GETREIDEERNTE
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Hans-Werner Griepentrog, Kopen
!l
agenFehlerquellen der Ertragsermittlung beim Mähdrusch
Die Ertragskartierung bildet einen wichti
gen Baustein zur Datenerfassung im Rahmen der teilflächenspezifischen Pflanzenproduktion. Trotz bereits langjähriger Erprobung ist die Datenerfas
sung und Anlage von Ertragskarten nach wie vor nicht einfach. Bevor Ertragsrah
daten für die Kartierung herangezogen werden, sollten diese kritisch betrachtet und einer Fehleranalyse unterzogen werden. Der Korndurchsatzsensor ist zwar ein wichtiges Messgerät, er liefert jedoch nur eine Messgröße. Weitere wichtige Parameter zur Ertragsberech
nung müssen herangezogen werden. Zur Reduzierung der Fehlerwahrscheinlich
keit sind auch konstruktive Besonderhei
ten der Sensorinstallation zu beachten.
Zu unterscheiden sind Fehler der Mas
senbilanzierung mit beispielsweise Korntankladungen und Fehler der darge
stellten Einzelerträge in Ertragskarten.
Die Massenerfassung kann m it Fehlern von 2 % erfolgen, während Ertragskarten m it Fehlern um 1 0 % behaftet sind.
D
er Ertrag eines Pfla nzenbestandes zum Zeitpunkt der Ernte wird beeinflusst von sehr u nterschiedlichen Maß
nahmen, die der Landwirt vor und während der Vegetationsperiode d urch
führt. Diese können mit H ilfe der teilflächenspezifischen Verfa hren aus pflanzen baulicher, a ber auch aus ökono
m ischer und ökologischer Sicht optimiert werden.
Die Zielgröße der Ertragsermittlung ist d ie Erfassung des pflanzenbauliehen Er
trages. Leider wird heute häufig von Er
tragsmessungen in Mähdreschern ge
sprochen. Das Messen des variierenden Pflanzenertrages ist jedoch weder d irekt noch indirekt möglich: Der Ertrag wird a us einer Reihe von Einzelmesswerten verschiedener Sensoren und Parameter berechnet. Die Bestimmung des Korner
trages ist somit eine komplexe Messauf
gabe [1] .
Die möglichen Fehlergrößen sind i n Obersicht 1 dargestellt. Aus dieser Dar-
Prof Dr Hans- Werner Griepentrog ist Asso
ciate Professor des Department of Agricu/tu
ral Sciences, Agricultural Engineering, The Royal Veterinary and Agricultural Universily (I<VL), Agrovej 10, DK-2630 Taastrup, e-mail: hwg@kvl. dk
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stellung wird deutlich, dass der Fehler der Ertragsermittlung von einer Vielzahl von Parametern beeinflusst wird . Erschwe
rend kommt hinzu, dass viele Parameter - ähnlich wie der zu erfassende Ertrag
sich während des Dreschens in Abhän
gigkeit von der Position auf dem Feld än
dern. I m Sinne eines geringen Gesamt
fehlers wäre daher zu empfehlen, mög
lichst viele Parameter mit H ilfe von Sensoren i n ihrem zeitlichen oder lokalen Verlauf zu erfassen . Bei ein igen Größen ist leider heute kein Messprinzip bekannt oder ein fun ktionssicherer Betrieb in Aus
sicht ( Kornverluste, Schwarzbesatz) . Bei der I nterpretation von Ertragskarten stellt sich d ie Frage, wie fehlerbehaftet d ie Darstell u ng ist. Eine Fehlerana lyse der Technik zur Ertragsermittlung ist beson
ders aufgrund des komplexen Charakters der Messa ufgabe wichtig, damit Fehlin
terpretationen vermieden werden. U m ei
ne akzeptable Reduzierung des Fehlers zu erreichen , müssen bestimmte techni
sche Vora ussetzungen gegeben sein.
Da der Ertrag nicht gemessen werden kan n , m u ß er nach folgender Gleichung aus Einzelmesswerten je Messzyklus (Ab
tastrate) berechnet werden [1, 2]:
E ' =
�. 1- [1;
x; . h,. 1-
ub�'t.m; : Kornd urchsatz T; : Abtastrate x; : Weg
b; : Schnittbreite U;
:
KornfeuchteUbez
:
bezogene KornfeuchteAus der G leichung wird ersichtlich , dass zur Ertragsbestimmung neben dem Korn
d urchsatz d ie Kornfeuchte, d ie Sch nitt
breite und der zurückgelegte Weg in den Ertragswert eingehen. Andere M esswerte wie Höhe der Kornverluste und Verunrei-
nigungsgrad wären sehr sinnvoll und wür
den das Gesamtergebnis verbessern.
Korndurchsatz
Zur Korndurchsatzmessung im Mähdre
scher stehen heute eine Reihe von Sen
soren zur Verfügung. Diese arbeiten nach u nterschiedlichen Prinzipien wie dem vo
lumetrischen, dem l m pulsmess- oder Kraftmess- und anderen indirekten Ver
fahren [1].
Die Kornd urchsatzsensoren werden im Elevatorkopf installiert und ermöglichen eine kontinuierliche Erfassung des Kör
nerstroms mit Abtastraten von beispiels
weise ein bis drei Seku nden.
Die meisten Messverfahren wurden im Labor u ntersucht und ha ben sich in der Praxis bewährt. Die M essfeh ler dieser Sensoren sind akzeptabel und liegen bei
± 2 bis 3 % [3] .
Volumetrisch arbeitende Messgeräte zur Kornd u rchsatzbestimm u ng weisen leider eine höhere Empfindlichkeit gegen Seiten- u nd Längshang auf [3, 4] . Mäh
d rescher mit volumetrischer Messung werden deshalb mit Neigungssensoren ausgerüstet, um eine Kompensation des Ha ngei nflusses zu ermöglichen .
Messsysteme nach dem vol umetri
schen Prinzip weisen einen weiteren Nachteil auf: Zur Bestim m u ng des Mas
send u rchsatzes m uss die Schüttdichte des Erntegutes bekannt sein . Hierzu wird sie meist einmalig je Frucht u nd Schlag bestim mt und als fester Wert eingegeben . Fraglich ist jedoch, ob dadurch der Ein
fluss d ieses Parameters gen ügend berücksichtigt wird . Es muss angenom
men werden, dass sich die Schüttdichte während des Dreschens ebenfalls ändert und es bei Abweichungen vom eingestell
ten Wert zu fehlerhaften Messungen
Obersicht 1 : Fehler- ,---, 11 b · d E • Korndurchsatz. (grain flow)
que en eJ er r-
• Kornfeuchte (grain moisturel tragsermittlung
• Positionsbestimmung (positioning)
Table 1: Error sources • Datensynchronisation (data syncnronisationl effecting yield logging • Kornverluste (graln losses)
• Hang (slopel
• Schüttdichte (bulk densityl
• Schwarzbesatz Ompurities) Realtime
:
• Weg/Geschwindigkeit (distancelvelocity)
• Schni tbreite (cutting width)
Mapping:
• Rastergröße (cell size)
• Interpolationsverfahren (interpolationl
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kommen kann. Sensoren zur kontinuierli
chen Messung der Schüttdichte während des Dreschens wären hier notwendig.
Derartige Geräte sind zur Zeit noch in der Entwicklung [ 1 , 5] .
Unabhängig vom Messprinzip des Durchsatzsensors muss u n bedingt eine Feuchtekorrektur durchgeführt werden.
H ierzu ist eine kontinuierliche Messung des Feuchtegrades des Erntegutes not
wendig. Über die Schlaglänge eines Fel
des kann sich d ie Körnerfeuchte erheb
lich ändern, beispielsweise von 12 auf bis zu mehr als 20 %.
Sensoren zur kontinuierlichen Feuchte
messung des Erntegutes existieren und sollten in der Korntankbefüllschnecke und nicht im Korntan k installiert sein. Der Feuchtewert sollte dem aktuellen Korn
d urchsatz zugeord net werden können, was bei Messungen im Korntank nicht möglich ist. Hier werden nur mittlere Feuchtewerte je Lad ung gemessen. Korn
d urchsatzmesssysteme ohne Feuchte
kompensation erlauben keine ausrei
chend genaue Ertragsermittlung [5).
Zur Darstellung und Vergleich barkeit der Ertragswerte in einer Ka rte müssen d ie Werte auf ein gleiches Feuchtenivea u bezogen werden. Ohne eine kontinuierli
che Messung des Feuchtegehalts u nd der Zuordnung zum Korndurchsatz ist d ieses nicht möglich .
Die Abtastrate für Durchsatzmessun
gen liegt bei ein bis drei Sekunden. Er
fahrungen ha ben gezeigt, dass d ie Ab
tastrate bei zwei oder drei Seku nden lie
gen sollte. Abtastraten von einer Sekunde stellen eine zu hohe Auflösung in Fahrt
richtung dar und belasten unnötig d ie Speicherkapazität des Bordcomputers sowie die Datenübertragung.
Die Kalibrierung der Korndu rchsatz
sensoren muss für jede Frucht und bei veränderten Erntebedingungen sehr sorgfältig durchgeführt werden. Dieses erfolgt in der Regel m it dem Gegenwiegen der Korntankladungen auf Fuhrwerks
waagen. Die Ergebnisse dieser Wiegun
gen sagen über den Fehler der lokalen Er
tragsbestimmung d i rekt wenig a us. Sie sind für eine hohe Gena uigkeit einer Er
tragskarte jedoch eine wichtige Voraus
setzung.
Wegmessung und Schnittbreite
Der gemessene Korndurchsatz muß zur Ermittlung des Ertrages auf die während des Zeitinterva lls a bgeerntete Fläche be
zogen werden. Diese Fläche ergibt sich aus dem zurückgelegten Weg und der Schnittbreite der Maschine. Der zurück
gelegte Weg wird an Mähdreschern über Wegimpu lszählung an Fahrzeugrädern oder über Radarsysteme gemessen. Sei
de Verfahren liefern m it entsprechend
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sorgfältiger Kalibrierung gute Ergebnisse.
Das Messen der aktuellen Schnittbreite während des Dreschens ist heute noch nicht praxisreif. Verschiedene Systeme wurden jedoch bereits auf ihre Zuverläs
sigkeit und Genauigkeit hin untersucht und es konnte nachgewiesen werden, dass die Qualität der Ertragskarten ver
bessert wurde [ 1 , 5, 6, 7). Lücken im Be
stand, Lagergetreide oder Unkrautnester werden von den Sensoren nur fehlerhaft erkannt und führen deshalb zu falschen Werten der Breite des abgeernteten Ge
treidebestandes.
ln den meisten Fällen wird heute mit ei
ner fest eingestellten, konstanten Schn itt
breite gearbeitet. ln diesem Fall muß der eingegebene Wert sehr wohl überlegt und gut gemessen sein. Von der Einhaltung dieses Wertes hängt die Genauigkeit der Größe der Bezugsfläche sowie der Er
tragswerte ab. Einige Bordcomputer in Mähdreschern erlauben a uch d ie schnel
le Änderung der Schnittbreite nach dem Teilbreitenprinzip.
Positionsbestimmung
Die Positionsbestimmung des Mähdre
schers während der Ernte auf dem Feld ist Voraussetzung für eine Ertragskartie
rung. ln den letzten Jahren ist die Zuver
lässigkeit und Genauigkeit der DG PS-Sys
teme verbessert worden. Heute gibt es ei
ne Vielzahl von U nternehmen, die G PS
und Referenzsignal-Empfangssysteme anbieten. Für d ie Ertragskartierung ist die Genauigkeit dieser Systeme mit 2 bis 5 m a usreichend [8).
Die flächendeckende Versorgung von Referenzsignalen ist heute leider immer noch nicht gegeben . Referenzsignale, die ebenfalls ü ber Satel litensysteme gesen
det werden, können diese Situation in den nächsten Jahren vielleicht verbes
sern .
Die Qualität und Zuverlässigkeit der Po
sitionierungsdaten lassen häufig zu wün
schen ü brig, so dass eine Ü berprüfung der Positionsdaten von Ertragsrohdaten nach wie vor wichtig erscheint. Störungen der DGPS-Empfänger treten leider häufig auf, so dass Positionierungsfehler entste
hen , die während des Dreschens nicht bemerkt werden.
Datensynchronisation (Datenzuordnung) Zur Berechnung eines Ertrages an einer bestim mten Position auf dem Feld (G PS
Ortu ng) müssen a l le hierfür notwendigen Sensordaten und andere Parameter die
ser Position zugeordnet werden. Dieses betrifft d ie zeitliche a ls a uch d ie lokale Synchronisation. Lokale Differenzen erge
ben sich beispielsweise aus dem Abstand des Messerbalkens (Standort der Pflan
zen) von der Position der G PS-Antenne.
Zeitliche Differenzen treten a ufgrund un
terschiedlicher Durchlaufzeiten der Kör
ner zum Kornd urchsatz- und Kornfeuch
tesensor a uf. Bei der Bestimmung der Durchlaufzeiten können sich a uch Ab
hängigkeiten vom Gesa mtmassedurch
satz ergeben [ 1, 4, 9).
Auswerte- und Kartierungsmethoden Vor dem Anwenden der eigentlichen Kar
tierungsprozed uren ist das Auswerten der Rohdaten über Filterprozeduren mit Plausi bilitätskontrol len notwend ig. Plau
sibilitätsprüfungen können sich a uf Posi
tionsdaten innerha lb der Feldgrenzen , Kreuzen d e r Fahrspuren, Fah rgeschwin
digkeit größer N u l l , G PS-Status oder ähn
liches beziehen. Hierd urch können erste Fehlerq uellen beseitigt werden. Auch a n
dere Werte, gemessen von Mähbeginn bis zum Erreichen eines dynamischen Gleichgewichts oder u mgekehrt, müssen aus den darzustellenden Daten hera us
genom men werden . Die Zeit vom Mähbe
ginn bis zum Erreichen d ieses Gleichge
wichts kann d u rchaus 16 Sekunden be
tragen [9, 10). Zum Teil wird a uch empfoh len, d ie Rohdaten mit bestimmten G lättungsa lgorithmen zu bearbeiten [11].
Zur Darstellung und Kartieru ng der Er
tragsdaten werden von den Geräteher
steilem, a ber auch von Mähdrescher
und Agrarsoftwarefirmen Programme.an
geboten. Leider gibt es bisher wen ig sys
tematische U ntersuchungen zur Eignung der angebotenen Computer-Programme für die Ertragskartierung. Nur in der eng
lischsprachigen Literatur sind U ntersu
chungen beka nnt [ 1 2, 13].
Die a m häufigsten a ngewandte Metho
de zu r Kartenkonstruktion ist die Krige
Approximation . Andere Verfahren sind die Inverse-Distanz-I nterpolation oder die Dreiecksvermaschu ng [9, 12, 14].
Die maximale Flächenauflösung von Ertragskarten mit einem Gesamtfehler von u nter 10 % liegt im M ittel bei 400 m2 oder 20 m [ 10, 15). Für höhere Flächen
a uflösungen werden d ie Fehler aufgrund der vielfältigen Störungen größer und da
mit ni�ht mehr akzeptabel.
Literaturhinweise sind vom Verlag unter LT 98 504 erhältlich.
Schlüsselwörter
Teilflächenspezifische Pflanzen prod ukti
on, Ertragsermittlung, Ertragskartierung, Fehlerquellen
Keywords
Site specific agriculture, yield logging, yield mapping, error sources
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