用来按体积处理地面和植物的方法及系统的制作方法

专利名称：用来按体积处理地面和植物的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于按需要和根据体积控制地面和植物的方法，特别是通过规则或不规则地种植有植物的区域上，进行输出/定量施加如植物防护剂和/或肥料以及水的喷淋剂处理土壤、下木层(Unterwuchs)护理和/或加工和处理植物，所述植物包括如路边林荫树或森林树木等；庭院作物，特别是葡萄作物和水果作物，啤酒花、柑橘、橄榄等等；灌木或亚灌木如香蕉等，其中植物用通过固定在一可开动的支承装置上的在植物上方循环驶过的单个传感器产生的脉冲的单色激光束扫描，被树叶反射回来的射线谱被该传感器接收，接收的光信号形式的射线谱被转换并将其输送给计算机，该计算机储存、处理此信号，并根据植物的状况通过发出用来操纵配设于可开动的支承装置的喷淋装置和鼓风机和/或处理装置的开关信号控制喷淋剂量的输出/定量供给、地面和植物的处理以及收获。
此外本发明涉及一种用来实施此方法的系统，它具有一可行驶的支承装置，例如车辆和/或连接在其上的工作机械，一固定在支承装置上的带有用来发出脉冲激光束的射线源的传感器、一可绕一垂直轴旋转的用来将射线对准叶面的镜子，一用来接收被叶面反射回来的射线的射线接收器，一用来处理反射回来的射线和控制固定在支承装置上的具有一喷嘴的带有喷淋剂储存容器的喷淋装置(其中喷嘴设置在离传感器较大距离处)，一用来输送喷淋剂给喷嘴的液压泵，用来开关喷嘴的阀和一用来产生两相流动的鼓风机。
此外本发明还涉及一种用来实施本方法的系统，该系统具有一可开动的支承装置，例如车辆和/或连接在其上的工作机械，一固定在支承装置上的带有用来发出脉冲激光束的射线源的传感器，一可绕一垂直轴旋转的用来将射线对准树叶面的镜子，一用来接收被树叶面反射回来的射线的射线接收器、一用来处理反射射线和控制至少一个固定在支承装置上的处理装置的计算机，其中所述至少一个处理装置设置在离传感器较远距离处。
背景技术：
在用液体防护剂和/或肥料处理植物时必须将规定剂量的有效物质可靠地喷在植物或病害的所有目标表面上。为了将有效物质喷散在庭院作物，如葡萄、水果、啤酒花、柑橘、橄榄等等上采用喷雾器，该喷雾器将雾化的植物防护剂的液滴的两相自由射束输送到位于喷雾器侧面和上方的植物目标面上。这时喷雾器在形成一行驶通道的植物行之间穿过行驶。根据植物形式和修剪的不同可以这样地种植植物，使植物在行驶通道上方形成一封闭的植物覆盖/植被。例如在种植葡萄时形成藤架盖或在果园中时形成空的冠盖。
为了向庭院作物，如葡萄、果树和啤酒花施加液体植物防护剂，采用带有超声控制的喷嘴(见DE3900221A1，DE3900223A1)或光学或激光控制喷嘴(见DE19518058A1，EP0554732A1，EP0743001A1)的喷雾器。所述已知装置采用多个单个喷嘴，所述喷嘴由单个传感器控制。各个传感器在传感器的测量区内识别目标面例如树叶面的存在。
对于每个高度区域由传感器信号曲线得出是-否-判断，使得对植物的处理总是在不存在喷雾器的射束到达的植物的目标面的时候和地点中断。
按DE 195 18 058 A1用各个相互叠放设置的传感器，尤其是光学检测仪，对植物进行分区地检测与喷嘴相配的植物的高度区。因此植物只能在窄的取样带上被识别。在传感器之间水平生长的枝条或藤蔓未被识别。不能提供关于在喷嘴和目标之间的相当于所要求喷淋剂液滴的飞行路程的当时的距离信息。这意味着，在喷淋剂时不能实现喷嘴预期的开关，使得喷淋剂特别不能目标准确地喷至离喷雾器较远的工作区，如树木或葡萄藤的较稀疏的顶端区域内。但是从植物病理学的观点来看这些工作区特别易感，必须对其进行可靠的处理，以防止作物感染。
此外由US 5,278,423 A1已知一种方案，它在喷淋法中采用一单独的用来检测树叶并产生用于控制农用喷雾器的输出信号的循环的激光传感器。在这种喷淋法中使用发自一传感器的用脉冲的触发器信号触发的脉冲激光束进行测量。一接收器接收由目标树上的一点反射的激光束，其中接收器设有一用于代表所选择的脉冲射线的传递时间的输出量，此输出量相当于从目标点到接收器的传递时间。脉冲激光束垂直扫描目标树的叶面，这里扫描由一角度确定，此角度相当于激光束相对于一基准角的角度。
然后确定在一个扫描周期期间传感器的位置，在这个位置时扫描周期定义为激光束在一沿喷雾器运动轴线的位置在一垂直扫描平面内绕一喷雾器路径的轴线的一整周。接着确定多个规定的喷射区。喷射区具有预定的方向并且打开设置在喷雾器上的喷射头，以喷出喷淋剂。
工作区、角度和距离信息由一微处理器处理，以便考虑到树高和喷雾头的相应于这个高度的位置，以使喷雾器以合适的运动状态扫描测量。
用于这种已知方法的传感器由用来确定从传感器到排成传感器沿其运动的行的带树叶的树的区域，和用来发出关于该区域的相应输出数据(对应于对于该区域的每次数据输出的传感器角度)的激光装置、用来确定传感器沿树叶(方向)的路段的装置(其中路段表示传感器和喷雾头之间的距离)、用来处理相应的区域和路段的输出数据以确定被检测的树叶的存在和特征的装置组成，其中处理装置发出对于适用的农用喷雾器的控制信号。
用这种已知方案作为一个整体识别整个叶面或树冠或荫影面，借助于识别的结果控制喷嘴的喷出喷淋剂。这个方案既不考虑这个整体内的空缺，植物的枝叶展开和其结构信息，也不考虑来自树叶表面深度的信息。这意味着喷淋剂的输出不是按空间根据植物的需求进行的，并且不精确，因此喷淋剂消耗相应地高或者无效果。因此这种已知方案仅仅适用于以很大的行间距分开的单独竖立在行内的很高的作物。
此外所有这些已知方案都利用车轮上的轮式传感器用于路程测量。这种滚动的车轮在不坚固的带各种凹凸不平的地面上不断发生滑动，这种滑动根据传感器和喷嘴的结构的不同导致在喷淋剂输出方面有误差的目标精确度。
如果单个传感器设置在振动重心的上方或下方的话，喷雾器当其在不坚固的道路上行驶时的摇摆运动引起单个传感器的侧向偏移。这样在测量与传感器相对于振动重心的位置有关的距离时造成误差。单个传感器的基准测量点在树叶面上垂直偏移，从而测量到的不是感兴趣的区域。
在处理植物顶冠的上边缘区时振动运动或者导致叶面过量喷淋，或者使得植物病理学方面易感的顶部区域没有喷到喷淋剂，或者喷得不够。
DE 19726 917 A1介绍一种借助于激光束发射/接收装置对在地面上方延伸的轮廓进行非接触式轮廓扫描的方法，用这种方法时在农业机械向前行驶期间由测得的距离求出在扫描宽度上的轮廓，并储存起来。用一时间测量元件进行位置确定。
在DE 4434 042 C2中公开了一种用来非接触地测量空间延伸的物体与交通有关的数据的装置，该物体作为监测表面在道路、街道或轨道上运动，该装置带有一激光器、一个光线接收和一个借助于光学的运行时间测量进行距离测定的分析装置，和一个扫描装置，该扫描装置这样偏移激光束，使该激光束在回转运动中划出一圆锥体的壳面，此圆锥体的对称轴垂直或倾斜于监测表面分布。

发明内容
在这种现有技术条件下本发明的目的是，这样地改进开头所述类型的方法和系统，即空间地无空缺地扫描植物群丛，在考虑形态学、植物生理学、仪器技术和与地理位置有关的特性的同时有效地控制处理地面和植物状态。
这个目的通过开头所述类型的具有权利要求1特征的方法和通过具有权利要求31和32特征的系统来实现。
本方法和系统有利的方案可从从属权利要求中得到。
附图的简要描述下面应该用几个实施例对本发明作较详细的说明。
附图表示


图1按本发明的传感器的示意图，
图1a传感器在支承装置上的设置的示意图，图2用激光束扫描植物群丛的示意图，图3、3a、3b按本发明的方法的程序结构和流程，图4所用的环形存储器的原理图。
本发明具体的实施方式例1本发明的方法首先应该在具有有规律种植的庭院作物，如葡萄的植物区域加以说明。
按本发明的系统用来按体积向庭院作物的植物输出喷淋剂，并对其进行处理和加工，该室内作物的单棵植物以形成行驶通道的行相互并排紧密排列，该系统主要由以下部分组成一可开动的支承装置1，例如一个携带一喷淋装置2的牵引车辆；一用来产生两相流动的鼓风机；一在支承装置驶过行驶通道时旋转的位于中部的激光传感器3和一用来处理所有由传感器得到的数据的计算机。喷淋装置2包括一用来盛放喷淋剂的容器、一用来将喷淋剂输送到喷嘴的输送泵、用来开关喷嘴的阀门。如果采用处理装置，则将其固定在可行驶的支承装置1上。
如
图1和1a示意表示的那样，传感器3由一可旋转地安装在一轴A上的镜子4′组成。该镜子相对于旋转轴A不同地倾斜并设计成成形镜(Formspiegel)。在本例中镜子4′由大蛋糕形的扇形5和6这样构成，使得扇形5相对于转轴A具有45°的倾角，扇形6相对于转轴A具有67.5°的倾角，亦即相对于转轴A的法线具有22.5°的倾角。
传感器3具有一射线源7和一接收器8。通过一个转角测量装置跟踪镜子4′的旋转运动。由射线源7产生的光脉冲通过转向镜4和成形镜4′分布在行驶通道之内部空间中。由遇到的物体(树叶面、叶片、树干、嫩枝等等)反射的射线通过转向镜4和成形镜4′及一光学装置9聚焦在接收器8上。为了使传感器3具有接收射线的自由视界，该传感器必须这样地固定在支承装置1上，以保证充分的自由视界。传感器3利用由激光测量点组成的栅格测量在喷射装置2侧面和上方群丛内的植物，激光测量点栅格在支承装置1在行驶通道内向前行驶时沿植行划出条状螺旋形。用例如1°的角度分辨率可以毫无问题地在具有5米行间距的植物行的叶面上实现几厘米的垂直测量点距离。因此在这个例子中当支承装置以1至8km/h的正常行驶速度时应该以一约5×5cm的高分辨率的空间栅格取得测量数据。
沿行驶方向向前和侧前方这样地偏转激光束，使其划出一向行驶方向张开的圆锥形外壳面。激光束的这一部分沿一直线射向植物的下方区域，所述直线包括水平并排排列的目标。圆锥形外壳面的在向前行驶方向最远处与地面相交的部分形成双曲线的顶点。当然也可以逆行驶方向偏转激光束，这也属于本发明。
成形镜4′的转轴A偏心设置在传感器3的射线通道10上。由于这个偏心量使发射射线的发射平面以一相应于偏心量的量垂直于主平面H振动。因此给圆锥形外壳面叠加一相应的偏移量。偏移的幅值在成形镜4′旋转时走过一完整的正弦曲线。
对于距离较远的目标可借助于距离测量装置求出粗略的测量值。位于传感器3视野侧面的目标相对于传感器的位置从一个角度区向另一个偏移，从而如果已知所观察的目标的距离的话，便可以确定路程。对于具有多种天然形式的结构，如庭院作物的树叶面的植物群丛，为了进行路径测量应通过到支承装置1侧面可识别的目标的距离的过滤选择重要的目标。
如图2中所示，脉冲红外激光源的射线通过旋转的成形镜4′从发射方向被偏转最好是90°，用于上部的测量空间TR，并圆形地分布在一发射平面内。这里红外激光源7形成这样的脉冲，使得通过成形镜4′在几乎相同的角度位置(光速与镜子角速度之比)下使反射信号从被射线测量的目标返回到传感器3的接收器8。
传感器的测量范围不在一个平面内，而是覆盖成一大于四分之一个半球的空间角度。
从支承装置1上的一个位置出发向侧面和上面扫描一平面，其中为了形成这个区域，在成形镜4′和转轴A之间存在一45°的角度。通过一个＞45°的镜子角度沿行驶方向偏转激光束。从而使射线扫过一圆锥形外壳面，该圆锥形外壳面从在圆锥体顶点的传感器3向前指向行驶轨道，其中圆锥体轴线在支承装置1前行驶路线的中部穿过行驶轨道。利用圆锥体外壳面在射线一个区域(根据镜子角度和位置)以接近于水平或略微倾斜的轨迹扫描侧面的植物行。在这个区域内这样地跟踪单个物体(树干、藤蔓、树桩等)或结构(树冠体积、树冠前轮廓等等)的运动，使得由此测得结构并了解结构相对于支承装置的分布。从而可以确定在行内走过的路径。因为植物长年种植在同一个地点，这个位置可以通过植物的已知地点由走过的路段和对植物的辨认进行(确定)。这两种测量方案的误差可以通过相互的关联关系进行修正。
具有45°倾斜的镜子4′的光程的测量平面沿垂直方向在支承装置1的侧面和上方在一个封闭的圆弧上测量植物，例如藤架种植的葡萄或带有空心树冠的地中海果树。在镜子旋转过程中通过偏心量在射线上叠加前面所述的垂直于轨道曲线的正弦形偏移。振幅由偏心量和镜子角度确定。在镜子4′旋转运动时在轨道曲线的每个位置上始终出现相同的偏移量，由于考虑到这一点，这种偏置量不会产生功能方面的缺点。
为了进行植物的定位和测量，并且为了确定一个带有一用来向成行的作物施加喷淋剂的喷淋装置2的支承装置1的位置，这样设计传感器3内的镜子4′，使得可以采用一平面的和一空间弯曲的区域。平的镜面区的形状和大小确定了传感器3在作用/有效范围和灵敏度方面的光学性能。
来自中央射线源7的激光束的空间高分辨率光线点阵(栅格)避免了如在沿一直线设置在不同位置上的单个传感器时和在车辆运动时可能出现的那样的测量误差。
因此在本例子中中央传感器3定位在支承装置重心区域内，从而传感器的平移和旋转运动可以作为支承装置1固有运动的结果加以考虑并对其进行校正。
用来观察支承装置1前面、侧面和上方环境的空间曲线在从一个镜部分到另一个镜部分的过渡区内具有减小的光功率。在这个区域内植物群丛始终位于在离传感器3特别近的地方，这样减小的光功率在此不成为缺点。
传感器3既可以安装在支承装置1上，也可以安装在辅助装置上。
传感器3不仅可以用来控制喷淋剂的输出，而且也可以用来监测和控制庭院作物、树木、亚灌木和灌木等不规则栽种的整个种植过程，目前在该种植过种中用不同的传感器和探测件来识别藤架和树干(收获、藤蔓的修剪、捆扎、葡萄区的去叶、在树干或根茎之间的行内除草、用草和碎木组成的覆盖料覆盖、松土、播种、施肥和运输)。特别是可以调节葡萄-联合收获的进行(数量、颜色、成熟程度等等)。
按本发明的系统可以自动进行喷淋过程。取消了对传感器和支承装置调节的必要性。用按本发明的系统获得的数据和信息可以特别有利地用在持久进行(Bestandsfuehrung)的范围内。特别是对于集约培育的作物，如水果、葡萄、啤酒花，采用和联合采用很多不同的措施，以达到一定的生产目标，例如修剪、捆扎、去叶、疏果、灌溉、施肥等等。为了决定采取一定的措施或几种措施的组合，一方面是作物的实际状况，另一方面是植物本身将来希望的发展结果以及环境条件如气候等具有重要意义。
如果作决定的农民可以从其种植作物的过去获得精确的信息，那么其决定变得更合理，并减小错误决定的风险。可供使用的长期完整记录的并可以方便地展示的技术上精确和可重复的植物的相关数据的测量(结果)在这方面具有很大的使用价值。
几千年来人们用各种如栽培、培养和维护的种植措施使作物，如葡萄或水果，与地区的条件(土壤、气候、地点)密切地协调，从而精心地种植。
借助于按本发明的方法和传感器测量植物的以地理条件为基础的针对一定地点的数据，这些数据可以用作与地点相协调的采用针对个别植物的优化处理的种植的基础。例如用按本发明的方法可以在所存在的条件(种类、栽培、管理、施肥、气候、天气)下个别地确定所采用的植物防护剂和/或其它种植措施对处理的植物的效果。用这些信息可以在出现类似适应征时这样地确定对于在同一的植物群丛将来的处理的剂量，使得可以在费用和效果以及在抵抗力指标和茂盛方面对各种药剂或措施的剂量和应用时刻进行优化。这还允许在不同的处理措施或定位的情况下在个别的分盒中局部地定量配给，并允许根据实际上达到的效果对处于个别位置的个别植物采取处理措施。
用本发明的方法既可以获得生物和植物生理学特征的地点分布，也可以记录随每次通过群丛行驶的时间分布。从而可以针对个别植物测量和跟踪在各自存在的边界条件下措施的影响能力，从而测量和跟踪措施的效果。用时间测量还可以比较几年内天气对所述效果的影响，并最终进行评价。
利用按本发明的在图3、3a和3b中示意表示其流程的方法对不同的植物状态进行空间测量，并描述其形态学和生理学方面的特征。得出植物群丛的以下形态数值-目标的地点，目标离传感器的距离和角度，-叶冠的轮廓(由距离曲线得出)，-由轮廓得到的叶冠体积(建立在这样的假设的基础之上，即目标基本上对称于行中心形成)，-由嫩枝尖和树干/树桩相对于行驶通道的位置求出行中心，-由相对于占主导的正面信号的距离分布求出密度(通过带有在背面的命中点的树叶面的结构观察，通过渐渐暗淡的背景排除较远目标上的命中点)，-密度，特别是树叶茂密的密度，亦即在形成轮廓的树冠(果树)时在树叶面内的叶子占据的面积(Flchenschluss)，-由轮廓和体积的在时间上的比较得出嫩枝的生长情况，-大小足够的果实数量，
-由单位面积和每棵植物的果实数量求出产量。
在生理数值方面求出得出-以这样的假设为基础，即目标的色泽相似，离传感器的距离相同并且同样地反射，由反射信号的量级求出颜色。这里对绝对的颜色不感兴趣，而对作为绿色素的饱和度和叶绿素细胞数量的尺度的信号的相对变化感兴趣。这种分布变化对营养状态和营养状态在面积上的分布给出指示。特别是在果树开花时由颜色分布求出作为对于果树大小年交替(Alternanz)的指标的花密度分布，并考虑相应的处理。
-由颜色分布推导出生命力，-根据荧光光谱通过分析反射射线得出生命力。
在已知目标距离的情况下接收的信号的反射量级是反射目标的颜色、方位和光学特征(表面)的一个尺度。用信号量级的分析可以确定在面上光学特征的分布，该分布情况可以用作生命力尺度。
天然的植物绿色对近红外光的反射明显好于其它物体(反射频谱中的绿峰)。这与植物的品种、营养状况和果实的成熟程度等有关。如果比较不同近红外谱的反射程度，那么可以区分含叶绿素的旺盛的植物部分和含叶绿素少的物体如成熟的果实或不含叶绿素的物体如篱笆。
分析和利用信号量级信息的前提是，要考虑离目标的距离的影响，这种影响在距离加大时由于射线的发散导致信号量级的减小。
如果考虑该距离信息并假设，该距离信息涉及在驶过植物群丛时的类似的目标，例如类似植物生长状态的叶子，那么在反射信号量级方面的差别便可以定量化。由类似的测量距离得出的信号量级测量值基本上提供了关于与颜色有关的作物特性的结论，这些结论可以在处理时加以考虑。不用不同频谱的差别也可以间接地通过反射信号的空间分布根据叶绿素活性推断出生命力的分布。
激光束在照射自然树叶面时随机地与单个或多个树叶或嫩枝相遇。这要求相应的距离信息与被射线触及的各个目标建立特别的对应关系。为此如果发出射线，使同时起动许多计时元件。每个计时元件具有不同的量级值，在这个值时时间停止(分级(Kaskade))。由此测量针对不同反射量级的多个运行时间。从而确定部分接触的目标的距离。借助于这种装置可以知道，反射量级是否是仅仅由一个目标物反射回来，还是由不同的目标反射回来，从而减少结论值(去掉由多个目标反射得到的测量值)。因此生命力的结论仅仅由单个目标的可靠的反射值形成。
植物作物的目标颜色在群丛中在绿色区(黄绿、深绿、兰绿等等)或在开花的苹果树群丛中在白色-粉红色区域内变化。
可以从这样的前提出发，即在大的空间范围出现的颜色变化或者信号变化时与植物结构或地点有关的原因是主要的。小范围的空间范围显现的区别显示出植物生理方面的原因，这些原因是喷洒决定或选择实施的植物种植方面的措施和方法的根据。
如用激光照射的话，天然树叶便发荧光。由信号量级和频率同样可以推断生命力。
在图3、3a、3b中示意性地表示按本发明的方法的流程。植物的群丛用激光传感器3象前面所述的那样扫描，将路程、位置和目标地点数据作为储存数据在一数据预处理装置中进行解释并进行简化/减少。由这些数据求出群丛包括空缺的上轮廓。接着确定下轮廓，在其余工作步骤中确定中心平面、树冠体积、前轮廓和不均匀性(图3b)。对所有这些数据进行调整并将其输送给一环形存储器并中间储存。环形存储器一个一个位置错开，其中环形存储器内的增量数目大于相当于传感器和喷嘴之间的距离的增量的数目。存在大量用于不同的数据分量的环形存储器。不同的环形存储器释放不同的环形存储器位置数据。对于当时所处理的位置需要的数据从环形存储器中这样选择，其中环形存储器的位置由路程位置、地点位置、到目标的距离和所考虑的位置的高度(射线变形)确定(见图4)。
例2按本发明的方法可以用来处理或加工那种不规则的不按行散乱生长的植物。首先通过第一次行驶通过植物群丛并借助于沿行驶路径存在的显著的目标(树等等)产生基准行驶路径。确定这些目标的位置允许重复通过这条路径行驶，例如在乔木林中、在古老的橄榄树小树林或柑橘园中。
用传感器3测量和判定大的树木。在向前行驶时光点栅格以窄的空间顺序从侧面扫过前面的垂直目标。倾斜的扫描平面促使，从上向下分片地，在上部区域倾斜地从上向下越来越水平地测量树干。由这样求出的树干的空间半碗形和从它里面伸出的树枝可以确定有效体积和直线区段长度。因此通过按足够的时间间隔的重复测量可以确定树木的生长和每棵树的单独的生长率。
如果用传感器3来判定林荫树木有关伸入所谓的光线空间轮廓的树枝的情况，那么树枝的修剪可以利用根据单棵树木的生长例如按照不同的植物结构的、安全技术的或工艺方面的观点作出的选择进行调整，其中包括在任何情况下去除死树枝，截短严重下垂的老树枝或按要求的方向促进新生的侧嫩树枝的生长。
用场景的三维图象通过按本发明的方法可以使树木护理的手工操作自动化，并在不同的方向加以优化。
按本发明的方法可以类似地用于如香蕉亚灌木、可可树的大型植物或天然橡胶园的收获。
按本发明的解决方案的所述应用遵循一定的行驶路径，从该路径出发对植物进行检测、定位和测量。然后利用象前面详细说明的植物的位置确定方法以后在不坚固的土地上重新生成行驶路径。根据大量在不同时刻测出的周围植物的空间场景对待选措施进行评价分析和选择，如去除一定的植物(树木)、植物部分(树枝、果实等等)。
例3按本发明的方法的显而易见的另一种应用，亦即葡萄采摘，遵照在例2中所示的做法。支承装置1反复驶过同样的行驶路径，并获得周围葡萄藤的形态学和生理学的特征。由各个葡萄的比较确认这样的葡萄，它们由于其反射量级及其大小保证具有一定的口味、成熟程度和成分。
随着这些葡萄位置的确定，得到相对于传感器3的几何位置数据，这些数据可以用来控制收获手爪(包括剪子)，以采摘优质葡萄或酿酒用葡萄。
用所谓的葡萄联合收获机机械式采摘葡萄需要驾驶员长时间精神集中，以便使联合收获机这样地在中心驶过植物行，以使从两侧操作用在植物行上的摆动机构对称地作用，并保护采摘物和葡萄架。
按本发明的系统使得联合收获机可以在葡萄藤之间这样地开动，使摆动机构作用的几何规律针对单独的植物保持不变地进行。因为成熟的葡萄以不同的高度、密度和数量在葡萄架上分布，对联合收获机的采摘机构有目的的空间导向持续增加完好的采摘物(浆果)的有效产量，这是因为较少的葡萄藤叶和植物部分被摇下。
葡萄采摘可以通过利用葡萄的生理学数据以多个总体上较柔和的分过程进行，例如预采摘和终采摘。
与采摘类似，借助于一掠过行上方的捆扎器对从行中向上生长的葡萄嫩枝进行捆扎。这些器械安装在支承装置前面，并设置在驾驶员的视野之内，从而使驾驶员借助于转向器承担沿行的导向。此时驾驶员既不能知道，也无法考虑行驶道路的不平度。因此不能避免与植物和设施的碰撞包括由此引起的损坏。用按本发明的解决方案捆扎器这样地在行上方沿行行驶，使得测出所有悬伸的部分，并可靠地避免与设施的木桩和架设在铁丝的碰撞。
例4按本发明的方法可以用在果园中。目前所有涉及修剪、捆扎和收获的措施都是针对单独的果实、单个枝叉或树枝的。果树的修剪措施主要在无叶的冬季果树/果园中进行。这样形成轮廓的果树的透明性允许对树枝和枝叉进行测量和评定。对每个枝叉的植物结构方面进行评定的前提是知道其产果年龄、其相对于树干的结构和方位和其与汁液流的位置或关系。如果在采取修剪指施时可以提供单棵植物上枝叉的历史情况，那么便可以除了(根据)可见的花蕾之外确切地确定和平估其产量。从支承装置伸出的用于修剪的工作器械的定位可以借助于先前介绍过的三维数据可以用与单一葡萄采摘或有针对地去叶或收摘苹果/柑橘/水果所用的同样的方法进行。
在用按本发明的方法处理果园或葡萄园时将土壤处理和下木层护理一起包括在日常操作之中。
用在图4中详细介绍的环形存储器以和已详细说明的肥料和生物活性物质输出方法相同的方法对地面护理和下木层护理工作进行控制。
所用的附图标记表1 可开动的支承装置2 喷淋装置3 激光传感器4 偏转镜4′成形镜5，6 扇形块7 射线源8 接收器9 光学装置10 射线光路A 4′的转轴S1，...，SN传感器3的位置TR 上扫描平面TU 下扫描平面
权利要求
1.用于按需要和根据体积处理地面和植物的方法，特别是通过在规则或不规则地种植有植物的区域上进行输出或定量施加如植物防护剂/或肥料以及水的喷淋剂来处理土壤、下木层护理和/或加工和处理植物，所述植物为如路边林荫树或森林树木等、庭院作物，特别是葡萄作物和水果作物、啤酒花、柑橘、橄榄等、灌木或亚灌木如香蕉等，其中植物用通过固定在一可开动的支承装置上的循环驶过植物的单个传感器产生的脉冲的单色激光束扫描，被树叶反射回来的射线谱被该传感器接收，得到的射线谱被转变成光信号且所述光信号被输送给一计算机，该计算机储存、处理此信号，并根据植物的况状通过发出用来操作配设于可开动的支承装置的喷淋装置和鼓风机和/或加工机械的开关信号控制喷淋剂剂量的输出或定量供给、地面和植物的处理以及收获，其特征为以下步骤a)利用第一次通行通过测量和确定在行驶路径旁的如树、木桩、建筑物等特征性基准目标的位置，从而在所述区域内产生一基准行驶路径；b)通过向一在支承装置前面、侧面和支承装置上方的在一位于沿行驶方向张开的圆锥形外壳面区域上的空间曲线上以大致水平或略微倾斜的轨迹上发射一振动的脉冲激光束，以基准行驶路径为参照扫描植物，所述空间曲线在支承装置向前行驶时大致螺线形地与植物行交会，其中所述激光束在不同扫描平面内在植物上产生空间高分辨率的光点栅格；c)在按步骤b)发出激光束的同时起动一个或多个时间测量元件，其中所述时间测量元件配设有不同的量级值；d)停止时间测量元件，以确定被光点栅格反射的射线分量的不同反射量级，以实现单独和/或共同地求出路程、位置和目标地点数据；通过发射射线的传感器接收射线分量以及将信号通过一求出信号行进时间并将信号转变成数据的接收单元输送给计算机；并将数据储存在计算机的环形存储器内；e)由按步骤d)的数据确定植物群丛和/或单个植物的形态学和生理学特征值；f)通过补偿由于支承装置的摇摆、弯曲行驶和/或俯仰运动造成的在路程、位置和目标点数据方面的偏差来校正喷淋装置和鼓风机或处理装置的位置；和g)求出相应于步骤e)和f)的供给量、处理的种类和范围，以及控制用来输出喷淋剂的喷淋装置和/或处理装置。
2.按权利要求1的方法，其特征为采用具有700至1000纳米(nm)波长的射线作为激光束。
3.按权利要求1的方法，其特征为由步骤d)的数据求出关于植物目标表面的信息、关于群丛植物和土地的种植，构造及拓扑图形的信息，尤其是作为个体的单棵植物、作为总体的全部群丛、群丛植物中的杂物、树叶面包括空缺的上下轮廓、行的前水平横截面轮廓、行的中心平面、横截面形状、行和单个树冠的体积以及不规则性。
4.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为用所述传感器识别植物的部分，例如叶子、卷须、分枝、茎干、嫩枝、树干、树桩、果实和花。
5.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为用所述传感器识别物体，例如支承架、支柱或索架。
6.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为用所述传感器识别环境，尤其是地面、地面轮廓、地形标志、房屋、建筑物、墙、道路和围栅。
7.按权利要求1至6之任一项所述的方法，其特征为用所述传感器进行非接触的路径测量。
8.按权利要求7所述的方法，其特征为在所述支承装置穿过群丛行驶时在重要地点，尤其是行的开头，将路径测量值置为零。
9.按权利要求7所述的方法，其特征为在第一次驶过群丛后将所述支承装置的实际位置与群丛的已知位置和基本形状作比较，并对该实际位置加以校正。
10.按权利要求7至9所述的方法，其特征为用所述路径测量得出基准行驶路径群丛的左右行测量值的差，并确定绕垂直轴的运动和曲线行驶。
11.按权利要求7至10所述的方法，其特征为通过识别树干、葡萄藤和/或树桩获取用来确定路径的路径信息。
12.按权利要求7至10所述的方法，其特征为通过跟踪单棵植物的嫩枝尖获取用来确定路径的路径信息。
13.按权利要求7至10所述的方法，其特征为通过跟踪所述前水平横截面轮廓获取用来确定路径的路径信息。
14.按权利要求7至10所述的方法，其特征为在驶过传感器测量区时通过跟踪垂直目标进行路径测量，其中在时间上先后错开地测量目标的不同高度，并由所求得的时间间隔得到速度的大小。
15.按权利要求7所述的方法，其特征为所述路径测量与速度无关地进行。
16.按权利要求7至15所述的方法，其特征为用来确定路径信息的所有处理方法相互并与旧的群丛数据交互作用。
17.按权利要求1至6之任一项所述的方法，其特征为在位置S1测量和储存所述传感器沿行驶路程的位置。
18.按权利要求17所述的方法，其特征为连续地在所有位置S2至SN测量所述传感器和可开动的支承装置沿路径的位置。
19.按权利要求17和18所述的方法，其特征为如果支承装置走过相当于传感器和喷嘴和/或工作器械之间的距离的路程Sx的话，则比较实际测量的支承装置位置和储存的传感器位置S1。
20.按权利要求1、15至19的方法，其特征为校正所述支承装置轴线相对于框架的位置，以补偿摇摆运动。
21.按权利要求1、15至19的方法，其特征为调整所述支承装置绕垂直轴线的位置，以补偿蛇行运动。
22.按权利要求1、15至19的方法，其特征为调整所述支承装置横向轴线的位置，以补偿由于喷淋区相对于旋转中心的前后偏移(俯仰)造成的与路程相关的误差。
23.按权利要求1至6所述的方法，其特征为目标地点的位置通过测量目标面和传感器之间的距离确定。
24.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征为土壤处理包括松土、碎土、培土、控制蒸发和/或温度。
25.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征为下木层护理通过割草、覆盖、碎草、防腐烂、遮荫、遮盖和/或微气候控制进行。
26.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征为植物加工包括修剪、捆扎、成形、树干整理、折枝、环割、切根和/或收获。
27.按权利要求26的方法，其特征为修剪是粗剪、精剪、成形修剪、去叶、截梢、单干形修剪/整枝、忽布修剪和/或果树修剪。
28.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征为在果实收获方面分为葡萄采摘或水果采摘。
29.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征为利用选择来进行按果实采摘、嫩枝和/或植物器官的区分。
30.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征为用分类来进行按果实和/或果实分级的区分。
31.用来实施按权利要求1的方法的系统，具有一可行驶的支承装置—例如车辆和/或连接在车辆上面的工作机械、一固定在支承装置上的具有用来发射脉冲激光束的射线源的传感器、一可绕垂直轴旋转的用来将射线对准树叶面的镜子、一用来接收被树叶面反射回来的射线的射线接收器、一用来处理反射的射线和控制固定在支承装置上的具有喷嘴并带有用于喷淋剂的储存容器的喷淋装置的计算机，其中喷嘴安装在离传感器相当大的距离处，此系统还具有一用来将喷淋剂输送到喷嘴的液体泵、用来开关喷嘴的阀门和一用来产生两相流动的鼓风机，其特征为所述镜子(4′)做成成形镜，其分区(5，6)以不同的角度倾斜于转轴(A)设置，镜子(4′)的转轴相对于发射射线和接收射线的射线光路(10)偏心设置。
32.用于实施按权利要求1的方法的系统，具有一可行驶的支承装置—例如车辆和/或连接在车辆上面的工作机械、一固定在支承装置上的具有用于发射脉冲激光束的射线源的传感器、一可绕垂直轴旋转的用来使射线对准树叶面的镜子、一用来接收被树叶面反射回来的射线的射线接收器、一用来处理反射的射线并控制至少一个固定在支承装置上的处理装置的计算机，其中所述处理装置安装在离传感器较大的距离处，其特征为镜子(4′)做成成形镜，其分区(5，6)以不同的角度倾斜于转轴(A)设置，并且镜子(4′)的转轴相对于发射射线和接收射线的射线光路(10)偏心地设置。
33.按权利要求31和32所述的系统，其特征为所述镜子(4′)由大蛋糕形的扇形块构成，其中一块相对于镜子转轴(A)的法线最好具有45°的倾角，另一块具有1°至45°，优选是15°的倾角。
34.按权利要求31至33所述的系统，其特征为所述射线光路(10)与所述镜子(4′)的转轴(A)同心设置。
35.按权利要求31至34所述的系统，其特征为所述射线源(7)配备至少一个可通过光脉冲触发的时间测量元件。
36.按权利要求31至35所述的系统，其特征为所述接收器(8)配备至少一个用来获取行进时间的装置。
37.按权利要求31至36所述的系统，其特征为用于形成射线的光学装置(9)空间固定地设置在射线源/接收器(7；8)和镜子(4)之间。
38.按权利要求31至37所述的系统，其特征为所述传感器(3)无滞后地跟随支承装置在行驶时的运动。
39.按权利要求31至37所述的系统，其特征为所述传感器(3)的轴线最好沿行驶方向向前倾斜地设置。
40.按权利要求32所述的系统，其特征为设有修剪、挖掘、松土、侧切、捆扎、打碎、摇晃、分类和联合收获装置作为处理装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于按需要和根据体积控制地面和植物的方法和系统。本发明的目的是，这样地改进开头所述类型的方法和系统，即空间地无空缺地扫描植物群丛，在考虑形态学、植物生理学、仪器技术和与地理位置有关的特性的同时有效地控制地面和植物状态的影响。
文档编号A01M7/00GK1527665SQ02814103
公开日2004年9月8日 申请日期2002年5月14日 优先权日2001年5月14日
发明者克努特·屈梅尔, 克努特 屈梅尔 申请人:克努特·屈梅尔, 克努特 屈梅尔