专利汇可以提供用来按体积处理地面和植物的方法及系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 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。,下面是用来按体积处理地面和植物的方法及系统专利的具体信息内容。
1.用于按需要和根据体积处理地面和植物的方法,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可喷洒的 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:路边林荫树或森林树木、庭院 作物,葡萄作物和水果作物、啤酒花、柑橘、橄榄、灌木或亚灌 木、香蕉或其它亚灌木植物,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,并根据植物的状况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可描述 特征性基准目标的树、木桩或建筑物的位置,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,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所述的方法,其特征为:用所述传感器识别 植物的部分、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所述的方法,其特征为:用所述传感器识别 物体、支承架、支柱或索架。
6.按权利要求1所述的方法,其特征为:用所述传感器识别 环境、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,或行的开头,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或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或15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或15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或15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 移或者说俯仰造成的与路程相关的误差。
23.按权利要求1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.按权利要求1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.按权利要求1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.按权利要求1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.按权利要求1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.按权利要求1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、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、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或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 具有45°的倾角,另一块具有1°至45°的倾角。
34.按权利要求33所述的系统,其特征为:所述另一块镜子 具有15°的倾角。
35.按权利要求31或32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。
36.按权利要求31或32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。
37.按权利要求31或32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。
38.按权利要求31或32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。
39.按权利要求31或32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。
40.按权利要求31或32所述的系统,其特征为:所述传感器 (3)的轴线沿行驶方向向前倾斜地设置。
41.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。
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。
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