RU2837897C2 - Method, system and device for automation of processes of planting, processing and harvesting of agricultural plots - Google Patents
Method, system and device for automation of processes of planting, processing and harvesting of agricultural plots Download PDFInfo
- Publication number
- RU2837897C2 RU2837897C2 RU2023124696A RU2023124696A RU2837897C2 RU 2837897 C2 RU2837897 C2 RU 2837897C2 RU 2023124696 A RU2023124696 A RU 2023124696A RU 2023124696 A RU2023124696 A RU 2023124696A RU 2837897 C2 RU2837897 C2 RU 2837897C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- equipment
- control
- operations
- precision
- field
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000009331 sowing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000013138 pruning Methods 0.000 claims description 6
- 238000003971 tillage Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 241000208140 Acer Species 0.000 description 1
- 241001536374 Indicator indicator Species 0.000 description 1
- 239000003905 agrochemical Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009313 farming Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Способ, система и устройство относятся к сельскому хозяйству и могут быть использованы в селекции, семеноводстве, выращивании посадочного материала, сортоиспытании и исследовательских работах с различными культурами для автоматизации выполнения операций с делянками (прямоугольными площадками) на поле, таких как обработка почвы, посев, посадка, подрезка, внесение удобрений, уход за растениями, уборка урожая и т.п.The method, system and device relate to agriculture and can be used in selection, seed production, growing of planting material, variety testing and research work with various crops to automate the execution of operations with plots (rectangular areas) in the field, such as soil cultivation, sowing, planting, pruning, fertilization, plant care, harvesting, etc.
Уровень техникиState of the art
В последние годы наблюдается постоянный рост производительности сельскохозяйственных машин, в том числе за счёт применения различных программно-аппаратных средств автоматизации. В частности широкое распространение получили автоматические системы рулевого управления, использующие сигналы глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС): ГЛОНАСС, GPS, Beidou, Galileo для определения местоположения техники и выработки и исполнения маршрутов движения [1]. Так же большое значение приобретают средства планирования, управления и контроля рабочих процессов с привязкой к географическим координатам, так как они позволяют реализовать на практике максимальную теоретически возможную производительность машин и минимизировать издержки.In recent years, there has been a steady increase in the productivity of agricultural machinery, including through the use of various software and hardware automation tools. In particular, automatic steering systems have become widespread, using signals from global navigation satellite systems (GNSS): GLONASS, GPS, Beidou, Galileo to determine the location of equipment and the development and execution of movement routes [1]. Also of great importance are the means of planning, management and control of work processes with reference to geographic coordinates, since they allow the maximum theoretically possible productivity of machines to be realized in practice and costs to be minimized.
Однако, не смотря на распространение применения средств автоматизации в производственном сегменте сельского хозяйства, наблюдается их нехватка в первичном семеноводстве, селекции и в целом в сфере научных исследований в агрономии при выполнении специализированных операций с делянками (прямоугольными площадками) на выделенном участке поля. Как известно, успешное проведение и результаты полевых опытов критически зависят от правильных формы, размера и расположения делянок, а также повторности опытов на территории и во времени [2]. Ошибки технического характера, допущенные на любом этапе опытной работы (разбивка опытного участка, обработка почвы, внесение удобрений, посев, посадка, уход, уборка урожая и т.д.), нарушают сравнимость вариантов и искажают их эффекты. Эти ошибки не могут быть исправлены никакой математической обработкой и, следовательно, полностью обесценивают результаты опыта. Поэтому соблюдение всех технических правил проведения эксперимента в поле – важнейшее условие получения точных данных, пригодных для объективной оценки действия изучаемых в опыте агротехнических приемов или сортов. However, despite the widespread use of automation tools in the production segment of agriculture, there is a shortage of them in primary seed production, selection and, in general, in the field of scientific research in agronomy when performing specialized operations with plots (rectangular sites) on a designated area of the field. As is known, the successful conduct and results of field experiments critically depend on the correct shape, size and location of the plots, as well as the repetition of experiments on the territory and in time [2]. Technical errors made at any stage of the experimental work (breaking out the experimental plot, soil cultivation, fertilization, sowing, planting, care, harvesting, etc.) violate the comparability of options and distort their effects. These errors cannot be corrected by any mathematical processing and, therefore, completely devalue the results of the experiment. Therefore, compliance with all technical rules for conducting an experiment in the field is the most important condition for obtaining accurate data suitable for an objective assessment of the effect of the agrotechnical methods or varieties studied in the experiment.
При этом один из самых важных этапов исследования перед посевом – разбивка опытного участка, т.е. размещения опыта в натуре согласно схематическому плану, традиционно происходит вручную с использованием рулетки, шнура, вешек, колышков-реперов и т.п. [2], что требует значительного времени, хорошей погоды, участия большого количества человек, обладает низкой точностью и легко подвержено ошибкам. Стоит отметить, что ряд существующих сеялок [3-5] и существующие отдельные изобретения для автоматизации процесса высева семян [6, 7] содержат электронные средства для частичной автоматизации технологического процесса высева семян и настройки длины делянки и дорожки между делянками, снижая масштаб необходимой разбивки опытного участка. Данные средства используют информацию о вращении либо отдельного дополнительного вспомогательного колеса, либо опорного колеса сеялки, либо ведущих колес техники для вычисления пройдённого пути от начальной точки на текущем проходе (прогоне) и скорости движения, и на основе этих расчётов управляют высевающими агрегатами в зависимости от типа конкретной сеялки.At the same time, one of the most important stages of research before sowing is the breakdown of the experimental plot, i.e. the placement of the experiment in nature according to the schematic plan, traditionally occurs manually using a tape measure, cord, poles, pegs-benchmarks, etc. [2], which requires a significant amount of time, good weather, the participation of a large number of people, has low accuracy and is easily subject to errors. It is worth noting that a number of existing seeders [3-5] and existing individual inventions for the automation of the seed sowing process [6, 7] contain electronic means for partial automation of the technological process of seed sowing and adjusting the length of the plot and the path between the plots, reducing the scale of the necessary breakdown of the experimental plot. These tools use information about the rotation of either a separate additional auxiliary wheel, or a support wheel of a seeder, or the drive wheels of equipment to calculate the distance traveled from the starting point on the current pass (run) and the speed of movement, and on the basis of these calculations they control the seeding units depending on the type of a specific seeder.
Одними из недостатков данных средств являются невысокая точность и непостоянство размеров делянок и дорожек, возникающие из-за плохого сцепления колес с почвой и пробуксовок. И не смотря на то, что могут быть предприняты дополнительные меры для повышения точности высева путём вспомогательных корректировок при пробуксовке колес как в изобретении [7], они не позволяют полностью исключить ошибки, связанные с неравномерным сцеплением колес с почвой, и ошибками при счислении пройденного пути на разных участках поля из-за неравномерности микрорельефа почвы.Some of the disadvantages of these means are low accuracy and inconsistency of the sizes of plots and paths, which arise due to poor adhesion of the wheels to the soil and slippage. And despite the fact that additional measures can be taken to improve the accuracy of seeding by means of auxiliary adjustments during wheel slippage, as in the invention [7], they do not allow to completely eliminate errors associated with uneven adhesion of the wheels to the soil, and errors in calculating the distance traveled in different parts of the field due to the unevenness of the soil microrelief.
Главным же недостатком указанных средств является то, что управление высевом в них основывается на одномерном местоположении вдоль текущего прохода от некоторой начальной точки, которую необходимо задавать вручную в начале каждого гона. Тем самым всё же требуется дополнительная ручная разметка на поле, что вносит дополнительную неточность в расположение делянок на соседних проходах, их смещение друг относительно друга в соседних рядах, и увеличивает вероятность дополнительных ошибок. Также такая информация об относительном положении делянок в проходе при высеве в принципе не позволяет автоматизировать последующие операции с ними на данном участке (подрезка, внесение удобрений, уход, уборка урожая и т.д.), т.е. каждая следующая операция в технологической цепочке будет выполняться отдельно в отрыве от всех остальных.The main disadvantage of these tools is that seeding control is based on a one-dimensional location along the current pass from a certain starting point, which must be set manually at the beginning of each run. Thus, additional manual marking on the field is still required, which introduces additional inaccuracy in the location of plots in adjacent passes, their displacement relative to each other in adjacent rows, and increases the likelihood of additional errors. Also, such information about the relative position of plots in the pass during sowing does not, in principle, allow automation of subsequent operations with them on this site (pruning, fertilization, care, harvesting, etc.), i.e. each subsequent operation in the technological chain will be performed separately, in isolation from all the others.
Также отдельно отметим изобретение [8], посвящённое мостовому автоматизированному комплексу прецизионного земледелия, который осуществляет автоматизацию выполнения сельскохозяйственных операций по компьютерной программе. При использовании данного комплекса земельный участок обустраивается в виде клеток-делянок шириной 10-15 м. Заметим, что это в первую очередь связано с конструктивной особенностью и механикой перемещения самодвижущейся мостовой платформы самого комплекса, которая состоит из металлических тавров шириной и длиной 10-15 м, а несущая поверхность на поле представляет собой постоянную подготовленную колею из дернины, достигшей трехлетнего возраста, шириной порядка 3 м. Тем не менее, данный комплекс может быть напрямую использован для автоматизации операций с делянками (сортовая посадка, питомники размножения и т.п.). Поэтому отметим ряд недостатков данного изобретения:Also, we would like to separately note the invention [8], dedicated to a bridge automated precision farming complex, which automates agricultural operations using a computer program. When using this complex, the land plot is arranged in the form of cells-plots 10-15 m wide. We would like to note that this is primarily due to the design feature and the mechanics of the self-propelled bridge platform of the complex itself, which consists of metal T-bars 10-15 m wide and long, and the bearing surface on the field is a permanent prepared track made of three-year-old turf, about 3 m wide. However, this complex can be directly used to automate operations with plots (varietal planting, propagation nurseries, etc.). Therefore, we would like to note a number of disadvantages of this invention:
– комплекс не предполагает использования уже имеющейся сельскохозяйственной техники, так как представляет собой самодвижущуюся платформу с определёнными пределами в размерах и требует дополнительных усилий для их изменения;– the complex does not involve the use of existing agricultural machinery, as it is a self-propelled platform with certain size limits and requires additional efforts to change them;
– комплекс не предполагает использования уже имеющихся сельскохозяйственных орудий для работы с делянками, которые зачастую представляют собой узкоспециализированные навесные агрегаты и не являются крупносерийными изделиями, что потребует дополнительных существенных затрат и усилий для их переделки и адаптации к платформе мостового автоматизированного комплекса;– the complex does not involve the use of existing agricultural implements for working with plots, which are often highly specialized mounted units and are not large-scale products, which will require additional significant costs and efforts to redesign and adapt them to the platform of the bridge automated complex;
– необходимость в организации из года в год специально подготовленной колеи из дернины, которая фиксирует определённую ширину между проходами, что не позволяет при необходимости скорректировать деляночный план в любое время, выполнить его на иной территории или задать усложнённую форму с переменным расстоянием между проходами;– the need to organize from year to year a specially prepared track of turf, which fixes a certain width between the passes, which does not allow, if necessary, to adjust the plot plan at any time, to implement it in another area or to set a complex form with a variable distance between the passes;
– также как и изобретения, рассмотренные выше, позиционирование данной платформы может иметь недостаточную точность, особенно в разных метеоусловиях, так как также зависит от сцепления колёс с колеёй и зависит от точности перемещения механики опорных систем мостового комплекса.– just like the inventions discussed above, the positioning of this platform may have insufficient accuracy, especially in different weather conditions, since it also depends on the adhesion of the wheels to the track and depends on the accuracy of the movement of the mechanics of the support systems of the bridge complex.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Настоящее изобретение было выполнено с учетом описанных выше проблем и недостатков известного уровня техники, и цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить автоматизацию процессов посадки, обработки и уборки сельскохозяйственных делянок путём использования программно-аппаратных средств, реализующих частичное или полное управление установленными (или дополнительно устанавливаемыми) исполнительными устройствами сельскохозяйственных орудий и техники на основе высокоточных данных спутниковой навигации согласно требуемому виртуальному плану деляночного участка на поле с привязкой к географическим координатам без необходимости предварительной маркировки поля.The present invention was made taking into account the above-described problems and disadvantages of the known prior art, and the purpose of the present invention is to ensure automation of the processes of planting, processing and harvesting agricultural plots by using software and hardware that implement partial or complete control of installed (or additionally installed) actuators of agricultural implements and machinery based on high-precision satellite navigation data according to the required virtual plan of the plot area on the field with reference to geographic coordinates without the need for preliminary marking of the field.
Согласно способу по изобретению сельскохозяйственная техника оснащается программно-аппаратными средствами, включающими графический интерфейс управления, и обеспечивающими:According to the method of the invention, agricultural machinery is equipped with software and hardware, including a graphical control interface, and providing:
– определение высокоточного географического (или локально-фиксированного) местоположения, скорости и ориентации техники на основе данных инерциальных датчиков и данных либо спутниковой навигации повышенной точности с использованием одного из способов корректировки (DGPS, PPP, RTK и т.п.) в зависимости от требуемой точности, либо локальной наземной навигации (радиолокационной, ультразвуковой, оптической и т.п.);– determination of high-precision geographic (or locally fixed) location, speed and orientation of equipment based on data from inertial sensors and data from either high-precision satellite navigation using one of the correction methods (DGPS, PPP, RTK, etc.) depending on the required accuracy, or local ground navigation (radar, ultrasonic, optical, etc.);
– возможность пользователю задать виртуальный полевой план путём загрузки предварительно подготовленного файла, либо ввода базовых параметров участка (количества делянок, длины и ширины делянки, длины и ширины дорожек между делянками) и дополнительных (смещение рядов, размеры различных групп делянок и т.п.), либо иным образом;– the ability for the user to set a virtual field plan by loading a pre-prepared file, or by entering the basic parameters of the plot (number of plots, plot length and width, length and width of paths between plots) and additional ones (row offset, sizes of different groups of plots, etc.), or in some other way;
– возможность пользователю использовать координаты предварительно подготовленного виртуального плана или при необходимости задавать/корректировать направление и координаты начала деляночного участка непосредственно на поле, используя перемещение техники;– the ability for the user to use the coordinates of a previously prepared virtual plan or, if necessary, to set/correct the direction and coordinates of the beginning of the plot area directly on the field, using the movement of equipment;
– управление движением техники по направляющим линиям вдоль или поперёк участка по делянкам или по дорожками между ними в зависимости от выполняемой операции путем обмена данными с блоком управления техники при его наличии или с использованием дополнительно устанавливаемых на технику электрических, электрогидравлических или электромеханических рулевых средств;– control of the movement of equipment along guide lines along or across the plot along the plots or along the paths between them, depending on the operation being performed, by exchanging data with the equipment control unit, if any, or using additional electric, electro-hydraulic or electro-mechanical steering devices installed on the equipment;
– управление сельскохозяйственным орудием путем обмена данными с его управляющим устройством или непосредственный контроль отдельных исполняющих агрегатов для реализации выполняемой операции с делянками в зависимости от типа конкретной техники. Например, для зерновой селекционной сеялки – управление соленоидом дозатора, двигателем вращения вала конусных высевающих аппаратов и приводом распределительного стола, для посадочной машины – управление загрузочной платформой, для опрыскивателя – управление форсунками, для зерноуборочного комбайна или уборочной машины – управление отбором проб и т.п.;– control of an agricultural implement by exchanging data with its control device or direct control of individual actuators to implement the operation being performed with plots depending on the type of specific equipment. For example, for a grain selection seeder – control of the dosing solenoid, the motor for rotating the shaft of the conical seeding units and the drive of the distribution table, for a planting machine – control of the loading platform, for a sprayer – control of the nozzles, for a grain harvester or harvesting machine – control of sampling, etc.;
– мониторинг и сохранение с привязкой к географическим координатам (или к координатам фиксированной локальной системы отсчета) различных показателей выполнения операций техники в зависимости от типа конкретной техники. Например, скорость трактора, для сеялок – показания датчика семян/закладочного материала, для опрыскивателя – показания датчиков расхода жидких агрохимикатов, для зерноуборочного комбайна – данные системы электронного взвешивания зерна и т.п.;– monitoring and storing, with reference to geographic coordinates (or to the coordinates of a fixed local reference system), various performance indicators of equipment operations depending on the type of specific equipment. For example, tractor speed, for seeders – readings from the seed/filling material sensor, for a sprayer – readings from liquid agrochemical flow sensors, for a grain harvester – data from the electronic grain weighing system, etc.;
– визуализацию текущего положение техники, показателей и результатов выполняемых операций на виртуальном плане поля;– visualization of the current position of equipment, indicators and results of operations performed on a virtual field plan;
– возможность пользователю настраивать различные параметры системы, выбирать различные режимы работы, вносить корректировки и изменения.– the ability for the user to configure various system parameters, select different operating modes, make adjustments and changes.
Согласно способу автоматизации процессов посадки, обработки и уборки сельскохозяйственных делянок технологические операции исполнительных орудий динамично актуализируются и исполняются в зависимости от действительного местоположения, скорости и направления техники на плане деляночного участка. При этом при посадке происходит непосредственное размещение виртуального плана деляночного участка в натуре согласно схематическому плану c привязкой к географическим координатам (или к координатам фиксированной локальной системы отсчета) без необходимости предварительной маркировки поля. Данный план в дальнейшем может быть использован для автоматизации последующих операций на данном участке (подрезки, внесение удобрений, уход за растениями, уборка урожая и т.п.), а также повторения (или реализации нового опыта по тому же плану) на той же или иной территории через необходимое время, например через год.According to the method of automation of the processes of planting, processing and harvesting of agricultural plots, the technological operations of the executive tools are dynamically updated and executed depending on the actual location, speed and direction of the equipment on the plan of the plot. At the same time, during planting, the virtual plan of the plot is directly placed in kind according to the schematic plan with reference to geographic coordinates (or to the coordinates of a fixed local reference system) without the need for preliminary field marking. This plan can then be used to automate subsequent operations on this plot (pruning, fertilizing, plant care, harvesting, etc.), as well as repetition (or implementation of a new experience according to the same plan) on the same or another territory after the required time, for example, after a year.
Для построения системы автоматизации процессов посадки, обработки и уборки сельскохозяйственных делянок по изобретению, предназначенной для осуществления способа по изобретению, программно-аппаратные средства, которыми оснащается техника, содержат следующие компоненты (фиг. 1):To build a system for automating the processes of planting, processing and harvesting agricultural plots according to the invention, intended for implementing the method according to the invention, the software and hardware with which the equipment is equipped contain the following components (Fig. 1):
– опциональный блок 1 приема спутниковых сигналов, генерации и передачи корректирующей спутниковой навигационной информации или сигналов локальной системы позиционирования;– optional block 1 for receiving satellite signals, generating and transmitting corrective satellite navigation information or local positioning system signals;
– блок 2 спутниковой или локальной навигации;– block 2 of satellite or local navigation;
– блок 3 интегрированной навигации;– block 3 of integrated navigation;
– блок 4 управления сельскохозяйственным орудием;– block 4 for controlling agricultural implements;
– опциональный блок 5 управления движением техники;– optional unit 5 for controlling the movement of equipment;
– блок 6 мониторинга; – monitoring block 6;
– блок 7 управления.– control block 7.
Система работает следующим образом. При использовании спутниковой навигации блок 1 осуществляет прием сигналов ГНСС, выработку и передачу по выбранному каналу связи (радиоканалу, по сети Интернет и т.п.) корректирующей навигационной информации (DGPS, RTK и т.п.). При использовании локальной наземной навигации блок 1 представляет собой сеть референцных станций, осуществляющих передачу радиолокационных, ультразвуковых или иных сигналов для обеспечения локального позиционирования, и/или сеть визуальных реперных точек для обеспечения оптического локального позиционирования. Блок является опциональным, т.к. вместо него источником корректирующих спутниковых навигационных данных или сигналов/реперных точек локальной системы позиционирования может выступать внешняя система.The system operates as follows. When using satellite navigation, block 1 receives GNSS signals, generates and transmits correcting navigation information (DGPS, RTK, etc.) via a selected communication channel (radio channel, Internet, etc.). When using local land navigation, block 1 is a network of reference stations transmitting radar, ultrasonic or other signals to ensure local positioning, and/or a network of visual reference points to ensure optical local positioning. The block is optional, since an external system can act as a source of correcting satellite navigation data or signals/reference points of the local positioning system instead of it.
При использовании спутниковой навигации блок 2 получает и обрабатывает корректирующую навигационную информацию от блока 1 (или внешней системы) совместно с принимаемыми сигналами ГНСС для получения высокоточного местоположения и скорости. Помимо этого блок 2 может также вычислять географическое направление техники, если используются две ГНСС антенны, а также ориентацию техники (наклон, уклон) в пространстве, если используются три антенны. При использовании локальной наземной навигации блок 2 получает от блока 1 (или внешней системы) и обрабатывает радиолокационные, ультразвуковые или иные сигналы, и/или обрабатывает данные оптических датчиков и видеокамер для получения высокоточного локального местоположения и скорости, а также опционально направления и ориентации техники в пространстве.When using satellite navigation, block 2 receives and processes corrective navigation information from block 1 (or an external system) together with received GNSS signals to obtain a highly accurate location and speed. In addition, block 2 can also calculate the geographic direction of the equipment if two GNSS antennas are used, as well as the orientation of the equipment (tilt, slope) in space if three antennas are used. When using local land navigation, block 2 receives from block 1 (or an external system) and processes radar, ultrasonic or other signals, and/or processes data from optical sensors and video cameras to obtain a highly accurate local location and speed, as well as optionally the direction and orientation of the equipment in space.
Блок 3 на основе данных из блока 2 и показаний инерциальных датчиков (гироскоп, акселерометр, одометр и т.п.) счисляет местоположение, скорость и ориентацию техники на поле с высокой частотой (50 Гц и выше). Внутри системы данный блок является источником данных о местоположении техники.Block 3, based on the data from block 2 and the readings of inertial sensors (gyroscope, accelerometer, odometer, etc.), calculates the location, speed, and orientation of the equipment on the field at a high frequency (50 Hz and higher). Within the system, this block is the source of data on the location of the equipment.
Блок 4 на основе данных блока 3 осуществляет управление сельскохозяйственным орудием путём контроля его отдельных исполняющих агрегатов, в том числе дополнительно устанавливаемых на орудие (при необходимости), или обмена данными с его управляющим устройством для реализации выполняемой операции с делянками в зависимости от типа конкретной техники (см. примеры в способе по изобретению).Block 4, based on the data of block 3, controls the agricultural implement by monitoring its individual actuators, including those additionally installed on the implement (if necessary), or exchanging data with its control device to implement the operation being performed with plots depending on the type of specific equipment (see examples in the method according to the invention).
Блок 5 на основе данных блока 3 осуществляет управление движением техники по направляющим линиям с заданной скоростью вдоль или поперёк участка по делянкам или по дорожкам между ними в зависимости от выполняемой операции и потребностей пользователя. Блок осуществляет управление движением путем обмена данными с блоком управления конкретной машины (при его наличии) или путем контроля над дополнительно устанавливаемыми на машину электрическими, электромеханическими или электрогидравлическими исполнительными устройствами. Блок является опциональным и исключается, если автоматическое управление не требуется пользователю, а движение по направляющим линиям осуществляется вручную механизатором согласно индикаторным указателям блока управления.Block 5, based on the data from block 3, controls the movement of equipment along guide lines at a given speed along or across the plot along the plots or along the paths between them, depending on the operation being performed and the user's needs. The block controls the movement by exchanging data with the control unit of a specific machine (if any) or by monitoring additionally installed electrical, electromechanical or electrohydraulic actuators on the machine. The block is optional and is excluded if automatic control is not required by the user, and movement along guide lines is performed manually by the machine operator according to the indicator indicators of the control unit.
Блок 6 осуществляет мониторинг (наблюдение и сохранение в энергонезависимую память) различных событий и показателей выполнения операций по датчикам техники или орудия в зависимости от типа конкретной техники (см. примеры в способе по изобретению) с привязкой к географическим координатам (или к координатам фиксированной локальной системы отсчета), поступающим из блока 3.Block 6 monitors (observes and stores in non-volatile memory) various events and indicators of the performance of operations according to sensors of equipment or tools depending on the type of specific equipment (see examples in the method according to the invention) with reference to geographic coordinates (or to the coordinates of a fixed local reference system) coming from block 3.
Блок 7 управления имеет графический интерфейс и предоставляет пользователю возможность настраивать различные параметры блоков системы, выбирать различные режимы работы, определять и изменять план деляночного участка и его положение, вносить корректировки и изменения, визуализировать текущее положение техники и необходимое направление движения, показатели и результаты выполняемых операций на плане поля.Control unit 7 has a graphical interface and provides the user with the ability to configure various parameters of the system units, select various operating modes, determine and change the plot plan and its position, make adjustments and changes, visualize the current position of the equipment and the required direction of movement, indicators and results of the operations performed on the field plan.
Для реализации устройства автоматизации процессов посадки, обработки и уборки сельскохозяйственных делянок по системе по изобретению и для осуществления способа по изобретению, оно содержит следующие компоненты (фиг. 2):To implement the device for automating the processes of planting, processing and harvesting agricultural plots according to the system according to the invention and to implement the method according to the invention, it contains the following components (Fig. 2):
– опциональный модуль 1 опорной(ых) станции(й);– optional module 1 reference station(s);
– опциональный модуль 2 контроля орудия;– optional module 2 for gun control;
– опциональный модуль 3 контроля техники;– optional module 3 for equipment control;
– навигационный модуль 4;– navigation module 4;
– модуль управления 5.– control module 5.
Устройство работает следующим образом. Модуль 1 устанавливается в фиксированном месте с известными координатами на постоянной основе на каком-то строении или в поле перед началом работ. При использовании спутниковой навигации модуль осуществляет прием сигналов ГНСС, генерацию (выработку) и передачу корректирующей навигационной информации (DGPS, RTK и т.п.) по выбранному каналу связи (радиоканалу, по сети Интернет или иному) в зависимости от конкретной модификации устройства. При использовании локальной наземной навигации модуль 1 представляет собой набор опорных станций, осуществляющих передачу радиолокационных, ультразвуковых или иных сигналов для обеспечения локального позиционирования, и/или представляет собой сеть реперных визуальных точек для обеспечения оптического локального позиционирования. Модуль является опциональным, т.к. вместо него источником корректирующих спутниковых навигационных данных или сигналов локальной системы позиционирования может выступать внешняя система.The device operates as follows. Module 1 is installed in a fixed location with known coordinates on a permanent basis on a building or in a field before starting work. When using satellite navigation, the module receives GNSS signals, generates (produces) and transmits correcting navigation information (DGPS, RTK, etc.) via a selected communication channel (radio channel, Internet or other) depending on the specific modification of the device. When using local land navigation, Module 1 is a set of reference stations transmitting radar, ultrasonic or other signals to ensure local positioning, and/or is a network of reference visual points to ensure optical local positioning. The module is optional, since an external system can act as a source of correcting satellite navigation data or local positioning system signals instead of it.
Модуль 2 в зависимости от типа орудия содержит:Module 2, depending on the type of weapon, contains:
– дополнительно устанавливаемые на орудие электрические, электромеханические или электрогидравлические исполнительные устройства (см. примеры в способе по изобретению);– electrical, electromechanical or electrohydraulic actuators additionally installed on the tool (see examples in the method according to the invention);
– дополнительные датчики для мониторинга орудия (см. примеры показаний в способе по изобретению).– additional sensors for monitoring the tool (see examples of indications in the method according to the invention).
Отдельные части или модуль в целом являются опциональными и исключаются, если конкретное орудие уже содержит все необходимые элементы управления и датчики.Individual parts or the module as a whole are optional and are excluded if a particular tool already contains all the necessary controls and sensors.
Модуль 3 в зависимости от типа техники содержит:Module 3, depending on the type of equipment, contains:
– датчик угла поворота, который устанавливается на машину и обеспечивает измерение текущего угла поворота техники: ведущих колес или шарнирно сочлененной рамы;– a steering angle sensor, which is installed on the vehicle and measures the current steering angle of the equipment: drive wheels or articulated frame;
– дополнительно устанавливаемые на машину электрические, электромеханические или электрогидравлические исполнительные устройства руления;– additionally installed electric, electromechanical or electrohydraulic steering actuators on the machine;
– дополнительно устанавливаемые на машину электрические, электромеханические или электрогидравлические исполнительные устройства для разгона или торможения техники;– additionally installed electrical, electromechanical or electrohydraulic actuators on the machine for accelerating or braking the equipment;
– дополнительные датчики для мониторинга техники (см. примеры показаний в способе по изобретению).– additional sensors for monitoring equipment (see examples of indications in the method according to the invention).
Отдельные части или модуль в целом являются опциональными и исключаются, если конкретная техника частично или полностью уже подготовлена к автоматическому управлению с завода, либо автоматическое руление или поддержание скорости не требуется пользователю.Individual parts or the module as a whole are optional and are excluded if the specific equipment is partially or completely prepared for automatic control from the factory, or automatic steering or cruise control is not required by the user.
При использовании спутниковой навигации навигационный модуль 4 осуществляет получение по выбранному каналу связи (радиоканалу, по сети Интернет или иному) от модуля 1 (или внешней системы) корректирующей спутниковой навигационной информации. Осуществляет прием сигналов ГНСС. Осуществляет обработку сигналов ГНСС совместно с принятой корректирующей информацией по методу DGPS, RTK, PPP или других (в зависимости от модификации устройства) и определяет высокоточное географическое местоположение и скорость. Также модуль определяет географическое направление и ориентацию техники (наклон, уклон) в пространстве, если используются две или три ГНСС антенны соответственно (в зависимости от модификации устройства).When using satellite navigation, navigation module 4 receives correcting satellite navigation information from module 1 (or an external system) via a selected communication channel (radio channel, Internet network or other). Receives GNSS signals. Processes GNSS signals together with the received correcting information using the DGPS, RTK, PPP or other methods (depending on the device modification) and determines high-precision geographic location and speed. The module also determines the geographic direction and orientation of equipment (tilt, slope) in space if two or three GNSS antennas are used, respectively (depending on the device modification).
При использовании локальной наземной навигации навигационный модуль 4 осуществляет получение от модуля 1 (или внешней системы) радиолокационных, ультразвуковых или иных сигналов локальной системы позиционирования. Осуществляет обработку этих сигналов и/или обработку данных оптических датчиков и видеокамер, устанавливаемых на технику, для получения высокоточного локального местоположения и скорости, а также опционально направления и ориентации техники в пространстве.When using local land navigation, navigation module 4 receives radar, ultrasonic or other signals of the local positioning system from module 1 (or an external system). It processes these signals and/or processes data from optical sensors and video cameras installed on equipment to obtain high-precision local location and speed, as well as optionally the direction and orientation of equipment in space.
Навигационный модуль 4 осуществляет регистрацию показаний инерциальных датчиков (гироскоп, акселерометр, одометр и т.п.). Полученные навигационные и инерциальные данные используются модулем для вычисления местоположения, скорости и ориентации техники с высокой частотой (50Гц и выше). Модуль осуществляет вычисление местоположения различных точек техники и орудия (передней, задней оси, сошников и т.п.), согласно заданным пользователем профилям техники и орудия (набору измерений смещений различных точек машины относительно ГНСС антенны и/или навигационного модуля).Navigation module 4 records readings from inertial sensors (gyroscope, accelerometer, odometer, etc.). The received navigation and inertial data are used by the module to calculate the location, speed, and orientation of the equipment at a high frequency (50 Hz and higher). The module calculates the location of various points of the equipment and implement (front, rear axle, coulters, etc.) according to the user-defined equipment and implement profiles (a set of measurements of displacements of various points of the machine relative to the GNSS antenna and/or navigation module).
Используя полученные данные, для реализации выполняемой операции с делянками модуль осуществляет управление сельскохозяйственным орудием путем обмена данными с блоком управления конкретного орудия (при его наличии) или путем контроля над уже имеющимися или дополнительно установленными на орудии устройствами (см. модуль 2). Также модуль осуществляет управление движением техники путем обмена данными с блоком управления конкретной машины (при его наличии) или путем контроля над уже имеющимися или дополнительно установленными на технику устройствами (см. модуль 3).Using the received data, to implement the operation with the plots, the module controls the agricultural implement by exchanging data with the control unit of a specific implement (if any) or by monitoring the devices already present or additionally installed on the implement (see module 2). The module also controls the movement of equipment by exchanging data with the control unit of a specific machine (if any) or by monitoring the devices already present or additionally installed on the equipment (see module 3).
Модуль 4 осуществляет сбор различных показателей и мониторинг уже имеющихся или дополнительно установленных датчиков (см. модули 2 и 3). Профили техники и орудия, план деляночного участка, режимы и параметры работы навигационный модуль получает от модуля управления 5 и передаёт ему навигационные данные, состояние работы, показатели датчиков техники или орудия (см. примеры в способе по изобретению) и иные данные для мониторинга.Module 4 collects various indicators and monitors existing or additionally installed sensors (see modules 2 and 3). The navigation module receives equipment and tool profiles, a plot plan, modes and operating parameters from control module 5 and transmits navigation data, operating status, equipment or tool sensor indicators (see examples in the method according to the invention) and other data for monitoring.
Модуль управления 5 содержит дисплей и графический интерфейс с управляющими элементами, через которые пользователь может настраивать различные параметры навигационного модуля и модуля управления, выбирать различные режимы работы, определять план деляночного участка, вносить корректировки и изменения. Графический интерфейс модуля визуализирует на двумерном или трёхмерном плане поля текущее положение техники и необходимое направление движения, показатели и результаты выполняемых операций, на основе данных получаемых от навигационного модуля. Модуль управления также осуществляет постоянный мониторинг различных событий и показателей выполнения операций по получаемой информации. Модуль осуществляет хранение профилей техники и орудия, событий, показателей и результатов работ в энергонезависимой памяти, что позволяет продолжать прерванные ранее по какой-либо причине работы.The control module 5 contains a display and a graphical interface with control elements, through which the user can configure various parameters of the navigation module and the control module, select various operating modes, determine the plot plan, make adjustments and changes. The graphical interface of the module visualizes on a two-dimensional or three-dimensional field plan the current position of the equipment and the required direction of movement, indicators and results of the operations performed, based on the data received from the navigation module. The control module also constantly monitors various events and indicators of the performance of operations based on the information received. The module stores equipment and tool profiles, events, indicators and results of work in non-volatile memory, which allows continuing work previously interrupted for any reason.
Технический результат изобретения заключается в автоматизации различных операций при работе с делянками, что позволяет сократить время выполнения и повысить точность работ, минимизировать участие человека и количество ошибок, обеспечить повторяемость и непрерывность операций на одном и том же деляночном участке вне зависимости от времени и погодных условий. Как следствие, сокращаются издержки посадочных и обрабатывающих материалов, увеличивается урожайность, чистота и точность исследовательских опытов и испытаний. The technical result of the invention consists in automation of various operations when working with plots, which allows to reduce the time of execution and increase the accuracy of work, minimize human participation and the number of errors, ensure repeatability and continuity of operations on the same plot regardless of time and weather conditions. As a result, the costs of planting and processing materials are reduced, the yield, purity and accuracy of research experiments and tests are increased.
В рамках изобретения также выгодным образом обеспечивается возможность использования программно-аппаратных средств, установленных на технику и обеспечивающих определение местоположения, скорости и ориентации техники с использованием высокоточных данных спутниковой (или локальной наземной) навигации, не только для автоматизации операций с делянками, но и для других «универсальных» сельскохозяйственных операций в производственном сегменте. Как следствие, позволяя снизить общие затраты на оснащение техники навигационным оборудованием в рамках одного хозяйства.The invention also advantageously provides the possibility of using software and hardware installed on equipment and ensuring the determination of the location, speed and orientation of equipment using high-precision satellite (or local ground) navigation data, not only for the automation of operations with plots, but also for other "universal" agricultural operations in the production segment. As a result, it allows reducing the overall costs of equipping equipment with navigation equipment within one farm.
В заключение следует отметить, что представленная система и устройство являются только примерами осуществления изобретения, хотя оно может иметь различные модификации и альтернативные формы. Специалисту в данной области понятно, что при осуществлении изобретения возможны различные изменения и модификации в пределах объема защиты. Следует также подчеркнуть, что использование в описании единственного числа применительно к различным признакам не исключает возможности их присутствия во множественном числе.In conclusion, it should be noted that the presented system and device are only examples of the invention, although it may have various modifications and alternative forms. A specialist in this field understands that various changes and modifications are possible in the implementation of the invention within the scope of protection. It should also be emphasized that the use of the singular in the description with respect to various features does not exclude the possibility of their presence in the plural.
Список литературыReferences
1. Балабанов В. И., Железова С.В., Березовский Е.В., Беленков А.И., Егоров В.В. Навигационные системы в сельском хозяйстве. Координатное земледелие. Под общ. ред. проф. В.И. Балабанова. - М.: Из-во РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2013. - 148 с.1. Balabanov V. I., Zhelezova S. V., Berezovsky E. V., Belenkov A. I., Egorov V. V. Navigation systems in agriculture. Coordinate farming. Under the general editorship of prof. V. I. Balabanov. - M.: Publishing house of the Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K. A. Timiryazev, 2013. - 148 p.
2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.2. Dospekhov B.A. Methodology of field experiment (with the basics of statistical processing of research results). 5th ed., supplemented and revised. - M.: Agropromizdat, 1985. - 351 p.
3. Сеялка Plot / Row Motion. URL: https://www.wintersteiger.com/ru/Селекция-и-семеноводство/Продукция/Ассортимент/Селекционные-сеялки/361-Plot-Row-Motion3. Plot / Row Motion Seeder. URL: https://www.wintersteiger.com/ru/Selections-and-Seeds-Products/Assortment/Selections-seeders/361-Plot-Row-Motion
4. Сеялка Dynamic Disc Plus. URL: https://www.wintersteiger.com/ru/Селекция-и-семеноводство/Продукция/Ассортимент/Сеялки-пунктирного-посева/312-Dynamic-Disc-Plus4. Dynamic Disc Plus seeder. URL: https://www.wintersteiger.com/ru/Breeding-and-seed-growing/Products/Assortment/Dotted-sowing-seeders/312-Dynamic-Disc-Plus
5. Сеялка селекционная КЛЕН – 2.8С. URL: https://ugsnabagro.ru/seyalka-selektsionnaya-klen-2-8s/5. MAPLE selection seeder – 2.8C. URL: https://ugsnabagro.ru/seyalka-selektsionnaya-klen-2-8s/
6. Патент РФ №2573765 C1 (13.10.2014).6. Patent of the Russian Federation No. 2573765 C1 (13.10.2014).
7. Патент РФ №2789549 C1 (25.08.2022).7. Patent of the Russian Federation No. 2789549 C1 (08/25/2022).
8. Патент РФ 2754999 C1 (06.10.2020).8. Patent of the Russian Federation 2754999 C1 (06.10.2020).
Claims (18)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2023124696A RU2023124696A (en) | 2025-03-26 |
| RU2837897C2 true RU2837897C2 (en) | 2025-04-07 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2423042C2 (en) * | 2009-09-14 | 2011-07-10 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Electronic-optical method to control technology of agricultural produce making |
| RU2654237C1 (en) * | 2017-02-09 | 2018-05-17 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of integration of systems and/or means of providing navigation and monitoring information and hardware and software complex - center for competencies |
| RU2754999C1 (en) * | 2020-10-06 | 2021-09-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Bridge automated complex of precision agriculture |
| WO2021222705A1 (en) * | 2020-05-01 | 2021-11-04 | Kinze Manufacturing, Inc. | Gps location augmentation and outage playthrough |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2423042C2 (en) * | 2009-09-14 | 2011-07-10 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Electronic-optical method to control technology of agricultural produce making |
| RU2654237C1 (en) * | 2017-02-09 | 2018-05-17 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of integration of systems and/or means of providing navigation and monitoring information and hardware and software complex - center for competencies |
| WO2021222705A1 (en) * | 2020-05-01 | 2021-11-04 | Kinze Manufacturing, Inc. | Gps location augmentation and outage playthrough |
| RU2754999C1 (en) * | 2020-10-06 | 2021-09-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Bridge automated complex of precision agriculture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6516271B2 (en) | Method and apparatus for ultra precise GPS-based mapping of seeds or vegetation during planting | |
| US6553312B2 (en) | Method and apparatus for ultra precise GPS-based mapping of seeds or vegetation during planting | |
| Perez-Ruiz et al. | Tractor-based Real-time Kinematic-Global Positioning System (RTK-GPS) guidance system for geospatial mapping of row crop transplant | |
| US6345231B2 (en) | Method and apparatus for position determining | |
| US6141614A (en) | Computer-aided farming system and method | |
| Sun et al. | RTK GPS mapping of transplanted row crops | |
| Ehsani et al. | Seed location mapping using RTK GPS | |
| EP3618600B1 (en) | Guidance working depth compensation | |
| Bakhtiari et al. | Precision farming technology, opportunities and difficulty | |
| US11272701B2 (en) | Method for remediating developmentally delayed plants | |
| Nguyen et al. | Analysis of main tasks of precision farming solved with the use of robotic means | |
| ES2830673T3 (en) | Agricultural machine of revisit of a planted plot; associated procedure | |
| Abuova et al. | Sustainable development of crop production with elements of precision agriculture in Northern Kazakhstan | |
| Shamshiri et al. | Exploring GPS data for operational analysis of farm machinery | |
| RU2837897C2 (en) | Method, system and device for automation of processes of planting, processing and harvesting of agricultural plots | |
| Fulton et al. | GPS, GIS, Guidance, and Variable‐rate Technologies for Conservation Management | |
| JP2020201578A (en) | Farm field management system | |
| CN111435489A (en) | Agriculture dealing system | |
| D’Antonio et al. | Satellite technologies to support the sustainability of agricultural production | |
| Amiama-Ares et al. | Manual GPS guidance system for agricultural vehicles | |
| Fulton et al. | GPS, GIS, Guidance, and Variable-rate Technologies for | |
| Zaman et al. | Evaluation of cost-effective real-time slope sensing system | |
| Tripathi et al. | PRECISION AGRICULTURE: NEED, COMPONENTS, OPPORTUNITIES, STEPS AND CONSTRAINTS IN INDIAN AGRICULTURE | |
| JP2023017688A (en) | Plow land weeding system, spray system of plow land spray material, plow land planting system and fertilizer spreading system for paddy field | |
| RU2023124696A (en) | Method, system and device for automation of processes of planting, processing and harvesting of agricultural plots |