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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Detektion von Objekten,
wie Vogelgelegen und Tieren im Acker- und Pflanzenbau gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Eine derartige Einrichtung ist auch unter anderem
in
DE 100 16 688 A1 beschrieben.
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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 chemischsynthetische
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, eine 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, indem vollautomatisch derartige
Objekte, wie Gelege, Junghasen u.ä. erkannt und geeignete Maßnahmen
zu deren Schutz durchführt,
ohne dabei die Aufmerksamkeit oder das Eingreifen des Betriebspersonals
zu benötigen.
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Gemäß der Erfindung
ist dies mit der Einrichtung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.
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Zunächst ist
es 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.
Hierbei 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 in Form einer Infrarot-Zeilensensoranordnung
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.) so angebracht ist, dass
jede Pflanzreihen-Zwischenfurche
in ihrer gesamten Breite optisch erfasst wird.
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Hierbei
hat eine Sensoreinheit mindestens eine, in der Regel mehrere Detektoreinheiten
zum Erkennen von Strahlungsunterschieden im infraroten Spektralbereich
(Infrarot-Zeilensensoranordnung), 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 Infrarot-Zeilensensoranordnung
ist eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung nachgeordnet. Für einen Einsatz
bei schwierigen Umgebungsbedingungen, wie trockener Boden, Sonneneinstrahlung
und dadurch höherer
Bodentemperaturen, sind die Infrarot-Zeilensensoranordnungen als Temperaturmesseinrichtungen
ausgebildet.
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Infrarot-Zeilensensoranordnungen
und Kameras können
unabhängig
voneinander oder auch in Kombination miteinander betrieben werden.
Die mittels der Sensoranordnungen/Kameras erhaltenen Werte werden
zur Signal- und Datenverarbeitung von einer Zentraleinheit (Zentralrechner)
gesteuert und überwacht,
in welcher auch die digitale Verarbeitung der von den Infrarot-Zeilensensoranordnungen
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 Infrarot-Zeilensensoranordnung
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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Brutgelege
werden 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
die Sensorik 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 Infrarot-Zeilensensoranordnungen 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 Infrarot-Zeilensensoranordnungen 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 Detekti onsschwellenwerts 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 Signale
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 Infrarot-Zeilensensoranordnungen
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 Sensoreinheit/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 die Infrarot-Zeilensensoranordnung 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. Die
Infrarot-Zeilensensoranordnung 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
kön nen 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 ein System von Kameras mit digitaler Bilddatenverarbeitung vorgesehen.
Ergänzend
zu den Infrarot-Zeilensensoranordnungen sind daher in einer Sensoreinheit
eine miniaturisierte Videokamera in Form einer Schwarz-Weiß- oder
Farbkamera und/oder einer Infrarotkamera 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 5 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 madularer 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
Hühe 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 21/22
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 S braucht nicht angehoben
zu werden, so dass mit dessen Zinken eine Furche zwischen der mittleren
und der rechten Pflanzreihe bearbeitet wird.
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Striegelbreite
und der Abstand der Zinken 22 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 eine Infrarot-Zeilensensoranordnung 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 die Infrarot-Zeilensensoranordnung 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 die Infrarot-Zeilensensoranordnung 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 vorgesehenen 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 Infrarot-Sensoren einer Infrarot-Zeilensensoranordnung
so groß und
ihr Abstand voneinander so klein gewählt, dass jede Infrarot-Zeilensensoranordnung
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 einer
Infrarot-Zeilensensoranordnung, 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 Infrarot-Zeilensensoranordnungen
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 Infrarot-Zeilensensoranordnungen 31 untereinander verglichen
werden.
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Ein
vorhandenes Gelege/Tier wird erkannt, wenn eine Infrarot-Zeilensensoranordnungen 31 die erwartete
Gelege/Tier-Temperatur misst, die oberhalb des nachstehend angegebenen
Schwel lenwertbereichs liegt. Dies ist der Fall, wenn das Gelege/Tier das
Gesichtsfeld der Sensoranordnung vollständig ausfüllt. Es wird daher ein Vertrauensbereich
definiert, der oberhalb des Schwellenwertbereichs eine Obergrenze 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 einer
Infrarot-Zeilensensoranordnung 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 eine Infrarot-Zeilensensoranordnung
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
die Infrarot-Zeilensensoranordnung 31 im Prinzip eine Infrarotkamera
darstellt und das Bild während
der 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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Die
Infrarot-Zeilensensoranordnung 31 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 von einzelnen Sensoren am Rahmen 20 eine
Einstellung des Abstands zwischen den Infrarot-Zeilensensoranordnungen 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 Sensoreiheit
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-Zeilensensoranordnungen
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 die Infrarot-Zeilensensoranordnung 31 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 Infrarot-Zeilensensoranordnungen,
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 Sensoreinheiten 30 angebracht. Mittels eines
solchen Entfernungsmessers 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 Sensoreinheit 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 Sensoreinheit 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 Einheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung dem System-
oder Bordrechner CPU zugeordnet sind, der auch den digitalen Signalprozessor
DSP enthält.
Neben den Infrarot-Zeilensensoranordnungen 31, den Videokameras 32 und
den Wärmebildgeräten 33 sind
in 10 ein Geschwindigkeitsmesser v
des Traktors 2, eine manuelle Einga beeinheit E (Tastatur),
GPS, eine Werkzeugbetätigung
sowie ein Archiv zur Datenspeicherung an den Systemrechner CPU angeschlossen.
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In 11 ist ein Ablaufdiagramm
der Suche/Detektion mit einem Infrarotzeilensensorsystem schematisch
dargestellt. Dies gilt prinzipiell auch für einfachere Infrarotsensoren.
Die von jeder Infrarot-Zeilensensoranordnung 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 Sensoreinheit 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 Buden 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
- Aufnahmerahmen
- 21
- Striegel
- 22
- Zinken
von 21
- 23
- Rahmen
- 24
- Querträger
- S,
S1, S2
- Segment
- 3
- Sensorik
- 30
- Sensoreinheit
- 31
- Infrarot-Zeilensensoranordnung
- 32
- Videokamera
- 33
- Wärmebildgerät
- 4
- Zentral-/Bordrechner