40 cm Abstand.
Nach Aufgehen (Auflaufen) der Saat wird beispielsweise mit dem Striegel
zwischen den Reihen gestriegelt, oder es wird gehackt oder gebürstet, wobei
auch aufgehende Beikräuter
ausgerissen oder auch kleine re Kräuter verschüttet werden. Alternativ werden
die Ackerbeikräuter
durch Abflammen reguliert. Während
das Abflammen gezielt nach Erkennen des Unkrauts erfolgt, wird beim
Hacken, Striegeln oder Bürsten
die ganze Zwischenreihe lückenlos
bearbeitet.
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Die erste Ackerbearbeitung nach der
Aussaat erfolgt Anfang Mai und fällt
damit in die erste Brutperiode von bodenbrütenden Vögeln, wie Feldlerchen, Kiebitzen,
Rebhühnern
usw. Ökologische Ackerbauflächen werden
von Bodenbrütern
bevorzugt für
ihre Brutgelege ausgewählt,
da sie wegen des weiten Reihenabstands beispielsweise schnell und
leicht trocken werden, während
konventionell bebaute Ackerflächen
wegen des geringen Reihenabstands am Boden nur langsam oder überhaupt
nicht trocknen. Die zeitliche Koinzidenz von Brutgeschäft und mechanischer
Regulierung der Ackerbeikräuter führt jedoch
dazu, dass viele Gelege, die nachstehend auch als Objekte bezeichnet
werden, beim Striegeln oder Hacken zerstört werden und die Eier verloren
gehen. Dieses wird als Nachteil gegenwärtiger, mechanischer Regulierung
der Ackerbeikräuter im ökologischen
Landbau angesehen.
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Zwar schafft der ökologische Ackerbau prinzipiell
neue Lebensräume
für Bodenbrüter und
begünstigt
damit deren stärkere
Vermehrung und Verbreitung. Die damit einhergehenden Bearbeitungsverfahren
aber machen durch die geschilderte Objektzerstörung die Erfolge teilweise
wieder zunichte.
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Das Bearbeitungspersonal (Schlepperfahrer)
ist einerseits mit der Bedienung des Geräts und Sicherung der Qualität der Bearbeitung
so sehr belastet, dass eine eventuelle Suche nach Gelegen vom Fahrerstand
aus zusätzlich
kaum möglich
ist; andererseits sind wegen der Bearbeitungsbreite von einigen
Metern und der guten Tarnung der Gelege die Erfolgsaussichten einer
solchen Suche von vorneherein äußerst gering.
Andere Suchmethoden, wie Beobachtung, Abgehen der Äcker (auch
mit Hunden), sind äußerst personal-
und zeitaufwendig. Sie lassen sich daher nur in Einzelfällen durchführen und
sind als breit angelegte Schutz- und Rettungsmaßnahme ungeeignet, was als
weiterer Nachteil angesehen wird.
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Neben dem Schutz der Bodenbrütergelege ist
es ferner aus ökologischen
Gründen
wünschenswert,
diese über
längere
Zeiträume
zu identifizieren, sie zu klassifizieren und sie in einem Geoinformationssystem
zu kartieren. Auch hier sind wegen der gewünschten Vollständigkeit
der Erfassung die Beobachtung und Begehung ungeeignet. Als Nachteil wird
daher angesehen, dass eine umfassende Bestandserfassung und Bestandsüberwachung
zur Zeit nicht möglich
ist. Des weiteren sind auch Junghasen in ähnlicher Weise gefährdet.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
Verfahren und Einrichtung zu dessen Durchführung vorzusehen, mit welchen
bei der Ackerbearbeitung Verluste an Objekten, wie Gelegen von Bodenbrütern und Junghasen,
weitestgehend vermieden werden bzw. so gut wie ausgeschlossen werden
können,
ohne dass dadurch weder die Qualität der Bearbeitung gemindert
noch die Bearbeitungszeit verlängert
wird und der Aufwand an Personal zunimmt. Ferner soll ein an Bearbeitungsmaschinen
montierbares System geschaffen werden, das vollautomatisch Objekte,
wie Gelege, Junghasen u.ä.
erkennt und geeignete Maßnahmen
zu deren Schutz durchführt,
ohne dabei die Aufmerksamkeit oder das Eingreifen des Betriebspersonals
zu benötigen.
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Ferner soll das System auch zur Detektion und
Rettung von jungen Rehkitzen in Wiesen einsetzbar sein, die durch
die Früh jahrsmahd
gefährdet sind.
Darüber
hinaus soll ohne Interaktion des Anwenders/Nutzers automatisch ein
Klassifizierung und Kartierung von Objekten in Form von Gelegen,
sowie eine umfassende Bestandsüberwachung
ermöglicht werden.
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Gemäß der Erfindung ist dies mit
dem Verfahren nach Anspruch 1 und der Einrichtung nach Anspruch
7 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand die Ansprüche 1 bzw.
7 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen
Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist es zur Lösung der
Aufgabe zunächst
notwendig, Objekte, insbesondere Vogelgelege in einer Pflanzreihen-Zwischenfurche oder
-furchen zu erkennen. Danach wird die Bodenbearbeitung im Bereich
eines Geleges ausgesetzt und unmittelbar danach die Bearbeitung
fortgesetzt. Gemäß der Erfindung
erfolgt das Erkennen eines Objekts in Gestalt eines Geleges oder
von Junghasen u.ä.
so frühzeitig,
dass die Unterbrechung der Bearbeitung erfolgen kann, bevor das/die
Objekt/e von der Bearbeitungsmaschine erreicht wird/werden.
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Erfindungsgemäß wird zum Erkennen von Gelegen
eine Sensoranordnung verwendet, welche in für Detektion und nachfolgender
Aktion ausreichendem Abstand vor den Werkzeugen zur Bodenbearbeitung
an der Bearbeitungsmaschine selbst, oder aber an einer Zugmaschine
(Traktor, o. ä.)
angebracht ist. Hierbei ist das optische Sensorsystem so ausgelegt,
dass jede Pflanzreihen-Zwischenfurche
in ihrer gesamten Breite optisch erfasst wird.
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Gemäß der Erfindung hat eine Sensoranordnung
mindestens eine, in der Regel mehrere Detektoreinheiten zum Erkennen
von Strahlungsunterschieden im infraroten Spektralbereich (Infrarotsensoren),
mindestens eine, in der Regel mehrere Detektoreinheiten zum automatischen
Erkennen von Mustern, insbesondere von einzelnen Kreisen und Ovalen
in unterschiedlicher Größe, Färbung und Musterung
(elektronische Kameras im sichtbaren und infraroten Spektralbereich)
und ein Wärmebildgerät. Der Sensoranordnung
ist eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung nachgeordnet. Für einen Einsatz
bei schwierigen Umgebungsbedingungen, wie trockener Boden, Sonneneinstrahlung
und dadurch höherer
Bodentemperaturen, sind die Infrarotsensoren als Temperaturmessgeräte ausgebildet.
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Infrarotsensoren und Kameras können unabhängig voneinander
oder auch in Kombination miteinander betrieben werden. Die mittels
der Sensoren/Kameras erhaltenen Werte werden zur Signal- und Datenverarbeitung
von einer Zentraleinheit (Zentralrechner) gesteuert und überwacht,
in welcher auch die digitale Verarbeitung der von den Sensoren erfaßten Daten
sowie die Alarmerzeugung und die daraus abgeleitete Steuerung der
Bearbeitungswerkzeuge erfolgt. Die Infrarotsensoren/Kameras sind
im Wellenlängenbereich
von vorzugsweise 8–14μm empfindlich.
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Die Bearbeitung zur mechanischen
Regulierung der Ackerbeikräuter
erfolgt vorwiegend bei feuchtem und deshalb lockerem Boden, da dann
ein Erfolg des Ausreißens
gewährleistet
ist. Der feuchte Boden bleibt auch bei Sonneneinstrahlung kühl, solange
noch Wasser aus den oberen Bodenschichten verdunstet. In diesem
Falle erfolgt eine sichere Detektion im infraroten Spektralbereich
durch einfache Schwellenwertdetektion der Signalpegel, da ein Objekt/Gelege
(Eier und Nistmaterial) deutlich wärmer ist als der umgebende
Boden. Für
jede Zwischenfurche wird eine nachstehend noch näher beschriebene Infrarotsensoranordnung
verwendet, d. h. es werden mehrere Sensoren parallel verwendet,
wobei deren Anzahl von der Bearbeitungsbreite der Maschine sowie
der Furchenbreite abhängt.
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Gemäß der Erfindung werden Brutgelege mittels
eines automatisch ablaufenden Detektionsverfahrens detetktiert,
welche sowohl die Amplituden von Signalverläufen (örtlicher Verlauf von Strahlungsunterschieden)
als auch deren Ortsfrequenz analysiert. Durch Vergleichen der Signalpegel
mit einem Schwellenwert werden hohe Strahlungspegel (warme Objekte)
erkannt; durch eine Bandpassfilterung werden hohe Pegel unterdrückt, die
von warmen Objekten, die kleiner oder größer als die gesuchten (typischen)
Gelege sind, verursacht werden. Bandpassfilterung kann sowohl bezüglich digitaler als
auch analoger Signale erfolgen.
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Zu Beginn des Betriebs erfolgt eine
Initialisierungsphase, bei welcher das Sensorsystem eingeschaltet
wird. In dieser Phase werden etwa 10m bis 30m auf einem Acker zurückgelegt,
d.h. bei einer Bearbeitungsgeschwindigkeit von 4km/h dauert diese Phase
etwa 10 bis 30s. Beispielsweise wird durch Begehen der Reihen sichergestellt,
dass sich im bearbeiteten Ackerbereich kein Brutgelege befindet.
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Die analogen Signalpegel aller Infrarotsensoren
werden mit einem Takt im Bereich von Kilohertz (kHz) in digitale
Signale umgesetzt und im Zentralrechner als Datensätze gespeichert,
die der Bandpassfilterung unterzogen werden. (Dies kann allerdings
auch vor der Digitalisierung erfolgen). Die Filterung wird in ihren
Grenzfrequenzen ständig
an die aktuelle Geschwindigkeit der Bearbeitung angepasst. Die diesbezügliche Geschwindigkeitsinformation
wird dazu von dem landwirtschaftlichen Fahrzeug bzw. von dessen
Bordrechner bereitgestellt. Für jeden
Datensatz werden nach der Filterung Minimal- und Maximalpegel sowie
ein Mittelwert aller Pegel bestimmt und verglichen und der größere von
allen Pegeln wird festgestellt.
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Sind diese Werte für alle Sensoren
etwa gleich, so wird dies als Bestätigung ihrer Funktionstüchtigkeit
und als Hinweis auf die Homogenität des Bodens angesehen. Sollten
ein oder wenige außerordentlich
hohe Maximalwerte auftreten, ist dies ein Hinweis auf ein oder wenige
Gelege, die bisher nicht entdeckt wurden. In der Regel ist dieser
Fall aber auszuschließen.
Basis für
das Einstellen des Detektionsschwellenwerts sind der größte der
in der Initialisierungsphase ermittelten Maximalwerte und die Größe des Systemrauschens
(des elektrischen Rauschens der Sensoren bzw. des Digitalisierungsrauschens).
Der Schwellenwert wird einige Rauschamplituden höher gewählt als der Maximalwert der
Initialisierungsphase. Damit ist der Schwellenwert geringfügig höher als
der Maximalwert der Initialiserungsphase.
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Danach beginnt die eigentliche Betriebs-
und Detektionsphase. Alle Sensorsignale werden im Zentralrechner
ständig
hinsichtlich auftretender Signalamplituden und deren Bandbreite
bzw. Dauer überwacht.
Liegt ein Amplitudenpegel über
dem Schwellenwert und entspricht dessen Dauer der Dauer in der sich
ein typisches Gelege im Gesichtsfeld der Sensoren befände, so
ist ein solches mit hoher Wahrscheinlichkeit vorhanden. Es wird
dann sofort ein Alarm generiert und die Passivierung der betroffenen
Ackerbearbeitungswerkzeuge initiiert. Diese werden für eine entsprechende
Zeitspanne über eine
elektrische, hydraulisch oder pneumatisch betätigte Mechanik angehoben und/oder
weggeklappt und danach wieder abgesenkt.
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Zur Berechnung der zur Verfügung stehenden
Zeitspanne werden Detektionszeitpunkt, Fahrzeuggeschwindigkeit,
Abstand zwischen der/den Sensoranordnung/en und dem/den Werkzeug/en
sowie ermittelte Gelegegröße berücksichtigt.
In der Betriebsphase läuft
das Initialisierungsprogramm ständig
parallel zur Detektion ab. Damit wird aus den Phasen, in denen keine
Gelege detektiert werden, in regelmäßigen zeitlichen Abständen eine
Schwellenwertaktualisierung durchgeführt. Die Aktualisierung der
Grenzfrequenzen der Bandpassfilterung über die Geschwindigkeitsinformation
erfolgt ständig.
Dazu werden hochgenaue Geschwindigkeitsdaten, z.B. aus Korrelationsmessverfahren
verwendet.
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Besitzt der Boden keine ausreichende Feuchte,
um durch Verdunstung kühl
zu bleiben, so wird er sich bei Sonneneinstrahlung erwärmen. Die Erwärmung wird
nicht homogen erfolgen, sondern es wird sich eine strukturierte
Temperaturverteilung einstellen, die von Bewuchs, wie Ackerbeikräuter, trockenes
Pflanzenmaterial sowie von Bodenstruktur und Bodenzusammensetzung
(Sand, Humus, Steine) abhängt.
Ein herkömmlich
ausgelegter Infrarotsensor würde
diese Temperaturunterschiede detektieren und daher häufig Fehlalarm
auslösen.
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Dieses Problem ist dadurch gelöst, dass
der Infrarotsensor gemäß der Erfindung,
wie vorstehend bereits ausgeführt,
als Temperatur-Messeinrichtung ausgelegt wird, so dass dann nicht
mehr nur Temperaturunterschiede erkannt, sondern aus der empfangenen
Infrarotstrahlung die Temperatur eines strahlenden Objektes beispielsweise
eines Bodenelements, Geleges, Eis oder auch von Kraut bestimmt werden.
Die Temperatur von intakten Brutgelegen liegt in der Regel zwischen
37 °C und
39 °C. Der
Infrarotsensor ist als Schwellenwertsensor so ausgelegt, dass er
bei Detektion eines Objekts in diesem Temperaturbereich einen Alarm
generiert und die Bearbeitung unterbrochen wird. Sicherheitshalber
kann der Temperaturbereich auch etwas weiter gefasst werden, wodurch
die Zahl eventuell übersehener
Objekte weiter reduziert werden kann.
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Durch entsprechende Bandpassfilterung
ist sichergestellt, dass die Größe des detektierten
Objekts berücksichtigt
wird. Unter bestimmten Wetterbedingungen und Temperaturverhältnissen
können jedoch
die sichere Detektion eines jeden Geleges und Fehlalarme nicht ganz
ausgeschlossen werden.
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Zur Klassifizierung nach Vogelarten,
wie sie für
Naturschutzaufgaben notwendig ist, sind gemäß der Erfindung ein System
von Kameras mit digitaler Bilddatenverarbeitung vorgesehen. Ergänzend zu den
Infrarotsensoren sind daher in einer Sensoranordnung miniaturisierte
Videokameras in Form von Schwarz-Weiß- oder
Farbkameras und/oder Infrarotkameras so montiert, dass die Kameras
nach unten auf den Ackerboden zwischen die Pflanzreihen "blicken". Die aufgenommenen
Bilder werden digitalisiert und in einem digitalen Signalprozessor
(DSP) verarbeitet, der Bestandteil des Bordrechners (CPU) des landwirtschaftlichen
Fahrzeugs beispielsweise eines Traktors oder ein separater Rechner
oder Laptop sein kann.
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Mittels Auswerteprogrammen wird nach
ovalen/kreisförmigen
Strukturen gesucht, die Gelegen entsprechen; deren Strukturen sind
durch eine kreisförmige,
größere Nestmulde
beschrieben, in deren Inneren sich ein oder mehrere, kleinere Eier
befinden. Auf diese Weise ist vermieden, dass eiförmige Steine
passender Größe als Eier
eingeordnet werden. Als zusätzliche
Informationen werden Größe der Nestmulde
und der Eier, sowie Färbung
und Musterung der Eier berücksichtigt.
Auf diese Weise ist auch eine Zuordnung von Gelege und Vogelart
möglich.
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Die Auswerteprogramme werden also
einerseits zur Detektion von Gelegen, andererseits auch zu derer
Klassifizierung verwendet. Wird ein Gelege detektiert und klassifiziert,
so werden die interessierenden Daten, wie Vogelart, Anzahl der Eier,
zusammen mit dem relevanten Bild im Speicher des DSP gespeichert.
Wie vorstehend schon beschrieben, wird auch in einem solchen Fall
die Bearbeitung der Ackerfurche unterbrochen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch um ein
Navigationssystem, wie GPS, GLONAS oder GALILEO erweitert werden.
Mittels eines dieser Systeme werden die geographischen Positionsdaten der
gefundenen Gelege erhalten, die gemeinsam mit den vorstehend beschriebenen
Daten gespeichert werden. Ferner können weitere Informationen
gespeichert werden, wie beispielsweise ein digitales Geländemodell,
Daten über
Aussaat, Art und Zustand des Pflanzenanbaus, Wetterdaten, sowie
Datum/Uhrzeit, usw. Auf diese Weise können thematische Karten mit
allen gewünschten,
bzw. notwendigen Informationen angefertigt werden.
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Ein Infrarotwärmebildgerät dient insbesondere dazu,
besonders gut getarnte Gelege aufzufinden. Sehr häufig sind
die Eier von Wiesenbrütern
farbig gesprenkelt, was dazu führt,
dass ihre Kontur im sichtbaren Spektralbereich nur schwer zu erkennen ist,
wie 1 bis 3 verdeutlichen. Wie schwierig es
ist, Kiebitznester am Ackerboden zu finden, zeigt in 3 eine Aufnahme eines Kiebitznests
zwischen Sonnenblumen, zwischen denen sich praktisch nicht feststellbare
vier Eier im Zentrum der Schwarz-Weiß-Aufnahme befinden.
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Im infraroten Spektralbereich sind
jedoch die tarnenden Flecken weitaus weniger wirksam, weshalb im
Wärmebild
einer Wärmekamera
die ovalen und kreisförmigen
Strukturen von Eiern und Gelege leichter zu erkennen sind. Daher
werden ergänzend oder
alternativ zu Videokameras auch Infrarotkameras eingesetzt.
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Die Erfindung wird nun anhand von
Abbildungen und Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 von
oben ein Kiebitzgelege;
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2 von
oben ein Gelege einer Feldlerche;
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3 ein
Kiebitznest zwischen Sonneblumen mit vier Eiern im Zentrum;
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4 ein
Bild eines üblichen
Ackerstriegels;
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5 einen
Striegel gemäß 4 im Einsatz;
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6 eine
schematische Seitenansicht eines Traktors mit einem Striegel und
einer Sensorik zur Detektion von Gelegen;
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7 eine
schematische Detaildarstellung eines Striegels im Betrieb über einem
detektierten Gelege;
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8a und 8b schematische Darstellungen eines
an die Breite zwischen Pflanzenreihen anpassbaren Striegels;
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9 eine
schematische perspektivische Darstellung einer Detektionssensorik
und deren Dimensionierung in Bezug auf einen Acker;
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10 ein
Blockschaltbild, wie Teilsysteme einem System- oder Bordrechner
zugeordnet sind und
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11 ein
Ablaufdiagramm einer Detektion mit Infrarotsensoren.
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4 zeigt
einen bekannten Ackerstriegel 1, wie er im ökologischen
Landbau eingesetzt wird. Ackerstriegel dieser Art haben einen Aufnahmerahmen 11,
an dem über
stangenförmige
Rahmen 12 als Striegelwerkzeuge, beispielsweise Zinken 10 aus
federndem Stahl mit einem Durchmesser von 6 bis 12mm angebracht
sind. Die Zinken 10 sind in mehreren Reihen hintereinander
an den stangenförmigen Rahmen 12 angebracht.
Solche Striegel werden in Arbeitsbreiten von 1,5m bis 27m eingesetzt.
Sie sind modular ausgebildet, d.h. in Form autonomer Systeme für eine vorgegebene
Arbeitsbreite, beispielsweise von 1,5m, wie 4 zu entnehmen ist.
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5 zeigt
den Ackerstriegel 1 mit modularem Aufbau im Einsatz. Die
Zinken 10 sind an hintereinander parallel zueinander angeordneten
stangenförmigen
Rahmen 12 montiert, die, wie S entnehmbar
ist, zwei und eine halbe Pflanzreihe überspannen und zusammen ein
Segment S1 des Striegels 1 bilden. Ein zweites Segment
S2 ist in gleicher Weise ausgeführt
und unmittelbar daneben am Aufnahmerahmen 11 angebracht.
Die Segmente S1 und S2 schließen
in der Mitte zwischen zwei Pflanzreihen aneinander an. Andere zur
mechanischen Bearbeitung von Ackerbeikräuter verwendete Geräte, wie Hacken,
Bürsten,
Flammgeräte,
sind in analoger Weise aufgebaut, jedoch weder näher dargestellt noch beschrieben.
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In 6 ist
schematisch in Seitenansicht als landwirtschaftliches Fahrzeug ein
Traktor 2 mit einem an seiner Rückseite vorgesehenen Striegel 21 sowie einem
an der Vorderseite vorgesehenen Aufnahmerahmen 20 mit daran
angebrachter Sensorik 3 dargestellt. Wie in 6 nicht näher dargestellt,
erfasst und überwacht
jeweils eine Sensoreinheit 30 der Sensorik 3 einen
Raum zwischen zwei Pflanzreihen, der nachstehend als Pflanz reihen-Zwischenraum
bezeichnet wird. Der Striegel 21 ist, wie nachstehend noch
im einzelnen ausgeführt
wird, in seinem Aufbau so segmentiert, dass jedem Pflanzreihen-Zwischenraum
jeweils ein entsprechend bemessenes Striegelsegment zugeordnet ist.
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Ferner ist in 6 schematisch ein am Traktor 2 vorgesehener
elektronischer Bordrechner 4 angedeutet, welcher sowohl
die Sensordaten verarbeitet als auch den Einsatz der Striegelwerkzeuge
steuert und über
welchen Sensoreinheit und Striegelsegment für denselben Pflanzreihen-Zwischenraum
miteinander gekoppelt sind. Die Anzahl Sensoreinheiten 30 ist
also gleich der Anzahl Striegelsegmente S, so dass die gesamte Arbeitsbreite
erfasst und überwacht
wird.
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Wie 6 zu
entnehmen ist, sind Sensorik 3 und Striegel 21,
die an der Vorder- bzw. Rückseite des
Traktors 2 angebracht sind, weit genug voneinander entfernt
montiert, so dass nach Detektion beispielsweise eines Objekts in
Gestalt eines Geleges oder von Junghasen ausreichend Zeit zum Anheben des
entsprechenden Striegelsegments S zur Verfügung steht.
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Der Striegel 21 ist in modularer
Bauweise so aufgebaut, dass, wie bereits ausgeführt, die Breite eines Segments
S dem Abstand der Pflanzreihen, d.h. dem Pflanzreihen-Zwischenabstand
entspricht. Wie in 7 schematisch
verdeutlicht ist, kann jedes Segment S, d.h. alle Zinken 22 eines
Segments S unabhängig
von jedem benachbarten Segment S, beispielsweise entsprechend der
Größe, insbesondere der
Höhe eines
Objekts um etwa 10 bis 15cm angehoben bzw. weggeklappt und dann
wieder abgesenkt werden. Vorzugsweise geschieht entweder das Anheben
oder Wegklappen des jeweiligen Segments mittels elektromechani scher,
elektromagnetischer, pneumatischer oder hydraulischer Verstelleinrichtungen.
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Es wird also nur das Segment und
damit das Werkzeug/die Zinken 21 angehoben, in dessen Bearbeitungsbereich
ein Objekt in Gestalt eines Geleges, Brutvogels oder Junghasen entdeckt
wird. In 7 ist beispielsweise
das linke Segment S so weit angehoben, dass dessen Zinken 22 ein
dektiertes Objekt in Form von vier auszubrütenden Eiern in keiner Weise
beeinträchtigen,
insbesondere nicht zerstören. Das
rechts daneben angeordnete Segment 5 braucht nicht angehoben
zu werden, so dass mit dessen Zinken 21 eine Furche zwischen
der mittleren und der rechten Pflanzreihe bearbeitet wird.
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Striegelbreite und der Abstand der
Zinken 21 lassen sich, wie nachstehend erläutert, so
einstellen, dass sie an unterschiedliche Pflanzreihenabstände angepasst
werden können.
Dazu sind, wie in 8a und 8b schematisch dargestellt,
Rahmen 23 in Form von Längsträgern vorgesehen,
die vorzugsweise über
der Mitte zwischen je zwei Pflanzreihen anzuordnen sind und an denen
paarweise Querträger 24 angebracht
sind, an welchen die Zinken 21 montiert sind.
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Wie in 8a dargestellt,
kann ein Querträgerpaar 24 entsprechend
der kleinsten Breite eines Pflanzreihen-Zwischenraums jeweils symmetrisch zum
Längsträger 23 fixiert
werden, oder je ein Querträger
des Trägerpaars 24 kann
nach rechts bzw. links mehr oder weniger weit seitlich versetzt
entsprechend einer größeren bis
maximalen Breite eines Pflanzreihen-Zwischenraums fixiert werden
(siehe 8b). In 8b ist der vordere Träger 24 des
Trägerpaars
im Bezug auf den Längsträger 23 nach
links und der hintere Träger 24 nach
rechts versetzt. Es können
mehrere Querträgerpaare 24 hintereinander am
Längsträger
23 in
der Weise montiert sein, dass die Zinken 21 der einzelnen
Trägerpaare 24 gegeneinander
so versetzt sind, dass der Boden in dem Pflanzreihen-Zwischenraum
in homogener Weise bearbeitet wird.
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Die Striegelsegmente S sind somit
so breit wie der Zwischenraum zwischen den Pflanzreihen und in Breite
und Werkzeugorientierung einstellbar ausgeführt. Die Werkzeuge/Zinken 22 je
eines Segments S sind rechnergesteuert aktivierbar bzw. deaktivierbar.
Mehrere Striegelsegmente S sind nebeneinander am Aufnahmerahmen
des Ackerstriegels 21 so montiert, dass der Abstand der
Segmente S eingestellt und somit an die Abstände der Pflanzreihen angepasst
werden kann. Der Aufnahmerahmen des Ackerstriegels 21 ist
quer zur Fahrtrichtung durch entsprechende mechanische Strukturen,
wie Teleskopgestänge,
u.ä., gegebenenfalls
mittels hydraulischer Stellglieder, auch rechnergesteuert, einstellbar.
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9 zeigt
schematisch zwei am Aufnahmerahmen 20 montierte Sensoreinheiten 30.
Jede Sensoreinheit 30 hat drei optische Systeme, nämlich einen
Infrarotsensor 31, der gegebenenfalls als Temperaturmesseinrichtung
ausgebildet ist, eine Videokamera 32, (schwarzweiß oder vorzugsweise
farbig) und ein Wärmebildgerät 33.
Die drei optischen Systeme 31 bis 33 können gemeinsam,
einzeln oder in Kombination von jeweils zwei verwendet werden. Durch
die eingezeichnete Begrenzung der Gesichtsfeldwinkel ist verdeutlicht,
dass diese für
alle drei Systeme gleich ist und bei den drei Systemen die Montagehöhe so gewählt/eingestellt
und die Optik so dimensioniert sind, dass der Pflanzreihen-Zwischenraum
vollständig
erfasst wird.
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Die Kameras sowohl im sichtbaren
als auch im infraroten Spektralbereich sind miniaturisierte Systeme
mit integrierten und hybrid aufgebauten Arraysensoren, die eine
Kombination mit eine Vielzahl von Optiken ermöglichen und Bilddaten in digitalisierter
und standardisierter Form liefern.
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Nunmehr wird der Infrarotsensor 31,
insbesondere in der Ausführung
als Temperaturmesseinrichtung, beschrieben. Es wird ein kommerziell
erhältliches
Gerät eingesetzt,
das für
niedrige Temperaturen, beispielsweise von –10°C bis +60°C ausgelegt ist. Solche Geräte haben
in der Regel ein rotationssymmetrisches Gesichtsfeld in Form eines
Kegels. Da die Pflanzreihen-Zwischenräume 50cm
und mehr betragen können
und in ihrer Gesamtbreite zu erfassen sind, wird die Strahlung eines
Bodenflecks mit einem Durchmesser von 50cm überwacht. Hierzu ist der Infrarotsensor 31 in
entsprechender Höhe über dem
Boden montiert und gibt zur Auswertung Messsignale an einen DSP/CPU
ab.
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Befindet sich ein Gelege im Gesichtsfeld,
so wird es am höheren
Strahlungspegel bzw. an der höheren
Temperatur erkannt und es werden die vorgesehene Schutzmaßnahmen
vorgenommen, d.h. es werden die Bodenbearbeitungswerkzeuge/Zinken 21 des
entsprechenden Segments S anhoben bzw. weggeklappt. Da die Gelege
kleiner Bodenbrüter
oft nur einen Durchmesser von etwa 5cm haben, beträgt die Gelegefläche nur
etwa ein Hundertstel der überwachten
Fläche.
Der Strahlungsanteil aus einem solchen Flächenelement trägt daher
bezogen auf die insgesamt erfasste Fläche nur etwa 1% zum gesamten
Signal bei.
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Obwohl die Gelege-Temperatur und
damit dessen Strahldichte höher
ist als die des umgebenden Bodens, wird die Detektion aufgrund der
vorstehend aufgezeigten Flächenverhältnisse
sehr erschwert. Im Falle einer niedrigen Bodentemperatur von beispielsweise
10°C ist
die ermittelte Temperatur eines Geleges auf einem solchen Boden
nicht die Temperatur von etwa 38 °C
des Geleges, sondern sie ist wesentlich geringer und liegt nur wenig über der Bodentemperatur.
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Diesen Verhältnissen wird im Detektionsverfahren
dadurch Rechnung getragen, dass mehrere Sensoreinheiten 30 verwendet
werden, die in kleinem Abstand voneinander quer zur Fahrtrichtung
angeordnet und in geringer Höhe über dem
Boden montiert sind. Jede Sensoreinheit 30 nimmt Strahlung
von einem erheblich kleineren Bodenelement auf; der Kontrast zu
einem warmen Gelege/Junghasen ist dann größer und die Detektionsgenauigkeit
wird dadurch erhöht.
Um eine sichere Detektion zu gewährleisten,
ist die Anzahl an Sensoren so groß und ihr Abstand voneinander
so klein gewählt,
dass jeder Sensor Strahlung von einem Bodenelement empfängt, welches
allenfalls nur so groß wie
beispielsweise ein Gelege/Junghase ist.
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Befindet sich in diesem Fall ein
Gelege/Junghase genau im Gesichtsfeld eines Sensors, so wird auch
nur dessen Temperatur gemessen. Wahrscheinlicher ist der Fall, dass
zwei unterschiedlich große
Anteile des Geleges oder der Junghasen sich in den Gesichtsfeldern
benachbarter Sensoren befinden und diese zwar höhere Temperaturen messen, aber
nicht die Gelege- bzw.
Körpertemperatur.
Erfindungsgemäß wird dieser
Tatsache dadurch Rechnung getragen, dass in der Auswertung ständig die Signale
aller Sensoren 30 untereinander verglichen werden.
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Ein vorhandenes Gelege/Tier wird
erkannt, wenn ein Sensor 30 die erwartete Gelege/Tier-Temperatur
misst, die oberhalb des nachstehend angegebenen Schwellenwertbereichs
liegt. Dies ist der Fall, wenn das Gelege/Tier das Gesichtsfeld
des Sensors vollständig
ausfüllt.
Es wird daher ein Vertrauensbereich definiert, der oberhalb des
Schwellenwertbereichs eine Obergren ze der Temperatur festgelegt.
Werden Temperaturen oberhalb des Vertrauensbereichs gemessen, wird
eine Erwärmung angenommen,
die nicht ein Gelege/Tier charakterisiert. Liefern zwei oder mehr
benachbarte Sensoren Temperaturen in einem ermittelten Schwellenwertbereich,
so werden diese einem Gelege/Tier zugeordnet. Eine Bestätigung erfolgt
durch Überprüfen der Nachbarschaft,
d.h. durch Vergleich mit den Signalen benachbarter Sensoren.
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Der Schwellenwertbereich wird vom
Gerätehersteller
durch Kalibriermessungen bestimmt und durch Feldversuche bestätigt. Hierbei
wird eine gewisse Unsicherheit bezüglich Gelegegröße und Anzahl
der Eier berücksichtigt.
Durch ein Auswerteverfahren wird auf Basis von Kalibriermessungen
der Schwellenwertbereich ständig
aktualisiert. Das geschieht unter Einbeziehung der aktuell gemessenen Bodentemperaturen
(Messwerte ohne Gelege/Tier) und einer empirisch ermittelten Schwankungsbreite der
Gelege/Tier-Temperatur. Aus beiden ergibt sich eine "Mischtemperatur" des erfassten Bodenelements
mit Gelege/Tier-Anteil in einer bestimmten Schwankungsbreite, die
den Schwellenwertbereich definiert. Der Vertrauensbereich ist einige Rauschamplituden
breit und beginnt oberhalb des Schwellenwertbereichs.
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In einer bevorzugten Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Einrichtung
und/oder in Ergänzung der
vorstehend beschriebenen Ausführungsform
wird eine Infrarot-(IR-)Kamera verwendet. IR-Kameras werden in unterschiedlichen
Varianten angeboten, wobei insbesondere der Gesichtsfeldwinkel,
die räumliche
Auflösung,
der Spektralbereich und das Nachweisvermögen (die rauschäquivalente
Strahlungsleistung NEP, (noise equivalent power)) die Kameras charakterisieren.
Als Detektoren werden ein- oder zweidimensionale Detektor-Arrays
und Optiken in verschiedenen Dimensionierungen verwendet.
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Erfindungsgemäß wird eine Kamera für den Spektralbereich
mit einer Wellenlänge
von 8 bis 14μm
verwendet. Die Optik-Detektor-Kombination
ist so dimensioniert, dass durch eine möglichst niedrige, jedoch praktikable
Montagehöhe
die Überwachung mindestens
eines Pflanzreihen-Zwischenraums erfolgt. Bei einer Optik mit großem Gesichtsfeldwinkel und
hoher räumlicher
Auflösung
können
auch mehrere Reihen erfasst werden, insbesondere wenn diese Reihen
schmal und die Pflanzen noch nicht hoch und blattreich sind (so
dass sie bei schräger
Blickrichtung keine maskierende Wirkung haben).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines
Infrarot/Temperatur-Sensors 31 wird als Detektorelement
ein Infrarot-Zeilendetektor
(linear array detector) verwendet, der in verschiedenen Detektionsprinzipien,
Ausführungen
und Materialien (ungekühlt
und gekühlt)
kommerziell erhältlich
ist. Mit einem solchen Infrarot-Zeilendetektor wird ein Infrarot-Zeilensensorsystem
aufgebaut.
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Vorzugsweise werden pyroelektrische
Zeilendetektoren oder Detektorzeilen auf der Basis von Thermoelementen
(thermopile detectors) verwendet, die zur Zeit mit einer Anzahl
von 22 bis 28 Detektorelementen
in einer Zeile angeboten werden. Diese Art von Detektoren sind strahlungsempfindlich
im gesamten infraroten Spektralbereich, insbesondere aber im atmosphärischen
Fenster von 8 bis 14μm Wellenlänge. Die
einzelnen Detektorelemente haben dabei beispielsweise eine Größe von 90μm mal 100μm, oder 50μm mal 750μm Kantenlänge. Das
Detektorfenster ist als optisches Filter ausgebildet, welches nur
Strahlung im Bereich von 8 bis 14μm
hindurchlässt.
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Ein Zeilendetektor mit einer Infrarotoptik
und einer Signalverarbeitungseinheit (Signalauslesung, Signalverstärkung, Digitalisierung)
stellt eine einfache Infrarot-Zeilenkamera dar. Als Optik wird vorzugsweise
eine Linse aus High Density Polyethylene (HDPE) oder aus feinstzerspantem
Silizium (micromachined silicon) verwendet.
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Detektorzeile und Linse sind so ausgewählt bzw.
dimensioniert, dass sie bei gewünschter
Montagehöhe
und Ausrichtung quer zur Fahrtrichtung einen ganzen Pflanzreihen-Zwischenraum
erfassen. Bei einem Reihenabstand von 60 cm und der Verwendung eines
Zeilendetektors mit beispielsweise 128 Detektoren wird ein Bodenelement
mit etwa 5mm Kantenlänge
von jeweils einem einzelnen Detektorelement überwacht.
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Damit wird beispielsweise die Strahlung
einzelner Eier, auch kleiner Bodenbrüter, auf nur etwa zwei bis
drei Detektorelemente abgebildet. Diese Elemente nehmen im Vergleich
zu den benachbarten Elementen, die nur Strahlung von außerhalb
des Geleges empfangen, eine sehr hohe Bestrahlungsstärke auf
und liefern deshalb ein hohes Signal; dies begünstigt die Detektion von Gelegen
sehr.
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Da der Infrarot-Sensor 31 im
Prinzip eine Infrarotkamera darstellt und das Bild durch die Traktorbewegung
zustande kommt, werden zur Signalverarbeitung unter anderem auch
Bildauswerteverfahren verwendet. Es wird also gezielt nach Strukturen,
wie Eiern, Gelegen, Junghasen gesucht. Dadurch werden die Fehlalarmrate
gesenkt und gleichzeitig die Detektionswahrscheinlichkeit erhöht. Detektorzeilen werden
mit unterschiedlichen Elementgrößen und damit
unterschiedlichen Längen
der gesamten Zeile angeboten, wobei Element- und Zeilendimensionen bei
der Dimensionierung der Optik berücksichtigt werden.
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Der Infrarot-Sensor ist für den größten Reihenabstand
dimensioniert, wobei auf eine praktikable Einsatzhöhe geachtet
wird. Werden Reihen geringeren Abstands bearbeitet, wird die Erfassungsbreite durch
Einstellung einer geringeren Einsatzhöhe reduziert. Eine Detektorzeile
mit 128 Elementen mit einem Mittenabstand (pitch) der Elemente von
100μm ist
beispielsweise 12,8mm lang. Wird eine Fresnel-Linse aus HDPE mit
einer Brennweite von 20mm verwendet, so wird ein Reihenabstand von
60cm erfasst, wenn der Sensor 112cm über dem Boden montiert ist.
Ist der Reihenabstand nur 40cm, so kann derselbe Sensor bei einer
Montagehöhe
von 72cm verwendet werden.
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Somit ermöglicht eine entsprechende Montage
einzelnen Sensoren am Rahmen 20 eine Einstellung des Abstands
zwischen den Sensoren 31. Mittels des Abstands wird die
Breite der Beobachtungsstreifen der Sensoren 31 zueinander
so eingestellt, dass sie sich entweder überlappen oder aneinander anschließen können oder
aber zwischen ihnen eine Lücke
verbleibt, in der sich die Pflanzreihe befindet.
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Damit ist es möglich, entweder nur die Pflanzreihen-Zwischenräume (Einstellung
Lücke), also
nur den Bereich, der bearbeitet wird, oder zur Bestandserfassung
und Kartierung auch die Pflanzreihen selbst zu erfassen, wobei sich
die Beobachtungsstreifen aneinander anschließen oder überlappen, solange die Pflanzen
klein genug sind, oder im überlappenden
Betrieb zusätzliche
Auswertemöglichkeiten
zu erhalten, beispielsweise Vergleiche/Korrelationen der überlappenden
Detektorelemente zweier benachbarter Sensoren. Letzteres erlaubt
beispielsweise eine Bestimmung des Abstands zwischen Sensor und
Boden.
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Der Aufnahmerahmen 20 ist
an einer hydraulisch höhenverstellbaren,
nicht dargestellten Frontaufnahme des Traktors 2 montiert
und ist auf die dem Reihenabstand angepasste Einsatzhöhe eingestellt. Aufnahmerahmen 20 und
Striegelrahmen müssen
in ihrer Montage aufeinander abgestimmt sein, so dass Beobachtung
und Bearbeitung geometrisch korrelieren. Der Aufnahmerahmen 20 der
Sensorik 3 und die Werkzeuge/Striegel 21 sind
mit nicht näher
dargestellten Markierungen und mechanischen Rasten versehen, die
den jeweiligen Reihenabständen
und damit auch den Einsatzhöhen
der Sensorik 3 zugeordnet sind, um so eine schnelle und
eindeutige Einstellung von Sensoren und Striegel zu ermöglichen. Diese
Einstellung kann aber auch mittels hydraulischer oder elektrisch
angetriebener Mechanik erfolgen und dann vom Rechner des Systems über die Eingabe
der Reihenabstände
vollautomatisch vorgenommen werden.
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Sowohl mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
als auch mit den Kameras (IR und Video) ist es möglich, zwei oder mehr Reihen
mit nur einem Gerät
zu erfassen. Das ist sinnvoll, wenn Gesichtfeldwinkel und räumliche
Auflösung
dies im Sinne der vorstehenden Ausführungen hinsichtlich der Detektionssicherheit
zulassen und insbesondere, wenn die Reihen eng und die Pflanzen
so klein sind, dass sie bei seitlicher Blickrichtung die Gelege/Tiere nicht
verdecken.
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Die gesamten Sensorik 3 ist
am Traktor 2 beispielsweise mittels Schwingungsdämpfern (shock mounts)
so montiert, dass die einzelnen Sensoren möglichst geringen Vibrationen
ausgesetzt sind. Insbesondere werden Schwingungen größerer Amplituden
vermieden, die Einfluss auf die Beobachtungsrichtung haben könnten.
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Unterstützend dazu wird die gesamte
optische Dimensionierung so ausgelegt, dass die Sensoren in möglichst
geringer Höhe über dem
Boden betrieben werden können.
Eine Änderung
der Beobachtungsrichtung hat so eine geringere Wirkung auf die Lage
des benachbarten Bodenelements.
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Während
die Signalerfassung und Digitalisierung bei Video- und Infrarotkameras
weitgehend vorgegeben ist, erfolgt sie bei den Infrarot- und Infrarotzeilen-Sensorsystemen
vorzugsweise folgendermaßen.
Die zunächst
in analoger Form vorliegenden Detektorsignale werden mit hoher Abtastrate
digitalisiert und gespeichert. Hierbei ist die Abtastrate so hoch,
dass die Messung, bezogen auf den überfahrenen Bodenbereich, eine
sehr hohe Wiederholrate aufweist. Auf diese Weise werden sehr viele
Messpunkte vom einem Gelege und selbst von jedem Ei aufgenommen.
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Fährt
beispielsweise der Traktor 2 mit einer Geschwindigkeit
von 4km/h , so legt er 1,11m in der Sekunde zurück. Bei einer Abtastrate von
1kHz beträgt
dann der Abstand zweier Messungen am Boden 1,11mm. Von einem Gelege
mit beispielsweise einem Durchmesser von 10cm werden dann 111 Messwerte aufgenommen
und gespeichert. Erfasst der Sensor einen Bodenfleck von 5mm Durchmesser,
so wird bei Aufnahme der ersten und letzten ca. 5 Messpunkte das
Gesichtfeld nicht vollständig
vom Gelege ausgefüllt.
Die etwa 100 zentralen Messpunkte "sehen" ausschließlich Gelege. Ähnliches
gilt für
die benachbarten Detektorelemente.
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Die auf diese Art gewonnenen und
gespeicherten Messdaten werden auf unterschiedliche Art genutzt.
Einerseits ist es möglich,
zeitlich (und damit örtlich)
aufeinanderfolgende Messungen zur Steigerung des Signal-Rauschverhältnisses
zu mitteln.
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Dazu wird durch Prüfung sichergestellt,
dass ihre Amplituden etwa gleich groß sind und damit die Mittelung
zulassen. Das höhere
Signal-Rauschverhältnis
steigert die Detektionssicherheit. Bei einer anderen Art der Datenauswertung
wird aus den Messdaten ein Bild erzeugt, in welchem mit Methoden
der Bildverarbeitung nach Gelegen/Tieren gesucht wird. Es kann auch
eine höhere
Abtastrate als 1kHz gewählt
werden.
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Bei rauhem Ackerbetrieb wird der
Traktor schaukeln und schwanken. Trotz Schwingungsdämpfung und
geringer Montagehöhe
der Sensoranordnungen wird die Beobachtungsrichtung nicht stabil
senkrecht nach unten ausgerichtet bleiben, sondern Abweichungen
von der senkrecht in allen Richtungen erfahren und darüber hinaus
auch Änderungen
im Abstand zum Boden. Bei Verwenden von Sensoren mit Infrarotzeilendetektoren,
bei welchen mit jeder Messung ein Bildstreifen aufgenommen wird
und ein vollständiges
Bild durch die Vorwärtsbewegung
des Traktors entsteht, wird dadurch ein geometrisch fehlerfreier
Aufbau verhindert. Obwohl aufeinanderfolgend aufgenommene Zeilen
in allen Richtungen gegeneinander verschoben sein können, wird in
einer einfachen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung
dies in Kauf genommen, und die Bildzeilen werden jeweils unabhängig voneinander
ausgewertet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird daher an geeigneter Stelle, beispielsweise am
Aufnahmerahmen 20 bei den Sensoreinheiten 30 eine
nicht näher
dargestellte Lagemesseinrichtung angebracht. Mittels einer solchen
Lagemesseinrichtung werden ein geometrischer Versatz der Sensoren
jeweils in Richtung der drei Raumachsen und eine Drehung dieser
Sensoren um die drei Raumachsen erfasst. Mit Hilfe dieser Daten
werden im Rechner (DSP/CPU) der Einrichtung eine geometrische Korrektur
der aufgenommenen Bildzeilen durchgeführt. Durch eine sol che Korrektur,
welche unmittelbar nach Aufnahme jeder Zeile erfolgt, werden die
Zeilen zu einem Bild zusammengefasst, welches dann in der vorstehend
beschriebenen Weise analysiert wird.
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Zur hochgenauen geometrischen Korrektur ist
zusätzlich
ein Entfernungsmesser beispielsweise in Form eines Laser-Entfernungsmessers,
vorzugsweise an oder bei der Lagemesseinrichtung und somit beispielsweise
auch am Rahmen der Sensoranordnungen angebracht. Mittels eines solchen
Sensors wird dann kontinuierlich der Abstand zum Ackerboden bestimmt.
Durch Auswerten sowohl der Lagedaten als auch der Entfernungsdaten
und unter Berücksichtigung
der Montagegeometrie lässt
sich dann der Abstand der jeweiligen Sensoranordnung zum Boden bestimmen.
Hierbei ist vorausgesetzt, dass der Ackerboden einigermaßen plan
ist, wobei eventuell vorhandene tiefere Furchen rechnerisch zu berücksichtigen
sind.
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Der Rechner 4, der die Signalverarbeitung durchführt, steuert
auch die Betätigung
der Verstelleinrichtungen zum Anheben/Wegklappen eines Segments
S des Striegels 21. Der Rechner bestimmt dazu Zeitpunkt
und Dauer der Verstellmaßnahme aus
den geometrischen Parametern, wie Abstand von Sensor zum Werkzeug/Zinken,
Wirkungslänge des
Werkzeugs und Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und berücksichtigt
auch die zum Betätigen
der Werkzeuge erforderliche Zeit.
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10 zeigt
in einem Blockdiagramm, wie die einzelnen Einheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dem System- oder Bordrechner CPU zugeordnet sind, der auch den digitalen
Signalprozessor DSP enthält.
Neben den Infrarot-Sensoren 31, den Videokameras 32 und
den Wärmebildgeräten 33 sind in 10 ein Geschwindigkeitsmesser
v des Traktors 2, eine manuelle Eingabe einheit E (Tastatur), GPS,
eine Werkzeugbetätigung
sowie ein Archiv zur Datenspeicherung an den Systemrechner CPU angeschlossen.
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In Fig.
11 ist ein Ablaufdiagramm der Suche/Detektion mit einem
Infrarotzeilensensorsystem schematisch dargestellt. Dies gilt prinzipiell
auch für einfachere
Infrarotsensoren. Die vom Sensorsystem gelieferten analogen Signale
liegen nach einer Analog-Digital-Umsetzung als digitale Daten vor
und werden im DSP oder vom Rechner (CPU) aufbereitet (Filterung,
Mittelung, gegebenenfalls Bilderzeugung, etc.). Es wird dann zu
jedem Messwert über
eine zuvor erfolgte Kalibrierung die Temperatur bestimmt .
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Diese festgestellte Temperatur wird
mit dem in der Initialisierungsphase ermittelten Schwellenwertbereich
verglichen. Hierdurch ergeben sich verschiedene Möglichkeiten.
Liegen Messwerte oberhalb des Schwellenwertbereichs (wodurch Mischtemperaturen
charakterisiert sind, die entstehen, wenn sich im Gesichtsfeld Anteile
von Gelege/Tier und vom Boden befinden), aber noch in einem Vertrauensbereich
(d.h. die Temperatur ist nicht höher als
diejenige im Gelege, z.B. maximal 39°C), so ist ein Objekt in Gestalt
eines Geleges/Tiers erkannt.
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Mittels Informationen über die
Geschwindigkeit v des Traktors und weiteren vorhanden Parametern,
wie Abstand zwischen Sensor und Werkzeug, Zeit für eine Anhebung, werden Zeitpunkt
und Zeitdauer der Werkzeuganhebung bestimmt und diese anschließend durchgeführt.
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Liegen dagegen Messwerte im Schwellenwertbereich,
so folgt eine Überprüfung, ob
Anordnung (Nachbarschaft) und Höhe
charak teristisch für ein
Gelege/Tier sind. Im positiven Fall erfolgt eine Werkzeuganhebung.
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Alle Messwerte, die keinem Gelege/Tier
zuzuordnen sind, werden verwendet, um den Schwellenwertbereich zu
aktualisieren. Hierbei wird die untere Grenze des Schwellenwertbereichs
an eine aktuelle Bodentemperatur angepasst. Ist der Boden kalt,
ergeben sich für
gleiche geometrische Bedingungen (gleiches Verhältnis von Gelege/Tieranteil
zu Bodenanteil im Gesichtsfeld) geringere Mischtemperaturen als
bei warmem Boden. Auf diese Weise wird der Schwellenwertbereich
automatisch aktualisiert.
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Schließlich werden die Parameter
gefundener Gelege in einem rechnergekoppelten Speichermedium archiviert.
Dazu werden auch die Koordinaten des Fundorts aus der Positionsbestimmung
mittels GPS oder GALILEO aufgezeichnet.
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Für
biologische Untersuchungen wird die Detektion mittels Farbvideoaufnahmen
durchgeführt. In
diesem Fall ist auch eine Klassifizierung der Gelege/Tiere anhand
der Bilder vorgesehen. Größe und Form
der gefundenen Gelege/Tiere, die Färbung und Muster ihrer Oberflächen ermöglichen
durch Vergleich mit bekannten Parametern eine Bestimmung ihrer Art.
Die so gewonnenen Informationen werden zusammen mit den anderen
Funddaten archiviert.
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Die Klassifizierung ermöglicht auch
die Erkennung eventuell vorhandener, unerwünschter Tiere, wie z. B. Mäuse. Unter
Beachtung der geltenden Rechtsvorschriften kann auch in einem solchen
Fall entsprechend verfahren werden. Unter Umständen wird das Werkzeug (Zinken)
nicht angehoben.
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- 1
- Ackerstriegel
- 10
- Zinken
aus Stahl
- 11
- Aufnahmerahmen
- 12
- stangenförmiger Rahmen
- 2
- Traktor
- 20
- Frontaufnehmer
(Rahmen)
- 21
- Striegel
- 22
- Zinken
von 21
- 23
- Rahmen
- 24
- Querträger
- S
- Segment
- 3
- Sensorik
- 30
- Sensoreinheit
- 31
- Infrarotsensor
- 32
- Videokamera
- 33
- Wärmebildgerät
- 4
- Zentral-/Bordrechner