ES2897541T3 - Dispositivo de detección agrícola y procedimiento de detección para detectar objetos agrícolas - Google Patents

Dispositivo de detección agrícola y procedimiento de detección para detectar objetos agrícolas Download PDF

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Abstract

Dispositivo de detección agrícola, que comprende una unidad de sensores, una unidad de evaluación y una unidad de control, en el que - la unidad de sensores comprende un primer sensor con una primera característica de dirección, - el primer sensor está diseñado para emitir una primera señal de emisión y recibir una primera señal de reflexión, caracterizado porque en una primera forma de realización, el primer sensor presenta una segunda característica de dirección y emite una segunda señal de sensor con la segunda característica de dirección y recibe una segunda señal de reflexión o, en una segunda forma de realización, la unidad de sensores para emitir la segunda señal de emisión y para recibir la segunda señal de reflexión comprende un segundo sensor con una segunda característica de dirección, dispuesto de manera adyacente al primer sensor, en el que la primera característica de dirección presenta una anchura menor que la segunda característica de dirección y la unidad de control está configurada para cambiar entre la primera característica de dirección y la segunda característica de dirección y la unidad de evaluación está diseñada para determinar al menos la estructura de las plantas y un valor de altura a partir de la primera señal de reflexión y a partir de la segunda señal de reflexión.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de detección agrícola y procedimiento de detección para detectar objetos agrícolas
La invención se refiere a un dispositivo de detección agrícola y a un procedimiento de detección para detectar objetos agrícolas.
Por el documento EP 2 679 085 A1 se conoce un procedimiento para detectar las boquillas pulverizadoras de un rociador de campo en las plantas que deben pulverizarse, compensándose errores de medición o valores de medición ausentes al determinar mediante valores de medición existentes una altura de planta promedio y calcular por medio de la altura de planta promedio un valor de medición virtual o un valor de sustitución.
Ante este contexto, el objetivo de la invención consiste en indicar un dispositivo que perfeccione el estado de la técnica. El objetivo se soluciona mediante un dispositivo de detección agrícola con las características de la reivindicación 1 así como mediante un procedimiento de detección con las características de la reivindicación 7. Configuraciones ventajosas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Según un primer objeto de la invención se proporciona un dispositivo de detección agrícola para detectar objetos agrícolas, que comprende una unidad de sensores, una unidad de evaluación y una unidad de control.
La unidad de sensores comprende un primer sensor con una primera característica de dirección.
El primer sensor está diseñado para enviar una primera señal de emisión y recibir una primera señal de reflexión. En una primera forma de realización, el primer sensor presenta una segunda característica de dirección y envía una segunda señal de sensor con la segunda característica de dirección y recibe una segunda señal de reflexión.
En una segunda forma de realización, la unidad de sensores comprende un segundo sensor dispuesto de manera adyacente al primer sensor con una segunda característica de dirección para enviar la segunda señal de emisión y recibir la segunda señal de reflexión.
La primera característica de dirección presenta una anchura menor que la segunda característica de dirección. La unidad de control está configurada para cambiar entre la primera característica de dirección y la segunda característica de dirección.
La unidad de evaluación está diseñada para determinar la estructura de las plantas y la altura de las plantas a partir de la primera señal de reflexión y la segunda señal de reflexión.
La invención se refiere además a procedimientos de detección para determinar objetos agrícolas, estando previstas una unidad de sensores con un primer sensor y una unidad de evaluación y una unidad de control.
El primer sensor se encuentra en una conexión operativa con la unidad de evaluación y la unidad de control.
Por medio del primer sensor con una primera característica de dirección, a intervalos de tiempo, se envía en cada caso una primera señal de emisión y a continuación se recibe en cada caso una primera señal de reflexión.
Por medio del primer sensor con una segunda característica de dirección o por medio de un segundo sensor dispuesto de manera adyacente al primer sensor con una segunda característica de dirección, a intervalos de tiempo, se envía en cada caso una segunda señal de emisión y a continuación se recibe en cada caso una segunda señal de reflexión. La primera característica de dirección presenta una anchura menor que la segunda característica de dirección. A partir de la primera señal de reflexión y la segunda señal de reflexión se determinan por medio de la unidad de evaluación un valor de altura y una estructura de una planta.
Por medio de la unidad de control se cambia entre la primera característica de dirección y la segunda característica de dirección. Se entiende que el cambio entre la primera característica de dirección y la segunda característica de dirección tiene lugar preferiblemente de manera alternante.
Una ventaja es que por medio del cambio de la característica de dirección pueden determinarse de forma rápida y fiable la estructura de las plantas y la distancia entre las plantas. Esto resulta particularmente ventajoso cuando se esparcen principios activos sobre las plantas, para dosificar la cantidad de principio activo durante el esparcimiento. Preferiblemente, el dispositivo de detección agrícola se dispone en aparatos agrícolas, por ejemplo, en un rociador de campo.
Un rociador de campo es un aparato agrícola que puede distribuir uniformemente productos fitosanitarios o fertilizantes líquidos en tierras cultivables.
En los rociadores de campo, el caldo de pulverización se pone bajo presión mediante una bomba de líquido dispuesta aguas abajo del recipiente de reserva y entonces se distribuye por medio de boquillas pulverizadoras. Las boquillas pulverizadoras están dispuestas normalmente a lo largo de un varillaje transversalmente a un sentido de movimiento.
El dispositivo de detección según la invención o el procedimiento de detección correspondiente están diseñados para determinar un valor de altura. El valor de altura comprende en particular la distancia de la unidad de sensores al suelo o a una planta o partes de una planta.
El dispositivo de detección según la invención, o al menos la unidad de sensores del dispositivo de detección, está dispuesto para ello por ejemplo, en el varillaje del rociador de campo de manera adyacente a las boquillas, de modo que se mueve conjuntamente con el rociador de campo y presenta la misma distancia a las plantas o al suelo.
Se entiende que el dispositivo de regulación de distancia determina una distancia a un objeto, por ejemplo, el área tratada o una superficie estructurada, concretamente las plantas en un campo, por medio de la duración de una señal emitida y reflejada en el objeto o una superficie del objeto. Es decir, se mide el tiempo entre la emisión de una señal de emisión, por ejemplo, un pulso ultrasónico, y la recepción posterior de la señal de emisión reflejada en las superficies, que en este caso se denomina señal de reflexión.
En particular, las distancias se detectan por medio de dos características de dirección diferentes. La característica de dirección de un sensor describe la dependencia angular de la intensidad de las señales recibidas o emitidas.
En el caso de sensores de sonido, por ejemplo, transductores ultrasónicos, se habla normalmente de un haz de sonido. Para los sensores de radar se habla normalmente de un campo de detección.
Correspondientemente, pueden implementarse diferentes características de dirección mediante sensores del mismo tipo, pero configurados u operados de manera diferente, o también mediante diferentes tipos de sensores, es decir sensores con diferentes principios físicos de funcionamiento.
La combinación de una característica de dirección estrecha y una ancha posibilita determinar también en el caso de una densidad de plantas baja la distancia todavía de manera fiable. Además, la combinación posibilita también la detección de distancias horizontales entre las plantas individuales así como la detección fiable simultánea de la punta de la planta, por un lado, y del suelo, por otro lado.
Así pueden determinarse adicionalmente la altura de las plantas y la densidad de las plantas, y a partir de esto la masa vegetal. De ese modo puede adaptarse en particular la cantidad de aplicación de fertilizantes a las necesidades reales de las plantas y estimar el rendimiento de la cosecha que puede esperarse y ahorrar costes. Por lo demás puede reducirse el impacto medioambiental.
Se entiende que la combinación de los resultados de medición se basa en que estos se detectan en la medida de lo posible en o desde la misma ubicación, por lo que la primera y la segunda unidad de sensores están dispuestas de manera adyacente una con respecto a otra. Preferiblemente, la distancia entre los sensores es tan pequeña como sea posible.
La distancia desde el centro de una fuente de señales de emisión del primer sensor hasta el centro de una fuente de señales de emisión del segundo sensor asciende preferiblemente como máximo a 10 cm o como máximo a 5 cm o como máximo a 1 cm.
Según una primera forma de realización, el primer sensor es un sensor ultrasónico. La primera característica de dirección es preferiblemente un haz de sonido, por ejemplo, un transductor ultrasónico, en donde el haz de sonido preferiblemente a una distancia de 1 m al primer sensor presenta una anchura entre 30 cm y 70 cm.
Según una forma de realización adicional, la segunda característica de dirección es un haz de sonido y el haz de sonido presenta a una distancia de 1 m al primer sensor una anchura entre 80 cm y 120 cm.
El segundo haz de sonido se implementa preferiblemente por medio de un segundo sensor o alternativamente por medio del primer sensor, en donde el primer sensor está configurado para ello de manera especialmente preferible como transductor ultrasónico con característica de dirección variable.
En una forma de realización alternativa, el segundo sensor es un sensor de radar con un campo de detección como segunda característica de dirección, en donde el campo de detección a una distancia de 1 m al sensor de radar presenta una anchura entre 80 cm y 2 m.
En una forma de realización adicional del procedimiento de detección se emite la segunda señal de emisión por medio de un segundo sensor, en donde se emiten en cada caso una primera y una segunda señal de emisión al mismo tiempo o al menos sustancialmente al mismo tiempo.
En una forma de realización alternativa, las primeras señales de emisión y las segundas señales de emisión se emiten de manera alternante. Se entiende que las segundas señales de emisión en este caso pueden generarse y recibirse por el primer sensor con una característica de dirección que puede variarse correspondientemente o por un segundo sensor.
Según un perfeccionamiento, las primeras señales de emisión se generan por medio de un primer transductor ultrasónico.
Las segundas señales de emisión se generan según dos formas de realización alternativas por medio de un segundo transductor ultrasónico o por medio de un sensor de radar.
Según una forma de realización adicional, en las señales de reflexión se determina un flanco ascendente por medio de un valor umbral de pendiente.
En otra forma de realización, en las señales de reflexión se determina un valor de altura por medio de un valor umbral de altura. Las comparaciones de valores umbral se implementan de manera especialmente preferible por medio de filtros de valores umbral digitales.
Se entiende que una reflexión de la señal de emisión en una superficie origina un pico o diferentes reflexiones desde diferentes planos de reflexión de la planta hasta el suelo originan diferentes o varios picos en la señal de reflexión.
Los picos individuales pueden reconocerse tanto por el ascenso, es decir el flanco ascendente o un aumento de la pendiente de la señal, como en los valores de señal especialmente altos en la zona de la punta del pico.
Según un perfeccionamiento se determina un valor de altura tras superar un valor umbral de pendiente y un valor umbral de altura. Por medio del valor umbral de pendiente se determina el inicio de un flanco ascendente.
Una caída posterior por debajo del valor umbral de pendiente significa el final del flanco. Si la altura del flanco supera adicionalmente un valor umbral de altura, entonces el flanco se considera una reflexión. Como inicio de la reflexión se considera, por ejemplo, el momento del ascenso del flanco, es decir el momento en el que se supera el valor umbral de pendiente.
La combinación de los dos filtros de valores umbral posibilita una evaluación especialmente fiable de las señales de reflexión. En particular pueden detectarse con mayor precisión los planos de reflexión individuales de una planta.
En un perfeccionamiento adicional, los valores de altura se determinan por medio de un procedimiento de valores umbral dinámico.
Preferiblemente, para la realización de una o más consultas de valores umbral, la unidad de evaluación comprende filtros digitales correspondientes en forma de módulos lógicos o en forma de un procesador de señales con un programa.
En una forma de realización adicional, la unidad de evaluación está diseñada para regular la altura del aparato agrícola a partir del valor de altura. A este respecto, el valor de altura comprende en el caso del aparato agrícola una distancia del varillaje o de las boquillas pulverizadoras a un área que debe tratarse, por ejemplo, el suelo y/o las plantas o puntas de plantas. Una distancia uniforme entre las boquillas pulverizadoras y las plantas que deben tratarse posibilita un tratamiento fiable y que ahorra recursos.
Por medio del valor de altura es posible, durante el funcionamiento, en particular adaptar la distancia de las boquillas lo más rápido posible a una variación de la altura de la planta, es decir regularla.
La invención se explicará con más detalle a continuación con referencia a los dibujos. A este respecto, partes similares están etiquetadas con denominaciones idénticas. Las formas de realización representadas están muy esquematizadas, es decir, las distancias y las extensiones laterales y las verticales no son a escala y, a menos que se indique lo contrario, tampoco presentan relaciones geométricas deducibles entre sí. En ellas muestran,
la figura 1 una vista lateral de una primera disposición según la invención de un dispositivo de detección según la invención en un rociador de campo,
la figura 2 una vista trasera del rociador de campo de la figura 1,
la figura 3 una vista de una primera forma de realización según la invención de un dispositivo de detección, la figura 4 una vista de una primera señal de reflexión,
la figura 5 una vista de los haces de sonido de un sensor ultrasónico para diferentes potencias de emisión y la figura 6 una vista de haces de sonido de diferentes sensores ultrasónicos.
Los dibujos de las figuras 1 y 2 muestran un tractor 10 con un rociador de campo 12 en una vista lateral o una vista trasera. El rociador de campo 12 comprende un depósito 14 para un caldo de pulverización así como un varillaje de pulverización 16. A lo largo del varillaje de pulverización 16 están dispuestas boquillas pulverizadoras 18.
El varillaje de pulverización 16 del rociador de campo 12, en una forma realización, está fijado en altura y en una forma de realización alternativa puede moverse en la dirección vertical.
Para determinar la distancia de las boquillas pulverizadoras 18 al suelo y/o a las plantas o diferentes planos de las plantas, así como el tamaño de las plantas y la densidad de vegetación, en el varillaje de pulverización 16 de manera adyacente a al menos una boquilla pulverizadora 18 está dispuesta al menos una parte de un dispositivo de detección 100 según la invención.
En el dibujo de la figura 3 está representada una primera forma de realización de un dispositivo de detección 100 según la invención. A continuación, se explican solo las diferencias con respecto al dibujo de la figura 1.
El dispositivo de detección 100 presenta una unidad de sensores 20, una unidad de evaluación 22 y una unidad de control 24. La unidad de sensores 20 comprende un primer sensor 26 y un segundo sensor 28 dispuesto a una distancia A1 al primer sensor 28.
El primer sensor 26 y el segundo sensor 28 se diferencian en cuanto a su característica de dirección. El primer sensor presenta la primera característica de dirección y el segundo sensor presenta la segunda característica de dirección, presentando la característica de dirección una anchura más estrecha que la segunda característica de dirección. Si los dos sensores 26 y 28 se hacen funcionar de manera alterna, entonces el primer sensor 26 emite una primera señal de emisión S1 en un primer momento t1. La señal de emisión S1 emitida se refleja en los diferentes planos de una planta 30 que se encuentra debajo, por ejemplo, la punta de la planta y/o una o varias hojas de la planta, y/o desde un suelo subyacente. Las reflexiones se reciben como primera señal R1 de reflexión por el primer sensor 26 y se transmiten a la unidad de evaluación 22.
A continuación, en un segundo momento t2 = t1+Dt, el segundo sensor 28 emite una segunda señal de emisión 28 y detecta las reflexiones como segunda señal de reflexión R2, que se transmite igualmente a la unidad de evaluación 22.
Por medio de la unidad de evaluación 22 se determinan a continuación mediante las señales de reflexión R1 y R2 la distancia A1 de la punta a la unidad de sensores 20, la distancia A2 del suelo y la distancia A3 de planos de reflexión que se encuentran entremedias, por ejemplo, hojas.
Además, mediante las señales de reflexión R1 y R2 se determina una distancia D1 horizontal entre plantas adyacentes. Mediante las distancias determinadas se ajusta la distancia de las boquillas pulverizadoras a las plantas por medio de la unidad de control 24. Además, las distancias determinadas posibilitan adaptar la cantidad de fertilizante que debe suministrarse a la altura de la planta y/o a la densidad de plantas.
Si el dispositivo de detección se mueve por todo un campo y detecta las distancias A1, A2 y A3, así como las distancias D1 horizontales a intervalos de tiempo regulares, entonces también es posible determinar tanto una altura de planta promedio como una densidad de plantas promedio para todo el campo, con lo que puede estimarse una cosecha que ha de esperarse.
En el dibujo de la figura 4 se muestra un ejemplo de una señal de reflexión R1 a lo largo del tiempo t. Cada reflexión, es decir cada plano de reflexión, genera un pico en la señal de reflexión.
Idealmente, se genera un primer pico por la punta de la planta y se genera un último pico por el suelo, y dado el caso picos adicionales que se encuentra entremedias por planos de reflexión adicionales de la planta, es decir, por ejemplo, hojas.
Sin embargo, los picos, es decir, las reflexiones individuales, también pueden fusionarse o diferentes reflexiones o también la dispersión pueden superponerse.
Los picos se determinan por medio de consultas de valores umbral o por medio de uno o varios filtros de valores umbral. Para detectar con mayor precisión los planos de reflexión individuales de una planta, resulta ventajoso realizar una consulta combinada de un valor umbral de pendiente y de un valor umbral de altura o emplear filtros correspondientes, por ejemplo, filtros digitales.
En el dibujo de la figura 5 se representan los haces de sonido 40, 42, 44 de un sensor ultrasónico con potencia de emisión variable para tres potencias de emisión diferentes.
Las haces de sonido 40, 42 y 44, y con ello las características de dirección para las diferentes potencias de emisión, presentan en cada caso diferentes anchuras B1, B2 o B3. Esto posibilita implementar las dos características de dirección diferentes según la invención con el primer sensor y sin un segundo sensor.
Como alternativa es posible utilizar dos sensores diferentes, por ejemplo, dos sensores ultrasónicos diferentes, que difieren entre sí al menos en cuanto a la característica de dirección. En el dibujo de la figura 6 están representados los haces de sonido de cuatro sensores ultrasónicos diferentes, que se diferencian todos claramente en particular en cuanto a su anchura.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Dispositivo de detección agrícola, que comprende una unidad de sensores, una unidad de evaluación y una unidad de control, en el que
    - la unidad de sensores comprende un primer sensor con una primera característica de dirección,
    - el primer sensor está diseñado para emitir una primera señal de emisión y recibir una primera señal de reflexión,
    caracterizado porque
    en una primera forma de realización, el primer sensor presenta una segunda característica de dirección y emite una segunda señal de sensor con la segunda característica de dirección y recibe una segunda señal de reflexión o, en una segunda forma de realización, la unidad de sensores para emitir la segunda señal de emisión y para recibir la segunda señal de reflexión comprende un segundo sensor con una segunda característica de dirección, dispuesto de manera adyacente al primer sensor, en el que la primera característica de dirección presenta una anchura menor que la segunda característica de dirección y la unidad de control está configurada para cambiar entre la primera característica de dirección y la segunda característica de dirección y la unidad de evaluación está diseñada para determinar al menos la estructura de las plantas y un valor de altura a partir de la primera señal de reflexión y a partir de la segunda señal de reflexión.
  2. 2. Dispositivo de detección agrícola según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sensor es un sensor ultrasónico.
  3. 3. Dispositivo de detección agrícola según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la primera característica de dirección es un haz de sonido y el haz de sonido presenta a una distancia de 1 m al primer sensor una anchura entre 30 cm y 70 cm.
  4. 4. Dispositivo de detección agrícola según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda característica de dirección es un haz de sonido y el haz de sonido presenta a una distancia de 1 m al primer sensor una anchura entre 80 cm y 120 cm.
  5. 5. Dispositivo de detección agrícola según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo sensor es un sensor de radar con un campo de detección como segunda característica de dirección, en el que el campo de detección a una distancia de 1 m al sensor de radar presenta una anchura entre 80 cm y 2 m.
  6. 6. Dispositivo de detección agrícola según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer sensor está configurado como un transductor ultrasónico con una característica de dirección variable.
  7. 7. Procedimiento de detección para determinar objetos agrícolas, en el que
    una unidad de sensores está prevista con un primer sensor y una unidad de evaluación y una unidad de control, y el primer sensor está en una conexión operativa con la unidad de evaluación y la unidad de control;
    - por medio del primer sensor con una primera característica de dirección a intervalos de tiempo se envía en cada caso una primera señal de emisión y a continuación se recibe en cada caso una primera señal de reflexión,
    caracterizado porque
    por medio del primer sensor con una segunda característica de dirección o por medio de un segundo sensor con una segunda característica de dirección, dispuesto de manera adyacente al primer sensor, se emite a intervalos de tiempo en cada caso una segunda señal de emisión y se recibe a continuación en cada caso una segunda señal de reflexión, en el que
    - la primera característica de dirección presenta una anchura menor que la segunda característica de dirección y
    - a partir de la primera señal de reflexión y de la segunda señal de reflexión se determinan un valor de altura y una estructura de una planta.
  8. 8. Procedimiento de detección según la reivindicación 7, caracterizado porque la segunda señal de emisión se emite por medio de un segundo sensor, en el que en cada caso se emiten una primera y una segunda señal de emisión al mismo tiempo o al menos esencialmente al mismo tiempo.
  9. 9. Procedimiento de detección según la reivindicación 7, caracterizado porque las primeras señales de emisión y las segundas señales de emisión se emiten de manera alternante.
  10. 10. Procedimiento de detección según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque las primeras señales de emisión se generan por medio de un primer transductor ultrasónico.
  11. 11. Procedimiento de detección según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque las segundas señales de emisión se generan por medio de un segundo transductor ultrasónico o por medio de un sensor de radar.
  12. 12. Procedimiento de detección según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque en las señales de reflexión se determina un flanco ascendente por medio de un valor umbral de pendiente.
  13. 13. Procedimiento de detección según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque en las señales de reflexión se determina un valor de altura por medio de un valor umbral de altura.
  14. 14. Procedimiento de detección según una de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque se determina un valor de altura tras superar un valor umbral de pendiente y un valor umbral de altura.
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