СПОСОБ ВНЕСЕНИЯ СРЕДСТВА ДЛЯ ОПРЫСКИВАНИЯ НА ПОЛЕ
METHOD OF APPLYING A SPRAYING AGENT ON A FIELD

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к способу внесения средства для опрыскивания, прежде всего средства защиты растений, на поле и к системе опрыскивания согласно родовым понятиям независимых пунктов формулы изобретения. Объектами настоящего изобретения являются также блок управления и компьютерная программа.
В традиционном сельском хозяйстве используют большое количество различных действующих веществ для удобрения культурных растений, стимуляции их роста и прежде всего для их защиты. Такая защита направлена против засорения (гербициды), против поражения грибом (фунгициды), против поражения вредителями (инсектициды) и против поражения болезнями. Обычно такие действующие вещества, соответственно содержащие их средства вносят на поле в виде водного раствора с помощью гидравлической системы опрыскивания, соответственно распыления (разбрызгивания). При обнаружении поражения норма расхода в настоящее время устанавливается пользователем на основании выборочных проб на тип и интенсивность поражения и остается постоянной при обработке всей площади. Поскольку на практике следует исходить не из равномерного поражения площади поля, при таком подходе действующие вещества попадают в окружающую среду в слишком больших количествах. Наряду с этим предотвращение применения действующих веществ в таких избыточных количествах позволило бы пользователям снизить эксплуатационные расходы (т.е. затраты на средство для опрыскивания).
Предпосылкой отвечающего фактическим потребностям внесения средства для опрыскивания является знание типа и интенсивности поражения с высоким пространственным разрешением, а также наличие технической возможности гибко регулировать внесение средства для опрыскивания по месту его применения и по количеству. Для наблюдения или контроля за поражением с высоким пространственным разрешением можно использовать, например, имеющиеся аэроснимки (со спутника, самолетов, беспилотных летательных аппаратов). Однако повышенную точность без затрат на получение аэроснимков обеспечивает параллельное исследование (сканирование) обрабатываемой площади средствами сенсорной техники в процессе внесения средства для опрыскивания.
Датчики для распознавания растительной зелени уже относятся к уровню техники. При этом, однако, не делается различия между культурным растением и сорняками, что в первую очередь при применении гербицидов избирательного действия не позволяют добиться потенциальной экономии. Оптические системы для обнаружения и классификации засорения проверяют фрагмент изображения на растительную зелень и затем осуществляют классификацию, т.е. определяют вид обнаруженного растения. При этом возможно использование известных цифровых камер с объективами, при необходимости в сочетании с фильтрами, селективными по длинам световых волн. На основе информации, полученной по результатам классификации, можно соответственно встречаемости тех или иных видов сорных растений приготавливать и применять смесь с гербицидом, действующим на конкретный вид или конкретные виды сорняков.
В DE 4413739 А1 описан способ целенаправленного, специфического и дозированного внесения питательных средств и средств по уходу в поле- или садоводстве. При этом дикорастущие растения избирательно обрабатываются в междурядьях аналогично культурным растениям.
В DE 4132637 С2 описан способ контролируемой борьбы с сорняками в густых стеблестоях из культурных растений, не возделываемых рядовым способом.
Раскрытие изобретения
Объектом настоящего изобретения является способ внесения средства для опрыскивания, прежде всего средства защиты растений, на поле, заключающийся в выполнении следующих стадий:
- посредством оптического и/или инфракрасного съемочного блока выявляют растения на участке поля,
- на снятом участке поля идентифицируют по меньшей мере один ряд растений,
- на снятом участке поля определяют охватывающую по меньшей мере один идентифицированный ряд растений растительную область и отличную от нее сорняковую область,
- устанавливают показатель растительности в сорняковой области и
- в зависимости от установленного показателя растительности посредством опрыскивающего устройства вносят средство для опрыскивания на сорняковую область, прежде всего на участок поля.
Объектом настоящего изобретения является далее система опрыскивания, которая предназначена для выполнения стадий вышеописанного способа.
Объектами настоящего изобретения являются, кроме того, блок управления, который предназначен для управления выполнением стадий этого способа, компьютерная программа, которая предназначена для управления выполнением стадий этого способа, а также машиночитаемая запоминающая среда, на которой сохранена такая компьютерная программа.
Средство для опрыскивания в предпочтительном варианте представляет собой средство защиты растений. В соответствии с этим средство для опрыскивания может представлять собой, например, гербицид, фунгицид или инсектицид.
Под "полем" в данном контексте может подразумеваться используемая по сельскохозяйственному назначению площадь, возделываемая площадь для выращивания растений или же парцелла подобной площади, соответственно возделываемой площади. Таким образом, "поле" может представлять собой пахотную площадь, луг или пастбище. Растения могут представлять собой, например, полезные растения, которые или плоды которых используются по сельскохозяйственному назначению, например, в качестве пищевых продуктов, кормов или энергетической культуры, а также побочные, соответственно сорные растения.
Участок поля может представлять собой съемочный участок оптического и/или инфракрасного съемочного блока, т.е. охватываемый им при съемке участок, соответственно снятый им участок в виде изображения. Под оптическим съемочным, соответственно регистрирующим блоком может подразумеваться, например, (съемочная) камера или 3D-камера. Оптический и/или инфракрасный съемочный блок может быть откалиброван, например, для вычисления высотной привязки на основании снятых изображений. Оптический и/или инфракрасный съемочный блок может быть расположен на подвижном средстве, которое при этом может быть выполнено прежде всего в виде наземного транспортного средства и/или воздушного транспортного средства и/или прицепа.
Под выявлением растений может, например, подразумеваться определение наличия растений на участке поля, прежде всего без их классификации при этом. Стадия выявления растений может охватывать выявление цветовой компоненты, прежде всего зеленой цветовой компоненты, и/или инфракрасной компоненты на участке поля, соответственно на участке в виде изображения. При этом растения можно выявлять посредством оптического и/или инфракрасного съемочного блока, например, на основании предварительно определенного показателя NDVI (от англ. "Normalized Difference Vegetation Index", нормализованный относительный индекс растительности, он рассчитывается на основании коэффициентов отражения в ближней инфракрасной и видимой красной областях спектра оптического излучения), отличая биомассу от почвы (земли).
Стадия выявления растений может выполняться, например, при проезде подвижного средства с установленным на нем оптическим и/или инфракрасным съемочным блоком по полю, при этом одновременно выявляются растения на участке поля, соответственно на участке в виде изображения, снятого оптическим и/или инфракрасным съемочным блоком.
Ряды растений располагаются в основном прямолинейно. Тем самым идентификация ряда растений может осуществляться, например, путем "встраивания" прямой линии, соответственно прямой средней линии ряда растений в присутствующую в изображении траекторию с наибольшей долей зеленой цветовой компоненты, соответственно интенсивностью зеленого цвета. На стадии идентификации в предпочтительном варианте идентифицируют все ряды растений на снятом участке поля.
Растительная область может полностью охватывать растения их ряда. Однако растительная область может также охватывать ряд растений, не охватывая полностью отдельные растения этого их ряда. В соответствии с этим растительная область может также лишь частично охватывать отдельные растения их ряда. Растительную область можно определять как область по обе стороны от соответствующей средней линии ряда растений, например, с постоянной, соответственно определенной (заданной) или переменной шириной. Однако растительная область может также представлять собой саму среднюю линию ряда растений.
Сорняковая область в предпочтительном варианте располагается между рядами растений (в междурядье). Сорняковая область может представлять собой остаточную область участка поля, которая получается после определения растительной области.
Показатель растительности может характеризовать, соответственно представлять собой степень покрытия сорняковой области растительным материалом и/или количество растительного материала в сорняковой области и/или число растений в сорняковой области. Степень покрытия можно определять по отношению покрытой растительным материалом площади к общей площади. В соответствии с этим степень покрытия представляет собой отношение заросшей зоны (ее площади) в сорняковой области к общей сорняковой области (ее общей площади). Для этого можно определять в снятом изображении число пикселей, в которых обнаруживается растительный материал. Следовательно, на основании показателя растительности можно получить числовую меру для засоренности, на основании каковой числовой меры принимается решение о том, должна ли обрабатываться сорняковая область или нет, и при необходимости о том, как она должна обрабатываться.
Стадия внесения средства для опрыскивания может охватывать сравнение установленного показателя растительности с пороговым значением, при этом стадия внесения средства для опрыскивания выполняется по достижении этого порогового значения, при опускании ниже него или при его превышении. Пороговое значение может представлять собой вводимое вручную значение. В зависимости от культуры на поле, стадии ее роста и применяемого средства защиты растений при этом можно задать так называемое правило опрыскивания, т.е. взаимосвязь между определенным показателем растительности и решением о том, должна ли осуществляться обработка средством защиты растений и в каком количестве. В качестве примера такое правило могло бы звучать следующим образом: "Если степень покрытия в сорняковой области превышает 5%, то в этом случае осуществляется обработка средством защиты растений".
Стадии идентификации ряда растений, определения растительной и сорняковой областей и установления показателя растительности могут выполняться вычислительным блоком.
Опрыскивающее устройство может иметь множество опрыскивающих насадок и баков для жидкости. Опрыскивающее устройство может быть расположено на подвижном средстве, которое при этом может быть выполнено прежде всего в виде наземного транспортного средства и/или воздушного транспортного средства и/или прицепа. Опрыскивающее устройство может быть расположено на том же подвижном средстве, что и съемочный блок. Внесение средства для опрыскивания может осуществляться в непрерывном режиме, соответственно по особой схеме.
Предлагаемый в изобретении способ позволяет исключительно простым и ресурсосберегающим путем обрабатывать поле в соответствии с фактическими потребностями. Проявляющееся при этом преимущество состоит в отсутствии необходимости классифицировать растения, соответственно растительные объекты. Вместо этого в изобретении выгодно используется тот факт, что культурные растения возделывают рядами, а побочные, соответственно сорные растения и сорные травы распределены по полю неравномерно. В соответствии с этим согласно изобретению определяют растительную область с рядом растений и сорняковую область, при этом по определению все растения в растительной области рассматриваются как культурные растения, а все растения в сорняковой области - как подлежащие обработке (уничтожению) растения, прежде всего как побочные, соответственно сорные растения. Внесение, соответственно применение средства для опрыскивания в предопределенном количестве осуществляется затем в сорняковой области, предпочтительно на всем участке поля, на основании установленного показателя растительности без классификации растений или избирательности по ним, а также вне зависимости от их расположения.
Предпочтителен вариант, в котором на стадии внесения средства для опрыскивания его в основном равномерно вносят на сорняковую область. Под равномерным внесением может согласно настоящему изобретению подразумеваться внесение с предопределенной нормой расхода на единицу площади. Под предопределенной нормой расхода может подразумеваться установленная (заданная) заранее, соответственно в начале обработки норма расхода. Предопределенная норма расхода при этом представляет собой в основном постоянную норму расхода на единицу площади. Определенная норма расхода может быть предварительно настроена, соответственно заранее вводимой. При этом средство для опрыскивания в предпочтительном варианте вносят плоскоструйно (двухмерно). Такая мера приводит к дальнейшему упрощению предлагаемого в изобретении способа, соответственно всей системы, поскольку, во-первых, не требуется регулирование расхода рабочего раствора при опрыскивании, а во-вторых, не требуется также идентификация растений, соответственно их положений.
Предпочтителен далее вариант, в котором идентификацию ряда растений осуществляют с применением по меньшей мере одного из следующих наборов данных: цветовая компонента выявленных растений, прежде всего их зеленая цветовая компонента, инфракрасная компонента выявленных растений, расстояние между растениями, расстояние между рядами растений, стадия роста растений, географические координаты посева растений. На основании таких данных возможна простая и надежная идентификация рядов растений, поскольку, например, культурные растения опережают по стадии роста сорные (побочные) растения и сорные травы. Равным образом технически особо простой и надежной является идентификация рядов растений с применением цветовой компоненты растений, соответственно снятого изображения растений, поскольку для этого в предпочтительном варианте можно использовать уже существующие технически совершенные алгоритмы обработки изображений.
Предпочтительно, кроме того, наличие у растительной области переменной ширины, которая при этом зависит от стадии роста расположенного в соответствующей области растения растительной области. Подобный вариант осуществления предлагаемого в настоящем изобретении подхода обладает тем дополнительным преимуществом, что учитывается также различный рост культурных растений в ширину в растительной области. Благодаря этому прежде всего предотвращается ошибочная оценка тех частей культурного растения, которые выступают в сорняковую область, в качестве сорняка. Для этого на основании стадии роста культурного растения определяют своего рода виртуальную оболочку вокруг собственного центра ряда растений. В этом случае части растения, соответственно пиксели в его изображении, которые граничат непосредственно с тем пикселем в изображении растения, который находится в растительной области, охватывающей культурное растение, также оцениваются как культурное растение (соседние пиксели или пиксели "по соседству").
Особенно предпочтителен вариант осуществления предлагаемого в изобретении подхода, в котором на стадии выявления растений оптический и/или инфракрасный съемочный блок и/или на стадии внесения средства для опрыскивания опрыскивающее устройство расположены на наземном транспортном средстве и/или на воздушном транспортном средстве (летательном аппарате). Преимущество подобного варианта состоит в высокоавтоматизированной и тем самым быстрой и надежной обработке поля.
Предлагаемый в изобретении способ может быть реализован, например, в программном обеспечении (на программном уровне) или в аппаратном обеспечении (на аппаратном уровне) либо в смешанной форме из программного обеспечения и аппаратного обеспечения (на программно-аппаратном уровне), например, в устройстве управления.
С этой целью система опрыскивания может иметь по меньшей мере один вычислительный блок для обработки сигналов или данных, по меньшей мере один блок памяти для хранения сигналов или данных, по меньшей мере один интерфейс взаимодействия с датчиком или исполнительным органом для ввода сигналов от датчика или для вывода сигналов данных или управляющих сигналов на исполнительный орган и/или по меньшей мере один связной интерфейс для ввода или вывода данных, которые внедрены в связной протокол. Вычислительный блок может представлять собой, например, процессор обработки сигналов, микроконтроллер или иное аналогичное устройство, а блок памяти может представлять собой программируемое постоянное запоминающее устройство с групповым (параллельным) электрическим стиранием (флэш-память), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ) или блок магнитной памяти. Связной интерфейс может быть предназначен для беспроводного и/или проводного ввода или вывода данных, при этом связной интерфейс, который может осуществлять ввод или вывод передаваемых по проводам данных, может, например, электрически или оптически вводить эти данные из соответствующей линии передачи данных или выводить в нее.
Предпочтительным объектом изобретения является также компьютерный программный продукт или компьютерная программа с программным кодом, который может быть сохранен на машиночитаемом носителе (данных) или на машиночитаемой запоминающей среде, такой как полупроводниковая память, накопитель на жестком магнитном диске или оптический накопитель, и используется для осуществления, реализации и/или управления выполнением стадий способа по одному из описанных выше вариантов, прежде всего при выполнении такого программного продукта или такой программы на компьютере или устройстве.
Ниже изобретение более подробно поясняется на некоторых примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - схематичное изображение предлагаемой в изобретении системы опрыскивания,
на фиг. 2 схематичное изображение снятого участка поля и
на фиг. 3 - блок-схема последовательности стадий способа согласно одному из примеров его осуществления.
В последующем описании предпочтительных примеров осуществления настоящего изобретения элементы, представленные на различных чертежах и выполняющие схожую функцию, снабжены одинаковыми или схожими ссылочными обозначениями (позициями), при этом повторное описание таких элементов не приводится.
На фиг. 1 показана предлагаемая в изобретении система 10 опрыскивания. Такая система 10 опрыскивания имеет подвижное наземное транспортное средство 12. Система 10 опрыскивания имеет далее съемочный (регистрирующий) блок 14 и опрыскивающее устройство 16. Съемочный блок 14 и опрыскивающее устройство 16 расположены на наземном транспортном средстве 12. Система 10 опрыскивания имеет, кроме того, вычислительный блок 17 и блок 18 управления.
Съемочный блок 14 выполнен в виде оптического съемочного блока 14, соответственно оптической камеры 14. Оптическая камера 14 имеет фильтр 20, который служит для выделения некоторой цветовой компоненты, такой, например, как зеленая цветовая компонента, в снятом оптической камерой 14 изображении участка 22 поля 24 в целях выявления растений 26.
Как подробнее поясняется ниже со ссылкой на фиг. 2, вычислительный блок 17 предназначен для идентификации по меньшей мере одного ряда растений на снятом участке 22 поля, соответственно в изображении этого участка 22 поля, например, на основании выявленной зеленой цветовой компоненты, для определения охватывающей по меньшей мере один идентифицированный ряд растений растительной области и отличной от нее сорняковой области на снятом участке 22 поля, а также для установления показателя растительности в сорняковой области. Показатель растительности при этом представляет собой степень покрытия сорняковой области растительным материалом.
Блок 18 управления в свою очередь предназначен для соответствующего управления опрыскивающим устройством 16 в зависимости от установленного показателя растительности. При этом выполняется сравнение установленного показателя растительности с пороговым значением, при достижении, соответственно превышении которого осуществляется соответствующее управление опрыскивающим устройством 16, соответственно его активизация.
Опрыскивающее устройство 16 предназначено для подачи средства 28 для опрыскивания, соответственно средства 28 защиты растений посредством опрыскивающей насадки 30 на сорняковую область, прежде всего на участок 22 поля, в целях обработки растений 26.
На фиг. 2 в перспективе показано поле 24, при этом вполне был бы возможен также непосредственный вид сверху. На этом чертеже обозначен снятый оптическим съемочным блоком 14 системы 10 опрыскивания участок 22 поля 24. Из приведенного на чертеже изображения следует, что после выявления растений 26, соответственно зеленой цветовой компоненты на участке 22 поля вычислительным блоком 17 были идентифицированы ряды 32 растений. Идентификация рядов 32 растений осуществлена путем "встраивания" прямых средних линий 34 рядов растений в присутствующие в изображении траектории с наибольшей долей зеленой цветовой компоненты, соответственно интенсивностью зеленого цвета.
Как следует далее из приведенного на фиг. 2 изображения, определяли растительную область 36, которая охватывает ряды 32 растений. Растительную область 36 определяли с применением выявленной зеленой цветовой компоненты. Растительная область 36 может также иметь переменную ширину, которая зависит от стадии роста расположенного в соответствующей области растения 26 растительной области 36.
Помимо этого определяли сорняковую область 38, которая отлична от растительной области 36. Сорняковая область 38 расположена между рядами 32 растений. Сорняковая область 38 при этом представляет собой область, которая по определению охватывает только сорные (побочные) растения. Сорняковая область 38 представляет собой остаточную область участка 22 поля за вычетом растительной области 36, т.е. остаточную область, которая остается после определения растительной области 36 на участке 22 поля, соответственно в снятом изображении участка 22 поля.
В заключение в зависимости от засоренности сорняковой области 38 принимается решение о том, должен ли и/или каким образом должен обрабатываться участок 22 поля. Для этого устанавливают показатель растительности, который характеризует степень покрытия сорняковой области 38 растительным материалом. В том случае, если показатель растительности достигает, соответственно превышает предопределенное пороговое значение, осуществляется внесение средства 28 для опрыскивания на участок 22 поля посредством опрыскивающего устройства 16 в целях обработки этого участка 22 поля, соответственно растений 26 на этом участке 22 поля.
На фиг. 3 показана блок-схема последовательности стадий предлагаемого в изобретении подхода в виде способа 100 внесения средства 28 для опрыскивания, прежде всего средства 28 защиты растений, на поле 24 согласно одному из примеров осуществления. Такой способ 100 предусматривает стадию 102 выявления растений на участке 22 поля 24 посредством оптического и/или инфракрасного съемочного блока 14. Способ 100 предусматривает далее стадию 104 идентификации по меньшей мере одного ряда растений 32 на участке 22 поля. Способ 100 предусматривает, кроме того, стадию 106 определения охватывающей по меньшей мере один идентифицированный ряд 32 растений растительной области 36 и отличной от нее сорняковой области 38 на снятом участке 22 поля. Способ 100 предусматривает также стадию 108 установления показателя растительности в сорняковой области 38. В заключение способ 100 предусматривает стадию 110 внесения средства 28 для опрыскивания на сорняковую область 38, прежде всего на участок 22 поля, в зависимости от установленного показателя растительности посредством опрыскивающего устройства 16.
В том случае, если в описании того или иного примера осуществления изобретения используется двойной союз "и/или" между первым признаком и вторым признаком, то это следует трактовать таким образом, что данный пример осуществления изобретения в одном варианте содержит первый признак и второй признак, а в другом варианте содержит либо только первый признак, либо только второй признак.