Samen zählen

SAATTECHNIK

··· · · • · · ··· • · · ·· · • • • • • • • • • · • · · • · • · · • ·· · · • • • • • • • · • • • • • · • • • • · • • • • • · · · • • • • · · • • · · · • • • • · · · ····

Herma nn J . Heege, Kiel, und Bened i kt Feld haus, Gießen kleinsten Quad rate die Sensordaten der ersten beiden Säulen ( hell in B ild 1) für die seh r kleinen Korna bstände wegzulas­

sen . Für die a uf diese Weise per Compu­

ter ermittelte Exponentialverteilung wird trotzdem u nterstellt, daß die Samenab­

stände bei 0 beginnen . Das Sensordefizit bei den sehr kleinen Samena bstä nden wird som it durch das Com puterpro­

gramm kom pensiert. Details des R echen­

progra m mes sind an a nderer Stelle [3, 4]

veröffentlicht.

Samen zählen

Regelung nach Samenzahlen bei Dril lmaschinen

Die Einstellung und Kontrolle von Sägerä­

ten nach Samenzahl je Flächeneinheit mit Hilfe optischer Sensoren ist nur bei Einzelkornablage üblich. Bei Sämaschi­

nen mit Volumendosierung dagegen ermöglicht die ungleichmäßige Samenfol­

ge bisher keine präzisen Signale der optischen Sensoren.

Es wird gezeigt, daß bei diesen Geräten dann die genaue Samenzahl erfaßt wer­

den kann, wenn der Sensor nur die größeren Samenabstände mißt. Zu diesem Zweck wird im Programm des Regelcom­

puters berücksichtigt, daß die Samenab­

stände in der Säleitung einer Exponenti­

alverteilung entsprechen. Die darauf basierende teilflächenspezifische Rege­

lung von Drillmaschinen wird behandelt.

D

er Pflanzen bau definiert d ie Saatmen­ge durch die Samenza hl je Flä­

cheneinheit Die Landwirte h ingegen stel­

len die Dri l l maschinen nach Saatmasse in kg/ha ein. Sie versuchen dad urch, die er­

forderliche Samenzahl je Flächeneinheit zu erreichen. Das gelingt keineswegs im­

mer. Abweichungen entstehen durch un­

terschiedlichen Radschlupf bei festem oder lockerem Acker sowie bei trockenem oder feuchtem Boden ; sie ergeben sich a uch durch Änderungen in der Schütt­

d ic hte, die wegen der Volumendosierung bei Drillmaschinen von B elang ist. Die Sch üttd ichte a ber variiert mit der Pflan­

zenart, der Sorte, der Herku nft und als Folge von Vi brationen im Saatgutbehälter, die das Absetzen des Saatgutes beein­

flussen. Schließlich können große Abwei­

chungen durch die variierende mittlere Kornmasse der Samen entstehen. Diese schwankt bei den europäischen Weizen­

sorten zwischen 40 bis 55 mg.

Alle genannten U nzulänglichkeiten würden durch eine zuverlässige R ege­

l u ng nach Samenzahlen je Flächenein­

heit beseitigt. H ierfür ist als Signalgeber zunächst ein optischer Sensor für die d u rch die Säleitung fallenden Sa men nötig.

Prof em. Dr. Hermann J. Heege ist im Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik der Universität Kiel tätig, Max-Eyth-Straße 6, 241 18 Kiel; e-mail: landtechnik@ilv. uni­

kiel.de

Dr. Benedikt Feldhaus war wissenschaftlicher Mitarbeiter im gleichen Institut und istjetzt bei der Werth Meßtechnik in Gießen tätig.

240

Sensorische Erfassung der Samenzahlen Die Voraussetzungen für die sensorische Erfassung der Samenzahlen sind bei Ein­

zelkornsaat deutlich günstiger als bei Drillsaat Die Samenabstände nach Zeit entsprechen bei Einzelkornsaat einer Normalverteil ung mit ei nem Variations­

koeffizienten zwischen 10 und 20 % bei gut eingestellten Geräten. Bei Drillsaat hingegen entsteht d urch die Volumendo­

sierung und die langen Säleitungen eine Exponentia lverteilung mit einem Variati­

onskoeffizienten von rund 1 00 %.

Bild 1 : Samenzählen durch den Sensor und die Exponentialvertei­

lung Fig. 1 : Seed recording

Zählfehler der Sensorik

Die Zä h lfeh ler des optischen Sensors mit oder ohne Kom pensation d u rch das Com­

puterprogra mm wurden d u rch Vergleich mit der tatsächlichen gelieferten Samen­

zah l ermittelt. Die Daten ohne Kompen­

sation durch das Computerprogram m entsprechen d e n gestrichelten und hellen Säulen in B i ld 1 .

T = 1 7, 8 ms

2

� optische Erfassung optical record Exponentialverteilung expon. function

3 4

by the sensor and the Relativer Samenabstand ₁₁₁

exponential distribu-tion c.._ ________Relative seed ____

_

_^distance ___¹¹¹ ______..j

l n Bild 1 sind d ie relativen Samenab­

stände nach Zeit für die Drillsaat darge­

stellt. Die relativen Samenabstände sind das Verhältnis zwischen den jeweiligen a bsoluten Abständen u nd dem M ittelwert a ller Abstä nde. Die Sä ulen entstammen den Daten des optischen Samensensors, wäh rend die durchgezogene Kurve der mehrfach für die Drillsaat bestätigten Ex­

ponentialverteilung [ 1 , 2, 3] e ntspricht.

Es ist deutlich erkennbar, daß der opti­

sche Samensensor d ie sehr kleinen Korn­

a bstände nicht erfaßt. Samen, d ie mit sehr geringem Abstand oder direkt ne­

beneinander durch die Sensorstrah len fallen, werden nämlich jeweils als nur ein Korn registriert. Die u n m ittel bar oberhal b der kleinen, nicht erfaßten Abstände l ie­

genden Klassen sind dad urc h ü berreprä­

sentiert.

Die Kompensation dieses Sensordefizites ist möglich, indem bei der Ermittlung der Kurve für die Exponentialverteilung von vornherein a uf die ungenauen Daten für die seh r kleinen Samenabstände verzich­

tet wird . Für die Lösung des Problemes bietet es sich daher an, bei der Regressi­

onsrech n u ng nach der Methode der

Der Zählfeh ler ohne Kom pensation er­

höht sich erwartungsgemäß m it der Korn­

frequenz.

Bei der G etreidesaat wird ü blicherweise m it Kornfrequenzen im Bereich zwischen 50 und 90 Körnern je Sekunde gearbei­

tet. Es entsteht dabei eine negative Ab­

weichung zur tatsächl ichen Samenza h l von 10 bis 17 % ( Bild 2). D i e Kom pensa­

tion über das Regressionsprogram m des Com puters verringert den Zählfehler sehr erheblich. Im Bereich der für Getreide ü b l ichen Kornfrequenzen liegt der Zä hl­

fehler immer unter 1,5 % . Der optische Sensor inklusive Zäh lfehlerkom pensation liefert somit genügend präzise Signale für d ie Anwendung. Das gilt nicht n u r für den in B ild 2 benutzten Weizen, sondern auch für andere Getreidearten [3] .

Regelungstechnik

Der optische Sensor in der Samenleitung liefert die Zäh lsignale an den Regelcom­

puter mit integriertem R egressionspro­

gra m m für d ie Kompensation des Zä h l­

fehlers ( Bild 3). Wen n die Ergebnisse der Ausgleichsrechnung von der eingegebe­

nen a ngestrebten Samenza h l a bweichen , wird e i n e elektrisch betriebene H u bspin-

53. Jahrgang LANDTEC H N I K 4/98

· · · - · · ·

5 Sensordefizit durch Regression kompensiert

r..

Sensor-deficit compensated for by regression 0 - - -

-20

40 60 0 1 0

Samenfrequenz [Hz]

Seed - frequency [Hz]

0 1 00 200 300 400

Samen je m2 Seeds per m2 del betätigt, die dann das Übersetzungs­

verhä ltn is für den Antrieb der Säwel le verändert. Der Regelcom puter erhält gleichfa lls Signa le von ei nem Geschwin­

digkeits-Aufnehmer, damit d ie Samenfre­

q uenz ständig der jeweiligen Fa hrge­

schwindigkeit angepaßt wird . Regelergebnisse

Die Präzision einer Regeltech n i k hängt ab von der Verstärkung in nerhalb des Sy­

stems. Die Verstä rkung sollte der Reakti­

on des Übersetzungsverhältnisses auf die Samenfreq uenz angepaßt werden. Wenn die Verstärkung Ü berreaktionen verur­

sacht. können exzessive Schwankungen in der Samenza h l entstehen.

Abgesehen von d iesem regeltechni­

schen Problem ergibt sich d ie Frage, wie­

viel Samen jeweils für einen Regeldurch­

ga ng vom optischen Sensor erfa ßt werden sollten. Je mehr Sa men für einen Regel­

d u rchga ng nötig sind, desto langsamer reagiert verständlicherweise das System . Bei z u wenig Sa men j e Regeldurchga ng ist a ndererseits davon a uszugehen, daß gleichfa lls größere Schwa nkungen um die angestrebte Soll-Samenza h l entstehen.

Bild 4 zeigt Versuchsergebnisse bei ei­

ner angepaßten Verstärkung, d ie sich a uf

Stellungsanzeige Position-indicator

stufen I. Getriebe

&

Bodenantrieb Ground-drive 0

C=:J

Coc\"d'�^ter

000

[iJ

000

500

Fahrgeschw. = 2 m/s Travel speed = 2 m/s

Reihenabst. = 1 o cm Row distance = 10 cm

140 600 700

Bild 2.· Zählfehler der Sensorik

Fig. 2: Deviation from seeds actually deliver­

ed

einen Ü bergang von 300 a uf 400 Samen je m2 beziehen . Es ist erkennbar, daß d ie Regelkurven sehr ungleichmäßig verlau­

fen , wenn wen iger a ls 100 Samen je Durchgang erfaßt werden. Die Regelkur­

ve für 200 Samen je Durchga ng hingegen steht nach der G leichmäßigkeit des Ver­

laufes derjen igen m it 500 Samen je Durchgang n icht nach . Es reichen also 200 Samen je Durchgang für einen steti­

gen Regelverlauf aus.

Folgerungen für den Einsatz

Der mittlere Korna bsta nd innerhal b der Reihe beträgt bei Getreide u m 2 cm . Daraus folgt, daß bei 200 Samen je Re­

geld urchgang jeweils auf eine Fa hr­

strecke von 4 m ein Signal entfä l lt. Das Regelsystem ist daher für die teilflächenspezifische Aussaat einsetzbar.

Der Ei nfl uß des Radschlupfes, der Sch üttd ichte des Saatgutes und der m itt­

leren Samenmasse auf d ie Pfla nzenza h l j e Flächenein heit sind beseitigt. Der La ndwirt kann die ausgebrachte Samen­

zah l je Flächeneinheit a uf einem Mon itor in der Tra ktorkabine überwachen .

Bild 3: Regelsystem für die Samenzahl

- cp� �

Geschwindigkeits-Aufnehmer Speed - sensor Fig. 3: Closed loop control system for seed

L----�---J numbeß 53. Jahrgang LANDTEC H N I K 4/98

Literatur

B ücher sind m it • gekennzeichnet [ 1 ] • Heege, H. J.: Die Gleichstand-, Drill- und

B reitsaat des Getreides u nter besonderer Berücksichtigung der flächen mäßigen Korn­

verteilu ng. KTL-Berichte ü ber Landtechnik, Nr. 1 12 , 1967

[2] Speelmann, L.: The seed d i stribution in bands of cereals. Journal of Agricultural Engineering Resea rch , London, 20, 0975), H. 1, S. 35 ff [3] • Feldhaus, 8. : Samenzählen und Regelung bei Sämaschinen mit Volumendosierung.

Forschungsbericht Agrartechnik des Arbeits­

kreises Forsch u ng und Lehre, VDI-MEG , Band 302, 1997

[4] Feldhaus, 8.: Samenzählen bei Drillmaschi­

nen. Landtechnik 52 ( 1996), H. 1, S. 10 ff.

- ,.._ 400 Samen Je Durchgang

" -+--500

}

___._ 300 seeds per run - · - 200

&

^{I I i I�\ 1 I j /o I · I h 115 I f f �I I I 12� I I I}

isb

Zahl der Regel-Durchgange Number or conlrol - runs

Bild 4: Regelung von 300 auf 400 Samen je m2

Fig. 4: C/osed loop control from 300 to 400 seeds per m2

Schlüsselwörter

Teilflächenspezifisches Drillen, Regelung, optischer Sensor für Samenzählen, Expo­

nentialverteil u ng

Keywords

Site specific drilling, closed loop control, opical sensing of seed n u m bers, expo­

nential d istribution

Vorschau

Für d ie Oktober-Ausgabe I h rer LAN D­

TECH N I K sind unter anderem folgen­

de Beiträge geplant:

• Kartoffeln zur Stärkegewinnung

• Reinigungsorgane in R ü benrodern

• Radarsensoren a uf dem Prüfstand

• Prozeßrechner zur Sta llklimasteue­

rung

• Zertifizierung landwirtschaftlicher Betriebe

241