PL247955B1

PL247955B1 - Yield mapping system based on the operation of the round press and the yield mapping method

Info

Publication number: PL247955B1
Application number: PL442360A
Authority: PL
Inventors: Michał Napierała
Original assignee: Univ Przyrodniczy W Poznaniu
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2025-09-22
Also published as: PL442360A1

Abstract

System mapowania plonu oparty o pracę prasy rolującej, składający się z: trakera (1) - znanego np. w logistyce, systemu ustalającego chwilowe miejsce położenia - przemieszczania się prasy, wraz z rejestracją danych, który zamocowany jest trwale do dowolnego elementu konstrukcyjnego prasy lub ciągnika zamontowanego w układzie jezdnym, w bezpośredniej bliskości koła jezdnego czujnika zbliżeniowego (5) lub kątowego mierzącego prędkość jazdy, którą w proponowanym systemie wyznacza się w oparciu o zliczanie ilości obrotów koła co najmniej jednego czujnika ultradźwiękowego (6), jaki zamontowany jest 80 - 100 cm nad terenem, bezpośrednio pod zaczepem prasy lub bezpośrednio przed traktorem czujnika wilgotności biomasy (8), cztery belek tensometrycznych (7), jakie są rozmieszone w narożnikach ruchomej platformy i zestawionym z nimi czujnikiem otwarcia komory prasy (4). Sposób mapowania plonu, polega na tym, że podczas pracy prasy rolującej za pomocą trakera wykonuje się pomiar co 5 sekund, rejestrując i wysyłając aktualne współrzędne położenia pojazdu co 20 sekund, równolegle mierzy się prędkość przemieszczania prasy, a także określa się wysokość pokosu. Uzyskane wyniki zestawia się ze zmierzoną dla danego położenia pojazdu wilgotnością przetwarzanej biomasy, a po uzyskaniu informacji o zakończeniu formowania się beli otwiera się komorę prasy. Otwarcie komory prasy uruchamia system pomiaru wagi, a jej zamknięcie go wyłącza. W tym samym czasie równolegle zapisywane są uzyskane wyniki wagi wraz z jej położeniem w postaci współrzędnych pochodzących z trakera.A crop mapping system based on the operation of a round baler, consisting of: a tracker (1) - known e.g. in logistics, a system determining the momentary position - movement of the baler, together with data recording, which is permanently attached to any structural element of the baler or tractor mounted in the running gear, in the immediate vicinity of the running wheel, a proximity sensor (5) or an angle sensor measuring the driving speed, which in the proposed system is determined based on counting the number of wheel revolutions, at least one ultrasonic sensor (6), which is mounted 80 - 100 cm above the ground, directly under the hitch of the baler or directly in front of the tractor, a biomass moisture sensor (8), four strain gauge beams (7), which are arranged in the corners of the moving platform and a bale chamber opening sensor (4) connected to them. The yield mapping method involves measuring the baler every 5 seconds using a tracker, recording and transmitting the current vehicle position coordinates every 20 seconds. The baler's speed is also measured and the swath height is determined. The obtained results are compared with the moisture content of the processed biomass measured for the given vehicle position. After receiving information that the bale has finished forming, the bale chamber is opened. Opening the bale chamber activates the weighing system, while closing it deactivates it. At the same time, the obtained weighing results, along with its position, are simultaneously recorded as coordinates from the tracker.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie i sposób do mapowania plonu oparty o pracę prasy rolującej.The subject of the invention is a device and method for mapping crop yield based on the operation of a round baler.

Zarządzanie produkcją w rolnictwie, jest istotną kwestią jeśli chodzi o optymalizację procesu produkcji roślinnej. Dotyczy to coraz częściej już nie tylko większych gospodarstw, ale „wchodzi pod strzechy” również w tych mniejszych. W dobie galopującego wzrostu cen czynników do produkcji rolnej, proces zarządzania nie może opierać się już na zwykłej lustracji pola. Konieczne jest poszukiwanie nowych bardziej efektywnych rozwiązań. W tym celu wymagane są jednak dodatkowe informacje, pozyskane z innych źródeł. Jednym z nich jest zastosowanie systemu do mapowania plonu. Pozwala on sprawdzić, czy dotychczas podjęte działania (takie jak np. zmienne dawkowanie nawozów, badania gleboznawcze) przyniosły zamierzony efekt produkcyjny. Takie dane dostarczają nie tylko przestrzennej informacji o stanie pola, ale mogą w kolejnych latach posłużyć, jako mapa potencjału plonotwórczego. Pomimo, iż tworzenie map plonu ma swe początki jeszcze w latach 80-tych to istniejące systemy są nadal bardzo drogie, dostępne tylko dla wąskiego grona odbiorców. Ponadto wiele z tych systemów, szczególnie tego starszego typu, ma wiele mankamentów i wymaga częstej kalibracji oraz systematycznego serwisowania. W efekcie maszyny, które posiadają nawet takie systemy (kombajny i sieczkarnie), nie zawsze z nich korzystają, zwłaszcza, jeśli mowa o pracy usługowej.Agricultural production management is a crucial issue when it comes to optimizing crop production. This is increasingly true not only for larger farms but is also becoming commonplace on smaller farms. With the rapidly rising prices of agricultural inputs, the management process can no longer be based on simple field inspections. It is necessary to seek new, more effective solutions. However, this requires additional information obtained from other sources. One such solution is the use of a yield mapping system. This allows for verification of whether previously undertaken actions (such as variable fertilizer application rates or soil testing) have achieved the intended production effect. Such data not only provides spatial information about the field's condition but can also be used in future years as a map of yield potential. Although yield mapping began in the 1980s, existing systems are still very expensive and available only to a limited number of users. Furthermore, many of these systems, especially the older ones, have numerous shortcomings and require frequent calibration and regular servicing. As a result, machines that even have such systems (combine harvesters and forage harvesters) do not always use them, especially when it comes to service work.

Na rynku znajdują się podobne rozwiązania, ale stosowane na prasach kostkujących wielkoi nisko-gabarytowych. Tutaj uzyskano dość niski błąd pomiaru wagi beli, który nie przekracza 3%. W przypadku pras rolujących można napotkać na rozwiązania mogące służyć osiągnięciu celu jakim jest mapowanie plonu. Jednym z nich są systemy pomiaru wagi, jakże istotne w procesie mapowania pola. Analizy dynamicznego pomiaru przyrostu ilości biomasy w komorze nie były zbyt optymistyczne, dając błąd pomiaru na poziomie 10%. W efekcie zrezygnowano z tego sposobu ważenia na rzecz pomiaru statycznego, w momencie postoju prasy, w czasie procesu nawijania sznurka czy siatki. Tutaj w tym zakresie istnieje szereg rozwiązań, dających błąd na poziomie 2-3%. Badania nad procesem jakości belowania pasz objętościowych wprowadziły dodatkowo konieczność regulacji ciśnienia i siły zgniotu w czasie pracy. Jest to obecnie dość powszechnie znana technologia stosowana w celu uzyskania tzw. miękkiego rdzenia. Firma Kuhn w swej topowej wersji prasy VB 7190 wprowadziła dodatkowo pomiar wilgotności beli w komorze prasowania dla lepszego uzyskania stopnia zgniotu. Firma zapewnia, że jest to jej autorskie rozwiązanie, aczkolwiek jedynym producentem tego typu czujnika wilgotności biomasy jest firma Harvesttec. Dodatkowo rozwiązania tej firmy bazują na polepszaniu jakości pasz objętościowych. Prostsze urządzenia do pomiaru wilgotności oferują m.in. firmy Agreto czy Dramiński. Jeszcze inne rozwiązania bazują na procesie analizy przepływu biomasy, dla równomiernego zapewnienia obciążenia silnika ciągnika, wykorzystując do tego czujnik ultradźwiękowy badający grubość biomasy wpadającej do komory prasowania. W efekcie korzystając z istniejących już rozwiązań uzyskano niezbędne elementy do tego aby stworzyć zestaw urządzeń do mapowania plonu, polegający m.in. na fizycznej integracji ww. urządzeń w tym w szczególności oprogramowania sterującego.Similar solutions are available on the market, but they are used on both large and small square balers. In this case, a relatively low bale weight measurement error of less than 3% was achieved. In the case of round balers, solutions can be found that can achieve the goal of yield mapping. One such solution is weighing systems, which are crucial in the field mapping process. Analyses of dynamic measurement of biomass growth in the chamber were not very optimistic, yielding a measurement error of 10%. As a result, this weighing method was abandoned in favor of static measurement when the baler was at a standstill, during the twine or net wrapping process. In this regard, a number of solutions exist, yielding an error of 2-3%. Research on the quality of bulk feed baling has additionally introduced the need to regulate pressure and compression force during operation. This is now a widely recognized technology used to obtain a so-called soft core. Kuhn, in its top-of-the-line VB 7190 baler, has also introduced bale moisture measurement in the bale chamber for improved compaction. The company asserts that this is its proprietary solution, although Harvesttec is the sole manufacturer of this type of biomass moisture sensor. Furthermore, this company's solutions are based on improving the quality of bulk feed. Simpler moisture measurement devices are offered by companies such as Agreto and Dramiński. Other solutions rely on biomass flow analysis to ensure even tractor engine load, utilizing an ultrasonic sensor that measures the thickness of the biomass entering the bale chamber. As a result, using existing solutions, the necessary components were obtained to create a set of yield mapping devices, involving, among other things, the physical integration of the aforementioned devices, particularly the control software.

O ile w prasach kostkujących tego typu systemy stały się już komercyjne, o tyle w prasach rolujących one nie występują.While these types of systems have already become commercially available in square balers, they are not available in round balers.

Celem realizowanego projektu było stworzenie sposobu mapowania plonu opartego na istniejących rozwiązaniach, w szczególności pasz objętościowych takich jak trawy na siano i kiszonkę, zbieranego za pomocą prasy rolującej. Dodatkowo celem wynalazku było zintegrowanie różnego rodzaju urządzeń do wspólnego celu jakim jest opracowanie mapy pola. Rozwiązanie dedykowane jest do zastosowania w prasach rolujących, z uwagi na znacznie większą podaż tych maszyn na rynku, w stosunku do pras wielkogabarytowych.The goal of the project was to create a method for crop mapping based on existing solutions, particularly for bulky forages such as hay and silage grasses harvested with a round baler. Additionally, the invention aimed to integrate various types of devices for the common purpose of developing a field map. The solution is designed for use with round balers, due to the significantly greater availability of these machines on the market compared to large-scale balers.

Sposób mapowania plonu oparty o pracę prasy rolującej według wynalazku polega na śledzeniu kolejnych przejazdów ciągnika z prasą rolującą. Taka informacja w połączeniu z wiedzą na temat położenia i odległości pomiędzy kolejnymi belami oraz masą zebranej beli pozwala określić wielkości uzyskiwanego plonu. Im większa będzie odległość między kolejnymi belami tym plon będzie mniejszy i na odwrót. Każda zebrana bela jest bowiem odpowiednikiem plonu jaki został zebrany z pokosu. Pokos natomiast jest odpowiednikiem powierzchni z jakiej zebrano biomasę, ściśle zależną od szerokości roboczej kombajnu lub kosiarki. W przypadku słomy mamy plon uboczny, który niejako jest ściśle powiązany z plonem głównym jakim jest ziarno. W przypadku pasz objętościowych plonem głównym jest zbierana biomasa, lecz do określenia plonu referencyjnego tzw. plonu suchej masy wymagany jest dodatkowo pomiar wilgotności i temperatury prasowanego materiału. W oparciu o te dane przygotowuje się wstępnie prostą mapę plonu. Aby zwiększyć dokładność tego wyniku konieczna jest jednak wiedza o formowaniu się beli w trakcie prasowania. W tym celu maszynę zbierającą wyposaża się w czujniki pomiarowe. W przypadku prasy zmienno-komorowej zmienność plonowania analizowana może być przez szybkość wychylenia rolki napinacza za pomocą czujnika kątowego - enkodera. Tutaj jednak istnieje pewne ograniczenie związane z działaniem takiego układu pomiarowego. Rolka napinacza zaczyna działać dopiero od momentu kiedy w komorze znajduje się odpowiednia ilość biomasy. Takie rozwiązanie nie jest więc do końca precyzyjne. W przypadku prasy stało-komorowej czujnik ma postać czujnika ultradźwiękowego do pomiaru zmiany ilości przepływającej biomasy, poprzez analizę zmienności wysokości pokosu, czujnik ultradźwiękowy można więc zastosować zamiast enkondera w prasie zmienno-komorowej. W obu przypadkach możliwa będzie obserwacja przepływu biomasy oraz procesu formowania się beli. Ten proces możliwy jest dzięki kilku pomiarom wykonywanym równocześnie. Najważniejszym z nich jest pomiar ogólny masy beli zmierzonej na odrzutniku - rampie wylotowej, wraz z określeniem jej położenia. Drugim istotnym parametrem jest wysokość pokosu oraz wilgotność biomasy. Te pomiary wykonywane są z dużą częstotliwością co najmniej 5 Hz i zapisywane są jako wartości średnie z częstością co najmniej raz na 5 sekund. W ten sposób informacje te w połączeniu z danymi o aktualnym położeniu beli pozwalają określić zachodzącą zmienność ilości biomasy w pokosie. Znamiennym jest, że precyzyjna lokalizacja położenia nie odbywa się tutaj za pomocą bardzo drogich systemów GPS-RTK, a oparta jest na sprawdzonym systemie śledzenia bieżącej lokalizacji pojazdów bazującej na systemie GPS i GSM. Dzięki technologii zbioru na jakiej bazuje prasa rolująca, czyli cykliczności, w ten sposób w trakcie owijania beli, odbywa się dokładny pomiar jej położenia, co jest kluczowe dla ostatecznego zmapowania pola. Dodatkowo w systemie przewidziano pomiar prędkości jazdy. Otrzymane w ten sposób dane posłużą do korekty współrzędnych dotyczących aktualnego położenia prasy.The innovative method of yield mapping based on the operation of a round baler involves tracking successive passes of the tractor with the round baler. This information, combined with knowledge of the position and distance between successive bales and the harvested bale weight, allows for determining the yield. The greater the distance between successive bales, the lower the yield, and vice versa. Each harvested bale is equivalent to the yield collected from a swath. A swath, in turn, represents the area from which the biomass was harvested, which is closely dependent on the working width of the combine or mower. In the case of straw, we have a side crop, which is closely linked to the main crop, i.e., grain. In the case of bulk feed, the main crop is the harvested biomass, but to determine the reference yield, i.e., dry matter yield, additional measurements of the moisture and temperature of the baled material are required. Based on this data, a simple yield map is prepared. To improve the accuracy of this result, however, knowledge of bale formation during baling is necessary. For this purpose, the harvesting machine is equipped with measuring sensors. In the case of a variable-chamber baler, yield variability can be analyzed by the deflection speed of the pre-tensioner roller using an angular sensor – an encoder. However, there are certain limitations to the operation of this measuring system. The pre-tensioner roller only begins operating when the appropriate amount of biomass is present in the chamber. This solution is therefore not entirely accurate. In the case of a fixed-chamber baler, the sensor is an ultrasonic sensor that measures changes in the amount of biomass flowing by analyzing variations in the swath height. Therefore, an ultrasonic sensor can be used instead of an encoder in a variable-chamber baler. In both cases, it is possible to observe the biomass flow and the bale formation process. This process is possible thanks to several measurements performed simultaneously. The most important of these is the overall measurement of the bale weight measured at the discharge ramp, along with determining its position. The second important parameter is the swath height and biomass moisture content. These measurements are taken at a high frequency of at least 5 Hz and recorded as average values at least once every 5 seconds. This information, combined with data on the current bale position, allows for the determination of biomass variability in the swath. Significantly, precise positioning is not achieved using expensive GPS-RTK systems, but rather relies on a proven system for tracking the current vehicle location based on GPS and GSM. Thanks to the harvesting technology used by the round baler, i.e., cyclicity, its position is precisely measured during bale wrapping, which is crucial for the final field mapping. Additionally, the system measures travel speed. The data obtained in this way will be used to correct the coordinates of the baler's current position.

Urządzenie do mapowania plonu oparte o pracę prasy rolującej składa się z:The yield mapping device based on the operation of a round baler consists of:

- trakera (1) - dowolny znany stosowany np. w logistyce, ustalający chwilowe miejsce położenia - przemieszczania się prasy, który zamocowany jest trwale do dowolnego elementu konstrukcyjnego prasy lub ciągnika. Z pomocą trakera wykonuje się pomiar położenia jak i możliwa jest rejestracja pozostałych parametrów pracy. Odczyt pozycji odbywa się co najmniej co 5 sekund, rejestrując i wysyłając aktualne współrzędne położenia do chmury danych co 20 sekund. System pozycjonowania trakera (1) opiera się na dwóch niezależnych pomiarach wykorzystując dane satelitarne z GPS oraz dane z GSM. W ten sposób uzyskuje się zadowalające dla wynalazku dokładności na poziomie 1-3 m. Jest to możliwe z uwagi na fakt, że pomiar położenia beli wykonywany jest w trakcie postoju maszyny, w momencie owijania beli. Dzięki temu, że zbiór jest liniowy, pasowy, chwilowy brak danych w pomiarach możliwy jest do uzupełnienia za pomocą interpolacji. Należy mieć na uwadze, że dokładność takiego systemu nigdy nie będzie większa od dokładności wykonywanej komercjalnymi rozwiązaniami. Wynika to z faktu, że praca prasą zbierającą jest następczą po kombajnie czy kosiarce. W efekcie rozdzielczość pomiarowa nie będzie większa od tej w systemie komercyjnym (kombajnie, kosiarce).- Tracker (1) - any known device used, for example, in logistics, to determine the current position and movement of the baler. This device is permanently attached to any structural element of the baler or tractor. The tracker measures the position and allows for recording other operating parameters. Position readings are taken at least every 5 seconds, recording and sending the current position coordinates to the data cloud every 20 seconds. The positioning system of the tracker (1) is based on two independent measurements using satellite data from GPS and GSM. This allows for accuracy of 1-3 m, which is satisfactory for the invention. This is possible because the bale position is measured while the machine is stationary, during the wrapping process. Due to the linear, band-like nature of the harvest, any momentary data gaps in the measurements can be compensated for using interpolation. It should be noted that the accuracy of such a system will never exceed that of commercial solutions. This is because the baler operates in succession to the combine or mower. As a result, the measurement resolution will not be greater than that of a commercial system (combine or mower).

- z zamontowanego w układzie jezdnym, w bezpośredniej bliskości koła jezdnego prasy czujnika kątowego mierzącego prędkość jazdy, którą w proponowanym systemie wyznacza się w oparciu o zliczanie ilości obrotów koła. Przy czym, korzystnie, gdy zbierane przez niego dane pokrywają się trakerem (1), tak, że w oparciu o chwilowe czasy i miejsca przemieszczania się, określa się chwilową prędkość jazdy pomiędzy punktami. W innym korzystnym przykładzie wykonania czujnik prędkości ma postać czujnika indukcyjnego (5). Czujnik indukcyjny jest czujnikiem zbliżeniowym krótkiego zasięgu do 20-30 mm, który rejestruje obroty koła jezdnego prasy i przekłada tą informacje na prędkość liniową. Czujnik dodatkowo określa dokładnie kiedy prasa jest w ruchu a kiedy nie.- an angular sensor mounted in the drive system, in close proximity to the press's drive wheel, measuring travel speed. In the proposed system, the speed is determined by counting the number of wheel revolutions. Preferably, the data collected by this sensor overlaps with the tracker (1), so that the instantaneous travel speed between points is determined based on the instantaneous times and locations of travel. In another preferred embodiment, the speed sensor is an inductive sensor (5). The inductive sensor is a short-range proximity sensor, up to 20-30 mm, that records the press's drive wheel revolutions and translates this information into linear speed. The sensor also accurately determines when the press is in motion and when it is not.

- co najmniej jednego czujnika ultradźwiękowego (6), określającego wysokość pokosu. Czujnik zamontowany jest 80-100 cm nad terenem, bezpośrednio pod zaczepem prasy lub bezpośrednio przed traktorem np. na przednim TUZ. Korzystnie gdy czujnik jest podwojony pozwalający swym zasięgiem objąć większą szerokość roboczą, tak, że dwa czujniki zamontowane są po obu stronach dyszla prasy. W przypadku zamontowania czujnika/czujników na traktorze, wprowadza się korektę uwzględniającą przesunięcie czasowe/odległościowe. Przy czym szerokość wiązki pomiarowej pojedynczego odległościowego czujnika ultradźwiękowego jest nie mniejsza niż 80 cm. Dodatkowo przy pomiarze odległości od pokosu, pierwsze 20 cm wysokości to tzw. strefa martwa dla czujnika. Oznacza to, że grubość warstwy pokosu może się więc wahać od 0 do 60 cm.- at least one ultrasonic sensor (6) to determine the swath height. The sensor is mounted 80-100 cm above the ground, directly under the baler hitch or directly in front of the tractor, e.g., on the front three-point linkage. It is advantageous to double the sensor to cover a larger working width, so that two sensors are mounted on either side of the baler drawbar. If the sensor(s) are mounted on the tractor, a correction is made to account for time/distance shifts. The measuring beam width of a single ultrasonic distance sensor is no less than 80 cm. Additionally, when measuring the distance from the swath, the first 20 cm of height is the so-called sensor dead zone. This means that the thickness of the swath layer can vary from 0 to 60 cm.

- czujnika wilgotności biomasy (8), pozwalającego w głównej mierze kontrolować wstępną jakość pasz objętościowych, w tym w szczególności siana i sianokiszonki. W analizowanym przypadku czujnik ten pozwoli określić plon suchej masy, jako plon referencyjny. W wynalazku można zastosować dwa typy analogowych czujników rezystancyjnych zamontowanych bezpośrednio w komorze prasy: pierwszy (czujnik H20 firmy Harvesttec) bazujący na pomiarze różnicy oporności w całym przekroju belowanej biomasy za pomocą dwóch elektrod umieszczonych po obu stronach komory oraz drugi typu pad (czujnik PFM III firmy Agreto) mierzący rezystancje punktowo, tylko w miejscu styku biomasy przylegającej do elektrod umieszczonych na jednej stronie komory. Wszystkie czujniki wilgotności posiadają dodatkowy pomiar temperatury, dla kompensacji wyników.- a biomass moisture sensor (8), primarily used to monitor the initial quality of bulk feed, particularly hay and haylage. In this case, this sensor will determine the dry matter yield as a reference yield. The invention can utilize two types of analog resistance sensors mounted directly in the bale chamber: the first (Harvesttec's H20 sensor) measures the resistance difference across the entire cross-section of the baled biomass using two electrodes placed on both sides of the chamber, and the second, a pad-type sensor (Agreto's PFM III sensor), measures resistance point-by-point, only where the biomass contacts the electrodes placed on one side of the chamber. All moisture sensors have an additional temperature measurement to compensate for the results.

- czterech czujników tensometrycznych (7) rozmieszonych w pobliżu narożników ruchomej platformy rozładunkowej (rampy) prasy sprzężonych równolegle z czujnikiem otwarcia komory prasy (4). Informacja o zakończeniu formowania się beli jest przekazana do układu pomiarowego poprzez otwarcie komory prasy. Wówczas czujnik indukcyjny wykrywa brak kontaktu z metalową obudową i sygnalizuje otwarcie komory. Czujnik otwarcia komory uruchamia w ten sposób pomiar wagi za pomocą czujników tensometrycznych (7). Badania wstępne wykazały, że zmiana kąta nachylenia rampy, na której będzie wykonywany pomiar beli zmienia się zgodnie z ustalonym wielomianem 2 stopnia. Dlatego też możliwe jest wprowadzenie stałej korekty mierzonej wagi. W przypadku pracy w terenie pagórkowatym do zespołu belek tensometrycznych przyłączony jest inklinometr wprowadzający korekty na bieżąco. Czujniki tensometryczne (7) w ilości 4 szt. zamontowane są w określonych odległościach od siebie na odrzutniku beli. W zależności od konstrukcji rampy średnica/szerokość czujnika nie jest większa jak 30 mm. Czujniki są przykręcone do osłon i przykryte ruchomą w płaszczyźnie równoległej do rampy płytką w celu przekazywania tylko i wyłącznie sił pionowych na czujniki. W oparciu o stały pomiar nacisku na te czujniki, po skorelowaniu wysokości pokosu, wilgotności i prędkości jazdy, określa się średni przepływ biomasy w czasie. Obciążenie znamionowe pojedynczego tensometru nie powinno być mniejsze niż 10000 N i nie większe jak 50000 N, z uwagi na zachowanie jak największej dokładności pomiaru. Przeciętna dokładność tego typu tensometrów wynosi ok. 0,05% pełnej skali (FC), dając tym samym błąd na poziomie 0,5 kg przy 1000 kg beli.- four strain gauge sensors (7) located near the corners of the baler's moving unloading platform (ramp), coupled in parallel with the bale chamber opening sensor (4). Information about the completion of bale formation is transmitted to the measuring system by opening the bale chamber. The inductive sensor then detects a lack of contact with the metal housing and signals the chamber opening. The chamber opening sensor thus initiates weight measurement using strain gauge sensors (7). Preliminary tests have shown that changes in the angle of the ramp on which the bale measurement will be performed vary according to a fixed second-degree polynomial. Therefore, it is possible to introduce a constant correction to the measured weight. For operation in hilly terrain, an inclinometer is connected to the strain gauge beam assembly, which makes continuous corrections. Four strain gauge sensors (7) are mounted at specific distances from each other on the bale kicker. Depending on the ramp design, the sensor diameter/width is no greater than 30 mm. The sensors are bolted to the covers and covered with a plate that moves in a plane parallel to the ramp to transmit only vertical forces to the sensors. Based on continuous pressure measurement on these sensors, after correlating crop height, moisture content, and forward speed, the average biomass flow over time is determined. The rated load of a single strain gauge should be no less than 10,000 N and no more than 50,000 N to maintain maximum measurement accuracy. The average accuracy of this type of strain gauge is approximately 0.05% of full scale (FS), resulting in an error of 0.5 kg for a 1,000 kg bale.

Sposób mapowania plonu oparty o pracę prasy rolującej według wynalazku, polega na tym, że podczas pracy prasy rolującej za pomocą trakera wykonuje się pomiar co najmniej co 5 sekund, rejestrując i wysyłając aktualne współrzędne położenia pojazdu co 20 sekund, równolegle mierzy się prędkość przemieszczania prasy, a także określa wysokość pokosu, po czym uzyskane wyniki zestawia się ze zmierzoną dla danego położenia pojazdu wilgotnością belowanej biomasy. Po uzyskaniu informacji o zakończeniu formowania się beli otwiera się komorę prasy. Wraz z otwarciem komory prasy uruchamia się układ pomiarowy, który prowadzi pomiar wagi beli do momentu zamknięcia komory prasy. Po tym czasie system zapisuje uzyskane wyniki wagi wraz ze współrzędnymi położenia beli pochodzącymi z trakera.The method of yield mapping based on the operation of a round baler, according to the invention, involves taking measurements at least every 5 seconds while the round baler is in operation, using a tracker to record and transmit the current vehicle position coordinates every 20 seconds. Simultaneously, the baler's speed is measured and the swath height is determined. The obtained results are then compared with the moisture content of the baled biomass measured for the given vehicle position. After receiving information that the bale has completed forming, the bale chamber is opened. This opening activates the measuring system, which measures the bale weight until the bale chamber is closed. After this time, the system records the obtained weight values along with the bale position coordinates from the tracker.

W oparciu o pozyskane dane prowadzi się proces tworzenia mapy plonu, który jest oparty o zastosowany moduł GPS i GSM tak, że określa się m.in. przebytą drogę w trakcie prasowania, w oparciu o którą generuje się po zbiorze mapę plonu, np. poprzez wczytanie danych do darmowego programu do przetwarzania map i analiz przestrzennych. Wprowadzone w systemie dodatkowe czujniki pozwolą zweryfikować prowadzone pomiary i w przyszłości ewentualnie wykluczą konieczność ich zastosowania. Chodzi tutaj np. o zastąpienie dodatkowego czujnika wilgotności, czy prędkości jazdy. Cały układ pomiarowy oparty jest o stałą częstotliwość, która nie powinna być mniejsza niż 5 Hz (dotyczy to pomiaru wysokości pokosu, oraz wilgotności biomasy). Pozostałe parametry takie jak, prędkość jazdy czy sygnał otwarcia komory z oczywistych względów, uzależnione są od technicznych warunków pracy maszyny. W tym względzie pomiar wagi powinien być wykonany w czasie nie dłuższym niż 5 sekund (czas ten uzależniony jest od samej konstrukcji ramy zrzutowej - odrzutnika beli).Based on the acquired data, a yield map is created using GPS and GSM modules, determining, among other things, the distance traveled during baling. This is then used to generate a post-harvest yield map, for example, by uploading the data to a free map processing and spatial analysis program. Additional sensors introduced in the system will allow for verification of the measurements and potentially eliminate the need for their use in the future. This includes replacing additional moisture or travel speed sensors. The entire measurement system is based on a constant frequency, which should not be lower than 5 Hz (this applies to measuring swath height and biomass moisture). Other parameters, such as travel speed and the chamber opening signal, are, for obvious reasons, dependent on the technical operating conditions of the machine. In this regard, the weight measurement should be completed in no longer than 5 seconds (this time depends on the design of the bale ejector frame).

Układ pomiarowy według wynalazku przedstawiono na rysunku fig. 1 obrazującym widok na prasę od strony otwartej komory, fig. 2 przedstawia widok od przodu (widoczny podbieracz i rotor), fig. 3 przedstawia widok od boku (widoczny rozkład tensometrów oraz czujników ultradźwiękowych), fig. 4 przedstawia schemat instalacji systemu.The measuring system according to the invention is shown in Fig. 1, which shows the view of the baler from the side of the open chamber, Fig. 2 shows the front view (pickup and rotor visible), Fig. 3 shows the side view (distribution of strain gauges and ultrasonic sensors visible), Fig. 4 shows the system installation diagram.

Urządzenie do mapowania plonu oparty oparte o pracę prasy rolującej składa się z:The yield mapping device based on the operation of a round baler consists of:

- trakera (1) - dowolny znany stosowany np. w logistyce, ustalający chwilowe miejsce położenia - przemieszczania się prasy, który zamocowany jest trwale do dowolnego elementu konstrukcyjnego prasy. Z pomocą trakera wykonuje się pomiar położenia jak i możliwa jest rejestracja pozostałych parametrów pracy. Odczyt pozycji odbywa się co najmniej co 5 sekund, rejestrując i wysyłając aktualne współrzędne położenia do chmury danych co 20 sekund. System pozycjonowania trakera (1) opiera się na dwóch niezależnych pomiarach wykorzystując dane satelitarne z GPS oraz dane z GSM. W ten sposób uzyskuje się zadowalające dla systemu według wynalazku dokładności na poziomie 1-3 m. Jest to możliwe z uwagi na fakt, że pomiar położenia beli wykonywany jest w trakcie postoju maszyny, w momencie owijania beli. Dzięki temu, że zbiór jest liniowy, pasowy, chwilowy brak danych w pomiarach możliwy jest do uzupełnienia za pomocą interpolacji. Należy mieć na uwadze, że dokładność takiego systemu nigdy nie będzie większa od dokładności wykonywanej komercjalnymi rozwiązaniami. Wynika to z faktu, że praca prasą zbierającą jest maszyną następczą po kombajnie czy kosiarce. W efekcie rozdzielczość pomiarowa nie będzie większa od tej w systemie komercyjnym (kombajnie, kosiarce).- Tracker (1) - any known device used, for example, in logistics, to determine the current position and movement of the baler. This device is permanently attached to any structural element of the baler. The tracker measures the position and allows for recording other operating parameters. Position readings are taken at least every 5 seconds, recording and sending the current position coordinates to the data cloud every 20 seconds. The positioning system of the tracker (1) is based on two independent measurements using satellite data from GPS and GSM. This allows for a satisfactory accuracy of 1-3 m for the system according to the invention. This is possible because the bale position is measured while the machine is stationary, during the bale wrapping process. Due to the linear, band-like nature of the harvest, any momentary data gaps in the measurements can be compensated for using interpolation. It should be noted that the accuracy of such a system will never exceed that of commercial solutions. This is because the baler is a secondary machine to the combine or mower. As a result, the measurement resolution will not be greater than that of a commercial system (combine or mower).

- z zamontowanego w układzie jezdnym, w bezpośredniej bliskości koła jezdnego czujnika kątowego mierzącego prędkość jazdy, którą w proponowanym systemie wyznacza się w oparciu o zliczanie ilości obrotów koła. Przy czym, korzystnie, gdy zbierane przez niego dane pokrywają się trakerem (1), tak, że w oparciu o chwilowe czasy i miejsca przemieszczania się, określa się chwilową prędkość jazdy pomiędzy punktami. W innym korzystnym przykładzie wykonania czujnik prędkości ma postać czujnika indukcyjnego (5). Czujnik indukcyjny jest czujnikiem zbliżeniowym krótkiego zasięgu do 20-30 mm, który rejestruje obroty koła jezdnego prasy i przekłada tą informacje na prędkość liniową. Czujnik dodatkowo określa dokładnie kiedy prasa jest w ruchu a kiedy nie.- an angle sensor mounted in the drive system, in close proximity to the drive wheel, measuring the travel speed. In the proposed system, the speed is determined by counting the number of wheel revolutions. Preferably, the data collected by this sensor overlaps with the tracker (1), so that the instantaneous travel speed between points is determined based on the instantaneous times and locations of travel. In another preferred embodiment, the speed sensor is an inductive sensor (5). The inductive sensor is a short-range proximity sensor, up to 20-30 mm, that records the rotation of the press's drive wheel and translates this information into linear speed. The sensor also accurately determines when the press is in motion and when it is not.

- co najmniej jednego czujnika ultradźwiękowego (6), określającego wysokość pokosu. Czujnik zamontowany jest 80-100 cm nad terenem, bezpośrednio pod zaczepem prasy lub bezpośrednio przed traktorem np. na przednim TUZ. Korzystnie gdy czujnik jest podwojony pozwalający swym zasięgiem objąć większą szerokość roboczą, tak, że dwa czujniki zamontowane są po obu stronach dyszla prasy. W przypadku zamontowania czujnika/czujników na traktorze, wprowadza się korektę uwzględniającą przesunięcie czasowe. Przy czym szerokość wiązki pomiarowej pojedynczego odległościowego czujnika ultradźwiękowego jest nie mniejsza niż 80 cm. Dodatkowo przy pomiarze odległości od pokosu, pierwsze 20 cm wysokości to tzw. strefa martwa dla czujnika. Oznacza to, że grubość warstwy pokosu może się więc wahać od 0 do 60 cm.- at least one ultrasonic sensor (6) to determine the swath height. The sensor is mounted 80-100 cm above the ground, directly under the baler hitch or directly in front of the tractor, e.g., on the front three-point linkage. It is advantageous to double the sensor to cover a larger working width, so that two sensors are mounted on either side of the baler drawbar. If the sensor(s) are mounted on the tractor, a correction is made to account for the time shift. The measuring beam width of a single ultrasonic distance sensor is no less than 80 cm. Additionally, when measuring the distance from the swath, the first 20 cm of height is the so-called sensor dead zone. This means that the thickness of the swath layer can vary from 0 to 60 cm.

- czterech czujników tensometrycznych (7) rozmieszonych w pobliżu narożników ruchomej platformy rozładunkowej (rampy) prasy sprzężonych równolegle z czujnikiem otwarcia komory prasy (4). Informacja o zakończeniu formowania się beli jest przekazana do systemu poprzez otwarcie komory prasy. Wówczas czujnik indukcyjny wykrywa brak kontaktu z metalową obudową i sygnalizuje otwarcie komory. Czujnik otwarcia komory uruchamia w ten sposób pomiar wagi za pomocą czujników tensometrycznych (7). Badania wstępne wykazały, że zmiana kąta nachylenia rampy, na której będzie wykonywany pomiar beli zmienia się zgodnie z ustalonym wielomianem 2 stopnia. Dlatego też możliwe jest wprowadzenie stałej korekty mierzonej wagi. W przypadku pracy w terenie pagórkowatym do zespołu belek tensometrycznych przyłączony jest inklinometr wprowadzający korekty na bieżąco. Czujniki tensometryczne (7) w ilości 4 szt. zamontowane są w określonych odległościach od siebie na sprężynowym odrzutniku beli. W zależności od konstrukcji rampy średnica /szerokość czujnika nie jest większa jak 30 mm. Czujniki są przykręcone do osłon i przykryte ruchomą w płaszczyźnie równoległej do rampy płytką w celu przekazywania tylko i wyłącznie siły pionowej na czujnik. W oparciu o stały pomiar nacisku na te czujniki, po skorelowaniu wysokości pokosu, wilgotności i prędkości jazdy, określa się średni przepływ biomasy w czasie. Obciążenie znamionowe pojedynczego tensometru nie powinno być mniejsze niż 10000 N i nie większe jak 50000 N, z uwagi na zachowanie jak największej dokładności pomiaru.- four strain gauge sensors (7) located near the corners of the baler's moving unloading platform (ramp), coupled in parallel with the bale chamber opening sensor (4). Information about the completion of bale formation is transmitted to the system by opening the bale chamber. The inductive sensor then detects a lack of contact with the metal housing and signals the chamber opening. The chamber opening sensor thus initiates weight measurement using strain gauge sensors (7). Preliminary tests have shown that changes in the ramp angle on which the bale will be measured vary according to a fixed second-degree polynomial. Therefore, it is possible to introduce a constant correction to the measured weight. For operation in hilly terrain, an inclinometer is connected to the strain gauge beam assembly, which makes continuous corrections. Four strain gauge sensors (7) are mounted at specific distances from each other on the spring-loaded bale deflector. Depending on the ramp design, the sensor diameter/width is no greater than 30 mm. The sensors are bolted to the covers and covered with a plate that moves in a plane parallel to the ramp to transmit only vertical force to the sensor. Based on continuous pressure measurement on these sensors, after correlating the crop height, moisture content, and driving speed, the average biomass flow over time is determined. The rated load of a single strain gauge should be no less than 10,000 N and no more than 50,000 N to maintain the highest possible measurement accuracy.

Sposób mapowania plonu oparty o pracę prasy rolującej według wynalazku. Sposób mapowania plonu, w jakim polega na tym, że podczas pracy prasy rolującej za pomocą trakera wykonuje się pomiar co najmniej co 5 sekund, rejestrując i wysyłając aktualne współrzędne położenia pojazdu co 20 sekund, równolegle system mierzy mierzy się prędkość przemieszczania prasy, a także określa wysokość pokosu, po czym uzyskane wyniki zestawia się ze zmierzoną dla danego położenia pojazdu wilgotnością przetwarzanej biomasy. Po uzyskaniu informacji o zakończeniu formowania się beli otwiera się komorę prasy wraz z otwarciem. Otwarcie komory prasy uruchamia się system pomiaru wagi, który działa prowadzi się do momentu zamknięcia komory prasy. W tym czasie system zapisuje uzyskane wyniki wagi wraz ze współrzędnymi położenia beli pochodzącymi z trakera.A method of yield mapping based on the operation of a round baler according to the invention. This method involves measuring the yield at least every 5 seconds during the operation of the round baler using a tracker, recording and transmitting the current vehicle position coordinates every 20 seconds. Simultaneously, the system measures the baler's speed and determines the height of the swath, and then compares the obtained results with the moisture content of the processed biomass measured for the given vehicle position. After receiving information that the bale has finished forming, the bale chamber is opened along with the opening. Opening the bale chamber activates the weighing system, which runs until the bale chamber is closed. During this time, the system records the obtained weighing results along with the bale position coordinates from the tracker.

W oparciu o pozyskane dane prowadzi się Proces tworzenia mapy plonu, który jest oparty o zastosowany moduł GPS i GSM pozwalający tak, że określić określa się m.in. przebytą drogę w trakcie prasowania, w oparciu o którą wygenerowana jest generuje się po zbiorze mapa mapę plonu, np. poprzez wczytanie danych do darmowego programu do przetwarzania map i analiz przestrzennych. Wprowadzone w systemie dodatkowe czujniki pozwolą zweryfikować prowadzone pomiary i w przyszłości ewentualnie wykluczą konieczność ich zastosowania. Chodzi tutaj np. o zastąpienie dodatkowego czujnika wilgotności, czy prędkości jazdy. Cały system oparty jest o system ciągłego pomiaru, którego częstotliwość nie powinna być mniejsza niż 5 Hz (dotyczy pomiaru wysokości pokosu, oraz wilgotności). Pozostałe parametry takie jak, prędkość jazdy czy sygnał otwarcia komory z oczywistych względów, uzależnione są od technicznych warunków pracy maszyny. W tym względzie pomiar wagi powinien być wykonany w czasie nie dłuższym niż 5 sekund (czas ten uzależniony jest od samej konstrukcji ramy zrzutowej - odrzutnika beli).Based on the acquired data, a yield map is created. This is based on the GPS and GSM modules, allowing for the determination of, among other things, the distance traveled during baling. This data is then used to generate a post-harvest yield map, for example, by uploading the data to a free map processing and spatial analysis program. Additional sensors introduced in the system will allow for verification of the measurements and potentially eliminate the need for their use in the future. This includes replacing additional moisture or travel speed sensors. The entire system is based on a continuous measurement system, the frequency of which should not be lower than 5 Hz (applies to measuring swath height and moisture). Other parameters, such as travel speed and the chamber opening signal, are, for obvious reasons, dependent on the technical operating conditions of the machine. In this regard, the weight measurement should be completed in no longer than 5 seconds (this time depends on the design of the bale ejector frame).

Claims

Patent claims

1. A device for mapping crops based on the operation of a round baler, characterized in that it consists of a tracker (1) - a device determining the momentary position and movement of the baler, together with recording data, which is permanently attached to any structural element of the baler or tractor, mounted in the running gear, in the immediate vicinity of the running wheel, a speed sensor selected from a proximity sensor (5) or an angle sensor, determining the speed based on counting the number of wheel revolutions, at least one ultrasonic sensor (6), which is mounted 80-100 cm above the ground, on the lower surface of the baler hitch or the lower surface of the tractor, a biomass moisture sensor (8), four strain gauge beams (7) which are arranged in the corners of the moving platform, and a bale chamber opening sensor (4) connected to them.

2. A method of mapping crops, characterized in that during the operation of a round baler, a measurement is performed using a tracker every 5 seconds, recording and sending the current coordinates of the vehicle's position every 20 seconds, and in parallel, the speed of the baler is measured and the height of the swath is determined, the obtained results are compared with the moisture content of the processed biomass measured for a given vehicle position, and after obtaining information about the completion of bale formation, the baler chamber is opened and the weight measurement system is started, which ends when the baler chamber is closed, while at the same time, the obtained results of the bale weight and its position are recorded in the form of coordinates from the tracker.