EP4492972A1 - Durchführen und dokumentieren einer applikation von pflanzenschutzmittel - Google Patents

Durchführen und dokumentieren einer applikation von pflanzenschutzmittel

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Publication number
EP4492972A1
EP4492972A1 EP23711027.5A EP23711027A EP4492972A1 EP 4492972 A1 EP4492972 A1 EP 4492972A1 EP 23711027 A EP23711027 A EP 23711027A EP 4492972 A1 EP4492972 A1 EP 4492972A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image recording
target region
unit
image
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23711027.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Tempel
Alexander Roth
Giuseppe La Tona
Josef Franko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
AI land GmbH
Original Assignee
Bayer AG
AI land GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer AG, AI land GmbH filed Critical Bayer AG
Publication of EP4492972A1 publication Critical patent/EP4492972A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M7/00—Special adaptations or arrangements of liquid-spraying apparatus for purposes covered by this subclass
    • A01M7/0089—Regulating or controlling systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M7/00—Special adaptations or arrangements of liquid-spraying apparatus for purposes covered by this subclass
    • A01M7/0089—Regulating or controlling systems
    • A01M7/0096—Testing of spray-patterns
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N25/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, characterised by their forms, or by their non-active ingredients or by their methods of application, e.g. seed treatment or sequential application; Substances for reducing the noxious effect of the active ingredients to organisms other than pests
    • A01N25/02—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, characterised by their forms, or by their non-active ingredients or by their methods of application, e.g. seed treatment or sequential application; Substances for reducing the noxious effect of the active ingredients to organisms other than pests containing liquids as carriers, diluents or solvents
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/55—Depth or shape recovery from multiple images
    • G06T7/593—Depth or shape recovery from multiple images from stereo images
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/10—Terrestrial scenes
    • G06V20/188—Vegetation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10004—Still image; Photographic image
    • G06T2207/10012—Stereo images
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30181—Earth observation
    • G06T2207/30188—Vegetation; Agriculture
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V2201/00—Indexing scheme relating to image or video recognition or understanding
    • G06V2201/07—Target detection

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of applying plant protection products.
  • the objects of the present invention are a device and a method for the automated and precise application of one or more plant protection products to a target object and for documenting the application.
  • Plant protection products are used worldwide to protect plants or plant products from harmful organisms or to prevent their effects, to destroy undesirable plants or parts of plants, to inhibit undesirable growth of plants or to prevent such growth, and/or in a way other than nutrients to influence the life processes of To influence plants (e.g. growth regulators).
  • WO2017/178666A1 discloses a set of autonomous devices that use a camera to generate images in a field for cultivated plants and feed the generated images to an artificial neural network that has been trained to distinguish wild plants from cultivated plants. The information about each plant is used to specifically apply plant protection products.
  • WO2021/144785A1 discloses a system for biological real-time detection and treatment of a predefined state of plants, comprising a control system that recognizes predefined phenotypic characteristics of plants based on image recordings, and an execution unit that is configured to assign the predefined state of the plants treat.
  • the identification of plants and/or plant conditions is accompanied by targeted treatment of individual plants.
  • US2021/090274 describes an agricultural device with image sensors. While the device moves through a field, images are taken and analyzed. The distance between the sensor and the object, which is each represented by a pixel, as well as the crop, is determined so that the treatment of the plant is then triggered.
  • CN107128484 describes how an autonomously flown flying object with ink-jet technology sprays an insecticide at low altitude, which is monitored by cameras.
  • the systems that are on the market today do not guarantee that crop protection products only reach where they are intended to have an effect, avoiding surrounding areas and thus in the smallest amount that still achieves the desired effect.
  • the task is to design the use of plant protection products in such a way that the plant protection product is demonstrably applied in the smallest possible amount only where it is intended.
  • the present invention provides means with which, on the one hand, plant protection products can be applied to a target object in a targeted manner and in the smallest possible amount in which the plant protection product can still develop its effect and, on the other hand, proof is provided that the use of plant protection products is limited to the target object.
  • a first subject of the present invention is a method comprising the steps:
  • Determining the necessary application amount based on properties of the target object determining a target region based on the first image recording and/or based on a second image recording, Applying a quantity of a plant protection product to the target region using a dosing unit,
  • a further subject of the present invention is a device comprising a control and computing unit, at least one image capture unit, a dosing unit, and a data storage and/or a transmission unit, wherein the control and computing unit is configured to receive a first image from the at least one image capture unit to receive, to identify a target object in the first image recording, optionally to receive a second image recording from the at least one image recording unit, to determine a target region based on the first and / or second image recording, to cause the dosing unit to apply a quantity of a crop protection agent to the target region to apply, to cause the at least one image recording unit to generate a third image recording, the third image recording showing the crop protection agent applied to the target region, to generate a data set, the data record o the first and / or the second image recording, o information about the determined target object, and o the second image recording, and to store the data record in the data memory and / or to cause the sending unit to transmit the data record to a computer system.
  • the present invention provides means for the targeted treatment of a target object with a plant protection product.
  • plant protection product is understood to mean an agent that serves to protect plants or plant products from harmful organisms or to prevent their effects, to destroy undesirable plants or parts of plants, to inhibit undesirable growth of plants or to prevent such growth, and/or influence the life processes of plants in a way other than nutrients (e.g. growth regulators).
  • plant protection products are herbicides, fungicides and insecticides.
  • the plant protection products mentioned as examples are also referred to as pesticides.
  • a plant protection product in the sense of the present invention is preferably a plant protection product that can be brought into a liquid form. It is preferably liquid in a temperature range of 4°C to 35°C under a pressure of 1,013 mbar (air pressure at sea level). However, it is also conceivable that it is present in a different physical state and is only converted into a liquid form before application (e.g. by heating in the case of a solid crop protection product or by condensing a gaseous crop protection product).
  • Liquid means that the pesticide can be formed into a drop shape by an external force. This means that pasty media should also fall under the term liquid.
  • the target object to be treated with a pesticide may be a harmful organism.
  • a “harmful organism” is understood to mean an organism that can appear during the cultivation of crops and damage the crops, negatively influence the harvest of the crop or compete with the crop for natural resources.
  • harmful organisms are weeds, weeds, animal pests such as beetles, caterpillars and worms, fungi and pathogens (e.g. bacteria and viruses). Even if viruses do not count as organisms from a biological point of view, they should still fall under the term harmful organism in this case.
  • the target object is a weed plant.
  • weeds refers to plants that spontaneously accompany vegetation in cultivated plant stands, grassland or gardens that are not specifically cultivated there and, for example, come into development from the seed potential of the soil or via influx.
  • the term is not limited to herbs in the strict sense, but also includes grasses, flowers, mosses or woody plants.
  • the term “weed” is often used to distinguish it from herbaceous plants.
  • the term weed is used as a generic term that is intended to cover the term weed. Weeds in the context of the present invention are therefore plants that accompany the cultivation of a desired crop. Since they compete with cultivated plants for resources, they are undesirable and should therefore be combated.
  • the target object is an animal harmful organism, such as an arthropod.
  • an animal harmful organism such as an arthropod.
  • arthropods phylum Arthropoda
  • a significant proportion of arthropods are phytophagous: these animals feed on plants and can impair growth, cause sucking and feeding damage and transmit viral diseases. In this way, for example, significant losses in yield and quality are caused when growing crops.
  • the animal pest is an insect (in the various stages from larva (caterpillar, caterpillar) to adult stage) or an arachnid.
  • the pest is particularly preferably an agricultural pest such as codling moth, aphid, fringed wing moth, fruit peel moth, Colorado potato beetle, cherry fruit fly, cockchafer, corn borer, plum moth, rhododendron cicada, seed owl, scale insect, gypsy moth, spider mite, grape moth, walnut fruit fly, whitefly, Large rapeseed weevil, spotted cabbage shoot weevil, rapeseed beetle, cabbage pod weevil, cabbage pod midge or rapeseed flea beetle, or a forestry pest such as aphid, blue pine beetle, bark beetle, oak beetle, oak beetle.
  • an agricultural pest such as codling moth, aphid, fringed wing moth, fruit peel moth, Colorado potato beetle, cherry fruit fly, cockchafer, corn borer, plum moth, rhododendron
  • the target object is a cultivated plant that is infected by a fungus, a bacterium or a virus.
  • cultivated plant refers to a plant that is specifically cultivated as a useful or ornamental plant through human intervention.
  • the treatment of a target object according to the invention can take place in four steps:
  • step (c) the target region is additionally determined on the basis of the first and second image recordings, which are each generated from different directions, and wherein in step (f) the data set additionally contains the second Image recording and depth information relating to a distance of the dosing unit from the target region, which was obtained from the two image recordings.
  • step (d) a method is described, wherein in step (d) the plant protection agent is additionally applied in the form of one or more individual drops.
  • step (e) the third image shows one or more individual drops that were applied to the target region in step (d).
  • step (f) additionally includes the entire amount of crop protection agent applied in the target region.
  • a method is described in which it is additionally determined on the basis of the data set generated in step (f) and based on the third image recording contained therein whether and what amount of crop protection agent has arrived in the target region.
  • a method is described, wherein in step (d) the dosing unit has additionally been installed on a windbreak, which ensures that one or more individual drops of the plant protection agent do not come off on their trajectory from the dosing unit towards the target region drift away from your desired career path.
  • a device comprising a control and computing unit, at least one image recording unit, a dosing unit, and a data storage and/or a transmission unit
  • the control and computing unit is configured to record a first image from the at least one image recording unit receive, identify a target object in the first image recording, optionally receive a second image recording from the at least one image recording unit, determine a target region based on the first and / or second image recording, cause the dosing unit to apply a quantity of a plant protection agent to the target region apply, cause the at least one first image recording unit to generate a third image recording, the third image recording showing the crop protection agent applied to the target region, generating a data set, the data set containing the first and/or the second image recording, information about the determined Target object, and the second image recording comprises, and storing the data set in the data storage and/or causing the sending unit to transmit the data set to a computer system.
  • a device wherein the control and computing unit is configured to receive a second image recording from a second image recording unit, the second image recording unit being spatially differently positioned relative to the first image recording unit, a target region based on the first and to determine the second image recording, to cause the dosing unit to apply a quantity of a plant protection agent to the target region, to cause the at least one first image recording unit to generate a third image recording, the third image recording showing the plant protection agent applied to the target region, to generate a data set , wherein the data record comprises the first image recording, information about the determined target object, and the second image recording.
  • a device wherein the dosing unit contains a storage container, a nozzle, a precision valve and a microreservoir that is suitable for applying drops with a volume of 1 to 100 nL.
  • a device in which the drop has a volume of 1 to 50 nL.
  • a device wherein the first image recording unit and the second image recording unit are designed in the form of a stereo camera.
  • a device is described, wherein the dosing unit is installed on a windbreak, which ensures that individual drops of the plant protection agent do not drift away from the desired target trajectory on their trajectory from the dosing unit towards the target region
  • the target object Before a target object can be treated with a pesticide, the target object must first be recognized (identified).
  • the target object is identified on the basis of an image that shows the target object. It is conceivable that the identification takes place on the basis of several images (e.g. taken at time intervals and/or taken from different directions (viewing angles)).
  • the one or more image recordings that are used to identify the target object are also referred to in this description as the first image recording / the first image recordings.
  • image recording is preferably understood to mean a two-dimensional image of an object or part of it.
  • the image recording is usually a digital image recording.
  • digital means that the image can be processed by a machine, usually a computer system.
  • Processing refers to the known procedures for electronic data processing (EDP).
  • Digital images can be processed, edited and reproduced using computer systems and software and converted into standardized data formats, such as JPEG (Joint Photography Experts Group graphics format), PNG (Portable Network Graphics) or SVG (Scalable Vector Graphics). Digital images can be visualized using suitable display devices, such as computer monitors, projectors and/or printers.
  • One or more first image recordings of the target object can be generated with one or more image recording units.
  • Such an image recording unit can be, for example, a camera.
  • a camera usually includes an image sensor and optical elements.
  • CCD charge-coupled device
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • the optical elements serve to image the object of which a digital image is to be created as sharply as possible on the image sensor.
  • LED light-emitting diode
  • a trained machine learning model is preferably used.
  • a “machine learning model” can be understood as a computer-implemented data processing architecture.
  • the model can receive input data and provide output data based on that input data and model parameters.
  • the model can learn a relationship between the input data and the output data through training. During training, the model parameters can be adjusted to provide a desired output for a specific input.
  • the model When training such a model, the model is presented with training data from which it can learn.
  • the trained machine learning model is the result of the training process.
  • the training data includes the correct output data (target data) that the model should generate based on the input data.
  • patterns are recognized that map the input data to the target data.
  • the input data of the training data is input into the model, and the model produces output data.
  • the output data is compared with the target data.
  • Model parameters are changed in such a way that the deviations between the output data and the target data are reduced to a (defined) minimum.
  • a loss function can be used to evaluate the prediction quality of the model.
  • the error function can be chosen to reward a desirable relationship between output data and target data and/or penalize an undesirable relationship between output data and target data. Such a relationship can be, for example, a similarity, a dissimilarity or another relationship.
  • An error function can be used to calculate a loss value for a given pair of output data and target data.
  • the goal of the training process can be to change (adjust) the parameters of the machine learning model so that the error value for all pairs of the training data set is reduced to a (defined) minimum.
  • an error function can quantify the deviation between the model's output data for certain input data and the target data. For example, if the output data and the target data are numbers, the error function can be the absolute difference between these numbers. In this case, a high absolute value of the error function may mean that one or more model parameters need to be changed to a large extent.
  • difference metrics between vectors such as the mean squared error, a cosine distance, a norm of the difference vector such as a Euclidean distance, a Chebyshev distance, an Lp norm of a difference vector, a weighted norm, or any other type of difference metric two vectors can be chosen as the error function.
  • an element-wise difference metric can be used.
  • the output data can be transformed before calculating a loss value, for example into a one-dimensional vector.
  • the machine learning model can be trained to output information based on one or more first image recordings that at least partially show a target object, the information indicating which target object it is.
  • the machine learning model may be configured as a classification model that assigns one of several classes to one or more first image captures as input data, each class representing a defined target object.
  • the machine learning model can be trained to distinguish weeds from crops.
  • the classification model may be configured to assign one or more first images to one of two classes, a first class representing weeds and the other class representing plants (or other objects) that are not weeds (e.g., crops).
  • the machine learning model can be trained to recognize specific weeds and/or specific crops.
  • Each specific plant can be represented by a class.
  • the machine learning model can be trained to recognize (specific or non-specific) harmful organisms, such as (specific or non-specific) insects and/or Arachnids.
  • harmful organisms such as (specific or non-specific) insects and/or Arachnids.
  • specific means that a defined tribe, a defined class, a defined order, a defined family, a defined genus and/or a defined species of a harmful organism is considered.
  • unspecific means that a distinction is only made between harmful organisms and non-harmful organisms, weeds and non-weeds, animal pests and animal non-pests or the like.
  • the machine Eemens model can also be trained to distinguish harmful animal organisms from beneficial animal organisms.
  • a beneficial organism is an organism that serves as a food source or host for a harmful organism or that is important for a successful harvest for other reasons (e.g. as a pollinator).
  • the machine learning model can be trained to distinguish a crop plant infected by a pathogen (e.g. bacterium, virus) and/or a fungus from a healthy, uninfected crop plant.
  • a pathogen e.g. bacterium, virus
  • the machine learning model can also be trained to recognize specific pathogens and/or fungi.
  • the machine learning model is trained to recognize two objects (a first and a second object) simultaneously or one after the other or, there are several machine learning models, of which a first model is trained, a first to recognize an object, and a second model is trained to recognize a second object.
  • the first object can be, for example, a (specific) cultivated plant and the second object can, for example, be a (specific) harmful organism for the (specific) cultivated plant.
  • Training a machine learning model can be done based on training data.
  • the training data can include a large number of reference image recordings of target objects and information about which target object is involved.
  • the term “variety” preferably means more than 100.
  • the term “reference image capture” is intended only to distinguish image captures used to train a machine learning model from image captures used when using the trained machine learning model to detect a target object in an image capture.
  • the information as to which target object is involved in an image recording can, for example, be an identification number that has been assigned to the target object (target value).
  • the reference image captures may be fed to the machine learning model, and the machine learning model may be configured to produce an output intended to identify the target object, such as an identification number.
  • the output can be compared with the target value.
  • the deviation between the output and the target value can be quantified.
  • Parameters of the machine learning model can be changed to To reduce deviation to a (defined) minimum. This can be done, for example, using a backpropagation method.
  • the machine learning model trained in this way can be used to recognize target objects in unknown image recordings.
  • unknown means that a corresponding image recording was not used when training the model.
  • the machine learning model is an artificial neural network or the model includes one.
  • An artificial neural network includes at least three layers of processing elements: a first layer with input neurons (nodes), an Nth layer with at least one output neuron (nodes), and N-2 inner layers, where N is a natural number and greater than 2.
  • the input neurons are used to receive one or more images.
  • the output neurons serve to output output data that characterizes a target object shown in an image recording.
  • the processing elements of the layers between the input neurons and the output neurons are connected to each other in a predetermined pattern with predetermined connection weights.
  • the training of the neural network can be carried out, for example, using a backpropagation method.
  • the aim for the network is to map given input data to given output data as reliably as possible.
  • the quality of the image is described by an error function.
  • the goal is to minimize the error fiction.
  • an artificial neural network is integrated by changing the connection weights.
  • connection weights between the processing elements contain information regarding the relationship between image captures and transformed image captures.
  • a cross-validation method can be used to split the data into training and validation sets.
  • the training data set is used in backpropagation training of the network weights.
  • the validation data set is used to check the prediction accuracy with which the trained network can be applied to unknown data.
  • Machine learning models for detecting harmful organisms are described in the prior art (see, for example: W02021090294A1, DE102018222428A1, US20200045953A1,
  • a target region is determined to which one or more plant protection products are to be applied.
  • the target region can be the target object or part of it.
  • the target region is preferably the target object itself/as a whole or a body part such as the head.
  • a target region can also be target objects that represent certain reproductive stages of an animal organism, such as larvae or eggs.
  • the target region is the area of the crop affected by the fungus.
  • the target region is preferably a part of the target object that has a particularly high sensitivity to pesticides and is of great importance for the growth or reproduction of the target object.
  • Examples are shoot axes, roots, leaf axes, shoot axes, shoot roots, leaf roots, cotelydons, buds, flowers or parts of flowers.
  • the region in which a plant protection product produces an effect is preferably chosen as the target region.
  • the target object is a weed plant and the plant protection product to be applied (e.g. a herbicide) is absorbed by the weed plant via the leaves and then leads to damage to the weed plant
  • a leaf is chosen as the target region.
  • a side of a leaf can also be selected as the target region, for example a top side of a leaf (the side of a leaf facing the sun) and/or an underside of a leaf (the side of a leaf facing away from the sun).
  • target regions are selected, e.g. in the case of a weed plant, several leaves and/or several areas on one leaf/on several leaves.
  • drops of a liquid crop protection product with a volume of less than 15 nL can be produced.
  • a spherical drop of this size has a diameter of about 0.3 mm. If such a drop is applied to a target object, it wets an area on the target object measuring approximately 0.07 mm 2 .
  • a target region is selected that can be significantly smaller than 1 mm 2 .
  • the step “determine a target region” can have several meanings and/or include several sub-steps. If the target region is identical to the target object, the target object can be selected as the target region.
  • the step “identify a target region” can include the substep “identify a target region”.
  • the target region is preferably identified on the basis of one or more images of the target object.
  • One or more image acquisitions used to identify a target region are referred to in this description as second image acquisition / second image acquisitions. It is conceivable that one or more second image recordings is/are identical to one or more first image recordings. In other words: it is conceivable that the image capture(s) that was used to identify the target object will also be used to identify the target region; However, it is also conceivable that other and/or further image recordings are generated, on the basis of which one or more target regions are identified.
  • a weed plant in a first step, can be identified on the basis of a first image recording or several first image recordings (the target object), and in a second step, a leaf or an area of a leaf of the weed plant can be identified on the basis of a second image recording or several second image recordings (the target region).
  • the second image capture(s) may be completely or partially identical to the first image capture(s), or may be different from it.
  • One or more second image recordings can be generated (like the first image recording(s)) by at least one image recording unit, e.g. a camera.
  • image recording unit e.g. a camera.
  • Optical elements e.g. a camera lens
  • a zoom lens is preferably used.
  • first and second image recordings are generated from different directions.
  • first and second image recording units are generated from different directions using a first and a second image recording unit. In this way it is possible to obtain depth information that provides information about distances. Such depth information can be used, for example, to determine a distance of a nozzle of the metering unit from the target region and/or to position the nozzle of the metering unit relative to the target region. For example, a stereo camera can be used.
  • plant protection products are applied to the target region.
  • the application is carried out using a dosing unit. It is conceivable that several dosing units are used.
  • a metering unit includes at least one nozzle. Plant protection products are applied to the target region from the nozzle.
  • the dosing unit also includes at least one dispenser for precise dosing of liquids.
  • the dosing unit further comprises at least one precision valve that doses the output of the individual drops through the nozzle.
  • a piezo actuator is preferably used for dosing.
  • the dosing unit further includes an orientation unit, for example an XYZ traverse, which can move the dosing unit along three or more axes.
  • the orientation unit can also rotate the metering unit in a specific spatial direction in order to change the trajectory.
  • the trajectory is not vertical.
  • the dosing unit further comprises a storage container for holding the crop protection agent and a microreservoir into which a defined amount of crop protection agent comes from the storage container before this defined amount is applied via which at least one nozzle. Plant protection products can reach the microreservoir from the storage container via a connection.
  • This connection is preferably a pipe or hose.
  • the step “applying a plant protection product to the target region” can include the step “positioning the dosing unit relative to the target region”.
  • the application of a plant protection product can be carried out vertically (with respect to a surface of the target region) from above and/or from below and/or at an angle other than 90°.
  • the application is preferably carried out at an angle of 45° to 90° with respect to a surface of the target region.
  • the dosing unit is positioned at a defined distance from the target region using the orientation unit.
  • the distance is kept constant within defined limits: if a new target region is selected/determined, a defined distance is set within the defined limits between the dosing unit or at least one nozzle of the dosing unit and the target region.
  • the distance between at least one nozzle and the target region is at least 10 cm, preferably at least 20 cm.
  • target points on the target region can be hit in a conical area below the dosing unit.
  • the plant protection product is preferably applied in the form of one or more individual drops, the volume of which is in the range from 1 nL to 100 nL, even more preferably in the range from 1 nL to 50 nL, even more preferably in the range from 1 to 30 nL.
  • drops of the size mentioned can be applied from a distance of 10 cm or more to the target region (e.g. the top of a leaf or the underside of a leaf) of a target object (e.g. a cultivated plant infected with a fungus or a pathogen or a weed plant). , without the drops bouncing off the surface of the target region and/or breaking up into smaller droplets.
  • the applied drops of the specified size reach the surface and stick there.
  • Non-contact dosing - also known as jetting, jet method and contactless dosing - is a dosing in which a metered, coherent amount of liquid flies freely - i.e. completely detached from the dosing opening - towards the target region.
  • the non-contact dosing allows high-precision portioning of liquid and pasty media as well as precise application.
  • a dosing unit for contactless dosing can have a nozzle in which a movable ejection element, e.g. a plunger, can be arranged.
  • a movable ejection element e.g. a plunger
  • the ejection element inside the nozzle can be pushed forward in an ejection direction at high speed towards a nozzle opening, whereby a single drop of the crop protection agent is ejected from the nozzle. This process is generally referred to below as the ejection process.
  • the ejection element can then be retracted again in an opposite retraction direction.
  • the size of the droplets or the amount of plant protection agent per droplet can be predetermined by the structure and control as well as the resulting effect of the nozzle.
  • the plant protection product is “actively” ejected from the nozzle by an (expulsion) movement of the ejection element relative to the nozzle.
  • an ejection tip of the ejection element preferably comes into contact with the crop protection product to be dispensed and “pushes” or “pushes” the crop protection product out of the nozzle of the metering unit due to the (ejection) movement of the ejection element and/or the nozzle.
  • the ejection element can also be brought into a closed position by firmly connecting to a sealing seat in the nozzle opening in the nozzle and remaining there temporarily. If the pesticide is more viscous, it may also be sufficient for the ejection element to simply remain in the retracted position, ie away from the sealing seat, without a drop of the pesticide escaping.
  • the movement of the ejection element required to eject the crop protection agent can be carried out with the help of an actuator unit of the dosing system.
  • an actuator unit can in principle be implemented in various ways, for example by means of a pneumatically or hydraulically operated actuator. Piezoelectric and/or electromagnetically operated actuators are preferably used.
  • the nozzle of the dosing system itself can be moved in an ejection or retraction direction to dispense crop protection products.
  • the nozzle and an ejection element arranged inside the nozzle can be moved towards or away from each other in a relative movement, the relative movement being able to take place either solely by a movement of the nozzle or at least partially also by a corresponding movement of the ejection element.
  • the microreservoir can be automatically filled again from the storage container.
  • the individual drops preferably reach a speed of 1 m/s to 100 m/s, very preferably 5 m/s to 50 m/s, particularly preferably 5 m/s to 25 m/s.
  • Dosing systems for contactless dosing of a dosing substance are described in the prior art (see e.g. WO2021/028197A1, WO2020/120176A2, WO2019/197181A1, WO2015/192896A1, WO2014/140195A1); they are usually used to apply solders or adhesives.
  • a single drop of a crop protection product can be applied, or multiple drops can be applied.
  • a single drop may be sufficient to render the harmful organism harmless.
  • Several drops can be applied to the target region in the form of a defined pattern, for example in the form of a square or hexagonal dot grid.
  • a distribution of drops along defined features of the target region is also conceivable. For example, several drops can be applied along the central vein of a leaf and/or along the side vein of a leaf.
  • the amount of crop protection agent to be applied is automatically determined based on the one or more second image recordings that show the target region.
  • Quantity can mean the drop volume of an individual drop and/or the number of individual drops to be applied.
  • the distance between the applied individual drops in the target region and/or the distribution of the individual drops in the target region can also be determined/determined automatically on the basis of the one or more second image recordings.
  • the high precision and small amount of drops applied has the advantage that no pesticide from the target region reaches other regions, especially the soil, and therefore only a minimal surface comes into contact with the pesticide.
  • the dosing unit can be coupled to an autonomous, mobile robot platform, preferably regardless of the weather.
  • the dosing unit is moved in the direction of travel by the orientation unit.
  • other forms are also possible, e.g. attachment, UAV, or handheld device.
  • the dosing unit can also be installed on a passive or active wind protection to prevent the drops from drifting.
  • the active wind protection influences the air flow in the dispenser area with pneumatic counter pressure. For this purpose, the local wind speed and the gust factor are measured.
  • a model-based prediction algorithm controls the pneumatic system. This algorithm takes into account the gust factor and/or the local wind speed to determine the pneumatic back pressure.
  • the passive wind protection is characterized by a protective unit, for example a protective shield, with which the dosing unit is shielded.
  • the “Document the application” step serves to prove that the application is limited to the target region. In other words: by documenting the application it is recorded that plant protection products were only applied to the target region and that no plant protection products reached an area outside the target region.
  • the application is documented based on a third image recording or on the basis of several third image recordings.
  • Such a third image shows the target region after the application of one or more individual drops of the plant protection product.
  • an individual drop or several individual droplets are shown in the target region.
  • the generation of an image recording of the target region is coordinated with the ejection movement of the ejection element such that an image recording of the target region is generated before an ejection movement and a defined period of time after an ejection movement.
  • the defined period of time is preferably longer than the period of time that an individual drop needs to travel from the nozzle opening into the target region after the ejection element has ejected the individual drop. This allows an image recording of the target region to be generated before the application of an individual drop and another image recording of the target region after the application of the individual drop.
  • the one or more third image recording units are generated using at least one image recording unit; Preferably the same image recording unit is used that was also used to identify/determine the target region.
  • the ejection process is also documented, i.e. that it is documented by one or more images that an individual drop leaves the nozzle opening of the dosing device.
  • a drop detection unit can be used for this, as described, for example, in WO2017/060336A1.
  • the application process is preferably recorded in the form of a data record.
  • a data set preferably includes one or more first image recordings of the target object, information about which target object has been identified based on the one or more first image recordings, and one or more third image recordings that show one or more applied individual drops.
  • the data set can also include one or more second image recordings.
  • the one or more first image recordings show the target object that is being treated with pesticides.
  • the information about which target object was identified based on the one or more first image recordings can be used to determine errors in identification.
  • the one or more first image recordings of the target object can be viewed by a person who is trained to recognize the target object in the one or more first image recordings. The person can then get the information about which target object is in the one or more first Image recording has been identified by the device according to the invention, check and determine whether the identification of the device according to the invention was correct or incorrect.
  • the one or more second image recordings provide information about which target region was selected/determined for the application of the plant protection product.
  • the one or more third images provide information about whether and what amount of pesticide has arrived in the target region.
  • the data record preferably also includes information about the quantities applied, i.e. the quantities that were dispensed by the dosing unit.
  • the data record preferably also includes information about the times at which drops were dispensed by the dosing unit and about the times at which image recordings, preferably one or more third image recordings, were generated.
  • the data set preferably also includes information about the geocoordinates of the device according to the invention at the time of identification of the target object and/or at the time of determination/identification of the target region and/or at the time of application of plant protection products and/or at another time and/or at several times other times before, during and/or after the execution of the method according to the invention.
  • the device according to the invention can be equipped with means for determining position, such as a GPS sensor (GPS: Global Positioning System) or another sensor for determining position based on a navigation satellite system.
  • GPS Global Positioning System
  • the data set can be stored in a data storage. It can be displayed to a person using a display device (e.g. a monitor or a printer). It can be transmitted to a (separate) computer system via a transmitter unit. The transmission can be carried out in whole or in part by cable and/or via radio (e.g. via mobile communications).
  • a display device e.g. a monitor or a printer
  • the transmission can be carried out in whole or in part by cable and/or via radio (e.g. via mobile communications).
  • Fig. 1 shows an example and schematic of the method according to the invention in the form of four steps in a flow chart.
  • the method (100) includes the steps:
  • FIG. 2 shows, by way of example and schematically, a preferred embodiment of the method according to the invention in the form of a flow chart.
  • the method (200) includes the steps:
  • Fig. 3 shows an example and schematically of a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the device (1) comprises a control and computing unit (2), at least one image recording unit (3, 4), a dosing unit (5), and a data memory (6).
  • the device shown in Fig. 3 comprises two image recording units, a first image recording unit (3) and a second image recording unit (4).
  • the first image recording unit (3) can be used to generate a first image recording or several first image recordings which at least partially show a target object and on the basis of which the target object is identified.
  • With the second image recording unit (4) a second and/or third image recording or several second and/or third image recordings can be generated.
  • the one or more second image recordings serve to determine/identify the target region;
  • the one or more third image recordings serve to demonstrate the exclusive application of plant protection products to the target region.
  • the device (1) can optionally comprise a transmitting unit (7) and/or a position determination unit (8) and/or a source (9) for electromagnetic radiation.
  • the control and computing unit (2) is configured to receive a first image recording from the at least one first image recording unit (3), to identify a target object in the first image recording unit, and optionally to receive a second image recording from the at least one second image recording unit (4). to determine a target region on the basis of the first and/or second image recording, to cause the dosing unit (5) to apply a quantity of a plant protection product to the target region, to cause the at least one second image recording unit (4) to generate a third image recording, wherein the third image shows the crop protection agent applied to the target region, to generate a data set, wherein the data set comprises o the first and/or the second image, o information about the determined target object, and o the second image, and the data set in which Store data memory (6) and optionally cause the sending unit (7) to transmit the data record to a computer system.
  • the position of the device (1) according to the invention can be determined using the position determination unit (8).
  • the source (9) for electromagnetic radiation can be used to illuminate the target object and/or the target region in order to be able to generate images independently of the ambient light (e.g. sunlight).
  • the ambient light e.g. sunlight
  • the device according to the invention can generally (i.e. not limited to the embodiment shown in FIG. 3) have means with which the device can move autonomously within a field for cultivated plants.
  • the device according to the invention can be designed as a robot or a vehicle.
  • Corresponding means of transportation are described in the prior art (see e.g.: WO2016/116888A1, US20030229425A1, WO2019/100118A1,
  • the device according to the invention can generally (ie not limited to the embodiment shown in FIG. 3) have a passive and/or active wind protection.
  • a windbreak can ensure that individual drops do not drift away from the desired target trajectory on their trajectory from the dosing unit towards the target region.
  • Passive wind protection can be achieved, for example, with protective shields.
  • An active wind protection can influence the air flow in the area of the dosing unit, for example with pneumatic counter pressure. For this purpose, the local wind speed and the gust factor can be measured.
  • a model-based prediction algorithm can control the pneumatic system.
  • the present invention combines the targeted application of crop protection products with proof that crop protection products have been applied exclusively to defined target regions.
  • plant protection products can be dosed in very small quantities in such a way that contamination of groundwater, soil and/or crops is avoided.
  • weeds can be selectively prevented from growing or their growth can be promoted based on synergy effects. This makes it possible to maximize biodiversity while taking into account the overall economic efficiency of crop production.
  • Pest populations do not have to be completely removed, but can be reduced to an ecologically sensible population size.
  • the method according to the invention can be used at regular intervals, preferably daily, with preferably one or more autonomous robots and/or vehicles in order to enable continuous crop protection and thus to detect and correct problems at an early stage.
  • the use of chemically synthesized plant protection products is in principle also possible in certified organic cultivation, in that potentially contaminated plants can be transparently identified by documenting each individual drop.
  • Digitalization in crop production is intended to provide end customers with a breakdown of how far away they are from your product (crop), what quantities, what substances, at what times, and under what environmental conditions.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Applikation von Pflanzenschutzmittel. Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatisierten und präzisen Applikation eines oder mehrerer Pflanzenschutzmittel auf ein Zielobjekt und zur Dokumentation der Applikation.

Description

DURCHFÜHREN UND DOKUMENTIEREN EINER APPLIKATION VON PFLANZENSCHUTZMITTEL
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Applikation von Pflanzenschutzmittel. Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatisierten und präzisen Applikation eines oder mehrerer Pflanzenschutzmittel auf ein Zielobjekt und zur Dokumentation der Applikation.
Einleitung
Pflanzenschutzmittel werden weltweit eingesetzt, um Pflanzen oder Pflanzenerzeugnisse vor Schadorganismen zu schützen oder deren Einwirkung vorzubeugen, unerwünschte Pflanzen oder Pflanzenteile zu vernichten, ein unerwünschtes Wachstum von Pflanzen zu hemmen oder einem solchen Wachstum vorzubeugen, und/oder in einer anderen Weise als Nährstoffe die Lebensvorgänge von Pflanzen zu beeinflussen (z.B. Wachstumsregler).
Zunehmend werden autonome Systeme eingesetzt, die Kulturpflanzen und/oder unerwünschte Begleitpflanzen automatisch erkennen und gezielt Pflanzenschutzmittel applizieren.
WO2017/178666A1 offenbart beispielsweise einen Satz autonomer Vorrichtungen, die mit Hilfe einer Kamera Bildaufnahmen in einem Feld für Kulturpflanzen erzeugen und die erzeugten Bildaufnahmen einem künstlichen neuronalen Netzwerk zuführen, das trainiert wurde, Wildpflanzen von Kulturpflanzen zu unterscheiden. Die Informationen über die jeweils vorliegende Pflanze werden genutzt, um gezielt Pflanzenschutzmittel zu applizieren.
WO2021/144785A1 offenbart ein System zur biologischen Echtzeit-Erfassung und -Behandlung eines vordefmierten Zustands von Pflanzen, umfassend ein Steuersystem, das auf Basis von Bildaufhahmen vordefmierte phänotypische Merkmale von Pflanzen erkennt, und eine Ausführungseinheit, die konfiguriert ist, den vordefmierten Zustand der Pflanzen zu behandeln. Die Identifizierung von Pflanzen und/oder Pflanzenzuständen geht mit einer gezielten Behandlung einzelner Pflanzen einher.
US2021/090274 beschreibt ein landwirtschaftliches Geraet mit Bildsensoren Wahrend das Geraet sich durch ein Feld bewegt, werden Bildaufnahmen gemacht und analysiert. Ermittelt wird die Distanz zwischen dem Sensor und dem Objekt, das jeweils durch einen Pixel repraesentiert wird sowie die Nutzpflanze, so dass dann die Behandlung der Pflanze ausgeloest wird.
CN107128484 beschreibt, wie ein autonom geflogenes Flugobject mit Ink -Jet Technologie in niedriger Hoehe ein Insektizid sprüht, was durch Kameras überwacht wird. Die Systeme, die heute auf dem Markt sind, geben jedoch keine Gewährleistung dafür, dass Pflanzenschutzmittel nur dort hingelangt, wo es seine Wirkung entfachen soll, und umgebende Bereiche ausspart und somit in der geringsten Menge, die trotzdem noch die gewünschte Wirkung erzielt.
Im ökologischen Landbau wird versucht, auf Pflanzenschutzmittel weitestgehend zu verzichten. Das Vorbeugen von Krankheiten und Schädlingen steht im Vordergrund. Alle Kulturmaßnahmen wie Fruchtfolge, Düngung, Bodenbearbeitung oder Art- und Sortenwahl sind darauf ausgerichtet, die Ausbreitung von Schaderregem zu begrenzen.
Treten trotz dieser Vorbeugungsmaßnahmen Krankheiten oder Schädlinge auf, kann im ökologischen Landbau nur auf eine begrenzte Auswahl von Pflanzenschutzmitteln zurückgegriffen werden. Die Verwendung von Pflanzenschutzmitteln ist in den EU-Rechtsvorschriften für den ökologischen Landbau geregelt: "Bei einer festgestellten Bedrohung der Kulturen dürfen lediglich solche Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden, die nach Artikel 16 für die Verwendung in der ökologischen/biologischen Produktion zugelassen wurden" (Artikel 12 der Verordnung 834/2007).
Mit der Verordnung 834/2007 verfolgt die EU das Ziel, den Eintrag von Pflanzenschutzmitteln in die Umwelt zu minimieren, um ungewollte Folgeeffekte zu vermeiden. Die Verordnung beruht auf der Überzeugung, dass eine Applikation von Pflanzenschutzmittel unter realen Bedingungen im Feld zwangsläufig zu einer Kontamination der Umwelt mit Pflanzenschutzmittel führt.
Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, den Einsatz von Pflanzenschutzmittel so zu gestalten, dass das Pflanzenschutzmittel nachweislich in einer möglichst geringen Menge nur dort appliziert wird, wo es vorgesehen ist.
Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt Mittel bereit, mit denen zum einen Pflanzenschutzmittel gezielt und in einer möglichst geringen Menge, in der das Pflanzenschutzmittel immer noch seine Wirkung entfalten kann, auf ein Zielobjekt appliziert werden kann und zum anderen ein Nachweis erbracht wird, dass der Einsatz von Pflanzenschutzmittel auf das Zielobjekt beschränkt ist.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren umfassend die Schritte:
Erzeugen einer ersten Bildaufnahme von einem Zielobjekt,
Identifizieren des Zielobjekts auf Basis der ersten Bildaufhahme,
Bestimmung der notwendigen Applikationsmenge basierend auf Eigenschaften des Zielobjektes Ermitteln einer Zielregion auf Basis der ersten Bildaufhahme und/oder auf Basis einer zweiten Bildaufhahme, Applizieren einer Menge eines Pflanzenschutzmitels auf die Zielregion mit Hilfe einer Dosiereinheit,
Erzeugen einer driten Bildaufnahme, wobei die drite Bildaufhahme das auf die Zielregion applizierte Pflanzenschutzmitel zeigt,
Erzeugen eines Datensatzes umfassend o die erste und/oder die zweite Bildaufhahme, o eine Information über das ermitelte Zielobjekt, und o die drite Bildaufhahme,
Ausgeben und/oder Speichern des Datensatzes und/oder Übermiteln des Datensatzes an ein Computersy stem .
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung umfassend, eine Steuer- und Recheneinheit, mindestens eine Bildaufhahmeeinheit, eine Dosiereinheit, und einen Datenspeicher und/oder eine Sendeeinheit, wobei die Steuer- und Recheneinheit konfiguriert ist, von der mindestens einen Bildaufhahmeeinheit eine erste Bildaufhahme zu empfangen, ein Zielobjekt in der ersten Bildaufhahme zu identifizieren, optional eine zweite Bildaufnahme von der mindestens einen Bildaufnahmeeinheit zu empfangen, eine Zielregion auf Basis der ersten und/oder zweiten Bildaufnahme zu ermiteln, die Dosiereinheit zu veranlassen, eine Menge eines Pflanzenschutzmitels auf die Zielregion zu applizieren, die mindestens eine Bildaufhahmeeinheit zu veranlassen, eine drite Bildaufhahme zu erzeugen, wobei die drite Bildaufnahme das auf die Zielregion applizierte Pflanzenschutzmitel zeigt, einen Datensatz zu erzeugen, wobei der Datensatz o die erste und/oder die zweite Bildaufhahme, o eine Information über das ermitelte Zielobjekt, und o die zweite Bildaufhahme umfasst, und den Datensatz in dem Datenspeicher zu speichern und/oder die Sendeeinheit zu veranlassen, den Datensatz an ein Computersystem zu übermiteln. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert, ohne zwischen den Erfindungsgegenständen (Verfahren, Vorrichtung) zu unterscheiden. Die nachfolgenden Erläuterungen sollen vielmehr für alle Erfindungsgegenstände in analoger Weise gelten, unabhängig davon, in welchem Kontext (Verfahren, Vorrichtung) sie erfolgen.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung oder in den Patentansprüchen Schritte in einer Reihenfolge genannt sind, bedeutet dies nicht zwingend, dass die Erfindung auf die genannte Reihenfolge beschränkt ist. Vielmehr ist denkbar, dass die Schritte auch in einer anderen Reihenfolge oder auch parallel zueinander ausgeführt werden; es sei denn, ein Schritt baut auf einem anderen Schritt auf, was zwingend erforderlich macht, dass der aufbauende Schritt nachfolgend ausgeführt wird (was im Einzelfall aber deutlich wird). Die genannten Reihenfolgen stellen damit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
Die vorliegende Erfindung stellt Mittel zur gezielten Behandlung eines Zielobjekts mit einem Pflanzenschutzmittel bereit.
Unter dem Begriff „Pflanzenschutzmittel“ wird ein Mittel verstanden, das dazu dient, Pflanzen oder Pflanzenerzeugnisse vor Schadorganismen zu schützen oder deren Einwirkung vorzubeugen, unerwünschte Pflanzen oder Pflanzenteile zu vernichten, ein unerwünschtes Wachstum von Pflanzen zu hemmen oder einem solchen Wachstum vorzubeugen, und/oder in einer anderen Weise als Nährstoffe die Lebensvorgänge von Pflanzen zu beeinflussen (z.B. Wachstumsregler). Beispiele für Pflanzenschutzmittel sind Herbizide, Fungizide und Insektizide. Die beispielhaft genannten Pflanzenschutzmittel werden auch als Pestizide bezeichnet.
Bei einem Pflanzenschutzmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich vorzugsweise um ein Pflanzenschutzmittel, das in eine flüssige Form gebracht werden kann. Vorzugsweise liegt es in einem Temperaturbereich von 4°C bis 35 °C unter einem Druck von 1.013 mbar (Luftdruck auf Meereshöhe) flüssig vor. Es ist aber auch denkbar, dass es in einem anderen Aggregatzustand vorliegt und erst vor der Applikation (z.B. durch Erhitzen im Falle eines festen Pflanzenschutzmittels oder durch Kondensieren eines gasförmigen Pflanzenschutzmittels) in eine flüssige Form überführt wird.
„Flüssig“ bedeutet dabei, dass das Pflanzenschutzmittel durch eine äußere Kraft in eine Tropfenform gebracht werden kann. Damit sollen auch pastöse Medien unter den Begriff Flüssigkeit fallen.
Es denkbar, dass mehrere (verschiedene) Pflanzenschutzmittel gleichzeitig oder nacheinander appliziert werden. In der vorliegenden Beschreibung ist aus Gründen der besseren Verständlichkeit überwiegend von einem Pflanzenschutz die Rede. Dies ist jedoch nicht als Beschränkung auf ein einzelnes Pflanzenschutzmittel zu verstehen, sondern der Begriff ein Pflanzenschutzmittel soll auch mehrere Pflanzenschutzmitel sowie eine Kombination von Pflanzenschutzmitel mit anderen Substanzen und/oder Substanzgemischen wie beispielsweise Pflanzennährstoffen umfassen.
Bei dem Zielobjekt, das mit einem Pflanzenschutzmitel behandelt werden soll, kann es sich um einen Schadorganismus handeln.
Unter einem „Schadorganismus“ wird ein Organismus verstanden, der beim Anbau von Kulturpflanzen in Erscheinung treten und die Kulturpflanzen schädigen, die Ernte der Kulturpflanze negativ beeinflussen oder mit der Kulturpflanze um natürliche Ressourcen konkurrieren kann. Beispiele für derartige Schadorganismen sind Unkräuter, Ungräser, tierische Schädlinge wie beispielsweise Käfer, Raupen und Würmer, Pilze und Krankheitserreger (z.B. Bakterien und Viren). Auch wenn Viren aus biologischer Sicht nicht zu den Organismen zählen, sollen sie dennoch vorliegend unter den Begriff Schadorganismus fallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Zielobjekt um eine Unkraut-Pflanze. Unter dem Begriff „Unkraut“ werden Pflanzen der spontanen Begleitvegetation in Kulturpflanzenbeständen, Grünland oder Gartenanlagen verstanden, die dort nicht gezielt angebaut werden und z.B. aus dem Samenpotential des Bodens oder über Zuflug zur Entwicklung kommen. Der Begriff ist nicht auf Kräuter im eigentlichen Sinne beschränkt, sondern umfasst auch Gräser, Fame, Moose oder holzige Pflanzen. Im Bereich des Pflanzenschutzes wird häufig auch der Begriff „Ungras“ benutzt, um eine Abgrenzung zu den krautigen Pflanzen zu verdeutlichen. Im vorliegenden Text wird der Begriff Unkraut als Oberbegriff verwendet, der den Begriff Ungras erfassen soll. Unkräuter im Sinne der vorliegenden Erfindung sind demnach Pflanzen, die beim Anbau einer gewünschten Kulturpflanze als Begleitung auftreten. Da sie mit der Kulturpflanze um Ressourcen konkurrieren, sind sie unerwünscht und sollen daher bekämpft werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Zielobjekt um einen tierischen Schadorganismus, wie beispielsweise einen Gliederfüßer. Etwa zwei Dritel der gegenwärtig bekannten Tierarten gehören zu den Gliederfüßern (Stamm Arthropoda), die zu 85% von Insekten repräsentiert werden. Ein erheblicher Anteil der Arthropoden ist phytophag: diese Tiere ernähren sich von Pflanzen und können zur Beeinträchtigung des Wachstums führen, Saug- und Fraßschäden verursachen sowie Viruskrankheiten übertragen. Auf diese Weise werden beispielsweise erhebliche Ertrags- und Qualitätsverluste beim Anbau von Kulturpflanzen verursacht. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem tierischen Schädling um ein Insekt (in den verschiedenen Stadien von Larve (Raupe, Afterraupe) bis zum Adultstadium) oder ein Spinnentier. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Schädling um einen Agrarschädling wie beispielsweise Apfelwickler, Blatlaus, Fransenflügler, Fruchtschalenwickler, Kartoffelkäfer, Kirschfruchtfliege, Maikäfer, Maiszünsler, Pflaumenwickler, Rhododendron-Zikade, Saateule, Schildlaus, Schwammspinner, Spinnmilbe, Traubenwickler, Walnussfruchtfliege, Weiße Fliege, Großer Rapsstengelrüssler, Gefleckter Kohltriebrüssler, Rapsglanzkäfer, Kohlschotenrüssler, Kohlschotenmücke oder Rapserdfloh, oder um einen Forstschädling wie beispielsweise Blatlaus, Blauer Kiefemprachtkäfer, Borkenkäfer, Eichenprachtkäfer, Eichen- Prozessionsspinner, Eichenwickler, Fichtengespinstblatwespe, Gemeiner Holzwurm, Großer Brauner Rindenfresser, Kiefembuschhomblatwespe, Kiefemeule, Kiefernspanner, Kleine Fichtenblatwespe, Nonne, Rosskastanienminiermote, Schwammspinner oder Splintholzkäfer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Zielobjekt um eine Kulturpflanze, die von einem Pilz, einem Bakterium oder einem Virus befallen ist. Unter dem Begriff „Kulturpflanze“ wird eine Pflanze verstanden, die durch das Eingreifen der Menschen zielgerichtet als Nutz- oder Zierpflanze angebaut wird.
Die erfmdungsgemäße Behandlung eines Zielobjekt kann in vier Schriten erfolgen:
1. Identifizieren des Zielobjekts und Bestimmung der Dosierung
2. Ermiteln einer Zielregion
3. Applizieren eines Pflanzenschutzmitels auf die Zielregion
4. Dokumentieren der Applikation
Diese Schrite erfolgen automatisch/automatisiert, d.h. ohne Zutun eines Menschen.
Diese Schrite, die ihrerseits mehrere Unterschrite umfassen können, werden nachfolgend näher beschrieben.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, wobei zusätzlich in Schrit (c) das Ermiteln der Zielregion auf Basis der ersten und zweiten Bildaufhahme erfolgt, die aus jeweils unterschiedlichen Richtungen erzeugt werden, und wobei in Schrit (f) der Datensatz zusaetzlich die zweite Bildaufnahme und eine Tiefeninformation in Bezug auf einen Abstand der Dosiereinheit von der Zielregion umfasst, die aus den beiden Bildaufhahmen gewonnen wurde.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, wobei zusätzlich in Schrit (d) das Applizieren des Pflanzenschutzmitels in Form eines oder mehrerer Einzeltropfen erfolgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, wobei zusätzlich in Schrit (e) die drite Bildaufhahme einen oder mehrere Einzeltropfen zeigt, die auf die Zielregion in Schrit (d) appliziert worden sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, wobei zusätzlich der in Schrit (f) erzeugte Datensatz zusätzlich die gesamte Menge des in der Zielregion applizierten Pflanzenschutzmitels umfasst.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, wobei zusätzlich auf Basis des in Schrit (f) erzeugten Datensatzes und anhand darin enthaltenen driten Bildaufnahme ermitelt wird, ob und welche Menge an Pflanzenschutzmitel in der Zielregion angekommen ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, wobei zusätzlich in Schritt (d) die Dosiereinheit an einen Windschutz installiert worden ist, mit dem sichergestellt wird, dass ein oder mehrere Einzeltropfen des Pflanzenschutzmittels auf ihrer Flugbahn von der Dosiereinheit in Richtung der Zielregion nicht von der gewünschten Ziellaufbahn abdriften.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung umfassend eine Steuer- und Recheneinheit, mindestens eine Bildaufnahmeeinheit, eine Dosiereinheit, und einen Datenspeicher und/oder eine Sendeeinheit beschrieben, wobei die Steuer- und Recheneinheit konfiguriert ist, von der mindestens einen Bildaufhahmeeinheit eine erste Bildaufnahme zu empfangen, ein Zielobjekt in der ersten Bildaufhahme zu identifizieren, optional eine zweite Bildaufhahme von der mindestens einen Bildaufhahmeeinheit zu empfangen, eine Zielregion auf Basis der ersten und/oder zweiten Bildaufhahme zu ermitteln, die Dosiereinheit zu veranlassen, eine Menge eines Pflanzenschutzmittels auf die Zielregion zu applizieren, die mindestens eine erste Bildaufnahmeeinheit zu veranlassen, eine dritte Bildaufnahme zu erzeugen, wobei die dritte Bildaufhahme das auf die Zielregion applizierte Pflanzenschutzmittel zeigt, einen Datensatz zu erzeugen, wobei der Datensatz die erste und/oder die zweite Bildaufhahme, eine Information über das ermittelte Zielobjekt, unddie zweite Bildaufnahme umfasst, undden Datensatz in dem Datenspeicher zu speichern und/oder die Sendeeinheit zu veranlassen, den Datensatz an ein Computersystem zu übermitteln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung beschrieben, wobei die Steuer- und Recheneinheit konfiguriert ist, dass eine zweite Bildaufnahme von einer zweiten Bildaufnahmeeinheit zu empfangen, wobei die zweite Bildaufnahmeeinheit relativ zur ersten Bildaufhahmeeinheit räumlich unterschiedlich positioniert ist, eine Zielregion auf Basis der ersten und zweiten Bildaufhahme zu ermitteln, die Dosiereinheit zu veranlassen, eine Menge eines Pflanzenschutzmittels auf die Zielregion zu applizieren, die mindestens eine erste Bildaufnahmeeinheit zu veranlassen, eine dritte Bildaufnahme zu erzeugen, wobei die dritte Bildaufnahme das auf die Zielregion applizierte Pflanzenschutzmittel zeigt, einen Datensatz zu erzeugen, wobei der Datensatzdie erste Bildaufnahme, eine Information über das ermittelte Zielobjekt, und die zweite Bildaufnahme umfasst.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung beschrieben,, wobei die Dosiereinheit einen Vorratsbehälter, eine Düse, ein Präzisionsventil und ein Mikroreservoir enthält, das geeignet ist, Tropfen mit einem Volumen von 1 bis 100 nL zu applizieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung beschrieben,, wobei der Tropfen ein Volumen von 1 bis 50 nL hat.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung beschrieben, wobei die erste Bildaufhahmeeinheit und die zweite Bildaufhahmeeinheit in Form einer Stereokamera ausgebildet sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung beschrieben,, wobei die Dosiereinheit an einen Windschutz installiert ist, mit dem sichergestellt wird, dass Einzeltropfen des Pflanzenschutzmittels auf ihrer Flugbahn von der Dosiereinheit in Richtung der Zielregion nicht von der gewünschten Ziellaufbahn abdriften
Identifizieren des Zielobjekts
Bevor ein Zielobjekt mit einem Pflanzenschutzmittel behandelt werden kann, muss das Zielobjekt zunächst erkannt (identifiziert) werden.
Erfmdungsgemäß erfolgt die Identifizierung des Zielobjekts auf Basis einer Bildaufhahme, die das Zielobjekt zeigt. Es ist denkbar, dass die Identifizierung auf Basis von mehreren (z.B. in zeitlichen Abständen aufgenommenen und/oder aus verschiedenen Richtungen (Blickwinkeln)) aufgenommen Bildaufhahmen erfolgt. Die eine Bildaufnahme oder die mehreren Bildaufnahmen, die zur Identifikation des Zielobjekts verwendet werden, werden in dieser Beschreibung auch als die erste Bildaufhahme / die ersten Bildaufnahmen bezeichnet.
Unter dem Begriff „Bildaufhahme“ wird vorzugsweise eine zweidimensionale Abbildung eines Objekts oder eines Teils davon verstanden. Üblicherweise handelt es sich bei der Bildaufhahme um eine digitale Bildaufhahme. Der Begriff „digital“ bedeutet, dass die Bildaufhahme von einer Maschine, in der Regel einem Computersystem, verarbeitet werden kann. Unter „Verarbeitung“ werden die bekannten Verfahren zur elektronischen Datenverarbeitung (EDV) verstanden. Digitale Bildaufhahmen können mit Computersystemen und Software verarbeitet, bearbeitet und reproduziert sowie in standardisierte Datenformate konvertiert werden, wie zum Beispiel JPEG (Grafikformat der Joint Photographie Experts Group), PNG (Portable Network Graphics) oder SVG (Scalable Vector Graphics). Digitale Bildaufhahmen können mit geeigneten Anzeigegeräten visualisiert werden, wie zum Beispiel mit Computermonitoren, Projektoren und/oder Druckern.
Eine oder mehrere erste Bildaufnahmen des Zielobjekts können mit einer oder mehreren Bildaufhahmeeinheiten erzeugt werden. Bei einer solchen Bildaufhahmeeinheit kann es sich beispielsweise um eine Kamera handeln.
Eine Kamera umfasst üblicherweise einen Bildsensor und optische Elemente. Der Bildsensor ist eine Vorrichtung zur Aufnahme von zweidimensionalen Abbildern aus Licht auf elektrischem Weg. Üblicherweise handelt es sich um einen halbleiterbasierten Bildsensor wie beispielsweise ein CCD- (CCD = charge -coupled device) oder CMOS-Sensor (CMOS = complementary metal-oxide-semiconductor) . Die optischen Elemente (Linsen, Blenden und dergleichen) dienen einer möglichst scharfen Abbildung des Gegenstands (Objekts), von dem eine digitale Bildaufhahme erzeugt werden soll, auf dem Bildsensor. Auch andere Vorrichtungen und Systeme, die eine Abbildung eines Objekts erzeugen können, wie beispielsweise eine Anordnung von Hyperspektralsensoren, eine Wärmebildkamera (Infrarotkamera), ein Laserscanner, ein LIDAR-System (LIDAR = light detection and ranging oder light imaging, detection and ranging), eine Ultraschallquelle in Kombination mit einem Ultraschallsensor und/oder Kombinationen aus mehreren Einheiten, sollen unter den Begriff „Bildaufhahmeeinheit“ fallen.
Basiert die Erzeugung einer Bildaufnahme auf der Erfassung der räumlichen Verteilung von elektromagnetischen Strahlen, können die elektromagnetischen Strahlen Teil des Sonnenlichts sein und/oder von einer oder mehreren künstlichen Quellen für elektromagnetische Strahlung erzeugt werden, wie beispielsweise LED- (LED = light-emitting diode) und/oder Halogenstrahler.
Zur Identifikation eines Zielobjekts auf Basis einer oder mehrerer erster Bildaufhahmen, die zumindest einen Teil des Zielobjekt zeigen, wird vorzugsweise ein trainiertes Modell des maschinellen Lernens verwendet.
Ein „Modell des maschinellen Lernens“ kann als eine computerimplementierte Datenverarbeitungsarchitektur verstanden werden. Das Modell kann Eingangsdaten empfangen und Ausgangsdaten auf der Grundlage dieser Eingangsdaten und Modell -Parametern liefern. Das Modell kann durch Training eine Beziehung zwischen den Eingabedaten und den Ausgabedaten erlernen. Beim Training können die Modell -Parameter angepasst werden, um eine gewünschte Ausgabe für eine bestimmte Eingabe zu liefern.
Beim Trainieren eines solchen Modells werden dem Modell Trainingsdaten präsentiert, aus denen es lernen kann. Das trainierte Modell des maschinellen Lernens ist das Ergebnis des Trainingsprozesses. Die Trainingsdaten umfassen neben Eingabedaten die korrekten Ausgabedaten (Zieldaten), die das Modell auf Basis der Eingabedaten erzeugen soll. Beim Trainieren werden Muster erkannt, die die Eingabedaten auf die Zieldaten abbilden.
Im Trainingsprozess werden die Eingabedaten der Trainingsdaten in das Modell eingegeben, und das Modell erzeugt Ausgabedaten. Die Ausgabedaten werden mit den Zieldaten verglichen. Modell-Parameter werden so verändert, dass die Abweichungen zwischen den Ausgabedaten und den Zieldaten auf ein (definiertes) Minimum reduziert werden.
Im Training kann eine Fehlerfunktion (engl.: loss function) verwendet werden, um die Vorhersagequalität des Modells zu bewerten. Die Fehlerfunktion kann so gewählt werden, dass sie eine erwünschte Beziehung zwischen Ausgabedaten und Zieldaten belohnt und/oder eine unerwünschte Beziehung zwischen Ausgabedaten und Zieldaten bestraft. Eine solche Beziehung kann z.B. eine Ähnlichkeit, eine Unähnlichkeit oder eine andere Beziehung sein. Eine Fehlerfunktion kann verwendet werden, um einen Fehlerwert (engl.: loss value) fur ein gegebenes Paar aus Ausgabedaten und Zieldaten zu berechnen. Das Ziel des Trainingsprozesses kann darin bestehen, die Parameter des maschinellen Lemmodells so zu verändern (anzupassen), dass der Fehlerwert für alle Paare des Trainingsdatensatzes auf ein (definiertes) Minimum reduziert wird.
Eine Fehlerfunktion kann z.B. die Abweichung zwischen den Ausgabedaten des Modells für bestimmte Eingabedaten und den Zieldaten quantifizieren. Handelt es sich bei den Ausgabedaten und den Zieldaten beispielsweise um Zahlen, kann die Fehlerfunktion die absolute Differenz zwischen diesen Zahlen sein. In diesem Fall kann ein hoher absoluter Wert der Fehlerfunktion bedeuten, dass ein oder mehrere Modell- Parameter in hohem Maße geändert werden müssen.
Bei Ausgabedaten in Form von Vektoren können beispielsweise Differenzmetriken zwischen Vektoren wie der mittlere quadratische Fehler, ein Kosinusabstand, eine Norm des Differenzvektors wie ein euklidischer Abstand, ein Tschebyscheff-Abstand, eine Lp-Norm eines Differenzvektors, eine gewichtete Norm oder jede andere Art von Differenzmetrik zweier Vektoren als Fehlerfunktion gewählt werden.
Bei höherdimensionalen Ausgaben, wie z.B. zweidimensionalen, dreidimensionalen oder höherdimensionalen Ausgaben, kann z. B. eine elementweise Differenzmetrik verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Ausgabedaten vor der Berechnung eines Verlustwertes transformiert werden, z.B. in einen eindimensionalen Vektor.
Im vorliegenden Fall kann das Modell des maschinellen Lernens trainiert werden, auf Basis einer oder mehrerer erster Bildaufhahmen, die zumindest anteilig ein Zielobjekt zeigen, eine Information auszugeben, wobei die Information angibt, um welches Zielobjekt es sich handelt. Das Modell des maschinellen Lernens kann als Klassifikationsmodell konfiguriert sein, das einer oder mehreren ersten Bildaufhahmen als Eingabedaten eine von mehreren Klassen zuordnet, wobei jede Klasse ein definiertes Zielobjekt repräsentiert.
Das Modell des maschinellen Lernens kann beispielsweise trainiert werden, Unkräuter von Kulturpflanzen zu unterscheiden. In einem solchen Fall kann das Klassifikationsmodell konfiguriert sein, eine oder mehrere erste Bildaufhahmen einer von zwei Klassen zuzuordnen, wobei eine erste Klasse Unkräuter repräsentiert und die andere Klasse Pflanzen (oder andere Gegenstände) repräsentiert, die keine Unkräuter sind (z.B. Kulturpflanzen).
Das Modell des maschinellen Lernens kann beispielsweise trainiert werden, spezifische Unkräuter und/oder spezifische Kulturpflanzen zu erkennen. Jede spezifische Pflanze kann durch eine Klasse repräsentiert werden.
Ebenso kann das Modell des maschinellen Lernens trainiert werden, (spezifische oder unspezische) Schadorganismen zu erkennen, wie beispielsweise (spezifische oder unspezische) Insekten und/oder Spinnentiere. Der Begriff „spezifisch“ bedeutet, dass ein definierter Stamm, eine definierte Klasse, eine definierte Ordnung, eine definierte Familie, eine definierte Gattung und/oder eine definierte Art eines Schadorganismus betrachtet wird. Der Begriff „unspezifisch“ bedeutet, dass lediglich zwischen Schadorganismus und Nicht-Schadorganismus, Unkraut und Nicht-Unkraut, tierischer Schädling und tierischer Nicht-Schädling oder dergleichen unterschieden wird.
Ebenso kann das Modell des maschinellen Eemens trainiert werden, tierische Schadorganismen von tierischen Nützlingen zu unterscheiden. Unter einem Nützling wird ein Organismus verstanden, dem ein Schadorganismus Nahrungsquelle oder Wirt dient oder der aus anderen Gründen für eine erfolgreiche Ernte von Bedeutung ist (z.B. als Bestäuber).
Ebenso kann das Modell des maschinellen Lernens trainiert werden, eine von einem Krankheitserreger (z.B. Bakterium, Virus) und/oder einem Pilz befallen Kulturpflanze von einer gesunden, nicht-befallenen Kulturpflanze zu unterscheiden. Das Modell des maschinellen Lernens kann auch trainiert werden, spezifische Krankheitserreger und/oder Pilze zu erkennen.
Es ist auch denkbar, dass das Modell des maschinellen Lernens trainiert wird, zwei Objekte (ein erstes und ein zweites Objekt) gleichzeitig oder nacheinander zu erkennen oder, es liegen mehrere Modelle des maschinellen Lernens vor, von denen ein erstes Modell trainiert wird, ein erstes Objekt zu erkennen, und ein zweites Modell trainiert wird, ein zweites Objekt zu erkennen. Bei dem ersten Objekt kann es sich beispielsweise eine (spezifische) Kulturpflanze handeln und bei dem zweiten Objekt kann es sich beispielsweise um einen (spezifischen) Schadorganismus für die (spezifische) Kulturpflanze handeln.
Das Trainieren eines Modells des maschinellen Lernens kann auf Basis von Trainingsdaten erfolgen. Die Trainingsdaten können eine Vielzahl von Referenz-Bildaufnahmen von Zielobjekten und einer Information, um welches Zielobjekt es sich jeweils handelt, umfassen. Der Begriff „Vielzahl“ bedeutet vorzugsweise mehr als 100. Der Begriff „Referenz -Bildaufhahme“ dient lediglich der Unterscheidung von Bildaufhahmen, die zum Trainieren eines Modells des maschinellen Lernens verwendet werden, von Bildaufhahmen, die bei der Verwendung des trainierten Modells des maschinellen Lernens verwendet werden, um ein Zielobjekt in einer Bildaufnahme zu erkennen. Bei der Information, um welches Zielobjekt es sich in einer Bildaufhahme jeweils handelt, kann es sich beispielsweise um eine Kennnummer handeln, die dem Zielobjekt zugeordnet worden ist (Zielwert).
Die Referenz-Bildaufhahmen können dem Modell des maschinellen Lernens zugeführt werden und das Modell des maschinellen Lernens kann konfiguriert sein, eine Ausgabe zu erzeugen, die das Zielobjekt kennzeichnen soll, wie beispielsweise eine Kennnummer. Die Ausgabe kann mit dem Zielwert verglichen werden. Mittels einer Fehlerfunktion kann die Abweichung zwischen der Ausgabe und dem Zielwert quantifiziert werden. Parameter des Modells des maschinellen Lernens können verändert werden, um die Abweichung auf ein (definiertes) Minimum zu reduzieren. Dies kann beispielsweise mittels eines Backpropagation-Verfahrens erfolgen.
Ist die Abweichung zwischen der Ausgabe und dem Zielwert für eine Vielzahl an Referenz- Bildaufhahmen auf ein (definiertes) Minimum reduziert, kann das so trainierte Modell des maschinellen Lernens verwendet werden, um Zielobjekte in unbekannten Bildaufnahmen zu erkennen. Dabei bedeutet der Begriff „unbekannt“, dass eine entsprechende Bildaufnahme nicht beim Trainieren des Modells verwendet worden ist.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Modell des maschinellen Lernens um ein künstliches neuronales Netzwerk oder das Modell umfasst ein solches.
Ein künstliches neuronales Netzwerk umfasst mindestens drei Schichten von Verarbeitungselementen: eine erste Schicht mit Eingangsneuronen (Knoten), eine N-te Schicht mit mindestens einem Ausgangsneuron (Knoten) und N-2 innere Schichten, wobei N eine natürliche Zahl und größer als 2 ist.
Die Eingangsneuronen dienen zum Empfangen einer oder mehrerer Bildaufhahmen. Die Ausgangsneuronen dienen dazu, Ausgabedaten auszugeben, die ein in einer Bildaufhahme gezeigtes Zielobjekt kennzeichnen.
Die Verarbeitungselemente der Schichten zwischen den Eingangsneuronen und den Ausgangsneuronen sind in einem vorbestimmten Muster mit vorbestimmten Verbindungsgewichten miteinander verbunden.
Das Trainieren des neuronalen Netzes kann beispielsweise mittels eines Backpropagation-Verfahrens durchgeführt werden. Dabei wird für das Netz eine möglichst zuverlässige Abbildung von gegebenen Eingabedaten auf gegebene Ausgabedaten angestrebt. Die Qualität der Abbildung wird durch eine Fehlerfunktion beschrieben. Das Ziel ist die Minimierung der Fehlerfiinktion. Das Einlemen eines künstlichen neuronalen Netzes erfolgt bei dem Backpropagation-Verfahren durch die Änderung der Verbindungsgewichte.
Im trainierten Zustand enthalten die Verbindungsgewichte zwischen den Verarbeitungselementen Informationen bezüglich der Beziehung zwischen Bildaufhahmen und transformierten Bildaufnahmen.
Eine Kreuzvalidierungsmethode kann verwendet werden, um die Daten in Trainings- und Validierungsdatensätze aufzuteilen. Der Trainingsdatensatz wird beim Backpropagation-Training der Netzwerkgewichte verwendet. Der Validierungsdatensatz wird verwendet, um zu überprüfen, mit welcher Vorhersagegenauigkeit sich das trainierte Netzwerk auf unbekannte Daten anwenden lässt. Modelle des maschinellen Lernens zur Erkennung von Schadorganismen sind im Stand der Technik beschrieben (siehe z.B.: W02021090294A1, DE102018222428A1, US20200045953A1,
W02019/046203A1, EP3804488A1, US20210383535, US10599959).
Ermitteln einer Zielregion
Ist ein Zielobjekt identifiziert, wird in einem weiteren Schritt eine Zielregion ermittelt, auf die ein oder mehrere Pflanzenschutzmittel appliziert werden sollen. Die Zielregion kann das Zielobjekt oder ein Teil davon sein. Im Falle eines tierischen Schadorganismus ist die Zielregion vorzugsweise das Zielobjekt selbst / als Ganzes oder ein Körperteil wie beispielsweise der Kopf. Bei einer Zielregion kann es sich auch um Zielobjekte handeln, die bestimmte reproduktiven Stadien eines tierischen Schaden Organismus darstellen, wie z.B. Larven oder Eier. Im Falle von phytopathogenen Pilzen ist die Zielregion der Bereich der Nutzpflanze, die von dem Pilz befallen ist.
Im Falle einer Unkraut-Pflanze ist die Zielregion vorzugsweise ein Teil des Zielobjekts, die gegenüber Pflanzenschutzmittel eine besonders hohe Empfindlichkeit haben und für das Wachstum oder Vermehrung des Zielobjekts eine hohe Bedeutung haben. Beispiele sind Sprossachsen, Wurzeln, Blattachsen, Triebachsen, Triebwurzeln, Blattwurzeln, Kotelydonen, Knospen, Blüten oder Teile von Blüten.
Ist das Zielobjekt ein Schadorganismus, wird vorzugsweise diejenige Region als Zielregion gewählt, bei der ein Pflanzenschutzmittel eine Wirkung (vorzugsweise eine optimale Wirkung) entfacht. Ist das Zielobjekt beispielsweise eine Unkrautpflanze und wird das zu applizierende Pflanzenschutzmittel (z.B. ein Herbizid) von der Unkrautpflanze über die Blätter aufgenommen und führt dann zu einer Schädigung der Unkrautpflanze, wird als Zielregion ein Blatt gewählt. Als Zielregion kann ferner eine Seite eines Blattes gewählt werden, beispielsweise eine Blattoberseite (die der Sonne zugewandte Seite eines Blattes) und/oder eine Blattunterseite (die der Sonne abgewandte Seite eines Blattes).
Es ist auch denkbar, dass mehrere Zielregionen gewählt werden, z.B. bei einer Unkrautpflanze mehrere Blätter und/oder mehrere Bereiche auf einem Blatt / auf mehreren Blättern.
Mit der in dieser Beschreibung beschriebenen Applikationstechnik können Tropfen eines flüssigen Pflanzenschutzmittels mit einem Volumen von weniger als 15 nL erzeugt werden. Ein kugelförmiger Tropfen mit einer solchen Größe hat einen Durchmesser von etwa 0,3 mm. Wird ein solcher Tropfen auf ein Zielobjekt appliziert, benetzt er auf dem Zielobjekt eine Fläche in der Größe von etwa 0,07 mm2.
Es ist also denkbar, dass eine Zielregion gewählt wird, die deutlich kleiner als 1 mm2 sein kann. Ferner ist es denkbar, eine größere Fläche als die Benetzungsfläche eines Einzeltropfens zu benetzen, indem eine Vielzahl an Einzeltropfen in der Zielregion rasterförmig nebeneinander (z.B. in Form eines quadratischen oder hexagonalen Punktrasters) platziert werden. Der Schrit „Ermiteln einer Zielregion“ kann je nach Ausführungsform mehrere Bedeutungen haben und/oder mehrere Unterschrite umfassen. Ist die Zielregion mit dem Zielobjekt identisch, so kann als Zielregion das Zielobjekt gewählt werden.
Ist die Zielregion ein Teil des Zielobjekts, so kann der Schrit „Ermiteln einer Zielregion“ den Unterschrit „Identifizieren einer Zielregion“ umfassen. Das Identifizieren der Zielregion erfolgt vorzugsweise auf Basis einer oder mehrerer Bildaufhahmen des Zielobjekts.
Eine oder mehrere Bildaufhahmen, die zum Identifizieren einer Zielregion verwendet werden, werden in dieser Beschreibung als zweite Bildaufnahme / zweiten Bildaufnahmen bezeichnet. Es ist denkbar, dass eine oder mehrere zweite Bildaufnahmen mit einer oder mehreren ersten Bildaufhahmen identisch ist/ sind. Mit anderen Worten: es ist denkbar, dass diejenige(n) Bildaufnahme(n), die zum Identifizieren des Zielobjekts verwendet wurde, auch zum Identifizieren der Zielregion verwendet wird/werden; es ist aber auch denkbar, dass andere und/oder weitere Bildaufnahmen erzeugt werden, auf deren Basis eine oder mehrere Zielregionen identifiziert werden.
So kann in einem ersten Schrit eine Unkrautpflanze auf Basis einer ersten Bildaufnahme oder mehrerer erster Bildaufnahmen identifiziert werden (das Zielobjekt), und in einem zweiten Schrit auf Basis einer zweiten Bildaufhahme oder mehrerer zweiter Bildaufhahmen ein Blat oder ein Bereich eines Blates der Unkrautpflanze identifiziert werden (die Zielregion). Die zweite(n) Bildaufnahme(n) kann/können ganz oder teilweise identisch zu der/den ersten Bildaufhahme(n) sein, oder davon verschieden sein.
Eine oder mehrere zweite Bildaufnahmen können (wie die erste(n) Bildaufnahme (n)) von mindestens einer Bildaufnahmeeinheit, z.B. einer Kamera, erzeugt werden. Vorzugsweise werden optische Elemente (z.B. ein Kamera-Objektiv) eingesetzt, die zu einer vergrößerten Abbildung (vergrößert im Vergleich zum Original) der Zielregion auf der Abbildung fuhren. Vorzugsweise wird ein Zoom-Objektiv eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere Bildaufhahmeeinheiten verwendet, die zweite Bildaufhahmen der Zielregion aus unterschiedlichen Richtungen erzeugen. In einer Ausfuehrungsform werden jeweils die erste und die zweite Bildaufhahme aus unterschiedlichen Richtungen erzeugt. In einer Ausfuehrungsform werden jeweils die erste und die zweite Bildaufhahme aus unterschiedlichen Richtungen mit einer ersten und einer zweiten Bildaufnahmeeinheit erzeugt. Auf diese Weise ist es möglich, eine Tiefeninformation zu gewinnen, die Auskunft über Abstände liefert. Eine solche Tiefeninformation kann beispielsweise verwendet werden, um einen Abstand einer Düse der Dosiereinheit von der Zielregion zu bestimmen und/oder eine Positionierung der Düse der Dosiereinheit gegenüber der Zielregion vorzunehmen. Es kann beispielsweise eine Stereokamera verwendet werden.
Applizieren eines Pflanzenschutzmittels auf die Zielregion
Ist eine Zielregion ermitelt, so erfolgt eine Applikation von Pflanzenschutzmitel auf die Zielregion. Die Applikation erfolgt mit einer Dosiereinheit. Es ist denkbar, dass mehrere Dosiereinheiten verwendet werden. Eine solche Dosiereinheit umfasst mindestens eine Düse. Aus der Düse wird Pflanzenschutzmittel auf die Zielregion appliziert.
Die Dosiereinheit umfasst weiterhin mindestens einen Dispenser zur exakten Dosierung von Flüssigkeiten.
Die Dosiereinheit umfasst weiterhin mindestens einem Präzisionsventil, das die Ausgabe der Einzeltropfen durch die Düse dosiert. Vorzugsweise wird für die Dosierung ein Piezo-Aktuator verwendet.
Die Dosiereinheit umfasst weiterhin einen Orientierungseinheit, zum Beispiel eine XYZ-Traverse, die die Dosiereinheit entlang drei oder mehr Achsen bewegen kann. Die Orientierungseinheit kann die Dosiereinheit auch in eine bestimmte Raumrichtung drehen, um die Flugbahn zu ändern. Vorzugsweise verläuft die Flugbahn nicht vertikal.
Die Dosiereinheit umfasst ferner einen Vorratsbehälter zur Aufnahme des Pflanzenschutzmittels und ein Mikroreservoir, in das eine definierte Menge an Pflanzenschutzmittel aus dem Vorratsbehälter gelangt, bevor diese definierte Menge, über die mindestens eine Düse appliziert wird. Pflanzenschutzmittel kann aus dem Vorratsbehälter über eine Verbindung in das Mikroreservoir gelangen. Diese Verbindung ist vorzugsweise ein Rohr oder Schlauch.
Der Schritt „Applizieren eines Pflanzenschutzmittels auf die Zielregion“ kann den Schritt „Positionieren der Dosiereinheit gegenüber der Zielregion“ umfassen. Die Applikation eines Pflanzenschutzmittels kann senkrecht (in Bezug auf eine Oberfläche der Zielregion) von oben und/oder von unten und/oder unter einem anderen Winkel als 90° erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt die Applikation unter einem Winkel von 45° bis 90° in Bezug auf eine Oberfläche der Zielregion.
Vorzugsweise wird die Dosiereinheit in einem definierten Abstand von der Zielregion mit Hilfe der Orientierungseinheit positioniert. Vorzugsweise wird der Abstand innerhalb definierter Grenzen konstant gehalten: wird eine neue Zielregion ausgewählt/ermittelt, wird ein definierter Abstand innerhalb der definierten Grenzen zwischen der Dosiereinheit bzw. mindestens einer Düse der Dosiereinheit und der Zielregion eingestellt. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen mindestens einer Düse und der Zielregion mindestens 10 cm, vorzugsweise mindestens 20 cm. Vorzugsweise können dadurch Zielpunkte auf der Zielregion in einem konischen Bereich unterhalb der Dosiereinheit getroffen werden. Die Applikation des Pflanzenschutzmittels erfolgt vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Einzeltropfen, deren Volumen im Bereich von 1 nL bis 100 nL, noch mehr bevorzugt im Bereich von 1 nL bis 50 nL, noch mehr bevorzugt im Bereich von 1 bis 30 nL hegt.
Es konnte gezeigt werden, dass sich Tropfen in der genannten Größe aus einer Entfernung von 10 cm und mehr auf die Zielregion (z.B. eine Blattoberseite oder eine Blattunterseite) eines Zielobjekts (z.B. einer mit einem Pilz oder einem Krankheitserreger befallenen Kulturpflanze oder einer Unkrautpflanze) applizieren lassen, ohne dass die Tropfen dabei von der Oberfläche der Zielregion abprallen und/oder in kleinere Tröpfchen zerfallen. Die applizierten Tropfen der genannten Größe gelangen auf die Oberfläche und bleiben dort haften.
Die Applikation des Pflanzenschutzmittels in Form von Einzeltropfen erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Dosiereinheit für eine berührungslose Dosierung. Die berührungslose Dosierung - auch als Jetten, Jet- Verfahren und kontaktlose Dosierung bezeichnet - ist eine Dosierung, bei der eine abdosierte, zusammenhängende Flüssigkeitsmenge frei - also vollständig von der Dosieröffhung losgelöst - auf die Zielregion zufliegt. Die berührungslose Dosierung erlaubt ein hochpräzises Portionieren von flüssigen und pastösen Medien sowie eine zielgenaue Applikation.
Eine Dosiereinheit für eine berührungslose Dosierung kann eine Düse aufweisen, in der ein bewegliches Ausstoßelement, z.B. ein Stößel, angeordnet sein kann. Zum Ausstößen von Pflanzenschutzmittel kann das Ausstoßelement im Inneren der Düse in einer Ausstoßrichtung mit hoher Geschwindigkeit in Richtung einer Düsenöffhung nach vome gestoßen werden, wodurch ein einzelner Tropfen des Pflanzenschutzmittels aus der Düse ausgestoßen wird. Dieser Vorgang wird allgemein und im Folgenden als Ausstoßvorgang bezeichnet. Anschließend kann das Ausstoßelement in einer entgegengesetzten Rückzugsrichtung wieder zurückgezogen werden. Die Größe der Tröpfchen bzw. die Menge des Pflanzenschutzmittels pro Tröpfchen sind durch den Aufbau und die Ansteuerung sowie durch die dadurch erzielte Wirkung der Düse vorherbestimmbar.
Vorzugsweise wird das Pflanzenschutzmittel durch eine (Ausstoß -)Bewegung des Ausstoßelements relativ zur Düse „aktiv“ aus der Düse ausgestoßen. Während des Ausstoßvorgangs kommt vorzugsweise eine Ausstoßspitze des Ausstoßelements in Kontakt mit dem abzugebenden Pflanzenschutzmittel und „drückt“ bzw. „schiebt“ das Pflanzenschutzmittel aufgrund der (Ausstoß-)Bewegung des Ausstoßelements und/oder der Düse aus der Düse der Dosiereinheit hinaus. Damit unterscheidet sich die Dosiereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung von anderen Dosiersystemen, bei denen eine Bewegung eines Verschlusselements lediglich zu einer Öffnung der Düse führt, wobei ein unter Druck stehender Dosierstoff dann von selbst aus der Düse austritt. Dies ist z. B. bei Einspritzventilen von Verbrennungsmotoren der Fall. Vorzugsweise kann das Ausstoßelement zudem in eine Verschlussstellung gebracht werden, indem es in der Düse an einem Dichtsitz der Düsenöffhung fest anschließt und dort vorübergehend verbleibt. Bei zähflüssigerem Pflanzenschutzmittel kann es auch ausreichen, dass das Ausstoßelement einfach in der Rückzugsstellung, d.h. vom Dichtsitz entfernt verbleibt, ohne dass ein Tropfen des Pflanzenschutzmittels austritt.
Die zum Ausstößen des Pflanzenschutzmittels nötige Bewegung des Ausstoßelements kann mit Hilfe einer Aktoreinheit des Dosiersystems erfolgen. Eine solche Aktoreinheit kann prinzipiell auf verschiedene Arten realisiert sein, z.B. mittels eines pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Aktors. Vorzugsweise kommen piezoelektrische und/oder elektromagnetisch betriebene Aktoren zum Einsatz.
Alternativ oder zusätzlich zu dem bewegbaren Ausstoßelement kann zur Abgabe von Pflanzenschutzmittel die Düse des Dosiersystems selbst in einer Ausstoß- bzw. Rückzugsrichtung bewegt werden. Zur Abgabe des Pflanzenschutzmittels können die Düse und ein im Inneren der Düse angeordnetes Ausstoßelement in einer Relativbewegung aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegt werden, wobei die Relativbewegung entweder alleinig durch eine Bewegung der Düse oder zumindest teilweise auch durch eine entsprechende Bewegung des Ausstoßelements erfolgen kann.
Nach Ende der Ausstoßbewegung kann das Mikroreservoir automatisch aus dem Vorratsbehälter wieder befällt werden.
Vorzugsweise erreichen die Einzeltropfen beim Dosieren eine Geschwindigkeit von 1 m/s bis 100 m/s, sehr bevorzugt 5 m/s bis 50 m/s, besonders bevorzugt 5 m/s bis 25 m/s.
Dosiersysteme zum berührungslosen Dosieren eines Dosierstoffs sind im Stand der Technik beschrieben (siehe z.B. WO2021/028197A1, W02020/120176A2, WO2019/197181A1, WO2015/192896A1, W02014/140195A1); sie werden üblicherweise zur Applikation von Lötmitteln oder Klebstoffen eingesetzt.
Wie bereits beschrieben, kann ein einzelner Tropfen eines Pflanzenschutzmittels appliziert werden, oder es können mehrere Tropfen appliziert werden. Bei einem tierischen Schadorganismus kann ein einzelner Tropfen ausreichend sein, den Schadorganismus unschädlich zu machen. Im Falle eines Unkrauts und/oder einer mit einem Krankheitserreger und/oder Pilz befallenen Kulturpflanze kann es erforderlich sein, mehrere Tropfen zu applizieren, um das Unkraut und/oder den Krankheitserreger und/oder den Pilz zu bekämpfen. Es können mehrere Tropfen in Form eines definierten Musters auf die Zielregion appliziert werden, z.B. in Form eines quadratischen oder hexagonalen Punktrasters. Auch eine Verteilung von Tropfen entlang definierter Merkmale der Zielregion ist denkbar. So können beispielsweise mehrere Tropfen entlang der Mittelader eines Blattes und/oder entlang von Seitenadem eines Blattes appliziert werden. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird die Menge des zu applizierenden Pflanzenschutzmittels automatisch auf Basis der einen oder der mehreren zweiten Bildaufhahme ermittelt, die die Zielregion zeigt/zeigen. Dabei kann Menge das Tropfenvolumen eines Einzeltropfens und/oder die Zahl an zu applizierenden Einzeltropfen bedeuten. Auch der Abstand der applizierten Einzeltropfen in der Zielregion voneinander und/oder die Verteilung der Einzeltropfen in der Zielregion können auf Basis der einen oder der mehreren zweiten Bildaufhahmen automatisiert ermittelt/festgelegt werden.
Die hohe Präzision und geringe Menge der aufgebrachten Tropfen hat den Vorteil, dass kein Pflanzenschutzmittel von der Zielregion auf anderen Regionen, insbesondere den Boden gelangt und somit nur eine minimale Oberfläche mit dem Pflanzenschutzmittel in Kontakt kommt.
In einer bevorzugten Form kann die Dosiereinheit an einer autonomen, mobilen Roboterplattform, vorzugsweise wetterunabhängig, gekoppelt werden. Somit wird die Dosiereinheit zusätzlich zur Orientierung durch die Orientierungseinheit in Fahrrichtung bewegt. Andere Formen sind jedoch auch möglich, z.B. Anbaugerät, UAV, oder Handgerät.
Die Dosiereinheit kann zusätzlich an einen passiven oder aktiven Windschutz installiert werden, um eine Drift der Tropfen zu verhindern. Der aktive Windschutz beeinflusst die Luftströmung im Bereich des Dispensers mit einem pneumatischen Gegendruck. Dazu wird die lokale Windgeschwindigkeit und der Böen-Faktor gemessen. Ein Modellbasierter Vorhersage Algorithmus, regelt die das pneumatische System. Dieser Algorithmus beruecksichtigt den Boenfaktor und/oder die lokale Windgeschwindigkeit fuer die Ermittlung des pneumatischen Gegendrucks. Der passive Windschutz ist durch eine Schutzeinheit, zum Beispiel ein Schutzschild gekennzeichnet, mit dem die Dosiereinheit abgeschirmt wird.
Dokumentieren der Applikation
Der Schritt „Dokumentieren der Applikation“ dient dem Nachweis, dass die Applikation auf die Zielregion beschränkt ist. Mit anderen Worten: durch das Dokumentieren der Applikation wird festgehalten, dass Pflanzenschutzmittel ausschließlich auf die Zielregion appliziert worden ist, und kein Pflanzenschutzmittel in einen Bereich außerhalb der Zielregion gelangt ist.
Das Dokumentieren der Applikation erfolgt auf Basis einer dritten Bildaufhahme oder auf Basis mehrerer dritter Bildaufhahmen.
Eine solche dritte Bildaufhahme zeigt die Zielregion nach der Applikation eines oder mehrerer Einzeltropfen des Pflanzenschutzmittels. Auf einer solchen dritten Bildaufnahme ist ein Einzeltropfen oder es sind mehrerer Einzeltropen in der Zielregion gezeigt. Vorzugsweise ist die Erzeugung einer Bildaufnahme von der Zielregion so auf die Ausstoßbewegung des Ausstoßelements abgestimmt, dass vor einer Ausstoßbewegung und eine definierte Zeitspanne nach einer Ausstoßbewegung jeweils eine Bildaufnahme von der Zielregion erzeugt wird. Die definierte Zeitspanne ist dabei vorzugsweise größer als die Zeitspanne, die ein Einzeltropfen benötigt, von der Düsenöffhung in die Zielregion zu gelangen, nachdem das Ausstoßelement den Einzeltropen ausgestoßen hat. Dadurch können eine Bildaufhahme von der Zielregion vor der Applikation eines Einzeltropfens und eine weitere Bildaufhahme von der Zielregion nach der Applikation des Einzeltropfens erzeugt werden. Durch Vergleich der beiden Bildaufhahmen (vorher/nachher) kann gezeigt werden, dass in der Bildaufnahme, die eine definierte Zeitspanne nach der Ausstoßbewegung erzeugt worden ist, im Vergleich zu der Bildaufhahme, die vor der Ausstoßbewegung erzeugt worden ist, ein Einzeltropen in der Zielregion hinzugekommen ist. Die Koppelung der Ausstoßbewegung mit der Erzeugung von Bildaufhahmen von der Zielregion erlaubt also den Nachweis, dass jeder Einzeltropfen, der ausgestoßen worden ist, auch tatsächlich in der Zielregion angekommen ist.
Die eine oder die mehreren dritten Bildaufhahmen werden mit Hilfe mindestens einer Bildaufhahmeeinheit erzeugt; vorzugsweise wird dieselbe Bildaufnahmeeinheit verwendet, die auch zum Identifizieren/Ermitteln der Zielregion verwendet wurde.
Es ist denkbar, dass auch der Ausstoßvorgang dokumentiert wird, d.h. dass durch eine oder mehrere Bildaufhahmen dokumentiert wird, dass ein Einzeltropfen die Düsenöffhung der Dosiervorrichtung verlässt. Hierfür kann eine Tropfendetektionseinheit verwendet werden, wie sie z.B. in WO2017/060336A1 beschrieben ist.
Vorzugsweise wird der Applikationsvorgang in Form eines Datensatzes festgehalten. Ein solcher Datensatz umfasst vorzugsweise eine oder mehrere erste Bildaufhahmen von dem Zielobjekt, eine Information darüber, welches Zielobjekt auf Basis der einen oder der mehreren ersten Bildaufhahmen identifiziert worden ist, und eine oder mehrere dritte Bildaufhahmen, die einen oder mehrere applizierte Einzeltropfen zeigen.
Der Datensatz kann ferner eine oder mehrere zweite Bildaufhahmen umfassen.
Die eine oder mehrere erste Bildaufhahmen zeigen das Zielobjekt, das mit Pflanzenschutzmittel behandelt wird.
Die Information darüber, welches Zielobjekt auf Basis der einen oder der mehreren ersten Bildaufnahmen identifiziert worden ist, kann verwendet werden, um Fehler bei der Identifikation zu ermitteln. Die eine oder die mehreren ersten Bildaufnahmen des Zielobjekts können von einem Menschen gesichtet werden, der geschult ist, das Zielobjekt in der einen oder den mehreren ersten Bildaufhahmen zu erkennen. Der Mensch kann dann die Information, welches Zielobjekt in der einen oder den mehreren ersten Bildaufhahmen von der erfindungsgemäßen Vorrichtung identifiziert worden ist, prüfen und feststellen, ob die Identifikation der erfmdungsgemäßen Vorrichtung richtig oder falsch gewesen ist.
Die ein oder die mehreren zweiten Bildaufnahmen geben Auskunft darüber, welche Zielregion für die Applikation des Pflanzenschutzmittels ausgewählt/ermittelt worden ist.
Die eine oder die mehreren dritten Bildaufnahmen geben Auskunft darüber, ob und welche Menge an Pflanzenschutzmittel in der Zielregion angekommen ist.
Vorzugsweise umfasst der Datensatz auch Informationen zu den applizierten Mengen, d.h. den Mengen, die von der Dosiereinheit abgegeben worden sind.
Vorzugsweise umfasst der Datensatz auch Informationen zu den Zeitpunkten, an denen Tropfen von der Dosiereinheit abgegeben worden sind, und zu den Zeitpunkten, an denen Bildaufhahmen, vorzugsweise eine oder mehrere dritte Bildaufhahmen erzeugt worden sind.
Vorzugsweise umfasst der Datensatz auch Informationen zu den Geokoordinaten der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zum Zeitpunkt der Identifikation des Zielobjekts und/oder zum Zeitpunkt der Ermittlung/Identifikation der Zielregion und/oder zum Zeitpunkt der Applikation von Pflanzenschutzmittel und/oder zu einem anderen Zeitpunkt und/oder zu mehreren anderen Zeitpunkten vor, während und/oder nach der Ausführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens. Zur Ermittlung der Geokoordinaten kann die erfmdungsgemäße Vorrichtung mit Mitteln zur Positionsbestimmung ausgestattet sein, wie beispielsweise mit einem GPS-Sensor (GPS: Global Positioning System) oder einem anderen Sensor zur Positionsbestimmung auf Basis eines Navigationssatellitensystems.
Der Datensatz kann in einem Datenspeicher gespeichert werden. Er kann einem Menschen gegenüber mit Hilfe eines Anzeigegeräts (z.B. einem Monitor oder einem Drucker) ausgegeben werden. Er kann über eine Sendeeinheit an ein (separates) Computersystem übermittelt werden. Die Übermittlung kann ganz oder teilweise kabelgebunden und/oder über Funk (z.B. über Mobilfunk) erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert, ohne die Erfindung auf die in den Zeichnungen gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen beschränken zu wollen.
Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch das erfmdungsgemäße Verfahren in Form von vier Schritten in einem Ablaufschema.
Das Verfahren (100) umfasst die Schritte:
(110) Identifizieren des Zielobj ekt und Bestimmung der Aufwandmenge
(120) Ermitteln einer Zielregion
(130) Applizieren eines Pflanzenschutzmittels auf die Zielregion (140) Dokumentieren der Applikation
Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch eine bevorzugte Ausfiihrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Ablaufschemas.
Das Verfahren (200) umfasst die Schritte:
(210) Erzeugen einer ersten Bildaufnahme von einem Zielobjekt,
(220) Identifizieren des Zielobjekts auf Basis der ersten Bildaufnahme,
(230) Ermitteln einer Zielregion auf Basis der ersten Bildaufnahme und/oder auf Basis einer zweiten Bildaufhahme,
(240) Applizieren einer Menge eines Pflanzenschutzmittels auf die Zielregion mit Hilfe einer Dosiereinheit,
(250) Erzeugen einer dritten Bildaufnahme, wobei die dritte Bildaufhahme das auf die Zielregion applizierte Pflanzenschutzmittel zeigt,
(260) Erzeugen eines Datensatzes umfassend
• die erste und/oder die zweite Bildaufhahme,
• eine Information über das ermittelte Zielobjekt, und
• die dritte Bildaufhahme,
(270) Ausgeben und/oder Speichern des Datensatzes und/oder Übermitteln des Datensatzes an ein Computersystem .
Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Vorrichtung (1) umfasst eine Steuer- und Recheneinheit (2), mindestens eine Bildaufhahmeeinheit (3, 4), eine Dosiereinheit (5), und einen Datenspeicher (6).
Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung umfasst zwei Bildaufnahmeeinheiten, eine erste Bildaufhahmeeinheit (3) und eine zweite Bildaufnahmeeinheit (4). Mit der ersten Bildaufhahmeeinheit (3) kann eine erste Bildaufhahme oder es können mehrere erste Bildaufnahmen erzeugt werden, die ein Zielobjekt zumindest anteilig zeigen, und auf deren Basis das Zielobjekt identifiziert wird. Mit der zweiten Bildaufhahmeeinheit (4) kann eine zweite und/oder dritte Bildaufhahme oder es können mehrere zweite und/oder dritte Bildaufhahmen erzeugt werden. Die eine oder die mehreren zweiten Bildaufhahmen dienen der Ermittlung/Identifikation der Zielregion; die eine oder die mehreren dritten Bildaufhahmen dienen dem Nachweis der ausschließlichen Applikation von Pflanzenschutzmittel auf die Zielregion. Die Vorrichtung (1) kann optional eine Sendeeinheit (7) und/oder eine Positionsbestimmungseinheit (8) und/oder eine Quelle (9) für elektromagnetische Strahlung umfassen.
Die Steuer- und Recheneinheit (2) ist konfiguriert, von der mindestens einen ersten Bildaufnahmeeinheit (3) eine erste Bildaufnahme zu empfangen, ein Zielobjekt in der ersten Bildaufhahme zu identifizieren, optional eine zweite Bildaufhahme von der mindestens einen zweiten Bildaufnahmeeinheit (4) zu empfangen, eine Zielregion auf Basis der ersten und/oder zweiten Bildaufnahme zu ermitteln, die Dosiereinheit (5) zu veranlassen, eine Menge eines Pflanzenschutzmittels auf die Zielregion zu applizieren, die mindestens eine zweite Bildaufhahmeeinheit (4) zu veranlassen, eine dritte Bildaufhahme zu erzeugen, wobei die dritte Bildaufhahme das auf die Zielregion applizierte Pflanzenschutzmittel zeigt, einen Datensatz zu erzeugen, wobei der Datensatz o die erste und/oder die zweite Bildaufhahme, o eine Information über das ermittelte Zielobjekt, und o die zweite Bildaufhahme umfasst, und den Datensatz in dem Datenspeicher (6) zu speichern und optional die Sendeeinheit (7) zu veranlassen, den Datensatz an ein Computersystem zu übermitteln.
Mit der Positionsbestimmungseinheit (8) kann die Position der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) ermittelt werden.
Mit der Quelle (9) für elektromagnetische Strahlung kann das Zielobjekt und/oder die Zielregion beleuchtet werden, um Bildaufnahmen unabhängig vom Umgebungslicht (z.B. Sonnenlicht) erzeugen zu können.
Die erfmdungsgemäße Vorrichtung kann allgemein (d.h. nicht beschränkt auf die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform) über Mittel verfügen, mit der sich die Vorrichtung autonom innerhalb eines Feldes für Kulturpflanzen bewegen kann. So kann die erfmdungsgemäße Vorrichtung beispielsweise als ein Roboter oder ein Fahrzeug ausgeführt sein. Entsprechende Fortbewegungsmittel sind im Stand der Technik beschrieben (siehe z.B.: WO2016/116888A1, US20030229425A1, W02019/100118A1,
WO2016/191825, US20200253127A1). Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann allgemein (d.h. nicht beschränkt auf die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform) über einen passiven und/oder aktiven Windschutz verfügen. Ein Windschutz kann sicherstellen, dass Einzeltropfen auf ihrer Flugbahn von der Dosiereinheit in Richtung der Zielregion nicht von der gewünschten Ziellaufbahn abdriften. Ein passiver Windschutz kann beispielsweise mit Schutzschilden erreichet werden. Ein aktiver Windschutz kann die Luftströmung im Bereich der Dosiereinheit z.B. mit einem pneumatischen Gegendruck beeinflussen. Dazu können die lokale Windgeschwindigkeit und der Böen-Faktor gemessen werden. Ein modellbasierter Vorhersage- Algorithmus kann das pneumatische System regeln.
Die vorliegende Erfindung vereint die zielgenaue Applikation von Pflanzenschutzmittel mit dem Nachweis, dass Pflanzenschutzmittel ausschließlich auf definierte Zielregionen appliziert worden ist.
Mittels der vorliegenden Erfindung können Pflanzenschutzmittel in Kleinstmengen so dosiert werden, dass eine Kontamination von Grundwasser, Böden und/oder Nutzpflanzen vermieden wird.
Durch die vorliegende Erfindung können Beikräuter selektiv am Wachstum gehindert, oder basierend auf Synergieeffekten im Wachstum gefördert werden. Damit ist es möglich, die Biodiversität unter Berücksichtigung der Gesamtwirtschaftlichkeit im Pflanzenbau zu maximieren.
Schädlingspopulationen müssen nicht komplett entfernt werden, sondern können auf eine ökologische sinnvolle Populationsgröße reduziert werden.
Zur Qualitätssteigerung des Emteguts und/oder der Biodiversität kann das erfmdungsgemäße Verfahren in regelmäßigen Abständen, vorzugsweise täglich mit vorzugsweise einem oder mehreren autonomen Robotern und/oder Fahrzeugen eingesetzt werden, um kontinuierlichen Pflanzenschutz zu ermöglichen und so Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben.
Durch die vorliegende Erfindung ist prinzipiell auch in einem zertifizierten Bioanbau der Einsatz von chemisch-synthetisierten Pflanzenschutzmitteln möglich, indem potenziell kontaminierte Pflanzen durch die Dokumentation jedes einzelnen Tropfens transparent erkennbar sind. Die Digitalisierung im Pflanzenbau soll Endkunden aufschlüsseln, in welcher Entfernung zu Ihrem Produkt (Nutzpflanze), welche Mengen, welcher Substanz, zu welchen Zeitpunkten, bei welchen Umweltbedingungen eingesetzt wurden.

Claims

Verfahren umfassend die Schrite:
(a) Erzeugen einer ersten Bildaufnahme von einem Zielobjekt,
(b) Identifizieren des Zielobjekts auf Basis der ersten Bildaufnahme,
(c) Ermiteln einer Zielregion auf Basis der ersten Bildaufhahme und/oder auf Basis einer zweiten Bildaufhahme,
(d) Applizieren einer Menge eines Pflanzenschutzmitels auf die Zielregion mit Hilfe einer Dosiereinheit,
(e) Erzeugen einer driten Bildaufhahme, wobei die drite Bildaufhahme das auf die Zielregion applizierte Pflanzenschutzmitel zeigt,
(f) Erzeugen eines Datensatzes umfassend a. die erste und/oder die zweite Bildaufhahme, b. eine Information über das ermitelte Zielobjekt, und c. die drite Bildaufnahme,
(g) Ausgeben und/oder Speichern des Datensatzes und/oder Übermiteln des Datensatzes an ein Computersystem . Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schrit (c) das Ermiteln der Zielregion auf Basis der ersten und zweiten Bildaufhahme erfolgt, die aus jeweils unterschiedlichen Richtungen erzeugt werden, und wobei in Schrit (f) der Datensatz zusaetzlich die zweite Bildaufhahme und eine Tiefeninformation in Bezug auf einen Abstand der Dosiereinheit von der Zielregion umfasst, die aus den beiden Bildaufhahmen gewonnen wurde. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in Schrit (d) das Applizieren des Pflanzenschutzmitels in Form eines oder mehrerer Einzeltropfen erfolgt. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei in Schrit (e) die drite Bildaufhahme einen oder mehrere Einzeltropfen zeigt, die auf die Zielregion in Schrit (d) appliziert worden sind. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, wobei der in Schrit (f) erzeugte Datensatz zusätzlich die gesamte Menge des in der Zielregion applizierten Pflanzenschutzmitels umfasst. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei auf Basis des in Schrit (f) erzeugten Datensatzes und anhand darin enthaltenen driten Bildaufnahme ermitelt wird, ob und welche Menge an Pflanzenschutzmitel in der Zielregion angekommen ist. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, wobei in Schrit (d) die Dosiereinheit an einen Windschutz installiert worden ist, mit dem sichergestellt wird, dass ein oder mehrere Einzeltropfen des Pflanzenschutzmitels auf ihrer Flugbahn von der Dosiereinheit in Richtung der Zielregion nicht von der gewünschten Ziellaufbahn abdriften. Vorrichtung umfassend, eine Steuer- und Recheneinheit, mindestens eine Bildaufhahmeeinheit, eine Dosiereinheit, und einen Datenspeicher und/oder eine Sendeeinheit, wobei die Steuer- und Recheneinheit konfiguriert ist, von der mindestens einen Bildaufhahmeeinheit eine erste Bildaufhahme zu empfangen, ein Zielobjekt in der ersten Bildaufhahme zu identifizieren, optional eine zweite Bildaufnahme von der mindestens einen Bildaufnahmeeinheit zu empfangen, eine Zielregion auf Basis der ersten und/oder zweiten Bildaufnahme zu ermiteln, die Dosiereinheit zu veranlassen, eine Menge eines Pflanzenschutzmitels auf die Zielregion zu applizieren, die mindestens eine erste Bildaufnahmeeinheit zu veranlassen, eine drite Bildaufhahme zu erzeugen, wobei die drite Bildaufhahme das auf die Zielregion applizierte Pflanzenschutzmitel zeigt, einen Datensatz zu erzeugen, wobei der Datensatz o die erste und/oder die zweite Bildaufhahme, o eine Information über das ermitelte Zielobjekt, und o die zweite Bildaufhahme umfasst, und den Datensatz in dem Datenspeicher zu speichern und/oder die Sendeeinheit zu veranlassen, den Datensatz an ein Computersystem zu übermiteln. Vorrichtung gemaess Anspruch 9, wobei die Steuer- und Recheneinheit konfiguriert ist, eine zweite Bildaufnahme von einer zweiten Bildaufhahmeeinheit zu empfangen, wobei die zweite Bildaufhahmeeinheit relativ zur ersten Bildaufhahmeeinheit räumlich unterschiedlich positioniert ist, eine Zielregion auf Basis der ersten und zweiten Bildaufnahme zu ermitteln, die Dosiereinheit zu veranlassen, eine Menge eines Pflanzenschutzmittels auf die Zielregion zu applizieren, die mindestens eine erste Bildaufhahmeeinheit zu veranlassen, eine dritte Bildaufnahme zu erzeugen, wobei die dritte Bildaufhahme das auf die Zielregion applizierte Pflanzenschutzmittel zeigt, einen Datensatz zu erzeugen, wobei der Datensatz - die erste Bildaufhahme, eine Information über das ermittelte Zielobjekt, und die zweite Bildaufhahme umfasst.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Dosiereinheit einen Vorratsbehälter, eine Düse, ein Präzisionsventil und ein Mikroreservoir enthält, das geeignet ist, Tropfen mit einem Volumen von 1 bis 100 nL zu applizieren.
11. Vorrichtung gemaess Anspruch 10, wobei der Tropfen ein Volumen von 1 bis 50 nL hat.
12. Vorrichtung gemaess Anspruch 9 bis 11, wobei die erste Bildaufnahmeeinheit und die zweite Bildaufnahmeeinheit in Form einer Stereokamera ausgebildet sind. 13. Vorrichtung gemaess Anspruch 8 bis 12, wobei die Dosiereinheit an einen Windschutz installiert ist, mit dem sichergestellt wird, dass Einzeltropfen des Pflanzenschutzmittels auf ihrer Flugbahn von der Dosiereinheit in Richtung der Zielregion nicht von der gewünschten Ziellaufbahn abdriften.
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