PROCEDE ET DISPOSITIF D'ANALYSE DE LA STRUCTURE ET DE LA CONSTITUTION DE RANGS DE VIGNE |
|||||||
| 申请号 | EP04742324.9 | 申请日 | 2004-03-23 | 公开(公告)号 | EP1608216B2 | 公开(公告)日 | 2018-08-22 |
| 申请人 | PELLENC; | 发明人 | PELLENC, Roger; | ||||
| 摘要 | |||||||
| 权利要求 | |||||||
| 说明书全文 | La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'analyse de la structure et de la constitution de haies culturales palissées, à savoir des rangs de vigne. Ce procédé et ce dispositif sont plus particulièrement destinés à la mise en oeuvre et à l'équipement de machines mobiles appelées à travailler en continu dans les plantations palissées, à savoir des rangs de vignes. L'invention englobe également les machines et plus précisément les machines agricoles comportant application de ce procédé et de ce dispositif. L'analyse de la structure des haies culturales ou fructifères obtenue par la mise en oeuvre du procédé et du dispositif de l'invention peut être utilisée pour optimiser les résultats de différentes interventions mécaniques ou manuelles à effectuer sur ces haies, simultanément à l'examen de la structure de celles-ci, ou postérieurement. L'invention peut être avantageusement appliquée à l'équipement des machines agricoles agencées et utilisées pour le prétaillage de la vigne palissée. Pour cette raison, la référence à une machine de prétaillage, dans la suite du présent exposé, ne saurait avoir un caractère limitatif. On rappelle que l'objectif de prétaillage mécanique de la vigne est de simplifier le travail ultérieur du tailleur en éliminant le maximum de bois avant la taille manuelle. Lors de cette opération mécanique préparatoire, les bois ou sarments dont les vrilles sont fixées aux fils du palissage, sont sectionnés et dégagés. Les principales difficultés de ce travail consistent à :
La plupart des machines de prétaillage actuelles utilisent des systèmes de coupe rotatifs, les machines à barre de coupe étant peu répandues car leur dégagement est moins rapide au passage des piquets. Selon le type le plus courant de machines équipées de systèmes de coupe rotatifs, le sectionnement des bois est assuré par au moins un empilement de disques d'émiettage comprenant un ameneur circulaire échancré dont la périphérie forme des doigts. A l'intérieur des disques, des lames fixes ( A l'entrée d'un rang de ceps, ainsi qu'à la sortie de ce rang, les empilements de disques sont écartés pour ne pas couper les fils de culée. Les fils de palissage doivent être correctement installés pour ne pas être accrochés ou sectionnés pendant le fonctionnement de la machine sur le rang. Au passage des piquets présentant un diamètre adéquat, souvent exécutés en bois ou en béton, les disques roulent sur ces derniers et s'écartent automatiquement, la pression sur les piquets étant réglable, de manière que la rencontre d'une densité importante de sarments ne provoque pas l'ouverture non souhaitable de la tête de coupe ; par contre, l'effort au passage des piquets ne doit pas être excessif pour ne pas risquer de les endommager. Cependant, lorsque les piquets sont constitués par des profilés acier de faible section, par exemple par des cornières de 30 mm, l'écartement des empilements de la tête de coupe au passage des piquets, s'opère obligatoirement manuellement, car ces derniers pourraient détériorer gravement les outils de coupe en pénétrant dans les doigts des ameneurs rotatifs. Dans une telle situation, les viticulteurs préfèrent, dans la plupart des cas, utiliser des machines de prétaillage à commande d'ouverture manuelle, ce qui exige, de la part des conducteurs de ces machines une vigilance de tous les instants. Très souvent, pour ne pas prendre de risques, les conducteurs préfèrent ouvrir et fermer la tête de coupe à distance des piquets avec une bonne marge de sécurité, ce qui présente l'inconvénient de laisser une quantité assez importante de bois non coupés. Lorsque les vignes sont cultivées en cordon (cordon de Royat), par exemple, une application avantageuse de l'invention est de permettre de maintenir les organes de coupe de la prétailleuse au-dessus et à distance convenable du cordon, afin d'écarter tout risque d'endommagement de ce dernier et d'éviter l'élimination d'yeux fructifères qu'il est souhaitable de garder, tout en conservant des bois de taille les plus courts possible. En effet, s'il est possible de régler la hauteur des organes de coupe de la machine, à l'entrée d'un rang, leur position par rapport au cordon peut se trouver modifiée durant leur déplacement sur ce rang, en raison des inégalités du sol, de sorte qu'en cas de descente soudaine résultant du passage de ladite machine dans un creux du terrain, le cordon peut se trouver endommagé ou dépouillé de ses yeux fructifères. Une autre application intéressante de l'invention est d'effectuer une mesure de la vitesse d'avancement de la machine, de sorte à rendre possible une adaptation permanente des conditions de fonctionnement des outils de celle-ci à la vitesse d'avancement mesurée. En effet, si l'on considère les machines de prétaillage du genre précité, la vitesse périphérique des disques doit être adaptée à la vitesse d'avancement, une vitesse de rotation excessive des disques ayant pour effet de tirer les bois vers l'arrière, alors qu'une vitesse trop faible desdits disques a pour conséquence de pousser la végétation vers l'avant. L'adaptation de la vitesse de rotation des disques à la vitesse d'avancement de la machine s'obtient au moyen d'un diviseur de débit. En pratique, le viticulteur choisit une vitesse de travail et règle en conséquence le diviseur avant d'entrer dans la vigne, de sorte que si cette vitesse varie durant les trajets, les organes de coupe ne travaillent pas constamment dans les meilleures conditions, ce qui occasionne des casses de bois et, parfois, l'arrachement de pieds de vigne. Une autre exploitation avantageuse de l'analyse de la structure des rangs de vignes est de permettre une mesure de la vigueur des plants de vigne. La culture de la vigne évolue vers un concept de "Viticulture de Précision" (Marque déposée) qui consiste à relever, au moyen de capteurs, toutes les caractéristiques importantes de la plante permettant de considérer celles-ci sur une cartographie GPS, en vue d'une optimisation à court et à long termes de la récolte. Les caractéristiques des pieds de vigne qui sont essentiellement la quantité de raisins récoltée, le sucre de ces raisins, leur acidité et la vigueur de la plante sont collectées dans une base de donnée que l'on appellera conventionnellement "pieds de vigne" et sont ensuite utilisées pour définir les conditions dans lesquelles seront effectuées la taille, la fertilisation, la sélection des raisins pour une meilleure vinification, etc. Connaître la vigueur de chaque plante est une donnée qui intéresse tout viticulteur qui veut améliorer la qualité de son produit. En effet, le plan de vigne se développe, entre autres, en fonction de la fertilisation et de la nature du terrain. Ce développement se traduit par la pousse, pendant la période végétative, de sarments qui perdront leurs feuilles l'hiver suivant. On mesure la vigueur de la vigne lorsque l'on taille celle-ci ; les sarments taillés sont récupérés, coupés en petits morceaux et pesés. Le poids de ces sarments va représenter la caractéristique de vigueur. Cela est obtenu en comparant les pieds de vigne, les uns par rapport aux autres, en déterminant les vigueurs maigres par rapport aux vigueurs abondantes. On sait qu'à chaque vigueur doit correspondre une certaine quantité de raisins produits par la plante. La taille de la vigne a pour fonction de laisser sur chaque cep un certain nombre de bourgeons qui dans le cadre de leur développement vont permettre de déterminer le volume de la récolte. On sait par exemple que la vigne doit avoir en moyenne 28.000 bourgeons par hectare, après l'opération de taille. A l'heure actuelle, on répartit ces 28.000 bourgeons/hectare par le nombre de pieds/hectare, ce qui détermine uniformément pour chaque pied le nombre d'yeux à garder par pieds. Sachant que dans une parcelle, compte tenu de l'hétérogénéité du sol et des conditions d'exposition, la vigueur n'est pas uniforme, il y a lieu, dans la viticulture moderne, de répartir les 28.000 yeux/hectare, non pas uniformément mais en fonction de la vigueur des pieds. Les mesures faites dans le cadre de la viticulture de précision doivent permettre de mesurer la vigueur de chaque pied de vigne, de façon à lui attribuer un nombre d'yeux adéquat. Il est donc nécessaire d'évaluer cette vigueur par pied d'une façon automatique car il est impensable de réaliser l'opération de pesage des bois pour chaque pied. Dans le document L'appareil de taille automatisée décrit dans ce document met en oeuvre un système d'acquisition d'image (télévision) qui ne fonctionne pas sans éclairage (lumière du jour ou éclairage de substitution) et qui fonctionne mal sous une forte luminosité (résultat par exemple d'un fort ensoleillement) nécessitant l'utilisation d'un écran. Il ne fonctionne pas la nuit sans mise en oeuvre d'un éclairage de substitution à la lumière solaire. Il ne semble pas qu'un appareil de taille automatisée selon le document
D'autre part, la nécessité de procéder à une ouverture manuelle de la tête de coupe au passage des piquets ne permet pas d'effectuer un travail à grande vitesse avec les machines actuelles. En effet, soit on retarde le plus possible l'ouverture de la tête de coupe afin de sectionner la plus grande quantité de sarments possible et, dans ce cas, la tête de coupe vient frapper lesdits piquets en provoquant le déchaussement progressif de ces derniers, soit on anticipe l'ouverture de ladite tête de coupe et, dans ce cas, on laisse une quantité de végétation importante sur les ceps proches desdits piquets. La présente invention se propose de remédier aux insuffisances susmentionnées. Selon l'invention, l'analyse de la structure des rangs de vigne comprenant des piquets, est obtenue grâce à un procédé suivant lequel on dispose, de préférence à l'avant de la tête de travail d'une machine mobile appelée à travailler en continu dans les plantations palissées, à savoir des rangs de vigne, un système de vision artificielle fonctionnant en transmission directe, comprenant, d'une part, au moins un émetteur avant et un émetteur arrière de rayons lumineux et, d'autre part, au moins un récepteur avant et un récepteur arrière de rayons lumineux, en considérant le sens d'avancement de la machine équipée de ce système de vision, et configuré pour permettre de déterminer les occultations de lumière entre lesdits émetteurs de rayons lumineux et lesdits récepteurs de rayons lumineux placés face à face de part et d'autre du rang de vigne, en ce que chaque émetteur avant et arrière émet, en alternance, par exemple pendant une durée de l'ordre de 500 µs, une lumière modulée à une fréquence correspondant à la fréquence d'accord à une fréquence correspondant à la fréquence d'accord des récepteurs avant et arrière respectivement, et en ce que les informations générées par ces occultations de lumière sont traitées par un système électronique d'analyse programmé ou configuré pour analyser les éléments de la structure du rang de vigne, et cela aussi bien de jour que de nuit et en ce que l'on s'affranchit, dans le système de vision artificielle, de l'influence de la lumière solaire parasite, en utilisant une lumière modulée périodiquement par le ou les émetteurs, les récepteurs n'étant sensibles qu'à la lumière modulée et non à la composante continue de la lumière et/ou l'on réduit l'importance de la lumière parasite en choisissant des longueurs d'onde d'émission et de réception pour lesquelles la lumière solaire est relativement faible, c'est-à-dire en dehors du spectre visible, soit une longueur d'onde inférieure à 400 nm ou supérieure à 750 nm, et, par exemple, une longueur d'onde de l'ordre de 950 nm, pour lequel le rayonnement solaire reçu est particulièrement faible. Selon une autre disposition caractéristique du procédé de l'invention, le système électronique d'analyse est programmé ou configuré pour traiter les informations générées par les occultations de lumière, afin de mesurer la vitesse d'avancement de la machine et d'ajuster la vitesse de rotation des outils tournants de ladite machine, en fonction de la vitesse d'avancement mesurée. Selon une autre disposition caractéristique du procédé de l'invention, le système électronique d'analyse est programmé ou configuré pour traiter les informations générées par les occultations de lumière, afin de discriminer les piquets de la haie. Selon une autre disposition caractéristique du procédé de l'invention, le système électronique d'analyse est programmé ou configuré pour traiter les informations générées par les occultations de lumière, afin de détecter la position du cordon, dans les vignes ou autres plantes cultivées en cordon. Selon une autre disposition caractéristique du procédé de l'invention, le système électronique d'analyse est programmé ou configuré pour utiliser les informations générées par les occultations de lumière, afin d'effectuer une mesure de la vigueur des plantes. Le dispositif d'analyse de la structure de rangs de vigne comprenant des piquets selon l'invention comprend un système de vision artificielle fonctionnant en transmission directe, et comprenant :
D'autres dispositions caractéristiques avantageuses du procédé et du dispositif de l'invention, sont énoncées dans les revendications dépendantes et décrites dans la suite du présent exposé. Le procédé et le dispositif d'imagerie mobile selon l'invention ont généralement pour avantages, notamment dans leur application à la mise en oeuvre et à l'équipement des machines de prétaillage de la vigne :
Dans l'application de l'invention à la mesure de la vigueur de la vigne, on comprend que chaque barrière optique qui se trouve coupée au passage des bois de taille, génère une information permettant de déterminer la section des sarments qui coupent cette barrière. En prévoyant un nombre relativement important de barrières optiques superposées, il est possible d'obtenir une appréciation intéressante de la surface des sarments coupés par ces dernières. Des tables de corrélation ont été réalisées pour faire correspondre aux sections coupées, une vigueur, et cela pour chaque pied de vigne. Cette corrélation permet une appréciation de la vigueur avec une exactitude de l'ordre de 8 %, ce qui est largement suffisant pour orienter la taille et donc à déterminer le nombre d'yeux à conserver par pied de vigne. Selon l'invention, les informations communiquées par le système de vision artificielle sont transmises à un ordinateur ou à un calculateur embarqué dans lequel sont enregistrées, avec une grande précision, les coordonnées géographique de chaque pied de vigne obtenues par GPS, et qui permet, sur la base des données correspondantes, d'enregistrer la vigueur lors de l'opération de pré-taillage. Les informations pourront être utilisées utilement par le viticulteur pour optimiser la taille et la fertilisation de sa vigne. La taille adaptée à la fertilité, doit permettre une récolte optimum au point de vue poids, sucre et acidité, et apporter ainsi aux viticulteurs la possibilité d'avoir une matière première d'excellente qualité pour la vinication, nécessaire pour l'élaboration de grands crus. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels :
On se reporte auxdits dessins pour décrire des exemples intéressants, quoique nullement limitatifs, de mises en oeuvre du procédé et de réalisations du dispositif d'analyse de la structure de haies fructifères selon l'invention. Ce dispositif comprend un système de vision artificielle ( Il est, de préférence, installé à l'avant de la tête de travail d'une machine agricole appelée à travailler en continu dans les plantations palissées, telle que la tête de coupe 1 d'une prétailleuse 2 ( Le module émetteur ME et le module récepteur MR sont disposés à distance l'un de l'autre, par exemple à une distance de l'ordre de 800 mm, de sorte à pouvoir être placés face à face, de part et d'autre de la haie fructifère HF ( Selon l'exemple de configuration du système de vision 4 représenté à la
Les rangées verticales ou colonnes de récepteurs peuvent comprendre, chacune, un nombre relativement important de récepteurs. Par exemple :
Les récepteurs de chacune des trois rangées verticales peuvent être espacés d'une distance qui peut être comprise entre 20 mm et 40 mm, dans la direction verticale. La troisième rangée R31, R32, R33, ..., occupe une position intermédiaire sur l'exemple représenté à la Bien entendu, le système de vision pourrait comporter un nombre différent d'émetteurs et de récepteurs répartis autrement. Il serait par exemple possible de réaliser le système de vision sous forme de deux modules comportant à la fois un ou plusieurs émetteurs et un ou plusieurs récepteurs, chaque émetteur émettant des signaux qui ne sont reçus que par des récepteurs orientés sur lesdits émetteurs. De manière avantageuse, le faisceau de lumière de base est composé d'émetteurs et de récepteurs d'infrarouge ou de rayonnement du proche-infrarouge. Selon l'invention, on s'affranchit de la lumière parasite en utilisant une lumière modulée périodiquement par les émetteurs, les récepteurs n'étant sensibles qu'à la lumière modulée et non à la composante continue de la lumière. La lumière du soleil, qui est une source parasite pour notre système de vision, est atténuée sensiblement par l'atmosphère au dessus de 750 nm, c'est-à-dire dans l'infrarouge, avec notamment un pic d'absorption au voisinage de 950 nm. Afin que le faisceau issu du système de vision puisse être distingué de la lumière solaire, il est apparu avantageux d'utiliser un faisceau lumineux proche de 950 nm. On a donc choisi, pour chaque émetteur une diode infrarouge qui, lorsqu'elle est parcourue par un courant, émet une lumière d'une longueur d'onde égale à 950 nm. On excite cette diode avec un signal électrique périodique correspondant à une fréquence dite "fréquence de modulation". La fréquence de modulation peut être fixée dans la plage comprise entre 30 et 56 kHz. Chaque récepteur R (photo-récepteur série TSOP de Vishay Telefunken) est sensible à tout faisceau incident ayant une longueur d'onde d'environ 950 nm. Il fournit, en sortie, un signal électrique actif uniquement si la fréquence de modulation du faisceau incident correspond à sa fréquence propre. Toutes les sources lumineuses parasites (soleil, lampes à incandescence ou fluorescentes) qui, par nature ou par construction, ne sont pas modulées à cette fréquence, ne donnent aucun signal actif en sortie du module photo-récepteur et sont donc intégralement filtrés. Chaque émetteur E1 (avant), E2 (arrière) émet, en alternance, pendant une durée de l'ordre de 500 µs, une lumière modulée, par exemple, à une fréquence d'environ 32 kHz. Cette fréquence est la fréquence d'accord des récepteurs. La rangée avant de récepteurs R11, R12, R13, ..., R1i ne prend que les signaux issus de l'émetteur avant E1, tandis que la rangée arrière de récepteurs R21, R22, R23, ..., R2i ne prend que les signaux issus de l'émetteur arrière E2. D'autre part, la rangée intermédiaire de récepteurs R31, R32, R33, ..., R3j ne prend que les signaux issus de l'émetteur inférieur E3, conçu pour émettre, par exemple toutes les 500 µs, une lumière modulée à une fréquence correspondant à la fréquence d'accord des récepteurs de la troisième rangée verticale R31, R32, R33, .... Chaque récepteur fournit un état inactif correspondant à un rayon non occulté et donc à l'absence d'obstacle entre émetteur et récepteur. A l'inverse, quand il n'est pas excité par un rayon incident, il fournit un état actif correspondant à la présence d'un obstacle entre émetteur et récepteur. Selon l'invention, les occultations de lumière sont traitées par un système électronique d'analyse programmé ou configuré pour visualiser les éléments de la structure d'une haie fructifère ou haie culturale :
Le système électronique d'analyse 7 est connecté :
La Le système de vision artificielle 4-4 disposé de part et d'autre de la haie fructifère (rang de vigne ou autre) avance le long de celle-ci (selon flèche AV) ce qui génère des informations qui sont analysées par un système électronique 7 afin de discriminer les piquets Pi de la haie, de définir leur largeur et la vitesse à laquelle ils sont passés devant le système de vision 4-4. Une fois ces informations définies, le système électronique 7 calcule :
Ce calcul permet ainsi d'écarter et de refermer les éléments de taille le plus près possible des piquets de la haie fructifère, sans les toucher pour ne pas les détériorer tout en laissant le moins possible de sarments non sectionnés. La Dans cette application, le système de vision artificielle 4-4 disposé de part et d'autre de la haie fructifère HF avance le long de celle-ci (selon flèche AV) ce qui génère des informations qui sont analysées par le système électronique 7, afin de définir la vitesse d'avancement de la machine munie dudit système de vision. Lorsque le système électronique a défini la vitesse d'avancement, il envoie une consigne électrique à la valve de régulation de débit 11 qui laisse passer un débit d'huile hydraulique afin d'alimenter les moteurs hydraulique 12 qui, par une liaison mécanique, entraînent en rotation les organes tournants 5 des outils de taille. La consigne électrique est ajustée jusqu'à ce qu'un capteur de vitesse de rotation 13 affecté à la mesure de la rotation des outils tournants 5, indique au système électronique 7 une vitesse de rotation développée proche de la vitesse d'avancement de la machine. Cet agencement permet de faire un asservissement en boucle fermée avec le système électronique d'analyse, afin de réguler la vitesse de rotation des outils tournants 5 en fonction de la vitesse d'avancement de la machine 2. La On voit le système de vision artificielle installé à l'avant de l'ensemble de taille de la machine constitué de deux empilages 14 d'outils tournants 5. Ledit système disposé de part et d'autre du rang de vigne HF avance le long de celui-ci (selon flèche AV) ce qui génère des informations qui sont analysées par le système électronique d'analyse 7 afin de reconnaître et de définir la position du cordon Co, par rapport aux ensembles de taille 14. Une fois cette analyse réalisée, le système électronique 7 envoie un courant :
La position initiale souhaitée des ensembles de coupe 14 par rapport au cordon Co est préalablement fixée. Ce positionnement préalable est réalisé par un réglage de la position des modules émetteur ME et récepteur MR du système de vision 4-4 par rapport aux ensembles de coupe 14, au moyen d'un dispositif de fixation réglable desdits modules sur les éléments 3a du châssis 3 de la machine, comme indiqué précédemment. On décrit ci-après le fonctionnement du système de vision artificielle dans les différentes applications de l'invention. Compte tenu du fait que le procédé et le dispositif de l'invention sont plus spécialement destinés à équiper des machines appelées à se déplacer dans les vignes, on utilise, dans la suite de la description, le terme "sarment" pour désigner la végétation, ce mot devant toutefois être considéré comme l'équivalent du terme "rameau" désignant généralement les petites branches des plantes ou arbustes. Un sarment Sa a un diamètre inférieur à la distance "e" entre les émetteurs E1 et E2. Il coupe successivement le faisceau E1-R1i puis le faisceau E2-R2i. Lorsque la machine avance (flèches AV) la séquence d'évènements caractéristiques de la présence d'un sarment est la suivante :
Un piquet Pi a une largeur apparente supérieure à la distance "e" ménagée entre les émetteurs E1 et E2. Il coupe simultanément les faisceaux E1-R1i et E2-R2i. Lorsque la machine avance, la séquence d'événements caractéristique de la présence d'un piquet est la suivante :
La vitesse d'avancement de la machine est mesurée sur la végétation et sur les piquets.
Entre t1 et t 2, la machine a parcouru la distance e. La vitesse d'avancement V de la machine vaut e/(t2 - t1) La mesure de la vitesse sur les piquets s'opère de façon identique à la mesure de la vitesse sur la végétation. On connaît la vitesse d'avancement V de la machine et on a identifié un piquet Pi en procédant comme indiqué précédemment.
Entre l'instant t1 et l'instant t2, la machine a parcouru la distance L à la vitesse V. La largeur du piquet Pi vaut L = (t2 - t1)*V. La largeur du piquet est mesurée de la même façon que ci-dessus avec le faisceau arrière E2-R2i. La mesure du diamètre de tous les sarments sur une hauteur correspondant à celle des rangées verticales de récepteurs avant R11-R1i et arrière R21-R2i, permet de déduire la vigueur de la végétation, grâce à une table de corrélation. On connaît la vitesse d'avancement V de la machine et on a identifié un sarment Sa, en procédant comme indiqué précédemment.
Entre l'instant t1 et l'instant t2, la machine a parcouru une distance d à vitesse V. Le diamètre du sarment vaut d = (t2 - t1)*V. Le diamètre du sarment est mesuré de la même façon que ci-dessus, avec le faisceau arrière E2-R2i. Le cordon Co se distingue d'un piquet ou d'un sarment en ce qu'il occulte de manière constante, lorsque la machine avance, un ou plusieurs faisceaux E3-R31, E3-R32, E3-R33, ... On considère que selon un mode de construction préférentiel :
La position du haut du cordon est donnée par le plus haut faisceau occulté (le faisceau d'indice k = 4, sur l'exemple illustré à la La hauteur du dessus du cordon, par rapport au faisceau de référence E3-R31 est égale à : H = (k-1)*h/2. |
||||||
