UA122157C2 - Спосіб експлуатації збиральної машини за допомогою моделі росту рослин - Google Patents

Abstract

Винахід стосується способу експлуатації збиральної машини для збирання врожаю на полі, причому визначають принаймні один експлуатаційний параметр для робочого органа збиральної машини залежно від принаймні одного параметра рослин збираного врожаю. Згідно з винаходом передбачено, що параметр рослин відтворюють у моделі росту рослин, причому модель росту рослин відображає зміну параметра рослин у часі і в період збирання врожаю визначає передбачуване значення або передбачений прояв параметра рослин.

Description

Винахід стосується способу експлуатації збиральної машини для збирання врожаю на полі, причому принаймні один експлуатаційний параметр для робочого органу збиральної машини визначають залежно від параметра рослин збираного врожаю.

Таким експлуатаційним параметром для привідного двигуна або редуктора збиральної машини є, наприклад, швидкість, із якою збиральна машина переміщується полем для збирання стеблостою врожаю перед собою. Із рівня техніки відомі системи керування, які залежно від параметру рослини у формі висоти або густини стеблостою збираного врожаю пропонують значення швидкості переміщення.

Із публікації ОЕ 44 31 824 С1 відомий спосіб експлуатації збирального комбайна, причому дається посилання на кадастр даних. У кадастрі даних залежно від координат місцеположення записані специфічні для конкретної площі результати вимірювання врожайності за минулий період. При цьому зібраний урожай також є можливим параметром рослин. Залежно від актуальних координат місцеположення збирального комбайна дані з кадастру даних використовують для розрахунку заданого значення швидкості переміщення збирального комбайна. Таким чином, у способі використовують дані за минулий період, які лише обмежено можуть бути перенесені на актуальну ситуацію стосовно врожаю.

У публікації ОЕ 10 2005 000 770 ВЗ описаний спосіб керування робочими органами збирального комбайна за допомогою геоприв'язаних даних, причому ці дані одержують і записують у процесі зростання біомаси. На підставі даних щодо стану біомаси за допомогою програмного забезпечення складають карту заданих параметрів, яка слугує основою для керування збиральним комбайном. У прикладі виконання винаходу стан біомаси реєструють підтримуваними супутниками системами розпізнавання із геоприв'язкою в процесі зростання біомаси, тобто перед збиранням урожаю. Цей стан біомаси також можна розглядати як параметр рослин, і його записують у карту реєстрації стану біомаси. Проте, в такий спосіб можна реєструвати не всі параметри рослин збираного врожаю, які впливають на експлуатаційні параметри різних робочих органів збиральної машини. Моменти останнього запису даних стосовно стану біомаси і збирання врожаю може також розділяти певний проміжок часу, тому актуальні події перед збиранням урожаю, такі як період посухи або інтенсивних дощів, які можуть справляти значний вплив на такі параметри рослин, як вологість зерна або

Зо соломи, не враховуються.

Із публікації ЕР 2 586 286 В1 відомий спосіб дослідження передбачуваного врожаю, збираного збиральною машиною, причому встановлений на збиральній машині сенсорний пристрій у безконтактному режимі генерує сигнали стосовно принаймні одного параметра рослин збираного врожаю і на їх підставі формує статистичні параметри. Крім цього, вимірювальний пристрій реєструє параметр рослин фактично завантажуваного в збиральну машину зібраного врожаю. При цьому блок обробки результатів вимірювання автоматично визначає взаємозв'язки між статистичними параметрами сигналів сенсорного пристрою і сигналами вимірювального пристрою. Потім ці взаємозв'язки враховують при розрахунку параметра рослин збираного врожаю. Сигнали сенсорного пристрою із урахуванням визначених взаємозв'язків використовують для керування швидкістю переміщення збиральної машини.

Таким чином, швидкість її переміщення залежить від абсолютних значень, виміряних безконтактними датчиками сенсорного пристрою, які на практиці, проте, не завжди забезпечують достатню точність.

У публікації ЕР 2 803 256 Аї описаний зерновий комбайн, оснащений датчиками, встановленими на даху кабіни водія, які забезпечують можливість безконтактної реєстрації стеблостою урожаю перед збиральною машиною. На цій підставі формують дані стосовно очікуваної масової продуктивності. Окрім цього, за допомогою вимірювального пристрою визначають фактичну масову продуктивність. Блок керування швидкістю переміщення виконаний таким чином, що значення, визначене вимірювальним пристроєм, і очікувану масову продуктивність порівнюють між собою, а результат порівняння використовують як параметр зворотного зв'язку для встановлення швидкості переміщення збиральної машини. Проте, експлуатаційні параметри деяких робочих органів збирального комбайна залежать від параметрів рослин, метрологічна реєстрація яких є дуже важкою і тому часто виявляється неточною. Існує також проблема, пов'язана із тим, що можливість визначення передбачуваних параметрів рослин датчиками, встановленими на даху кабіни водія, самозрозуміло, є обмеженою, тому вимоги до регулювання експлуатаційних параметрів збирального комбайна зростають.

Тому в основу винаходу покладено задачу розроблення способу експлуатації машини для збирання врожаю, який забезпечує можливість простого і надійного визначення бо експлуатаційного параметра принаймні для одного робочого органу збиральної машини.

Задачу, покладену в основу винаходу, вирішено комбінацією ознак згідно з пунктом 1 формули винаходу. Приклади виконання винаходу описані в залежних пунктах формули винаходу. Як вказано вище, необхідно також реєструвати швидкість переміщення збиральної машини при збиранні врожаю як експлуатаційний параметр приводу збиральної машини.

Згідно з пунктом 1 формули винаходу, принаймні один параметр рослин відтворюється у моделі росту рослин, причому за допомогою моделі росту рослин відображають зміну параметра рослин залежно від часу і визначають передбачуване значення або передбачуваний прояв параметра рослин у період збирання врожаю.

Принаймні одним параметром рослини може бути стан біомаси збираного врожаю. Висота або густина стеблостою врожаю можуть бути відтворені в моделі росту рослин як параметр рослин, зміну якого залежно від часу при цьому моделюють. Це моделювання дозволяє потім вказувати передбачуване значення на день збирання врожаю, наприклад висоту стеблостою врожаю.

Іншими прикладами параметрів рослин, які можуть бути введені в модель росту рослин, є дані стосовно врожаю соломи і зерна зернових культур, вологість зерна і вологість соломи, діаметр качанів кукурудзи, висота прикріплення качанів кукурудзи до стебел, діаметр стебел кукурудзи, розмір окремих зерен (маса тисячі зерен), обмолочуваність (ступінь щільності зерен у колосі), вміст білка у зернових культурах і рівень захворюваності (вміст мікотоксинів), висота стеблостою і ризик полягання рослин.

Переважно модель росту рослин охоплює множину різних параметрів рослин. Якщо далі дається посилання на який-небудь або принаймні один параметр рослин, це включає всі інші параметри рослин, відтворювані за допомогою моделі росту рослин.

Наприклад, у моделі росту рослин для врожаю кукурудзи можуть бути враховані і відтворені такі параметри рослин, як діаметр качана і діаметр стебла кукурудзи та висота прикріплення качана кукурудзи до стебла. Із одного або кількох параметрів рослин можуть бути одержані один або кілька додаткових параметрів рослин, такі як, наприклад, параметри зібраного врожаю. Взагалі таким чином із першого параметра рослини можна одержати другий параметр рослини. Відповідно за допомогою моделі росту рослин можна відображати зміни другого одержаного параметра рослин у часі за умови забезпечення доступу до першого параметра

Зо рослин.

Збиральна машина може бути зерновим комбайном, косаркою-подрібнювачем або іншою машиною, за допомогою якої знімають і збирають стоячий або лежачий урожай з поля і при цьому в разі можливості безпосередньо напрямляють на наступні стадії технологічного процесу.

У випадку збирального комбайна за допомогою регульованого по висоті різального механізму можна косити колосові культури, такі як, зокрема. зернові культури, які потім для розділення на зерно і солому можна напрямляти у молотильний агрегат, що містить деку із обертовим молотильним барабаном. Шляхом регулювання частоти обертання барабана і зазору між молотильним барабаном і декою можна збільшувати або зменшувати інтенсивність молотьби. Послідовно із молотильним агрегатом може бути підключений сепаруючий пристрій, в якому залишки зерен і неповністю обмолочені колоски відокремлюють від соломи. В очищувальному пристрої можна здійснювати подальше відокремлення зерен від незернових компонентів. Очищувальний пристрій містить переважно сита і повітродувку, причому на сита діє повітряний потік (дуттьове повітря). Під дією повітряного потоку більш легкі компоненти, такі як незернові компоненти, не падають крізь сита, а здуваються вбік і таким чином відокремлюються від зерен, які падають крізь сита.

Якщо за допомогою моделі росту рослин відображають, наприклад, вологість соломи, згідно з винаходом в період збирання врожаю можна визначати передбачуване значення вологості соломи. Якщо значення, розраховане за допомогою моделі росту рослин, виявляється вищим, можна попередньо встановити відповідно більшу частоту обертання барабана (експлуатаційний параметр) молотильного агрегату (робочого органу). Також можна встановити відповідно вищий повітряний потік (повітряний потік в даному випадку є можливим експлуатаційним параметром повітродувки як робочого органу), оскільки волога солома є важчою і тому піддається здуванню лише під дією потужнішого повітряного потоку.

У косарці-подрібнювачі вологість соломи можна застосовувати як параметр впливу для встановлення довжини різання. Для сухого силосу переважною є менша довжина різання, при якій забезпечується можливість його достатнього ущільнення.

Якщо розмір окремого зерна (маса тисячі зерен) використовується у моделі росту рослин як параметр рослини, залежно від цього параметра можна встановлювати зазор між молотильним барабаном і декою. При дрібніших зернах можна зменшувати інтенсивність повітряного потоку бо повітродувки, оскільки в іншому випадку в очищувальному пристрої разом із незерновими компонентами здуватиметься надто велика частка зерен. Якщо в розпорядженні є значення обмолочуваності (ступінь щільності зерен у колосі) в період збирання врожаю, для ламких колосків можна встановлювати менше значення швидкості обертання барабана, щоб таким чином розвантажити підключений послідовно до молотильного агрегату очищувальний пристрій, оскільки зменшення частоти обертання барабана, як правило, спричиняє зменшення частки короткої соломи в очищувальному пристрої.

Регульована відстань між збиральними пластинами також може бути експлуатаційним параметром, який визначають відповідним винаходові способом залежно від параметра рослин збираного врожаю. Якщо, наприклад, модель росту рослин вказує значення діаметра стебла кукурудзи, відповідно можна узгоджувати з ним відстань між збиральними пластинами.

Встановлена належним чином відстань між пластинами забезпечує чисте втягування збираного матеріалу і зменшує ризик закупорювання. Альтернативно або додатково згідно зі способом можна передбачати діаметр качанів кукурудзи як параметр впливу для визначення відстані між збиральними пластинами.

Висоту прикріплення качанів кукурудзи до стебел, яку також можна моделювати за допомогою моделі росту рослин, можна застосовувати як параметр впливу на висоту встановлення різального механізму. При встановленні на більшій висоті зменшується ризик пошкодження і потреба в енергії різального механізму. Висота встановлення різального механізму може залежати також від розрахованої за допомогою моделі росту рослин висоти стеблостою збираного врожаю або ризику полягання рослин.

Стан біомаси кукурудзи може слугувати параметром впливу при визначенні сприятливішої або оптимальної швидкості переміщення косарки-подрібнювача. Дані стосовно врожаю соломи зернових культур можуть впливати на швидкість переміщення збирального комбайна. Дані стосовно врожаю зерна при збиранні зернових культур можуть бути застосовані для встановлення швидкості повітряного потоку в очищувальному пристрої. Якщо результати, одержані за допомогою моделі росту рослин, вказують на дуже низькі значення вологості зерна (дуже сухе зерно), шляхом встановлення відповідних параметрів робочих органів можна забезпечити зменшення кількості битого зерна.

Іншим прикладом є формування врожаю качанів кукурудзи. Якщо у короткій фазі в період

Зо цвітіння рослина переживає стрес, спричинений посухою, запліднюються не всі зав'язі. Початки містять помітно меншу кількість зерен. Цей взаємозв'язок можна відтворити за допомогою моделі росту рослин, але не дистанційним методом чи за допомогою датчиків на збиральній машині, які реєструють навколишні параметри.

Передбачуване значення або передбачуваний прояв параметра рослин на полі можна визначати з геоприв'язкою. Це означає, що передбачуваному значенню або передбачуваному прояву параметра рослин підпорядковують відповідні координати місцеположення з певною просторовою роздільною здатністю. Результатом такого підпорядкування може бути карта, яка відображає значення параметра рослин із високою просторовою роздільною здатністю, такою як, наприклад, 100х100 м, 50х50 м або навіть 5х5 м. Таким чином, для кожного елемента площі поля може бути збережене абсолютне значення або відносні значення одного або кількох параметрів рослин. Кожному елементу площі поля може бути підпорядкований також лише один клас якості стосовно параметра рослин, наприклад від "1, 2, ... 5" до 5 або "дуже низький, низький, середній, високий і дуже високий". Ця карта або відповідний запис можна передавати на керувальний пристрій збиральної машини, причому тоді керувальний пристрій керує окремими робочими органами таким чином, що їх експлуатаційні параметри дозволяють одержати оптимальний результат збирання врожаю. Альтернативно можливо, щоб експлуатаційні параметри були лише запропоновані водію збиральної машини, який тоді порівнює їх із даними згідно зі своїм досвідом і потім сам встановлює окремі експлуатаційні параметри для робочих органів.

Модель росту рослин визначає передбачуване значення або передбачений прояв параметра рослин в період збирання врожаю, причому цим періодом може бути, наприклад, тиждень або доба, протягом яких має бути зібраний урожай. Проте, можливим є також, що період становить лише кілька годин, наприклад менше З годин, щоб можна було точно вказувати значення або прояв параметра рослин, які змінюються протягом доби. Таким чином, період збирання врожаю можна розуміти також як вхідний параметр, який задають зовні. В альтернативному прикладі виконання винаходу за допомогою моделі росту рослини розраховують переважний або оптимальний період.

В одному із прикладів виконання винаходу застосовують метеорологічні дані, які можуть справляти вплив на значення або прояв параметра рослин. Наприклад - переважно із високою бо просторовою роздільною здатністю - можна враховувати температуру повітря, вологість повітря, години сонячного опромінювання і/або кількість опадів. Ці величини, з однієї сторони, справляють вирішальний вплив на ріст збираного врожаю і, таким чином, на множину параметрів рослин. З іншої сторони, вони можуть також безпосередньо впливати на певні параметри рослин, такі як, наприклад, вологість соломи.

У відповідному винаходові способі можуть бути застосовані також параметри грунту, які впливають на ріст збираного врожаю. Наприклад, можна розраховувати вологість грунту для елемента площі поля в різні моменти часу протягом періоду росту. Тоді на підставі цього значення за допомогою моделі росту рослини можна визначати кількість води, яку збираний урожай відбирає з грунту. Вологість грунту, переважно також відображувана із високою просторовою роздільною здатністю для окремих елементів площі поля, при цьому також можна розраховувати із урахуванням метеорологічних даних.

В одному із прикладів виконання винаходу в моделі росту рослини застосовують дистанційно отримувані дані, які реєструються супутником. Наприклад, на підставі отриманих від супутника даних із геоприв'язкою можна розраховувати вегетаційний індекс (наприклад, нормалізований відносний індекс росту рослинності, англ. Могтаїйлей Оійегепсе Медеїайоп

Іпдех, МІОМІ), за яким можна визначати стан біомаси на полі. Подібні дані стосовно вегетаційного індексу можуть, з однієї сторони, слугувати підставою для визначення інших параметрів рослин, які не можна реєструвати дистанційними методами. З іншої сторони, дані, отримані дистанційними методами, можуть бути застосовані для верифікації та відповідного узгодження певних припущень при моделюванні росту рослин. Якщо, наприклад, за допомогою моделі росту рослин розраховують стан біомаси на полі, цей параметр рослин можна перевіряти за допомогою даних, отриманих від супутників, і узгоджувати їх в разі необхідності.

Окрім цього, дистанційними методами можна також вимірювати вологість грунту. При цьому грунтову вологу можна враховувати при розрахунку вмісту води в грунті. У цьому випадку у моделі росту рослин застосовують дані стосовно грунтової вологи лише опосередковано, а саме шляхом моделювання вмісту вологи в грунті. На збиральній машині може бути встановлений вимірювальний пристрій, причому на підставі сигналів вимірювального пристрою калібрують передбачуване значення або передбачуваний прояв параметра рослин.

Вимірювальний пристрій може містити безконтактний датчик і/або датчик для фактично зібраного врожаю. Якщо, наприклад, безконтактний датчик встановлений на даху кабіни водія збиральної машини і розрахований на вимірювання висоти стеблостою збираного врожаю, виміряні ним значення можуть бути застосовані для перевірки розрахованої за допомогою моделі росту рослин висоти стеблостою та її узгодження в разі необхідності. Якщо виявиться, що на початку процесу збирання врожаю розрахована за допомогою моделі росту рослин висота стеблостою відрізняється від виміряної висоти стеблостою, на підставі цієї різниці можна відповідно калібрувати принаймні цей параметр рослин. Таке калібрування може також здійснювати вплив на інші параметри рослин, які потім також можна узгоджувати. Калібрування можна здійснювати один раз на початку процесу збирання врожаю або безперервно в процесі збирання врожаю, тобто в процесі переміщення збиральної машини полем і збирання нею врожаю.

Калібрування можна здійснювати також за допомогою датчика для фактично зібраного врожаю. Наприклад, таким чином можна порівнювати масу зібраного зерна із масою, яку згідно з результатами, отриманими за допомогою моделі росту рослин, можна було б зібрати з урахуванням певних втрат зерна збиральною машиною. Відповідні параметри рослин тоді можна додатково регулювати. Це калібрування можна здійснювати також із геоприв'язкою, причому в даному випадку геоприв'язані дані стосовно фактично зібраного врожаю, отримані від датчика, порівнюють із відповідними геоприв'язаними даними згідно з результатами, отриманими за допомогою моделі росту рослин.

Для моделювання параметра рослин можна застосовувати дані минулих періодів росту або попередніх урожаїв. Завдяки цьому можна верифікувати і точніше формулювати певні припущення при моделюванні параметрів рослин.

Поле може бути розділене на сегменти, причому розрізняють сегменти першої групи і сегменти принаймні однієї другої групи, які відрізняються одна від іншої параметрами рослин.

Наприклад, можна визначити порогове значення вмісту білка у зібраному врожаї, внаслідок чого всі сегменти, вміст білка у врожаї на яких є меншим порогового значення, можуть бути віднесені до першої групи, а всі сегменти, урожай на яких характеризується вмістом білка вище порогового значення, можуть бути віднесені до другої групи. Залежно від просторової роздільної здатності сегменти можуть бути окремими елементами площі поля; проте, вони можуть складатися з кількох елементів площі поля. В одному з прикладів виконання спочатку бо збирають урожай на сегментах першої групи, а потім - на сегментах другої групи. Таким чином,

можна здійснювати селективне збирання врожаю, який характеризується різним вмістом білка.

Інша можливість полягає в тому, що перший бункер для збираного врожаю заповнюють, коли збирають урожай на одному з сегментів першої групи, а другий бункер для збираного врожаю заповнюють, коли збирають урожай на одному з сегментів другої групи. У цьому випадку збиральна машина містить сепаруючий пристрій, який залежно від вмісту білка як параметра рослин заповнює перший або другий бункери для збираного врожаю. При керуванні сепаруючим пристроєм можна враховувати певні затримки у часі, зумовлені швидкістю переміщення збиральної машини і часом, необхідним для транспортування зібраного врожаю з елемента площі поля до сепаруючого пристрою в збиральній машині.

Іншим параметром для описаного вище селективного збирання врожаю є вміст мікотоксинів, який також може бути результатом розрахунків за допомогою моделі росту рослин. Також і в цьому випадку селективне збирання врожаю можна здійснювати шляхом розділення у часі процесу збирання врожаю на різних сегментах (спочатку збирають урожай на сегментах із нижчим вмістом мікотоксинів, а потім на сегментах із більшим вмістом мікотоксинів) або шляхом керування сепаруючим пристроєм, який напрямляє зібраний урожай або в перший, або в другий бункер для зібраного врожаю.

Claims (14)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 1. Спосіб експлуатації збиральної машини для збирання врожаю на полі, причому принаймні один експлуатаційний параметр для робочого органу збиральної машини визначають залежно від принаймні одного параметра рослин збираного врожаю, який відрізняється тим, що параметр рослин відтворюють у моделі росту рослин, причому за допомогою моделі росту рослин відображають зміну параметра рослин у часі та визначають в період збирання врожаю 25 передбачуване значення або передбачуваний прояв параметра рослин.
2. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як параметр рослин вибирають вміст мікотоксинів, вміст білків, вологість соломи, розмір окремих зерен (маса тисячі зерен) або обмолочуваність.
3. З. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що як збиральну машину застосовують зерновий комбайн або косарку-подрібнювач. Ко)
4. 4. Спосіб за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що передбачуване значення або передбачуваний прояв параметра рослин визначають із геоприв'язкою.
5. 5. Спосіб за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що встановлюють другий параметр рослин, який визначають на підставі першого параметра рослин.
6. б. Спосіб за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що в моделі росту рослин 35 застосовують метеорологічні дані.
7. 7. Спосіб за будь-яким із пп. 1-6, який відрізняється тим, що в моделі росту рослин застосовують параметри грунту.
8. 8. Спосіб за будь-яким із пп. 1-7, який відрізняється тим, що в моделі росту рослин застосовують дані, отримані дистанційними методами. 40
9. 9. Спосіб за будь-яким із пп. 1-8, який відрізняється тим, що на збиральній машині встановлюють вимірювальний пристрій, причому на підставі сигналів вимірювального пристрою калібрують передбачуване значення або передбачуваний прояв параметра рослин.
10. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що вимірювальний пристрій містить безконтактний датчик і/або датчик для фактично зібраного врожаю. 45
11. 11. Спосіб за будь-яким із пп. 1-10, який відрізняється тим, що для моделювання параметра рослин застосовують дані за минулий період росту або дані стосовно попереднього врожаю.
12. 12. Спосіб за будь-яким із пп. 4-11, який відрізняється тим, що поле розділяють на сегменти, причому залежно від параметра рослин розрізняють сегменти першої групи і сегменти принаймні однієї другої групи. 50
13. 13. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що спочатку збирають урожай на сегментах першої групи, а після цього збирають урожай на сегментах другої групи.
14. 14. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що перший бункер для збираного врожаю заповнюють при збиранні врожаю на одному з сегментів першої групи, а другий бункер для збираного врожаю заповнюють при збиранні врожаю на одному із сегментів другої групи.