|
Autonomous weeders for Christmas tree plantations - a feasibility study SammenfatningDen danske juletræsproduktionen dækker ca. 31000 ha og har en samlet omsætning på 500-600 mill. kr. Omkring 4100 producenter er involveret. De fleste har mindre end 1 ha. For at opnå god vækst og kvalitet af juletræer er det nødvendigt med hyppig ukrudtsbekæmpelse. Dette gennemføres i langt de fleste tilfælde med herbicider, hvilket fører til helt rene kulturer med ringe levemuligheder for andre arter. Endvidere medfører det risiko for forurening af grundvandet. For at reducere disse problemer er der udviklet maskiner til mekanisk renholdelse. De første ca. 2 år efter plantningen kan anvendes såkaldte langfingerharver, der kan bekæmpe mindre ukrudt uden at beskadige træerne for meget. I de efterfølgende vækststadier er det nødvendigt at anvende radrensere eller andre tilsvarende maskiner. Disse maskiner er imidlertid for det meste kun i stand til at bearbejder jorden mellem rækkerne. Bekæmpelsen er således mindre effektiv. Samtidig er omkostningerne omkring dobbelt så høje som for sprøjtning. Endvidere har jordbearbejdningen uhensigtsmæssige virkninger i form af udvaskningen af næringsstoffer og øget jorderosion. Nærværende projekt præsentere muligheder og ideer for udvikling af en lille autonom maskine til mekaniske ukrudtsbekæmpelsen på en mere miljøvenlig måde. Studiet er indledt med en undersøgelse af det minimale behov for ukrudtsbekæmpelse på basis af løbende forsøg ved Forskningscenter for Skov og Landskab. Den viste, at det er tilstrækkeligt at bekæmpe ukrudtet i cirkler af 40 cm radius omkring det enkelte træ, hvilket svarer til ca. 40% af det totale areal. Det ikke bekæmpede ukrudt på den øvrige del af arealet må gerne blive stående, da det giver en vis læ og derfor har en positiv virkning på væksten af træerne. På basis af et litteraturstudium vedrørende robotteknologi er der i projektet udarbejdet konceptforslag til nogle forskellige systemer, herunder operationsmønstre, design af køretøj, behov for sensorsystemer, databaser og navigationssystem. Også et estimat for omkostningerne ved brug af en sådan maskine er blevet udarbejdet for at kunne sammenligne med maskinstationstakster for nuværende operationer. Undersøgelsen konkluderer, at det ud fra et tekniske synspunkt er realistisk at udvikle en sådan lugemaskine, og at den vil kunne opfylde målsætningen om at renholde arealet omkring træerne og at lade det meste af floraen stå. Endvidere konkluderes det at maskinen for små omkostninger vil kunne udvikles til i forbindelse med arbejdet, at indsamle data om det enkelte træ vedrørende tilstand og kvalitet med henblik på anvendelse i driftsledelsens beslutningstagning og dokumentation. Det vurderes, at maskinen vil have væsentlige lavere miljømæssige effekter og give en lidt bedre tilvækst end de nuværende teknologier (sprøjtning og mekanisk ukrudtsbekæmpelse). Det vurderes endvidere, at maskinkonceptet vil have betydelig interesse i forbindelse med ukrudtsbekæmpelse i andre specialkulturer, som f.eks. frugt- og bærplantager. Det valgte koncept bygger på nøjagtig bestemmelse af positionerne for de enkelte træer og for den autonome maskine ved hjælp af et meget præcist global positioneringssystem (RTK GPS). Træernes position tænkes målt og kortlagt automatisk i forbindelse med plantningen, idet et elektronisk system måler positionen, hvor de placeres i jorden. Det fremkomne kort anvendes derpå gennem hele plantagens levetid af den autonome maskinen som grundlag for navigation under arbejdet. Ud over positionen vil der også være behov for løbende måling af en række andre parametre for tilstanden omkring og på maskinen til brug for navigation, styring og kontrol, herunder et integreret sikkerhedssystem, der skal forhindre sammenstød med forhindringer, beskadigelse af træer og materiel, samt tilskadekomst af mennesker og dyr. Disse styrings - og kontrolfunktioner er struktureret i en særlig systemarkitektur. Til bekæmpelse af ukrudtet er valgt en rotorklipper, der har mindre energiforbrug og næsten lige så god effekt som et jordbearbejdningsværktøj. Som operationsmønster er valgt en tilnærmelsesvis retlinet bevægelse langs den enkelt række, hvilket har vist sig at være det mest effektive og økonomiske. Det er endvidere valgt, at styre rotorklipperens horisontale finpositionering i forhold til det enkelte træ via en mekanisk eller optisk sensor. To typer af platforme er undersøgt: 1) En lille, lav 4 hjulet maskine, der kan køre under grenene og ind mellem træerne, og 2) En portal maskine, der kan "skræve" over en række og bearbejde på begge sider. Den førstnævnte type vurderes at være den enkleste og mest velegnede. Det er valgt at opbygge systemarkitekturen i flere lag, der bl.a. omfatter "koordinatoren", som er det menneske, der sætter maskinen i gang og løbende er i kontakt med maskinen via en PC, "vejlederen", der er en computer på maskinen, som primært via "mode changer" sørger for at maskinen opfører sig hensigtsmæssigt (navigation, ruteplanlægning, sikkerhedscheck og udførelse af arbejdsopgaver mm.), sekundært vejleder de forskellige stadier af maskinens sikkerhedsadfærd og endelig kommunikerer maskinens situation eller tilstand til koordinatoren. Med hensyn til omkostningerne ved anvendelsen af maskinen må der i de første tid efter udviklingen forventes et noget højere niveau end for de kendte teknologier. Men den generelle udvikling i elektroniske komponenter og udstyr, sammen med stigende produktionstal må forventes ret hurtigt at bringe omkostninger ned på et niveau mellem de nuværende mekaniske og kemiske metoder. Ud over dette vil maskinen antagelig kunne give tillægsværdier i form af indsamlede data for det enkelte træ som grundlag for til driftslederens beslutninger og kundeinformation.
|