Projekt 06331/01

Verminderung des Aufwandes an Herbiziden in der Pflanzenproduktion durch zielflÀchenorientierte Applikation

ProjekttrÀger

Bundesforschungsanstalt fĂŒr Landwirtschaft (FAL)Institut fĂŒr Betriebstechnik und Bauforschung
Bundesallee 50
38116 BraunschweigZielsetzung und Anlass des Vorhabens Aus ökologischen und ökonomischen GrĂŒnden ist die weitere Reduzierung des Aufwandes an Herbiziden erforderlich. Dies ist nur möglich, wenn gezielt dort Herbizide ausgebracht werden, wo sich UnkrĂ€uter befinden. Dazu ist die Unkrauterkennung Voraussetzung. Mit Hilfe optoelektonischer Systeme ist eine Pflanzenerkennung, d.h. die Unterscheidung von grĂŒnen Pflanzen und von Boden, online möglich. Ziel ist es, solche optisch arbeitenden Systeme fĂŒr den Einsatz unter den Bedingungen der europĂ€ischen Landwirtschaft anzupassen und zu optimieren, um somit fĂŒr eine weitreichende Umweltentlastung zu sorgen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs werden zwei optoelektronische Systeme zur Pflanzenerkennung (Detectspray und Selectspray) eingesetzt, welche das gleiche Erkennungsprinzip nutzen, sich aber bezĂŒglich der Hardware- und Soft-ware-Ausstattung unterscheiden (24h-Betrieb durch eigene Lichtquelle, Anpassung an die Fahrge-schwindigkeit mechanisch oder elektronisch). FĂŒr die Optimierung und Weiterentwicklung werden zunĂ€chst auf einem Versuchsfeld Versuche auf verschiedenen FeldfrĂŒchten durchgefĂŒhrt. DafĂŒr sind die ZeitrĂ€ume FrĂŒhjahr bis Herbst vorgesehen. In den Zwischenmonaten, aber auch begleitend zu den Feldversuchen, werden unter simulierten konstanten Umgebungsbedingungen Funktionstests durchgefĂŒhrt und die Optimierungsschritte im Labor auf ihren Erfolg ĂŒberprĂŒft sowie Kalibrierungen der Sensoren vorgenommen. Mit UnterstĂŒtzung einer Herstellerfirma von Feldspritzen wird parallel dazu die mechanische Anpassung an herkömmliche SpritzgestĂ€nge durchgefĂŒhrt. Die Weiterentwicklung beinhaltet die automatische Anpassung an die Fahrgeschwindigkeit durch Einsatz eines Radarsensors, die Konstanthaltung der gewĂŒnschten zu erkennenden PflanzengrĂ¶ĂŸe auch bei verĂ€nderter SichtfeldgrĂ¶ĂŸe der Sensoren infolge AbstandsverĂ€nderungen zum Boden (hervorgerufen durch trotz Pendelausgleich auftretende vertikale SpritzgestĂ€ngeschwankungen), den Einzelabgleich (Nullabgleich) der Sensoren ĂŒber der Spritzbalkenbreite, die einfache und sichere Handhabung des Systems bei unterschiedlichen FeldfrĂŒchten sowie die Berechnung der verbrauchten SpritzbrĂŒhe und auf dieser Basis die AbschĂ€tzung der behandelbaren RestflĂ€che. Die gesamte Systembedienung wird ĂŒber-wiegend automatisiert und bedienerfreundlich gestaltet. Alle Optimierungsschritte werden in gezielten Feldversuchen unter Praxisbedingungen ĂŒberprĂŒft. Ergebnisse und Diskussion Um die vorgesehenen Optimierungen durchfĂŒhren zu können, wurde zunĂ€chst die Hard- und Software des Systems DETECTSPRAY analysiert. Da dieses System die erforderlichen Erweiterungen nicht er-möglicht, wurden zunĂ€chst mit Ausnahme der Analogelektronik des Spritz-Sensors bzw. des Umgebungslicht-Sensors alle Hardwarekomponenten neu entwickelt und die zu ihrem Betrieb nötige Software neu geschrieben. Das Ergebnis ist ein z. T. modular aufgebautes Entwicklungssystem, auf dessen Basis alle beabsichtigten Erweiterungen realisiert werden konnten. Die automatische BerĂŒcksichtigung der Fahrgeschwindigkeit mit Hilfe eines Radarsensors wurde implementiert und bei Feldversuchen erfolgreich getestet. Jetzt ist es möglich, bei einem Abstand von 11 cm zwischen dem Spritz-Sensor und dem ihm zugeordneten Magnetventil ohne Abgleichmaßnahmen mit einer beliebigen Geschwindigkeit zwischen 0,4 und 10 km/h zu fahren. Dabei werden die ZielflĂ€chen exakt getroffen, wobei aufgrund der jetzt erhöhten systeminternen Übertragungsraten das System mit einer deutlich höheren zeitlichen Auflösung arbeitet. Die bisherigen Probleme hinsichtlich der Inbetriebnahme bzw. des Abgleichs des Systems konnten wesentlich entschĂ€rft werden. Der Anwender hat jetzt die Möglichkeit, ĂŒber den neuen Kontroll-Monitor per Knopfdruck einen automatischen Nullpunktabgleich durchfĂŒhren zu können. Bestehende Unter-schiede zwischen den Spritz-Sensoren im Zusammenhang mit der Ansprechempfindlichkeit sind hiermit beseitigt. Da der manuelle Abgleich anhand des unempfindlichsten Spritz-Sensors entfĂ€llt, kann das System jetzt mit der maximal möglichen Ansprechempfindlichkeit betrieben werden. Allerdings traten noch Abweichungen von dem idealen Systemverhalten bei stĂ€rker schwankenden Umgebungslichthelligkeiten auf, fĂŒr welche die Analogelektronik der Spritz-Sensoren bzw. des Umgebungslicht-Sensors verantwortlich ist. Deshalb wurde jetzt auch die Analogelektronik des Spritz- und des Um-gebungslichtsensors vollkommen neu aufgebaut. Es wird nun ĂŒber den gesamten Einsatzbereich (TageslichtintensitĂ€t) linear verstĂ€rkt, was eine exakte Funktion auch bei wechselnden Lichtbedingungen gewĂ€hrleistet. Gleichzeitig wurde damit auch die Empfindlichkeit der Sensoren erhöht, womit der Ein-satz auch bei sehr geringer Helligkeit (etwa 2000 lx BeleuchtungsstĂ€rke) möglich ist. Ebenso zeigte sich, daß die FunktionalitĂ€t des Umgebungslichtsensors verbessert ist, wenn auch er das Umgebungslicht in-direkt ĂŒber Jute oder Boden empfĂ€ngt. Bei dem Ursprungssystem konnten lediglich Daten von dem Kontroll-Monitor an die Spritz-Sensoren ĂŒbertragen werden. Jetzt besteht zwischen diesen Systemkomponenten eine bidirektionale Kommunikation. In Verbindung mit einem Sensor-Auswahlverfahren können nun alle Sensoren einzeln getestet und in frei wĂ€hlbare Gruppen funktional zusammengefasst werden (elektronische Teilbreitenschaltung), sowie der Spritzmittelverbrauch und die benötigte Restmenge anhand der akkumulierten Spritzzeiten fĂŒr jeden Spritz-Sensor ermittelt bzw. abgeschĂ€tzt werden. FĂŒr die Erfassung der SpritzgestĂ€nge-Schwankungen wurde ein Inklinometer-Sensor in das weiterentwickelte System eingebunden. Die Funktion im Labor war einwandfrei, die Praxistests wiesen auf die Notwendigkeit eines speziellen SpritzkalkĂŒls hin, welches in einfachen Feldversuchen bereits mit Erfolg getestet wurde. Der Vergleich des weiterentwickelten Systems mit dem System Selectspray wurde an BahndĂ€mmen durchgefĂŒhrt. Hier zeigte sich, daß das System Selectspray aufgrund seiner großen Abstandstoleranz zum Boden besser geeignet ist, wĂ€hrend das System Detectsprayℱ zu hĂ€ufig spritzt. Der Einsatz solcher Systeme nach dem Feldaufgang ist nur möglich, wenn der Spritzsensor zwischen Nutzpflanzen und UnkrĂ€utern unterscheiden kann. Um diesem Ziel nĂ€her zu kommen, wurde ein mit fĂŒnf Fotodioden und Filtern ausgestatteter Sensor aufgebaut, mit dem unter idealen Bedingungen im Labor schon mehrere UnkrĂ€uter und Nutzpflanzen online unterschieden werden konnten. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation VorfĂŒhrung auf der Agritechnica 1995 und 1997; Seminare ĂŒber Sensorsysteme zus. mit der FHS OsnabrĂŒck in 1997 und 1998 BeitrĂ€ge u.a. in Focus Extra, Phytomedizin, KTBL-Arbeitspapier in 1996; in Landtechnik, VDI-Berichte, LU-Journal in 1997, in Agrartechnische Forschung, J. of Agric. Engng. Res., Forschungsreport in 1998; in Proc. 3rd Int. Sc. Conf. on Microproc. Syst. in Agric. (Polen), DLZ Agrarmag. in 1999 VortrĂ€ge u.a. in Stuttgart-Hohenheim, Berlin, Madrid in 1996; in Warwick (UK), Braunschweig, Hannover in 1997; in Avalon (NSW, Australien), Staufen, Braunschweig, Guthmannshausen in 1998; in Plock (Po-len), Hannover, Lehrte, Braunschweig in 1999 Fazit Die angestrebten Projektziele wurden nahezu vollstĂ€ndig erreicht. Ein umfassender Praxiseinsatz mit dem Inklinometer steht noch aus wie auch der Aufbau eines Prototyps. Das weiterentwickelte System gestattet eine Erweiterung hin zu einem System fĂŒr die Pflanzenunterscheidung fĂŒr den Einsatz nach dem Feldaufgang. Der hierfĂŒr entwickelte Sensor muß noch in der Praxis untersucht werden.

Übersicht

Telefon

0531/596-498

Telefon

0531/596-498

Bundesland

Niedersachsen

Fördersumme

226.757,95 €

Förderzeitraum

01.04.1996 - 31.12.1999