用來按體積處理地面和植物的方法及系統的製作方法
2023-05-03 09:07:36 1
專利名稱：用來按體積處理地面和植物的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於按需要和根據體積控制地面和植物的方法，特別是通過規則或不規則地種植有植物的區域上，進行輸出/定量施加如植物防護劑和/或肥料以及水的噴淋劑處理土壤、下木層(Unterwuchs)護理和/或加工和處理植物，所述植物包括如路邊林蔭樹或森林樹木等；庭院作物，特別是葡萄作物和水果作物，啤酒花、柑橘、橄欖等等；灌木或亞灌木如香蕉等，其中植物用通過固定在一可開動的支承裝置上的在植物上方循環駛過的單個傳感器產生的脈衝的單色雷射束掃描，被樹葉反射回來的射線譜被該傳感器接收，接收的光信號形式的射線譜被轉換並將其輸送給計算機，該計算機儲存、處理此信號，並根據植物的狀況通過發出用來操縱配設於可開動的支承裝置的噴淋裝置和鼓風機和/或處理裝置的開關信號控制噴淋劑量的輸出/定量供給、地面和植物的處理以及收穫。
此外本發明涉及一種用來實施此方法的系統，它具有一可行駛的支承裝置，例如車輛和/或連接在其上的工作機械，一固定在支承裝置上的帶有用來發出脈衝雷射束的射線源的傳感器、一可繞一垂直軸旋轉的用來將射線對準葉面的鏡子，一用來接收被葉面反射回來的射線的射線接收器，一用來處理反射回來的射線和控制固定在支承裝置上的具有一噴嘴的帶有噴淋劑儲存容器的噴淋裝置(其中噴嘴設置在離傳感器較大距離處)，一用來輸送噴淋劑給噴嘴的液壓泵，用來開關噴嘴的閥和一用來產生兩相流動的鼓風機。
此外本發明還涉及一種用來實施本方法的系統，該系統具有一可開動的支承裝置，例如車輛和/或連接在其上的工作機械，一固定在支承裝置上的帶有用來發出脈衝雷射束的射線源的傳感器，一可繞一垂直軸旋轉的用來將射線對準樹葉面的鏡子，一用來接收被樹葉面反射回來的射線的射線接收器、一用來處理反射射線和控制至少一個固定在支承裝置上的處理裝置的計算機，其中所述至少一個處理裝置設置在離傳感器較遠距離處。
背景技術：
在用液體防護劑和/或肥料處理植物時必須將規定劑量的有效物質可靠地噴在植物或病害的所有目標表面上。為了將有效物質噴散在庭院作物，如葡萄、水果、啤酒花、柑橘、橄欖等等上採用噴霧器，該噴霧器將霧化的植物防護劑的液滴的兩相自由射束輸送到位於噴霧器側面和上方的植物目標面上。這時噴霧器在形成一行駛通道的植物行之間穿過行駛。根據植物形式和修剪的不同可以這樣地種植植物，使植物在行駛通道上方形成一封閉的植物覆蓋/植被。例如在種植葡萄時形成藤架蓋或在果園中時形成空的冠蓋。
為了向庭院作物，如葡萄、果樹和啤酒花施加液體植物防護劑，採用帶有超聲控制的噴嘴(見DE3900221A1，DE3900223A1)或光學或雷射控制噴嘴(見DE19518058A1，EP0554732A1，EP0743001A1)的噴霧器。所述已知裝置採用多個單個噴嘴，所述噴嘴由單個傳感器控制。各個傳感器在傳感器的測量區內識別目標面例如樹葉面的存在。
對於每個高度區域由傳感器信號曲線得出是-否-判斷，使得對植物的處理總是在不存在噴霧器的射束到達的植物的目標面的時候和地點中斷。
按DE 195 18 058 A1用各個相互疊放設置的傳感器，尤其是光學檢測儀，對植物進行分區地檢測與噴嘴相配的植物的高度區。因此植物只能在窄的取樣帶上被識別。在傳感器之間水平生長的枝條或藤蔓未被識別。不能提供關於在噴嘴和目標之間的相當於所要求噴淋劑液滴的飛行路程的當時的距離信息。這意味著，在噴淋劑時不能實現噴嘴預期的開關，使得噴淋劑特別不能目標準確地噴至離噴霧器較遠的工作區，如樹木或葡萄藤的較稀疏的頂端區域內。但是從植物病理學的觀點來看這些工作區特別易感，必須對其進行可靠的處理，以防止作物感染。
此外由US 5,278,423 A1已知一種方案，它在噴淋法中採用一單獨的用來檢測樹葉並產生用於控制農用噴霧器的輸出信號的循環的雷射傳感器。在這種噴淋法中使用發自一傳感器的用脈衝的觸發器信號觸發的脈衝雷射束進行測量。一接收器接收由目標樹上的一點反射的雷射束，其中接收器設有一用於代表所選擇的脈衝射線的傳遞時間的輸出量，此輸出量相當於從目標點到接收器的傳遞時間。脈衝雷射束垂直掃描目標樹的葉面，這裡掃描由一角度確定，此角度相當於雷射束相對於一基準角的角度。
然後確定在一個掃描周期期間傳感器的位置，在這個位置時掃描周期定義為雷射束在一沿噴霧器運動軸線的位置在一垂直掃描平面內繞一噴霧器路徑的軸線的一整周。接著確定多個規定的噴射區。噴射區具有預定的方向並且打開設置在噴霧器上的噴射頭，以噴出噴淋劑。
工作區、角度和距離信息由一微處理器處理，以便考慮到樹高和噴霧頭的相應於這個高度的位置，以使噴霧器以合適的運動狀態掃描測量。
用於這種已知方法的傳感器由用來確定從傳感器到排成傳感器沿其運動的行的帶樹葉的樹的區域，和用來發出關於該區域的相應輸出數據(對應於對於該區域的每次數據輸出的傳感器角度)的雷射裝置、用來確定傳感器沿樹葉(方向)的路段的裝置(其中路段表示傳感器和噴霧頭之間的距離)、用來處理相應的區域和路段的輸出數據以確定被檢測的樹葉的存在和特徵的裝置組成，其中處理裝置發出對於適用的農用噴霧器的控制信號。
用這種已知方案作為一個整體識別整個葉面或樹冠或蔭影面，藉助於識別的結果控制噴嘴的噴出噴淋劑。這個方案既不考慮這個整體內的空缺，植物的枝葉展開和其結構信息，也不考慮來自樹葉表面深度的信息。這意味著噴淋劑的輸出不是按空間根據植物的需求進行的，並且不精確，因此噴淋劑消耗相應地高或者無效果。因此這種已知方案僅僅適用於以很大的行間距分開的單獨豎立在行內的很高的作物。
此外所有這些已知方案都利用車輪上的輪式傳感器用於路程測量。這種滾動的車輪在不堅固的帶各種凹凸不平的地面上不斷發生滑動，這種滑動根據傳感器和噴嘴的結構的不同導致在噴淋劑輸出方面有誤差的目標精確度。
如果單個傳感器設置在振動重心的上方或下方的話，噴霧器當其在不堅固的道路上行駛時的搖擺運動引起單個傳感器的側向偏移。這樣在測量與傳感器相對于振動重心的位置有關的距離時造成誤差。單個傳感器的基準測量點在樹葉面上垂直偏移，從而測量到的不是感興趣的區域。
在處理植物頂冠的上邊緣區時振動運動或者導致葉面過量噴淋，或者使得植物病理學方面易感的頂部區域沒有噴到噴淋劑，或者噴得不夠。
DE 19726 917 A1介紹一種藉助於雷射束髮射/接收裝置對在地面上方延伸的輪廓進行非接觸式輪廓掃描的方法，用這種方法時在農業機械向前行駛期間由測得的距離求出在掃描寬度上的輪廓，並儲存起來。用一時間測量元件進行位置確定。
在DE 4434 042 C2中公開了一種用來非接觸地測量空間延伸的物體與交通有關的數據的裝置，該物體作為監測表面在道路、街道或軌道上運動，該裝置帶有一雷射器、一個光線接收和一個藉助於光學的運行時間測量進行距離測定的分析裝置，和一個掃描裝置，該掃描裝置這樣偏移雷射束，使該雷射束在迴轉運動中劃出一圓錐體的殼面，此圓錐體的對稱軸垂直或傾斜於監測表面分布。
發明內容
在這種現有技術條件下本發明的目的是，這樣地改進開頭所述類型的方法和系統，即空間地無空缺地掃描植物群叢，在考慮形態學、植物生理學、儀器技術和與地理位置有關的特性的同時有效地控制處理地面和植物狀態。
這個目的通過開頭所述類型的具有權利要求1特徵的方法和通過具有權利要求31和32特徵的系統來實現。
本方法和系統有利的方案可從從屬權利要求中得到。
附圖的簡要描述下面應該用幾個實施例對本發明作較詳細的說明。
附圖表示
圖1按本發明的傳感器的示意圖，
圖1a傳感器在支承裝置上的設置的示意圖，圖2用雷射束掃描植物群叢的示意圖，圖3、3a、3b按本發明的方法的程序結構和流程，圖4所用的環形存儲器的原理圖。
本發明具體的實施方式例1本發明的方法首先應該在具有有規律種植的庭院作物，如葡萄的植物區域加以說明。
按本發明的系統用來按體積向庭院作物的植物輸出噴淋劑，並對其進行處理和加工，該室內作物的單棵植物以形成行駛通道的行相互並排緊密排列，該系統主要由以下部分組成一可開動的支承裝置1，例如一個攜帶一噴淋裝置2的牽引車輛；一用來產生兩相流動的鼓風機；一在支承裝置駛過行駛通道時旋轉的位於中部的雷射傳感器3和一用來處理所有由傳感器得到的數據的計算機。噴淋裝置2包括一用來盛放噴淋劑的容器、一用來將噴淋劑輸送到噴嘴的輸送泵、用來開關噴嘴的閥門。如果採用處理裝置，則將其固定在可行駛的支承裝置1上。
如
圖1和1a示意表示的那樣，傳感器3由一可旋轉地安裝在一軸A上的鏡子4′組成。該鏡子相對於旋轉軸A不同地傾斜並設計成成形鏡(Formspiegel)。在本例中鏡子4′由大蛋糕形的扇形5和6這樣構成，使得扇形5相對於轉軸A具有45°的傾角，扇形6相對於轉軸A具有67.5°的傾角，亦即相對於轉軸A的法線具有22.5°的傾角。
傳感器3具有一射線源7和一接收器8。通過一個轉角測量裝置跟蹤鏡子4′的旋轉運動。由射線源7產生的光脈衝通過轉向鏡4和成形鏡4′分布在行駛通道之內部空間中。由遇到的物體(樹葉面、葉片、樹幹、嫩枝等等)反射的射線通過轉向鏡4和成形鏡4′及一光學裝置9聚焦在接收器8上。為了使傳感器3具有接收射線的自由視界，該傳感器必須這樣地固定在支承裝置1上，以保證充分的自由視界。傳感器3利用由雷射測量點組成的柵格測量在噴射裝置2側面和上方群叢內的植物，雷射測量點柵格在支承裝置1在行駛通道內向前行駛時沿植行劃出條狀螺旋形。用例如1°的角度解析度可以毫無問題地在具有5米行間距的植物行的葉面上實現幾釐米的垂直測量點距離。因此在這個例子中當支承裝置以1至8km/h的正常行駛速度時應該以一約5×5cm的高解析度的空間柵格取得測量數據。
沿行駛方向向前和側前方這樣地偏轉雷射束，使其劃出一向行駛方向張開的圓錐形外殼面。雷射束的這一部分沿一直線射向植物的下方區域，所述直線包括水平並排排列的目標。圓錐形外殼面的在向前行駛方向最遠處與地面相交的部分形成雙曲線的頂點。當然也可以逆行駛方向偏轉雷射束，這也屬於本發明。
成形鏡4′的轉軸A偏心設置在傳感器3的射線通道10上。由於這個偏心量使發射射線的發射平面以一相應於偏心量的量垂直於主平面H振動。因此給圓錐形外殼面疊加一相應的偏移量。偏移的幅值在成形鏡4′旋轉時走過一完整的正弦曲線。
對於距離較遠的目標可藉助於距離測量裝置求出粗略的測量值。位於傳感器3視野側面的目標相對於傳感器的位置從一個角度區向另一個偏移，從而如果已知所觀察的目標的距離的話，便可以確定路程。對於具有多種天然形式的結構，如庭院作物的樹葉面的植物群叢，為了進行路徑測量應通過到支承裝置1側面可識別的目標的距離的過濾選擇重要的目標。
如圖2中所示，脈衝紅外雷射源的射線通過旋轉的成形鏡4′從發射方向被偏轉最好是90°，用於上部的測量空間TR，並圓形地分布在一發射平面內。這裡紅外雷射源7形成這樣的脈衝，使得通過成形鏡4′在幾乎相同的角度位置(光速與鏡子角速度之比)下使反射信號從被射線測量的目標返回到傳感器3的接收器8。
傳感器的測量範圍不在一個平面內，而是覆蓋成一大於四分之一個半球的空間角度。
從支承裝置1上的一個位置出發向側面和上面掃描一平面，其中為了形成這個區域，在成形鏡4′和轉軸A之間存在一45°的角度。通過一個＞45°的鏡子角度沿行駛方向偏轉雷射束。從而使射線掃過一圓錐形外殼面，該圓錐形外殼面從在圓錐體頂點的傳感器3向前指向行駛軌道，其中圓錐體軸線在支承裝置1前行駛路線的中部穿過行駛軌道。利用圓錐體外殼面在射線一個區域(根據鏡子角度和位置)以接近於水平或略微傾斜的軌跡掃描側面的植物行。在這個區域內這樣地跟蹤單個物體(樹幹、藤蔓、樹樁等)或結構(樹冠體積、樹冠前輪廓等等)的運動，使得由此測得結構並了解結構相對於支承裝置的分布。從而可以確定在行內走過的路徑。因為植物長年種植在同一個地點，這個位置可以通過植物的已知地點由走過的路段和對植物的辨認進行(確定)。這兩種測量方案的誤差可以通過相互的關聯關係進行修正。
具有45°傾斜的鏡子4′的光程的測量平面沿垂直方向在支承裝置1的側面和上方在一個封閉的圓弧上測量植物，例如藤架種植的葡萄或帶有空心樹冠的地中海果樹。在鏡子旋轉過程中通過偏心量在射線上疊加前面所述的垂直於軌道曲線的正弦形偏移。振幅由偏心量和鏡子角度確定。在鏡子4′旋轉運動時在軌道曲線的每個位置上始終出現相同的偏移量，由於考慮到這一點，這種偏置量不會產生功能方面的缺點。
為了進行植物的定位和測量，並且為了確定一個帶有一用來向成行的作物施加噴淋劑的噴淋裝置2的支承裝置1的位置，這樣設計傳感器3內的鏡子4′，使得可以採用一平面的和一空間彎曲的區域。平的鏡面區的形狀和大小確定了傳感器3在作用/有效範圍和靈敏度方面的光學性能。
來自中央射線源7的雷射束的空間高解析度光線點陣(柵格)避免了如在沿一直線設置在不同位置上的單個傳感器時和在車輛運動時可能出現的那樣的測量誤差。
因此在本例子中中央傳感器3定位在支承裝置重心區域內，從而傳感器的平移和旋轉運動可以作為支承裝置1固有運動的結果加以考慮並對其進行校正。
用來觀察支承裝置1前面、側面和上方環境的空間曲線在從一個鏡部分到另一個鏡部分的過渡區內具有減小的光功率。在這個區域內植物群叢始終位於在離傳感器3特別近的地方，這樣減小的光功率在此不成為缺點。
傳感器3既可以安裝在支承裝置1上，也可以安裝在輔助裝置上。
傳感器3不僅可以用來控制噴淋劑的輸出，而且也可以用來監測和控制庭院作物、樹木、亞灌木和灌木等不規則栽種的整個種植過程，目前在該種植過種中用不同的傳感器和探測件來識別藤架和樹幹(收穫、藤蔓的修剪、綑紮、葡萄區的去葉、在樹幹或根莖之間的行內除草、用草和碎木組成的覆蓋料覆蓋、鬆土、播種、施肥和運輸)。特別是可以調節葡萄-聯合收穫的進行(數量、顏色、成熟程度等等)。
按本發明的系統可以自動進行噴淋過程。取消了對傳感器和支承裝置調節的必要性。用按本發明的系統獲得的數據和信息可以特別有利地用在持久進行(Bestandsfuehrung)的範圍內。特別是對於集約培育的作物，如水果、葡萄、啤酒花，採用和聯合採用很多不同的措施，以達到一定的生產目標，例如修剪、綑紮、去葉、疏果、灌溉、施肥等等。為了決定採取一定的措施或幾種措施的組合，一方面是作物的實際狀況，另一方面是植物本身將來希望的發展結果以及環境條件如氣候等具有重要意義。
如果作決定的農民可以從其種植作物的過去獲得精確的信息，那麼其決定變得更合理，並減小錯誤決定的風險。可供使用的長期完整記錄的並可以方便地展示的技術上精確和可重複的植物的相關數據的測量(結果)在這方面具有很大的使用價值。
幾千年來人們用各種如栽培、培養和維護的種植措施使作物，如葡萄或水果，與地區的條件(土壤、氣候、地點)密切地協調，從而精心地種植。
藉助於按本發明的方法和傳感器測量植物的以地理條件為基礎的針對一定地點的數據，這些數據可以用作與地點相協調的採用針對個別植物的優化處理的種植的基礎。例如用按本發明的方法可以在所存在的條件(種類、栽培、管理、施肥、氣候、天氣)下個別地確定所採用的植物防護劑和/或其它種植措施對處理的植物的效果。用這些信息可以在出現類似適應徵時這樣地確定對於在同一的植物群叢將來的處理的劑量，使得可以在費用和效果以及在抵抗力指標和茂盛方面對各種藥劑或措施的劑量和應用時刻進行優化。這還允許在不同的處理措施或定位的情況下在個別的分盒中局部地定量配給，並允許根據實際上達到的效果對處於個別位置的個別植物採取處理措施。
用本發明的方法既可以獲得生物和植物生理學特徵的地點分布，也可以記錄隨每次通過群叢行駛的時間分布。從而可以針對個別植物測量和跟蹤在各自存在的邊界條件下措施的影響能力，從而測量和跟蹤措施的效果。用時間測量還可以比較幾年內天氣對所述效果的影響，並最終進行評價。
利用按本發明的在圖3、3a和3b中示意表示其流程的方法對不同的植物狀態進行空間測量，並描述其形態學和生理學方面的特徵。得出植物群叢的以下形態數值-目標的地點，目標離傳感器的距離和角度，-葉冠的輪廓(由距離曲線得出)，-由輪廓得到的葉冠體積(建立在這樣的假設的基礎之上，即目標基本上對稱於行中心形成)，-由嫩枝尖和樹幹/樹樁相對於行駛通道的位置求出行中心，-由相對於佔主導的正面信號的距離分布求出密度(通過帶有在背面的命中點的樹葉面的結構觀察，通過漸漸暗淡的背景排除較遠目標上的命中點)，-密度，特別是樹葉茂密的密度，亦即在形成輪廓的樹冠(果樹)時在樹葉面內的葉子佔據的面積(Flchenschluss)，-由輪廓和體積的在時間上的比較得出嫩枝的生長情況，-大小足夠的果實數量，
-由單位面積和每棵植物的果實數量求出產量。
在生理數值方面求出得出-以這樣的假設為基礎，即目標的色澤相似，離傳感器的距離相同並且同樣地反射，由反射信號的量級求出顏色。這裡對絕對的顏色不感興趣，而對作為綠色素的飽和度和葉綠素細胞數量的尺度的信號的相對變化感興趣。這種分布變化對營養狀態和營養狀態在面積上的分布給出指示。特別是在果樹開花時由顏色分布求出作為對於果樹大小年交替(Alternanz)的指標的花密度分布，並考慮相應的處理。
-由顏色分布推導出生命力，-根據螢光光譜通過分析反射射線得出生命力。
在已知目標距離的情況下接收的信號的反射量級是反射目標的顏色、方位和光學特徵(表面)的一個尺度。用信號量級的分析可以確定在面上光學特徵的分布，該分布情況可以用作生命力尺度。
天然的植物綠色對近紅外光的反射明顯好於其它物體(反射頻譜中的綠峰)。這與植物的品種、營養狀況和果實的成熟程度等有關。如果比較不同近紅外譜的反射程度，那麼可以區分含葉綠素的旺盛的植物部分和含葉綠素少的物體如成熟的果實或不含葉綠素的物體如籬笆。
分析和利用信號量級信息的前提是，要考慮離目標的距離的影響，這種影響在距離加大時由於射線的發散導致信號量級的減小。
如果考慮該距離信息並假設，該距離信息涉及在駛過植物群叢時的類似的目標，例如類似植物生長狀態的葉子，那麼在反射信號量級方面的差別便可以定量化。由類似的測量距離得出的信號量級測量值基本上提供了關於與顏色有關的作物特性的結論，這些結論可以在處理時加以考慮。不用不同頻譜的差別也可以間接地通過反射信號的空間分布根據葉綠素活性推斷出生命力的分布。
雷射束在照射自然樹葉面時隨機地與單個或多個樹葉或嫩枝相遇。這要求相應的距離信息與被射線觸及的各個目標建立特別的對應關係。為此如果發出射線，使同時起動許多計時元件。每個計時元件具有不同的量級值，在這個值時時間停止(分級(Kaskade))。由此測量針對不同反射量級的多個運行時間。從而確定部分接觸的目標的距離。藉助於這種裝置可以知道，反射量級是否是僅僅由一個目標物反射回來，還是由不同的目標反射回來，從而減少結論值(去掉由多個目標反射得到的測量值)。因此生命力的結論僅僅由單個目標的可靠的反射值形成。
植物作物的目標顏色在群叢中在綠色區(黃綠、深綠、蘭綠等等)或在開花的蘋果樹群叢中在白色-粉紅色區域內變化。
可以從這樣的前提出發，即在大的空間範圍出現的顏色變化或者信號變化時與植物結構或地點有關的原因是主要的。小範圍的空間範圍顯現的區別顯示出植物生理方面的原因，這些原因是噴灑決定或選擇實施的植物種植方面的措施和方法的根據。
如用雷射照射的話，天然樹葉便發螢光。由信號量級和頻率同樣可以推斷生命力。
在圖3、3a、3b中示意性地表示按本發明的方法的流程。植物的群叢用雷射傳感器3象前面所述的那樣掃描，將路程、位置和目標地點數據作為儲存數據在一數據預處理裝置中進行解釋並進行簡化/減少。由這些數據求出群叢包括空缺的上輪廓。接著確定下輪廓，在其餘工作步驟中確定中心平面、樹冠體積、前輪廓和不均勻性(圖3b)。對所有這些數據進行調整並將其輸送給一環形存儲器並中間儲存。環形存儲器一個一個位置錯開，其中環形存儲器內的增量數目大於相當於傳感器和噴嘴之間的距離的增量的數目。存在大量用於不同的數據分量的環形存儲器。不同的環形存儲器釋放不同的環形存儲器位置數據。對於當時所處理的位置需要的數據從環形存儲器中這樣選擇，其中環形存儲器的位置由路程位置、地點位置、到目標的距離和所考慮的位置的高度(射線變形)確定(見圖4)。
例2按本發明的方法可以用來處理或加工那種不規則的不按行散亂生長的植物。首先通過第一次行駛通過植物群叢並藉助於沿行駛路徑存在的顯著的目標(樹等等)產生基準行駛路徑。確定這些目標的位置允許重複通過這條路逕行駛，例如在喬木林中、在古老的橄欖樹小樹林或柑橘園中。
用傳感器3測量和判定大的樹木。在向前行駛時光點柵格以窄的空間順序從側面掃過前面的垂直目標。傾斜的掃描平面促使，從上向下分片地，在上部區域傾斜地從上向下越來越水平地測量樹幹。由這樣求出的樹幹的空間半碗形和從它裡面伸出的樹枝可以確定有效體積和直線區段長度。因此通過按足夠的時間間隔的重複測量可以確定樹木的生長和每棵樹的單獨的生長率。
如果用傳感器3來判定林蔭樹木有關伸入所謂的光線空間輪廓的樹枝的情況，那麼樹枝的修剪可以利用根據單棵樹木的生長例如按照不同的植物結構的、安全技術的或工藝方面的觀點作出的選擇進行調整，其中包括在任何情況下去除死樹枝，截短嚴重下垂的老樹枝或按要求的方向促進新生的側嫩樹枝的生長。
用場景的三維圖象通過按本發明的方法可以使樹木護理的手工操作自動化，並在不同的方向加以優化。
按本發明的方法可以類似地用於如香蕉亞灌木、可可樹的大型植物或天然橡膠園的收穫。
按本發明的解決方案的所述應用遵循一定的行駛路徑，從該路徑出發對植物進行檢測、定位和測量。然後利用象前面詳細說明的植物的位置確定方法以後在不堅固的土地上重新生成行駛路徑。根據大量在不同時刻測出的周圍植物的空間場景對待選措施進行評價分析和選擇，如去除一定的植物(樹木)、植物部分(樹枝、果實等等)。
例3按本發明的方法的顯而易見的另一種應用，亦即葡萄採摘，遵照在例2中所示的做法。支承裝置1反覆駛過同樣的行駛路徑，並獲得周圍葡萄藤的形態學和生理學的特徵。由各個葡萄的比較確認這樣的葡萄，它們由於其反射量級及其大小保證具有一定的口味、成熟程度和成分。
隨著這些葡萄位置的確定，得到相對於傳感器3的幾何位置數據，這些數據可以用來控制收穫手爪(包括剪子)，以採摘優質葡萄或釀酒用葡萄。
用所謂的葡萄聯合收穫機機械式採摘葡萄需要駕駛員長時間精神集中，以便使聯合收穫機這樣地在中心駛過植物行，以使從兩側操作用在植物行上的擺動機構對稱地作用，並保護採摘物和葡萄架。
按本發明的系統使得聯合收穫機可以在葡萄藤之間這樣地開動，使擺動機構作用的幾何規律針對單獨的植物保持不變地進行。因為成熟的葡萄以不同的高度、密度和數量在葡萄架上分布，對聯合收穫機的採摘機構有目的的空間導向持續增加完好的採摘物(漿果)的有效產量，這是因為較少的葡萄藤葉和植物部分被搖下。
葡萄採摘可以通過利用葡萄的生理學數據以多個總體上較柔和的分過程進行，例如預採摘和終採摘。
與採摘類似，藉助於一掠過行上方的綑紮器對從行中向上生長的葡萄嫩枝進行綑紮。這些器械安裝在支承裝置前面，並設置在駕駛員的視野之內，從而使駕駛員藉助於轉向器承擔沿行的導向。此時駕駛員既不能知道，也無法考慮行駛道路的不平度。因此不能避免與植物和設施的碰撞包括由此引起的損壞。用按本發明的解決方案綑紮器這樣地在行上方沿行行駛，使得測出所有懸伸的部分，並可靠地避免與設施的木樁和架設在鐵絲的碰撞。
例4按本發明的方法可以用在果園中。目前所有涉及修剪、綑紮和收穫的措施都是針對單獨的果實、單個枝叉或樹枝的。果樹的修剪措施主要在無葉的冬季果樹/果園中進行。這樣形成輪廓的果樹的透明性允許對樹枝和枝叉進行測量和評定。對每個枝叉的植物結構方面進行評定的前提是知道其產果年齡、其相對於樹幹的結構和方位和其與汁液流的位置或關係。如果在採取修剪指施時可以提供單棵植物上枝叉的歷史情況，那麼便可以除了(根據)可見的花蕾之外確切地確定和平估其產量。從支承裝置伸出的用於修剪的工作器械的定位可以藉助於先前介紹過的三維數據可以用與單一葡萄採摘或有針對地去葉或收摘蘋果/柑橘/水果所用的同樣的方法進行。
在用按本發明的方法處理果園或葡萄園時將土壤處理和下木層護理一起包括在日常操作之中。
用在圖4中詳細介紹的環形存儲器以和已詳細說明的肥料和生物活性物質輸出方法相同的方法對地面護理和下木層護理工作進行控制。
所用的附圖標記表1 可開動的支承裝置2 噴淋裝置3 雷射傳感器4 偏轉鏡4′成形鏡5，6 扇形塊7 射線源8 接收器9 光學裝置10 射線光路A 4′的轉軸S1，...，SN傳感器3的位置TR 上掃描平面TU 下掃描平面
權利要求
1.用於按需要和根據體積處理地面和植物的方法，特別是通過在規則或不規則地種植有植物的區域上進行輸出或定量施加如植物防護劑/或肥料以及水的噴淋劑來處理土壤、下木層護理和/或加工和處理植物，所述植物為如路邊林蔭樹或森林樹木等、庭院作物，特別是葡萄作物和水果作物、啤酒花、柑橘、橄欖等、灌木或亞灌木如香蕉等，其中植物用通過固定在一可開動的支承裝置上的循環駛過植物的單個傳感器產生的脈衝的單色雷射束掃描，被樹葉反射回來的射線譜被該傳感器接收，得到的射線譜被轉變成光信號且所述光信號被輸送給一計算機，該計算機儲存、處理此信號，並根據植物的況狀通過發出用來操作配設於可開動的支承裝置的噴淋裝置和鼓風機和/或加工機械的開關信號控制噴淋劑劑量的輸出或定量供給、地面和植物的處理以及收穫，其特徵為以下步驟a)利用第一次通行通過測量和確定在行駛路徑旁的如樹、木樁、建築物等特徵性基準目標的位置，從而在所述區域內產生一基準行駛路徑；b)通過向一在支承裝置前面、側面和支承裝置上方的在一位於沿行駛方向張開的圓錐形外殼面區域上的空間曲線上以大致水平或略微傾斜的軌跡上發射一振動的脈衝雷射束，以基準行駛路徑為參照掃描植物，所述空間曲線在支承裝置向前行駛時大致螺線形地與植物行交會，其中所述雷射束在不同掃描平面內在植物上產生空間高解析度的光點柵格；c)在按步驟b)發出雷射束的同時起動一個或多個時間測量元件，其中所述時間測量元件配設有不同的量級值；d)停止時間測量元件，以確定被光點柵格反射的射線分量的不同反射量級，以實現單獨和/或共同地求出路程、位置和目標地點數據；通過發射射線的傳感器接收射線分量以及將信號通過一求出信號行進時間並將信號轉變成數據的接收單元輸送給計算機；並將數據儲存在計算機的環形存儲器內；e)由按步驟d)的數據確定植物群叢和/或單個植物的形態學和生理學特徵值；f)通過補償由於支承裝置的搖擺、彎曲行駛和/或俯仰運動造成的在路程、位置和目標點數據方面的偏差來校正噴淋裝置和鼓風機或處理裝置的位置；和g)求出相應於步驟e)和f)的供給量、處理的種類和範圍，以及控制用來輸出噴淋劑的噴淋裝置和/或處理裝置。
2.按權利要求1的方法，其特徵為採用具有700至1000納米(nm)波長的射線作為雷射束。
3.按權利要求1的方法，其特徵為由步驟d)的數據求出關於植物目標表面的信息、關於群叢植物和土地的種植，構造及拓撲圖形的信息，尤其是作為個體的單棵植物、作為總體的全部群叢、群叢植物中的雜物、樹葉面包括空缺的上下輪廓、行的前水平橫截面輪廓、行的中心平面、橫截面形狀、行和單個樹冠的體積以及不規則性。
4.按權利要求1至3之任一項所述的方法，其特徵為用所述傳感器識別植物的部分，例如葉子、卷鬚、分枝、莖幹、嫩枝、樹幹、樹樁、果實和花。
5.按權利要求1至3之任一項所述的方法，其特徵為用所述傳感器識別物體，例如支承架、支柱或索架。
6.按權利要求1至3之任一項所述的方法，其特徵為用所述傳感器識別環境，尤其是地面、地面輪廓、地形標誌、房屋、建築物、牆、道路和圍柵。
7.按權利要求1至6之任一項所述的方法，其特徵為用所述傳感器進行非接觸的路徑測量。
8.按權利要求7所述的方法，其特徵為在所述支承裝置穿過群叢行駛時在重要地點，尤其是行的開頭，將路徑測量值置為零。
9.按權利要求7所述的方法，其特徵為在第一次駛過群叢後將所述支承裝置的實際位置與群叢的已知位置和基本形狀作比較，並對該實際位置加以校正。
10.按權利要求7至9所述的方法，其特徵為用所述路徑測量得出基準行駛路徑群叢的左右行測量值的差，並確定繞垂直軸的運動和曲線行駛。
11.按權利要求7至10所述的方法，其特徵為通過識別樹幹、葡萄藤和/或樹樁獲取用來確定路徑的路徑信息。
12.按權利要求7至10所述的方法，其特徵為通過跟蹤單棵植物的嫩枝尖獲取用來確定路徑的路徑信息。
13.按權利要求7至10所述的方法，其特徵為通過跟蹤所述前水平橫截面輪廓獲取用來確定路徑的路徑信息。
14.按權利要求7至10所述的方法，其特徵為在駛過傳感器測量區時通過跟蹤垂直目標進行路徑測量，其中在時間上先後錯開地測量目標的不同高度，並由所求得的時間間隔得到速度的大小。
15.按權利要求7所述的方法，其特徵為所述路徑測量與速度無關地進行。
16.按權利要求7至15所述的方法，其特徵為用來確定路徑信息的所有處理方法相互並與舊的群叢數據交互作用。
17.按權利要求1至6之任一項所述的方法，其特徵為在位置S1測量和儲存所述傳感器沿行駛路程的位置。
18.按權利要求17所述的方法，其特徵為連續地在所有位置S2至SN測量所述傳感器和可開動的支承裝置沿路徑的位置。
19.按權利要求17和18所述的方法，其特徵為如果支承裝置走過相當於傳感器和噴嘴和/或工作器械之間的距離的路程Sx的話，則比較實際測量的支承裝置位置和儲存的傳感器位置S1。
20.按權利要求1、15至19的方法，其特徵為校正所述支承裝置軸線相對於框架的位置，以補償搖擺運動。
21.按權利要求1、15至19的方法，其特徵為調整所述支承裝置繞垂直軸線的位置，以補償蛇行運動。
22.按權利要求1、15至19的方法，其特徵為調整所述支承裝置橫向軸線的位置，以補償由於噴淋區相對於旋轉中心的前後偏移(俯仰)造成的與路程相關的誤差。
23.按權利要求1至6所述的方法，其特徵為目標地點的位置通過測量目標面和傳感器之間的距離確定。
24.按上述權利要求之任一項所述的方法，其特徵為土壤處理包括鬆土、碎土、培土、控制蒸發和/或溫度。
25.按上述權利要求之任一項所述的方法，其特徵為下木層護理通過割草、覆蓋、碎草、防腐爛、遮蔭、遮蓋和/或微氣候控制進行。
26.按上述權利要求之任一項所述的方法，其特徵為植物加工包括修剪、綑紮、成形、樹幹整理、折枝、環割、切根和/或收穫。
27.按權利要求26的方法，其特徵為修剪是粗剪、精剪、成形修剪、去葉、截梢、單幹形修剪/整枝、忽布修剪和/或果樹修剪。
28.按上述權利要求之任一項所述的方法，其特徵為在果實收穫方面分為葡萄採摘或水果採摘。
29.按上述權利要求之任一項所述的方法，其特徵為利用選擇來進行按果實採摘、嫩枝和/或植物器官的區分。
30.按上述權利要求之任一項所述的方法，其特徵為用分類來進行按果實和/或果實分級的區分。
31.用來實施按權利要求1的方法的系統，具有一可行駛的支承裝置—例如車輛和/或連接在車輛上面的工作機械、一固定在支承裝置上的具有用來發射脈衝雷射束的射線源的傳感器、一可繞垂直軸旋轉的用來將射線對準樹葉面的鏡子、一用來接收被樹葉面反射回來的射線的射線接收器、一用來處理反射的射線和控制固定在支承裝置上的具有噴嘴並帶有用於噴淋劑的儲存容器的噴淋裝置的計算機，其中噴嘴安裝在離傳感器相當大的距離處，此系統還具有一用來將噴淋劑輸送到噴嘴的液體泵、用來開關噴嘴的閥門和一用來產生兩相流動的鼓風機，其特徵為所述鏡子(4′)做成成形鏡，其分區(5，6)以不同的角度傾斜於轉軸(A)設置，鏡子(4′)的轉軸相對於發射射線和接收射線的射線光路(10)偏心設置。
32.用於實施按權利要求1的方法的系統，具有一可行駛的支承裝置—例如車輛和/或連接在車輛上面的工作機械、一固定在支承裝置上的具有用於發射脈衝雷射束的射線源的傳感器、一可繞垂直軸旋轉的用來使射線對準樹葉面的鏡子、一用來接收被樹葉面反射回來的射線的射線接收器、一用來處理反射的射線並控制至少一個固定在支承裝置上的處理裝置的計算機，其中所述處理裝置安裝在離傳感器較大的距離處，其特徵為鏡子(4′)做成成形鏡，其分區(5，6)以不同的角度傾斜於轉軸(A)設置，並且鏡子(4′)的轉軸相對於發射射線和接收射線的射線光路(10)偏心地設置。
33.按權利要求31和32所述的系統，其特徵為所述鏡子(4′)由大蛋糕形的扇形塊構成，其中一塊相對於鏡子轉軸(A)的法線最好具有45°的傾角，另一塊具有1°至45°，優選是15°的傾角。
34.按權利要求31至33所述的系統，其特徵為所述射線光路(10)與所述鏡子(4′)的轉軸(A)同心設置。
35.按權利要求31至34所述的系統，其特徵為所述射線源(7)配備至少一個可通過光脈衝觸發的時間測量元件。
36.按權利要求31至35所述的系統，其特徵為所述接收器(8)配備至少一個用來獲取行進時間的裝置。
37.按權利要求31至36所述的系統，其特徵為用於形成射線的光學裝置(9)空間固定地設置在射線源/接收器(7；8)和鏡子(4)之間。
38.按權利要求31至37所述的系統，其特徵為所述傳感器(3)無滯後地跟隨支承裝置在行駛時的運動。
39.按權利要求31至37所述的系統，其特徵為所述傳感器(3)的軸線最好沿行駛方向向前傾斜地設置。
40.按權利要求32所述的系統，其特徵為設有修剪、挖掘、鬆土、側切、綑紮、打碎、搖晃、分類和聯合收穫裝置作為處理裝置。
全文摘要
本發明涉及一種用於按需要和根據體積控制地面和植物的方法和系統。本發明的目的是，這樣地改進開頭所述類型的方法和系統，即空間地無空缺地掃描植物群叢，在考慮形態學、植物生理學、儀器技術和與地理位置有關的特性的同時有效地控制地面和植物狀態的影響。
文檔編號A01M7/00GK1527665SQ02814103
公開日2004年9月8日 申請日期2002年5月14日 優先權日2001年5月14日
發明者克努特·屈梅爾, 克努特 屈梅爾 申請人:克努特·屈梅爾, 克努特 屈梅爾