NO325927B1 - System for styrt paforing av herbicider - Google Patents

Abstract

System for optimal påføring av herbicider på ugress over store arealer. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen detaljer ved anordninger som utgjør et system for identifikasjon av ugress og styring av herbicidsprøyting, basert på maskinsyn.

Description

Introduksjon/teknisk felt

Den foreliggende oppfinnelsen angår et system for optimal påføring av herbicider på ugress over store arealer. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen detaljer ved anordninger som utgjør et system for identifikasjon av ugress og styring av herbicidsprøyting, basert på maskinsyn.

Kjent teknikk

Sprøyting av herbicider mot ugress dreper eller hemmer veksten av ugress, men sprøyting kan også skade nytteplantene. Rester av herbicider kan bli værende igjen i nytteplanter, jordsmonn, luft og vann. Mennesker kan dermed bli påvirket av herbicider under forberedelser, bruk.

Systemer for identifikasjon av ugress kan redusere bruken av herbicider, ved at det bare sprøytes der ugress ellers vil hemme veksten av nytteplanter. Automatiske systemer som utnytter maskinsyn for identifikasjon av ugress, gir grunnlag for planlegging av hvilke arealer som skal sprøytes med herbicider. Systemene kan utnytte måten ugress fordeler seg i åkeren, evt. også hvordan nytteplanter fordeles i åkeren. Mønstergjenkjenning kan benyttes for identifikasjon av ulike arter eller typer planter gruppert etter størrelse, klyngedan-nelse, formbeskrivende parametere, eller botaniske fellestrekk.

Det er vist at ugressfordelingen i en åker ofte danner mønstre som strekker seg over mange meter store områder, slik at et område i åkeren kan diagnostiseres og behandles på bakgrunn av analyse av et eller flere mindre felt innenfor eller i nærheten av området.

Automatiske systemer basert på maskinsyn og mønstergjenkjennelsesalgorit-mer, utnytter ofte analyse av små felter, til utarbeidelse av et kart bestående av større felter, der mengden av ugress, samlet og/eller av ulike arter er an-slått for hvert felt. Planlegging av sprøyting av herbicider foretas på grunnlag av dette kartet, som kan være visualisert eller kun bestå av et datasett. Sprøyteplanleggingen og/eller styringen av selve sprøyteprosessen kan være helt eller delvis automatisert.

Flere automatiske systemer for identifikasjon av ugress er kjent. Systemene baserer seg på digital fotografering av små felter av åkeren, elektro-nisk analyse av bildene vha mønstergjenkjenning og utarbeidelse av kart over ugressmengder.

Det foreligger flere svakheter med den kjente teknikken. Digital fotografering av en åker vanskeliggjøres av flere forhold: Tilgjengelig tid er ofte knapp, og store arealer skal diagnostiseres med jevnt fordelte bilder, hvilket fører til at et stort antall bilder skal tas. For å holde tidsbruken nede, blir bildene tatt mens kamera(ene) beveger seg raskt bortover åkeren. Kort lukkertid er dermed nødvendig for å unngå bevegelsesuskarphet. Kameraenes avstand fra åkeren er ikke alltid mulig å forutsi eller planlegge, og det er derfor nødvendig med liten blenderåpning og/eller små bildebrikker for å oppnå tilstrekkelig dybde-skarphet. Tilstedeværende sollys vil ofte ikke være tilstrekkelig til å gi riktig eksponering ved de lukkertider og blenderåpninger som er nødvendig for bildeskarphet. Samtidig kan sollys gi problematiske skygger som det kan være vanskelig å hente ut tilstrekkelig fargeinformasjon fra. Kunstig belysning blir derfor benyttet, både for å øke lysmengden generelt og for å fylle skygge-lagte områder i bilder med tilstrekkelig lys.

Åkeren representerer et skittent miljø, støv virvles opp av vind, hjul og beveg-else over åkeren. Støvet vil kunne redusere bildekvaliteten ved at sikten reduseres, og ved at kameralinse eller linsedeksel dekkes av støv. Under sprøyt-ingen vil det dessuten være sprøytetåke i luften, som reflekterer lys, reduserer sikt, og kan feste seg på linse eller linsedeksel, også sammen med støv.

Effektforbruket som er nødvendig ved kontinuerlig belysning er stort i forhold til standard elektriske systemer på landbruksmaskiner.

I dag utgjør tidsforbruket til diagnostisering i forkant av sprøyting en vesentlig kostnad. For å kartlegge ugressforekomster må en kjøre over åkeren en første gang, for deretter å kjøre over åkeren på nytt for å utføre sprøyting etter be-hov. En slik tidkrevende prosess er ofte uakseptabel i normal drift.

Som tidligere nevnt omhandler den foreliggende oppfinnelsen et system for identifikasjon av ugress og styring av herbicidsprøyting, basert på maskinsyn. Den foreliggende oppfinnelsen består av løsninger som muliggjør identifikasjon av ugress og styring av sprøytingen samtidig, det vil si at systemet er integrert med sprøytesystemet på en slik måte at åkeren fotograferes og ana-lyseres mens den sprøytes, og at styringen av sprøytingen skjer på bakgrunn av analyseresultatene, uten at det kreves flere passeringer av samme område eller legges spesielle føringer på kjørehastighet. Løsningene bidrar sammen og hver for seg til at dette er mulig.

Sammendrag av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen omfatter en maskinsynenhet for bruk i et system for styrt sprøyting av herbicider over større arealer, hvor det kan være et miljø med støv og sprøytetåke. Maskinsynenheten omfatter i det minste midler for å fortløpende ta bilder med et digitalt kamera, samt midler for å ut-føre signalbehandling for å tolke bildene. Maskinsynenheten kjennetegnes ved at den omfatter et luftinntak, og et rør som omslutter objektivet 240 til det digitale kameraet 230, og midler for å lede en luftstrøm fra luftinntaket 210 og inn i røret 345 slik at det blir et overtrykk rundt objektivet (240) som bevirker at støv og sprøytetåke ikke fester seg på linsen.

Oppfinnelsen omfatter også et system for styrt sprøyting av herbicider over større arealer, hvor det kan være et miljø med støv og sprøytetåke. Systemet omfatter en sprøytebom 150 med sprøytedyser som er festet til et kjøretøy 100 og en eller flere maskinsynenhet(er) 200 og tolkningselektronikk for å styre sprøytedysene. Systemet kjennetegnes ved at det omfatter minst én maskinsynenhet 200 som er plassert i enden av avstandsarm(er) 160 som er festet til sprøytebommen 150 i en gitt avstand, slik at maskinsynenheten(e) 200 vil passere et spesifikt areal før sprøytedysene. Den minst ene maskinsynenhet 200 omfatter midler for fortløpende å ta bilder med et digitalt kamera 230, samt midler for å utføre signalbehandling for å tolke bildene. Maskinsynenheten 200 omfatter videre et luftinntak 210 og et rør 345 som omslutter objektivet 240 til det digitale kameraet 230, og midler for å lede en luftstrøm fra luftinntaket 210 og inn i røret 345 slik at det blir et overtrykk rundt objektivet 240 som bevirker at støv og sprøytetåke ikke fester seg på linsen.

Oppfinnelsen innbefatter også et system for å belyse bakken fra minst to sider av objektivet, for å redusere kontrast mellom lys og skygge i bildet. Lyskilden er derfor kraftig nok til kompensere for uheldige lys/skyggeforhold selv i direkte sollys. Denne lyskilden er karakterisert ved at den kun lyser når bilder taes, og slukkes når bilder ikke taes. Dermed reduseres effektforbruket fra maskinsynenhetene.

Ytterligere karakteristiske trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kravene i det tilhørende kravsettet.

Detaljert beskrivelse

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedlagte tegningene, hvor: Fig. 1 viser en oversiktstegning av systemet for styrt påføring av herbicider,

Fig. 2 viser konstruksjonsdetaljer av et foretrukket kamerautførelse, og

Fig. 3 viser detaljer rundt luftstrømmen i kameraet.

Figur 1 viser en oversiktstegning av systemet for styrt påføring av herbicider. Et eller flere kamera 200 plasseres på avstandsarmer 180 foran sprøytebom-men 150. Sprøytebommen 150 utgjøres fortrinnsvis av inn-/utfellbare armer. Avstandsarmene 180 sørger for at et område blir fotografert en tid før sprøyte-bommen 150 passerer det. Dette kompenserer helt eller delvis for tiden som går med til analyse, reaksjonstid i sprøytemaskin og sprøytemidlenes hastig-het og fallkurve. Det vil dermed være mulig å slå på eller av sprøytedysene avhengig av analyseresultatene fra de digitale bildene.

Avstanden sørger også for at det i liten grad befinner seg sprøytetåke mellom kamera og fotografert åkerområde.

Avstandsarmen 180 kan automatisk felles inn/ut i forbindelse med innfelling og utfelling av sprøytebommen.

Figur 2 viser konstruksjonsdetaljer av et foretrukket kamerautførelse. Kunstig belysning f.eks. i form av gassutladningslamper 250, er plassert ved objektivet 240, slik at strøbelysning fra omgivelsene i liten grad påvirker et bilde, og hvor dannelsen av slagskygger reduseres, ved at det er mer enn én gassutlad-ningslampe 250 med lysbaner som overlapper hverandre og som belyser motivet fra mer enn en side. Belysningen kan utføres slik at det hovedsaklig belyses under eksponeringen, og i liten grad når det ikke fotograferes. Dette gir lavere energiforbruk enn ved kontinuerlig belysning. Gassutladningslamp-ene som er foretrukket brukt i den foreliggende oppfinnelsen har en effekt i størrelsesorden 10.000-15.000W. Dette effektnivået brukes ca. 1/2000 sekund for hvert sekund systemet brukes. En slik lysmengde må brukes for å dominere lyssettingen av bildene i forhold til solen. Dette sikrer samtidig nok lys til en lukkertid mindre enn 1/10000 sekund og blender 8, noe en trenger for å oppnå tilstrekkelig skarpe bilder når for eksempel en traktor kjører 10 km/t og bommens høyde over bakken varier med 50 cm. Snittforbruket fra en gassut-ladningslampe er 15W, takket være den meget korte perioden med belysning.

Kamera 200 er konstruert med et luftinntak 210, fortrinnsvis med et filter og/eller syklonrenser på inngangen. En eller flere vifter kan være montert i forbindelse med luftinntaket 210. Luften kan benyttes til kjøling av elektroniske komponenter på for eksempel et ATX- hovedkort 225 som utgjør en del av logikken rundt tolkning av kamerabilder og påfølgende styring av dyser. Luften som kommer inn gjennom luftinntaket 210, og luftfilteret 220, kan også drives mot objektiv 240 og linsedeksel, i form av et rør 345 som omslutter objektivet 240, samt mot belysningsinnretning(er) for å hindre at støv og sprøytetåke kommer til disse. Dette kan realiseres vha en vifte, og hvor utløpet er konsent-risk rundt et rør 345 til objektivet 240, slik at det vil dannes en jevn luftstrøm vekk fra objektivet 240, og ut av røret 345.

Figur 3 viser detaljer rundt luftstrømmen i kameraet. Luft fra omgivelsene, indikert med 320, trekkes gjennom luftinntaket 210, fortrinnsvis med et luft-filter 220 og inn i kameraenheten 200. Ved hjelp av en eller flere vifter 310 blåses luften forbi prosessoren på et hovedkort 225, indikert med pilene 330.

En andel av luften ledes ut gjennom røret som omslutter objektivet, indikert med pilene 340. Denne luftstrømmen har til hensikt å forhindre støv og sprøytetåke i å nå objektivet.

En annen andel av luften ledes ut forbi blitzene, på en slik måte at direkte kontakt med høyspentdelen av blitzelektronikken er forhindret.

Det vil innses av en fagmann på området at det innenfor rammen av oppfinnelsen vil være mulig å utføre en rekke variasjoner og alternativer.

Claims (8)

1. Maskinsynenhet (200) for bruk i et system for styrt sprøyting av herbicider over større arealer, og hvor det kan være et miljø med støv og sprøyte-tåke, hvor maskinsynenheten (200) i det minste omfatter midler for å fortløp-ende ta bilder med et digitalt kamera (230), samt midler for å utføre signalbehandling for å tolke bildene, og hvor maskinsynenheten (200) videre er karakterisert ved at den omfatter et luftinntak (210), og et rør (345) som omslutter objektivet (240) til det digitale kameraet (230), og midler for å lede en luftstrøm fra luftinntaket (210) og inn i røret (345) slik at det blir et overtrykk rundt objektivet (240) som bevirker at støv og sprøytetåke ikke fester seg på linsen.

2. Maskinsynenhet (200) i henhold til krav 1, karakterisert ved at det ytterligere omfatter én eller flere vifter (330) som står i forbindelse med luftinntaket (210).

3. Maskinsynenhet (200) i henhold til krav 1, karakterisert ved at maskinsynenheten ytterligere er utstyrt med én eller flere gassutladningslamper (250).

4. Maskinsynenhet (200) i henhold til krav 3, karakterisert ved at den er utstyrt med to gassutladningslamper (250) som er plasser på hver side av objektivet (240) for å gi en jevn og over-lappende belysning.

5. Maskinsynenhet (200) i henhold til krav 3, karakterisert ved at gassutladningslampen(e) (250) har høy effekt og rask utladningstid for å dominere lysetingen i forhold til dagslys.

6. Maskinsynenhet (200) i henhold til krav 3, karakterisert ved at den ytterligere har midler for å lede luft-strømmen forbi gassutladnings-lampene (250).

7. System for styrt sprøyting av herbicider over større arealer, og hvor det kan være et miljø med støv og sprøytetåke, hvor systemet omfatter en sprøytebom (150) med sprøytedyser som er festet til et kjøretøy (100), en eller flere maskinsynenhet(er) (200) og tolkningselektronikk for å styre sprøytedysene, hvor systemet er karakterisert ved at det omfatter minst én maskinsynenhet (200) som er plassert i enden av avstandsarm(er) (160) som er festet til sprøytebommen (150) i en gitt avstand, slik at maskinsynenheten(e) (200) vil passere et spesifikt areal før sprøytedysene, idet den minst ene maskinsynenhet (200) i det minste omfatter midler for å fortløpende ta bilder med et digitalt kamera (230), samt midler for å utføre signalbehandling for å tolke bildene, og hvor den minst ene maskinsynenhet (200) videre omfatter et luftinntak (210), og et rør (345) som omslutter objektivet (240) til det digitale kameraet (230), og midler for å lede en luftstrøm fra luftinntaket (210) og inn i røret (345) slik at det blir et overtrykk rundt objektivet (240) som bevirker at støv og sprøyte-tåke ikke fester seg på linsen.

8. System i henhold til krav 7, karakterisert ved at avstandsarmen(e) (160) er hengslet til sprøytebommen (150), og har motorisert utsving- og innsvingsmekanisme som medvirker at avstandsarmen(e) (160) kan felles inn mot sprøyte-bommen (150).