DE19504628A1 - Verfahren zur Früherkennung von Wurzelfraß an Holzgewächsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Früherkennung von Wurzelfraß an Holzgewächsen, insbesondere an Bäumen.

Wurzelfraß an Holzgewächsen durch Bodenschädlinge, insbesondere Wühlmäuse, führen insbesondere in Obstplantagen zu erheblichen Verlusten, die sich in schädlingsreichen Jahren sehr schnell zu einem beträchtlichen volkswirtschaftlichen Gesamtschaden summieren. Die Schädigung der Holzgewächse durch Wurzelfraß, der meist in der Endphase des Winters einsetzt, wird erst im Frühjahr erkannt, wenn der Schaden irreparabel eingetreten ist und das Holzgewächs eingeht. Beispielsweise läßt sich eine Obstplantage bei einem Ausfall von mehr als 10% der Obstbäume in der laufenden Saison nicht mehr rentabel betreiben, so daß die Verluste schon im Frühjahr vorprogrammiert sind.

Um dies zu verhindern, wurden bislang beim ersten Anzeichen von einem möglichen Wühlmausbefall in der Obstplantage sogleich chemische Schädlingsbekämpfungsmittel im großen Stil als Vorbeugungsmaßnahme eingesetzt. Ein solch unkontrollierter Gebrauch von Schädlingsbekämpfungsmitteln wird aber vom Gesetzgeber aus Gründen der Bodenverseuchung, Trinkwasser- und Umweltbelastung und der Gesundheitsgefährdung zunehmend einschränkend reglementiert, so daß die vorbeugende Anwendung von Schädlingsbekämpfungsmitteln ohne konkreten Nachweis des Schädlingsbefalls nicht mehr zulässig sein wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Früherkennung von Wurzelfraß an Holzgewächsen durch Schädlinge zu schaffen, mit dem zuverlässig und rechtzeitig, also noch vor Einsetzen einer ernsthaften Schädigung des Holzgewäches, das Vorhandensein von Schädlingen nachgewiesen werden kann.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Früherkennung von Wurzelfraß an Holzgewächsen erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß mit der Detektion der Nagegeräusche im Ausgangssignal des Körperschallaufnehmers sowohl das Vorhandensein von Schädlingen festgestellt als auch der Umfang des Schädlingsbesatzes abgeschätzt werden kann. Damit kann der Einsatz von Schädlingsbekämpfungsmitteln nicht nur auf den Zeitpunkt genau, sondern auch in örtlicher Zuordnung und in zielgerechter Menge vorgenommen werden. Dies schont nicht nur Boden und Umwelt, sondern führt auch zu einer deutlichen Reduzierung der für eine effektive Bekämpfung erforderlichen Menge an chemischen Schädlingsbekämpfungsmitteln.

Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Die Nagegeräusche an den Wurzeln des Holzgewächses führen zu periodisch wiederkehrenden pulsähnlichen Signalen am Ausgang des Körperschallaufnehmers, die im Zeitsignal des Ausgangssignals gut erkannt werden können. Mittels eines entsprechend ausgebildeten Detektionsalgorithmus können diese Signalimpulse automatisch erkannt und in die entsprechenden Informationen für den Anwender des Verfahrens umgesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden von den Ausgangssignalen des Körperschallaufnehmers Leistungsspektren gebildet und im Leistungsspektrum die Nagegeräusche detektiert. Die Nagegeräusche sind durch das Maximum der Spektren zu erkennen und liegen nach bisherigen Erfahrungen bei einer Frequenz von ca. 400 Hz, so daß sich aus Frequenz und Leistungsmaximum ein Detektionsalgorithmus für das Nagegeräusch ableiten läßt.

Die Nagegeräusche sind selbst in solchen Ausgangssignalen des Körperschallaufnehmers detektierbar, die eine, bei starkem Windeinfall durch Windgeräusche am Stamm hervorgerufene, relativ große Störkomponente enthalten. In einem solchermaßen gestörten Ausgangssignal liegen die Spitzenpegel bei den von den Nagegeräuschen verursachten Frequenzen um ca. 400 Hz deutlich höher als der vom Windgeräusch erzeugte Störpegel, der insgesamt den Pegel des Leistungsspektrums anhebt, und können gut erkannt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Körperschallaufnehmer am Stamm bodennah befestigt, wobei bevorzugt ein Beschleunigungsaufnehmer verwendet wird, der am Stamm so angeordnet wird, daß er die Beschleunigung in horizontaler Radialrichtung am Stamm mißt. Möglich ist auch die gleichzeitige oder getrennte Erfassung von Beschleunigungen in horizontaler Tangentialrichtung oder in Vertikalrichtung, doch weist das Ausgangssignal des horizontal radial-sensiblen Beschleunigungsaufnehmers den größten Signalpegel auf. Anstelle von Beschleunigungsaufnehmern können auch andere Körperschallaufnehmer eingesetzt werden, z. B. Schwingungsgeschwindigkeitsaufnehmer oder geeignete Mikrophone.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Zuhilfenahme einer der Erläuterung dienenden Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ausschnittweise eine Obstplantage mit an den Obstbäumen angeordneten Sensoren und einer Auswertestation zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 ein verstärktes Ausgangssignal eines Sensors in Fig. 1 als Zeitsignal dargestellt,

Fig. 3 ein zeitlich gedehnter Ausschnitt des Zeitsignals in Fig. 2,

Fig. 4 das Ausgangssignal in Fig. 3 nach Bildung des Leistungsspektrums,

Fig. 5 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 4 bei starkem Wind in der Obstplantage.

In Fig. 1 ist zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Früherkennung von Wurzelfraß schematisch und ausschnittweise eine Obstplantage mit mehreren Obstbäumen 10 skizziert. An jedem Stamm 101 eines Obstbaums 10 wird ein Körperschallaufnehmer befestigt, wobei bevorzugt ein Beschleunigungsaufnehmer 11 verwendet wird. Solche Beschleunigungsaufnehmer sind bekannt und werden beispielsweise von der Firma Kistler unter dem Warennamen "PiezoBeam" angeboten. Der Beschleunigungsaufnehmer 11 wird bodennah, d. h. im Abstand von ca. 20 cm von der Bodenoberfläche entfernt, am Stamm 101 so befestigt, daß er Horizontalbeschleunigungen in Radialrichtungen des Stamms 101 mißt.

Einer Gruppe von Obstbäumen 10 ist eine Auswertestation 12 mit einer Vielzahl von Eingängen 13 zugeordnet. Jeder Eingang 13 ist über ein Signalkabel 14 mit einem an einem Stamm 10 befestigten Beschleunigungsaufnehmer 11 verbunden. Die Eingänge 13 werden mittels eines Multiplexers 20 nacheinander mit einer Detektionsvorrichtung 15 verbunden. Diese Detektionsvorrichtung 15 weist einen Vorverstärker 16, zwei an den Vorverstärkern 16 angeschlossene Signalverarbeitungseinheiten 17, 18 und ein den Signalverarbeitungseinheiten 17, 18 nachgeordnetes Aufzeichnungsgerät 19 auf.

Mit diesen elektronischen Hilfsmitteln wird die Früherkennung von Wurzelfraß an den Bäumen 10 der Obstplantage wie folgt durchgeführt:
Das von Wühlmäusen 21 beim Nagen am Wurzelwerk 102 entstehende Nagegeräusch wird als Körperschall in den Stamm 10 übertragen. Dieser Körperschall wird mittels des Beschleunigungsaufnehmers 11 erfaßt, der ein elektrisches Signal erzeugt und über das Signalkabel 14 an die Auswertestation 12 gibt. In dem Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 11 werden nunmehr die Signalanteile detektiert, die eindeutig von dem Nagegeräusch hervorgerufen sind. Hierzu wird zunächst das Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 11 verstärkt und in der Signalverarbeitungseinheit 17 weitgehend störbefreit und in einem guten Nutz-/Störverhältnis als Zeitsignal ausgegeben. Das Zeitsignal ist in Fig. 2 für einen Zeitabschnitt von beispielsweise 420 ms wiedergegeben. In diesem Zeitsignal wird nunmehr das Nagegeräusch detektiert, d. h. die Signalanteile bestimmt, die charakteristisch für das Nagegeräusch sind. In dem Zeitsignal gemäß Fig. 2 kann das Nagegeräusch eindeutig an den kurz nacheinander aufgezeichneten beiden pulsähnlichen Signalen erkannt werden, die einen zeitlichen Abstand in der Größenordnung von 100 ms haben und periodisch wiederkehren. In Fig. 3 ist eine fein aufgelöste Darstellung eines Signalimpulses gemäß Fig. 2 wiedergegeben, die einen Zeitausschnitt von ca. 20 ms umfaßt.

In der Signalverarbeitungseinheit 18 wird das vorverstärkte Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 11 ebenfalls störbefreit und dann aus dem Ausgangssignal das Leistungsspektrum gebildet und dargestellt. Ein solches Leistungsspektrum, das etwa einem Zeitausschnitt des Zeitsignals in Fig. 2 von 84 ms entspricht, ist in Fig. 4 wiedergegeben. In diesem Leistungsspektrum läßt sich das Nagegeräusch aufgrund des Leistungsmaximums detektieren, das bei etwa 400 Hz liegt.

Im Aufzeichnungsgerät 19 werden die von den Signalverarbeitungseinheiten 17, 18 gelieferten Daten entsprechend registriert und können vom Verfahrensanwender für die beschriebene Detektion des Nagegeräusches entsprechend ausgewertet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, durch entsprechende Algorithmen die Detektion von Nagegeräuschen im Zeitsignal und/oder Leistungsspektrum des Ausgangssignals des Beschleunigungsaufnehmers 11 automatisch durchzuführen, so daß die Detektionsvorrichtung 15 lediglich eine Anzeige ausgibt, ob Nagegeräusche vorhanden oder nicht vorhanden sind. Durch Umschalten des Multiplexers 13 auf die verschiedenen Beschleunigungsaufnehmer 11 kann ein größeres Areal von Bäumen 10 in der Obstplantage überwacht und so auch der Schädlingsbesatz der Obstplantage erfaßt werden.

In Fig. 5 ist ein Leistungsspektrum des Ausgangssignals des Beschleunigungsaufnehmers 11 dargestellt, das bei starkem Windeinfall in der Obstplantage abgenommen worden ist. Dieser Windeinfall wirkt sich in dem Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 11 in Form eines erhöhten Störpegels aus. Wie das Leistungsspektrum in Fig. 5 im Vergleich zu dem Leistungsspektrum in Fig. 4 zeigt, liegen jedoch die Spitzenpegel bei den auf die Nagegeräusche zurückgehenden Frequenzen von ca. 400 Hz bei -23 dB, während sie beim Störpegel um -35 dB liegen. Auch bei starkem Windeinfall können somit die Signalanteile, die charakteristisch für Nagegeräusche am Wurzelwerk 102 der Bäume 10 sind, zuverlässig aus dem Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 11 detektiert werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Früherkennung von Wurzelfraß an Holzgewächsen, insbesondere Bäumen, dadurch gekennzeichnet, daß von Schädlingen, wie Wühlmäusen u. dgl., beim Wurzelfraß erzeugte Nagegeräusche mittels eines an dem Stamm (101) des Holzgewächses (10) befestigten Körperschallaufnehmers (11) erfaßt und im elektrischen Ausgangssignal des Körperschallaufnehmers (11) detektiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nagegeräusche im Zeitsignal des Aufnehmer-Ausgangssignals detektiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nagegeräusche im Leistungsspektrum des Aufnehmer-Ausgangssignals detektiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Körperschallaufnehmers (11) am Stamm (10) bodennah, beispielsweise in einem Abstand von ca. 20 cm über der Bodenoberfläche, erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Körperschallaufnehmer ein Beschleunigungsaufnehmer (11) verwendet und dessen Anordnung am Stamm (101) so vorgenommen wird, daß er mindestens die Horizontalbeschleunigung in Radialrichtung des Stamms (101) mißt.