DE19913971A1 - Computer controlled fertilizer application includes using digital global positioning system to control sensors for determining chlorophyll content - Google Patents
Computer controlled fertilizer application includes using digital global positioning system to control sensors for determining chlorophyll contentInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum teilflächenspezifischen Düngen von Pflanzen, bei dem während der Düngerausbringung durch reflexionsoptische Messung im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich mittels Sensoren der Chlorophyllgehalt der Pflanzen festgestellt wird, ein zu den Sensoren gehörender Mikroprozessor daraus das Maß für den Ernährungszustand der Pflanzen bestimmt, mit dem ein Jobrechner die entsprechend auszubringende Düngermenge steuert und die tatsächliche Meßposition des Ackerschleppers mit einem Digital-Global-Positioning-System bestimmt wird.The invention relates to a method for site-specific fertilization of plants, during which the application of fertilizer by reflection optical measurement in the visible and near infrared spectral range using sensors The chlorophyll content of the plants is determined, too the microprocessor belonging to the sensors is the measure for determines the nutritional status of the plants with which a Job computer the appropriate amount of fertilizer to be applied controls and the actual measuring position of the agricultural tractor is determined with a digital global positioning system.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum teilflächenspezifischen Düngen von Pflanzen mit einem verfahrbaren Träger, beispielsweise Fahrzeug und/oder angekuppelte Arbeitsmaschinen, der mit einem Jobrechner ausgerüstet ist, einem oder mehrere auf den Pflanzenbestand in Fahrtrichtung gerichtete, am Träger befestigte Sensoren, denen ein den Ernährungszustand der Pflanzen bestimmender Mikroprozessor zugeordnet ist, der mit dem Jobrechner eines Ausbringers zur variablen Verteilung des Düngers verbunden ist, und einem Ausbringer zur variablen Verteilung des Düngers.The invention further relates to a device for area-specific fertilization of plants with a movable carrier, for example vehicle and / or coupled work machines with a job computer is equipped, one or more on the crop sensors pointing in the direction of travel and attached to the carrier, which determine the nutritional state of the plants Microprocessor is assigned to the one with the job computer Spreaders connected to the variable distribution of the fertilizer is, and a dispenser for the variable distribution of the Fertilizer.
Aus der DE 197 27 528 A1 ist ein Bordcomputersystem für landwirtschaftliche Maschinen- und/oder Gerätekombinationen bekannt, die aus einem Ackerschlepper und an diesem angekuppelten landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Kreiseleggen, Drillmaschinen, Düngerstreuer und Feldspritzen etc. bestehen, wobei über das Bordcomputersystem der Ackerschlepper und/oder die angekuppelte Arbeitsmaschine oder die selbstfahrende Arbeitsmaschine über die in dem Bordcomputersystem eingespeicherten und/oder eingegebenen Einstellwerte einstell-, steuer- und/oder regelbar sind, wobei das Bordcomputersystem mit dem Bordcomputer zusammenwirkende Sensorelemente aufweist, welche Informationen über die Beschaffenheit und den Zustand des Pflanzenbewuchses auf der zu bearbeitenden oder zu bestellenden Fläche aktuell liefert. Dieses bekannte Bordcomputersystem weist einen Rechner mit einer Speichereinheit auf, in welcher Einstelldaten und teilflächenspezifische Daten gespeichert sind. Der Rechner wirkt mit einem DGPS-System zusammen, das satellitengestützt den aktuellen Standort des Ackerschleppers bestimmt. Mit einem am Vorderrad des Ackerschleppers angeordneten Fahrgeschwindigkeitssensor werden dem Rechner Impulse über den zurückgelegten Weg zugeführt.DE 197 27 528 A1 describes an on-board computer system for agricultural machine and / or implement combinations known from a tractor and on this coupled agricultural machinery, such as for example power harrows, seed drills, fertilizer spreaders and field sprayers, etc., with the Agricultural tractor and / or the on-board computer system coupled work machine or the self-propelled Working machine on the in the on-board computer system stored and / or entered setting values are adjustable, controllable and / or adjustable, the On-board computer system interacting with the on-board computer Has sensor elements, which information about the Condition and condition of the vegetation on the currently supplies the area to be processed or ordered. This known on-board computer system has a computer a storage unit in which setting data and site-specific data are stored. The computer interacts with a DGPS system that is satellite-based determines the current location of the agricultural tractor. With one on the front wheel of the tractor Driving speed sensor, the computer pulses over fed the distance traveled.
Bei dieser bekannten Lösung liefert der entsprechende Sensor Meßdaten, die für die Bestimmung des Ernährungszustandes der Pflanzen in einem Bordcomputer dienen, in dessen Speicher aktuelle teilflächenspezifische Daten und Werte von Flächenmerkmalen eingegeben sein müssen. Diese Daten und Werte muß der Landwirt zuvor in den Rechner einspeichern, um sicherzustellen, daß der Rechner die Meßdaten der Sensoren verarbeiten und die tatsächlich benötigte Düngemittelausbringung entsprechend steuern kann. Das hier genannte differentielle Global Positioning System (DGPS) wird zusammen mit dem Fahrgeschwindigkeitssensor nur zur Bestimmung der Koordinaten des Ackerschleppers, d. h. zur Ortung, herangezogen. Die bekannte Lösung ist mit dem Nachteil verbunden, daß keinesfalls immer die aktuellen teilflächenspezifischen Daten und Werte zur Verfügung stehen und Fremdeinflüsse wie Witterung und besondere Verhältnisse an Kuppen, Senken oder Waldrändern unberücksichtigt bleiben. Des weiteren ziehen Sortenänderungen beim Anbau signifikante Veränderungen in den teilflächenspezifischen Daten und Werten nach sich, so daß der Landwirt bei jeder Änderung die Verarbeitungssoftware im Bordcomputer entsprechend verändern muß. In this known solution, the corresponding sensor delivers Measurement data that are used to determine the nutritional status of the Plants serve in an on-board computer, in its memory current site-specific data and values from Area characteristics must be entered. This data and The farmer must first store values in the computer in order to ensure that the computer reads the measurement data from the sensors process and the actually required Can control fertilizer application accordingly. This one called differential global positioning system (DGPS) together with the vehicle speed sensor only for Determining the coordinates of the tractor, d. H. to Location, used. The known solution is with the Disadvantage connected that the current is not always site-specific data and values are available and external influences such as weather and special conditions at the tops, depressions or forest edges are not taken into account. Furthermore, variety changes in cultivation attract significant Changes in the site-specific data and values so that the farmer changes the Change the processing software in the on-board computer accordingly got to.
Es ist auch bekannt, die teilflächenspezifischen Daten aus dem Entzug der Vorfrucht auf der entsprechenden Fläche (Schlag) durch eine Ertragsmessung zu ermitteln (siehe Prospekt "Die Innovation für teilflächenspezifische Düngung" der Hydro Agri Deutschland GmbH, 1997). Die Daten der Ertragsmessung werden von einem Bordcomputersystem auf einer Chip-Karte gespeichert und über diese auf den Personalcomputer des Landwirtes übertragen. Der über eine Internet-Adresse erreichbare externe Rechner liest die Daten ein und erstellt daraus eine Düngerapplikationskarte. Die Düngerapplikationskarte wird auf den Personalcomputer des Landwirtes zurückübertragen. Per Chip-Karte wird sodann die Applikationskarte in den Bordrechner des Ackerschleppers eingelesen, der dann die Ausbringung entsprechend steuert. Während der Düngerausbringung wird in einem weiteren Verfahrensschritt, der Chlorophyllgehalt der Pflanzen gemessen. Die Meßwerte werden mit dem Bordcomputer ausgewertet, der auch die Ausbringung ansteuert. Die Umsetzung dieses quasi Online-Düngeverfahrens ist umständlich und zugleich aufwendig, müssen doch die ermittelten Meßdaten und die Applikationskarte auf eine Chip- Karte geladen werden, die der Landwirt in seinen Bordcomputer einspeichern muß.It is also known to derive the site specific data withdrawal of the previous crop on the corresponding area (Field) by measuring the yield (see Brochure "The innovation for site-specific fertilization" Hydro Agri Deutschland GmbH, 1997). The dates of the Yield measurement are carried out by an on-board computer system on one Chip card saved and over this on the Farmer's personal computer transmitted. The one External computer accessible from the Internet address reads the data and creates a fertilizer application map. The Fertilizer application card is on the personal computer of the Retransfer farmer. The chip card is then used Application card in the tractor's on-board computer imported, which then controls the output accordingly. During fertilizer application, another Process step, the chlorophyll content of the plants measured. The measured values are with the on-board computer evaluated, which also controls the spreading. The implementation of this quasi online fertilization process is cumbersome and at the same time expensive, they have to determined measurement data and the application card on a chip Card loaded by the farmer into his on-board computer must store.
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Verarbeitungssoftware für den Mikroprozessor des Sensors oder Bordcomputers in Echtzeit ohne Zwischenspeicherung auf ein transportables Speichermedium übertragbar und update-bar sowie der Zugriff für den Nutzer ort- und zeitunabhängig bei einfacher und sicherer Handhabung möglich ist.In this prior art, the object of the invention based on a method and a device of the introduction to improve the type mentioned so that the Processing software for the microprocessor of the sensor or On-board computers in real time without caching on portable storage medium transferable and update-bar as well as access for the user regardless of time and place easier and safer handling is possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 10 gelöst.This task is accomplished by a method of the type mentioned at the beginning Genus with the characterizing features of claim 1 and by a device with the characteristic features of claim 10 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.Advantageous embodiments of the method and Device can be found in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die für eine am Ernährungszustand der Pflanzen ausgerichtete variable teilflächenspezifische Düngung notwendige Dünge- Applikationskarte ohne Zwischenspeicherung auf einer Chip- Karte dem Landwirt schnell, einfach und mit hoher Genauigkeit zur Verfügung zu stellen. Die am Ackerschlepper installierten Sensoren zur Ermittlung des aktuellen Ernährungszustandes der Pflanzen werden zu jedem Zeitpunkt mit einer Software gesteuert, die der neuesten Version entspricht. Für den Landwirt wird der Meßprozeß einfacher, überschaubarer und weniger zeitaufwendig. Außerdem wird das umständliche Handling mit Chip-Karten vollkommen vermieden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß es erstmals möglich wird, die Daten zu Sortenkorrekturen und Wachstumsstadien, die aktuellen Wetterdaten in die Düngerausbringung mit einzubeziehen. Fehlermöglichkeiten beim Laden der Chip-Karte werden durch den direkten Zugriff auf die aktuelle Version der Verarbeitungssoftware umgangen. Zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort kann der Landwirt auf für die Verarbeitung der Meßdaten erforderliche Software zugreifen. Er benötigt nur eine entsprechende vom Vertreiber der Software bereitgestellten Zugangscode, beispielsweise in Form eines Kennwortes oder einer PIN-Nummer, mit der er via Satellit die neue Software für den Mikroprozessor herunterladen kann.The inventive method makes it possible for a The nutritional status of the plants is variable fertilization necessary for specific areas Application card without intermediate storage on a chip Map to the farmer quickly, easily and with high accuracy to provide. Those installed on the tractor Sensors for determining the current nutritional status of the plants are at any time with software controlled, which corresponds to the latest version. For the The measuring process becomes easier, clearer and farmer less time consuming. It also becomes cumbersome Handling with chip cards completely avoided. The The inventive method is also characterized in that that for the first time it will be possible to add variety correction data and growth stages, the current weather data in the Include fertilizer spreading. Possible errors when loading the chip card through direct access bypassed to the current version of the processing software. At any time and in any place, the farmer can go on for the processing of the measurement data required software access. He only needs a corresponding one from the distributor the software provided access code, for example in Form of a password or a PIN number with which it can be sent via Satellite the new software for the microprocessor can download.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auch, die von den Sensoren erfaßten und vom Mikroprozessor vorverarbeiteten Meßdaten des Ernährungszustandes der Pflanzen über den Referenzsatelliten und die Erdstation zwecks Weiterverarbeitung an einen Basisrechner zu übertragen, der für die abgetastete Fläche einen Dünge-Applikationswert ermittelt und diesen Wert im Speicher des Rechners ablegt. Via Internet sind diese Werte dann abrufbar.The inventive method also makes it possible to detected by the sensors and preprocessed by the microprocessor Measured data of the nutritional status of the plants over the Reference satellites and the earth station for the purpose To transfer further processing to a basic computer, the a fertilizer application value for the scanned area determined and stores this value in the memory of the computer. These values can then be called up via the Internet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat den Vorteil eines kompakten und robusten Aufbaus bei gleichzeitiger einfacherer Bedienbarkeit.The inventive device for performing the The process has the advantage of being compact and robust Construction with easier usability at the same time.
Mit all diesen Merkmale wird erreicht, daß die erfindungsgemäße Lösung den komplexen Anforderungen einer teilflächenspezifischen Düngung mit hoher Effizienz und Genauigkeit besser gerecht wird. With all these features it is achieved that the Solution according to the invention the complex requirements of a area-specific fertilization with high efficiency and Accuracy better.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.Further advantages and details emerge from the following description with reference to the attached drawings.
Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention is based on two exemplary embodiments are explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne aktive Rückübertragung der Meßdaten, Fig. 1 is a schematic representation of the process of the invention without active re-transmission of the measurement data,
Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau von DGPS-Receiver, Mikroprozessor der Sensoren und Jobrechner, Fig. 2 shows the basic structure of DGPS receiver, the microprocessor of the sensors and the job computer,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Fahrzeuges mit Bordrechner, Fig. 3 is a side view of the vehicle on-board computer,
Fig. 4 eine Rückansicht des Fahrzeuges mit seitlich am Dach des Fahrzeuges befestigter Sensoranordnung und darüber angeordnetem DGPS-Receivers und Fig. 4 is a rear view of the vehicle with a sensor arrangement attached to the side of the vehicle roof and a DGPS receiver arranged above it
Fig. 5 eine weitere Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Rückübertragung der Meßdaten an die Erdstation, Verarbeitung der Meßdaten zur Düngeapplikationskarte und Einbindung in das Internet. Fig. 5 is another schematic diagram of the inventive method with retransmission of the measurement data to the ground station, processing of the measurement data for fertilizer application card and integration in the Internet.
In Fig. 1 ist das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch gezeigt. Am Dach 2 eines Schleppfahrzeuges 1 ist quer zur Fahrtrichtung ein das Dach 2 seitlich überkragender Tragarm 3 befestigt. Der Tragarm 3 (siehe Fig. 3 und 4) trägt jeweils an seinem vorderen Ende zwei schwenkbar einstellbare Sensoren 4, die vorzugsweise in einem Winkel β von 60° (Schräglage) zum Pflanzenbestand ausgerichtet sind. Beide Sensoren 4 schließen miteinander einen Winkel α von vorzugsweise 90° ein. Die Sensoren 4 besitzen einen Mikroprozessor MP, der die Meßdaten verarbeitet. Der Mikroprozessor MP ist mit dem Jobrechner 5 des Ausbringers verbunden ist. Mittig auf dem Dach 2 ist ein DGPS-Receiver 6 befestigt, dessen Antenne 7 freie Sicht zu den Satelliten 8 und 15 besitzt. Natürlich ist es auch möglich, den Receiver 6 mit Antenne 7 an der Arbeitsmaschine anzuordnen. Dabei muß nur gewährleistet sein, daß die Sicht zu den Satelliten 8 frei bleibt. The principle of the method according to the invention is shown schematically in FIG . On the roof 2 of a towing vehicle 1 , a support arm 3 projecting laterally beyond the roof 2 is fastened transversely to the direction of travel. The support arm 3 (see FIGS . 3 and 4) each carries at its front end two pivotably adjustable sensors 4 , which are preferably oriented at an angle β of 60 ° (inclined position) to the crop. Both sensors 4 form an angle α of preferably 90 ° with one another. The sensors 4 have a microprocessor MP, which processes the measurement data. The microprocessor MP is connected to the job computer 5 of the dispenser. A DGPS receiver 6 is fastened in the center of the roof 2 , the antenna 7 of which has a clear view of the satellites 8 and 15 . Of course, it is also possible to arrange the receiver 6 with the antenna 7 on the work machine. It is only necessary to ensure that the view of the satellites 8 remains clear.
Im Receiver 6 ist, wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, ein Empfänger vorgesehen, wobei in einer koordinatenmäßig bekannten Referenzstation und im Empfänger des Schleppfahrzeuges 1 simultan die Code-Entfernungen zu mindestens drei identischen Satelliten 8 gemessen werden. Die Antenne 7 des Receivers 6 empfängt die Signale S von allen Satelliten 8. Die Signale S werden an den Vorverstärker 9 und dann an die Hochfrequenzeinheit 10 als die eigentliche Empfangseinheit geleitet, die durch einen Navigationsprozessor 11 gesteuert wird. Über eine Schnittstelle ist dieser mit dem Mikroprozessor MP der Sensoren 4 verbunden.As shown schematically in FIG. 2, a receiver is provided in the receiver 6 , the code distances to at least three identical satellites 8 being measured simultaneously in a reference station known in terms of coordinates and in the receiver of the towing vehicle 1 . The antenna 7 of the receiver 6 receives the signals S from all satellites 8 . The signals S are sent to the preamplifier 9 and then to the radio frequency unit 10 as the actual receiving unit, which is controlled by a navigation processor 11 . This is connected to the microprocessor MP of the sensors 4 via an interface.
Der Mikroprozessor MP der Sensoren 4 regelt die Datenerfassung, führt die entsprechenden Berechnungen durch und überträgt die aus den Meßdaten gewonnenen Applikationswerte an den Jobrechner 5, der seinerseits die Ausbringung des Düngers entsprechend steuert.The microprocessor MP of the sensors 4 regulates the data acquisition, carries out the corresponding calculations and transmits the application values obtained from the measurement data to the job computer 5 , which in turn controls the application of the fertilizer accordingly.
Über eine aus Display und Tastatur bestehende Kontrolleinheit 12, die zum Jobrechner 5 gehört, kann der Benutzer interaktiv mit dem Mikroprozessor MK und dem Jobrechner 5 kommunizieren. Die bordeigene Stromversorgung 13 versorgt den Receiver 6, den Mikroprozessor MK und den Jobrechner 5 mit Strom. Von der Erdstation 14 werden die Referenzsignale SR über den Referenzsatelliten 15 zum Receiver 6 übertragen. Mit den Referenzsignalen SR werden von der Erdstation 14 zugleich Steuerungssignale für das Zu- oder Abschalten des Receivers 6 und damit der Sensoren 4 mitübertragen. Das Freischalten des Receivers 6 erfolgt durch eine, vom Betreiber als Kennwort oder PIN-Nummer vergebene Zugangsberechtigung oder eine entsprechende softwaremäßige Identifikation der Sensoren 4, die zeitlich begrenzbar ist. Von der Erdstation 14 kann auch die neueste Version der Verarbeitungssoftware für die Sensoren 4 über den Referenzsatelliten 15 und den Receiver 6 in den Mikroprozessor MP eingelesen werden. Dem Mikroprozessor MP stehen somit zur Meßwertaufnahme und -vorverarbeitung immer die neuesten Versionen der Verarbeitungssoftware zur Verfügung. Gleichzeitig sind über den Referenzsatelliten auch Informationen über die Sortenänderungen, Daten zu Wachstumsstadien, Wetterdaten abgreifbär, die ein optimales Ausbringen des Düngers sichern helfen.About one consisting of display and keyboard control unit 12, which is part of the job computer 5, the user MK and the job computer 5 can communicate interactively with the microprocessor. The on-board power supply 13 supplies the receiver 6 , the microprocessor MK and the job computer 5 with current. The reference signals S R are transmitted from the earth station 14 to the receiver 6 via the reference satellite 15 . With the reference signals S R , control signals for the connection or disconnection of the receiver 6 and thus the sensors 4 are also transmitted from the earth station 14 . The receiver 6 is activated by an access authorization given by the operator as a password or PIN number or by a corresponding software identification of the sensors 4 , which can be limited in time. The latest version of the processing software for the sensors 4 can also be read from the earth station 14 into the microprocessor MP via the reference satellite 15 and the receiver 6 . The microprocessor MP therefore always has the latest versions of the processing software available for recording and preprocessing the measured values. At the same time, information about the variety changes, data on growth stages and weather data can be accessed via the reference satellites, which help to ensure optimal fertilizer application.
Das Schleppfahrzeug 1 ist zusätzlich mit einem Sender 16 (siehe Fig. 5) ausgerüstet, der die im Mikroprozessor MP gespeicherten, ggf. vorverarbeiteten Meßdaten über den Satelliten 15 zur Erdstation 14 rücküberträgt, die die Meßdaten empfängt, demoduliert und an einen Basisrechner 17 weiterleitet. Im Basisrechner 17 werden die Meßdaten zu einer Düngeapplikationskarte verarbeitet und in einer Datenbank für den Nutzer via Internet 18 unter einem spezifischen Kennwort zum Abruf bereitgehalten. The towing vehicle 1 is additionally equipped with a transmitter 16 (see FIG. 5), which retransmits the possibly preprocessed measurement data stored in the microprocessor MP via the satellite 15 to the earth station 14 , which receives the measurement data, demodulates it and forwards it to a basic computer 17 . In the base computer 17 , the measurement data are processed into a fertilization application card and kept available for retrieval in a database for the user via the Internet 18 using a specific password.
11
Schleppfahrzeug
Towing vehicle
22nd
Dach
top, roof
33rd
Tragarm
Beam
44th
Sensoren
Sensors
55
Jobrechner
Job calculator
66
DGPS-Receiver
DGPS receiver
77
Antenne von Antenna from
66
88th
Satelliten
Satellites
99
Vorverstärker
Preamplifier
1010th
Hochfrequenzeinheit
Radio frequency unit
1111
Navigationsprozessor
Navigation processor
1212th
Kontrolleinheit
Control unit
1313
Stromversorgung
Power supply
1414
Erdstation
Earth station
1515
Referenzsatellit
Reference satellite
1616
Sender
Channel
1717th
Basisrechner
Basic computer
1818th
Internet
Internet
1919th
Ausbringer
MP Mikroprozessor der Sensoren Spreaders
MP microprocessor of the sensors
44th
S Satellitensignale
SR S satellite signals
S R
Referenzsignale
α Blickwinkel des Sensors
β Schräglage des Sensors
Reference signals
α Viewing angle of the sensor
β Oblique position of the sensor
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Cited By (19)
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