Automatisk præcisionsstyring til mekanisk ukrudtsbekæmpelse i gartnerier og planteskoler
2 Materialer og Metoder2.1 Formål2.2 De automatiske styresystemer 2.3 Forsøgsplaner 2.4 Projektforløb 2.5 Opgørelse af resultater 2.6 Fejl – fejlkilder og løsninger 2.1 FormålAt undersøge perspektiverne for anvendelse af automatisk præcisionsstyring af redskaber til mekanisk ukrudtsbekæmpelse i rækkedyrkede kulturer i gartnerier og planteskoler. Projektet indeholder følgende delformål:
Projektets eksperimentielle arbejde vil blive koncentreret omkring følgende hypotese: Automatisk styringsteknik kan gøre det muligt at udføre en rationel, effektiv og pålidelig mekanisk ukrudtsbekæmpelse såvel mellem som i rækkerne i rækkedyrkede kulturer i gartnerier og planteskoler. I projektet er det valgt at foretage undersøgelserne i kål (udplantet/såede), såløg, fuglekirsebær og nordmannsgran. 2.2 De automatiske styresystemerRadrensning med eller uden ekstraudstyr til bekæmpelse i rækken er generelt en metode, som kræver nøjagtig og pålidelig styring af redskabet. Styringsnøjagtigheden er især påkrævet, når der renses meget tæt på rækkerne, hvilket ofte er ønskeligt for at begrænse det ubearbejdede bånd omkring planterne (Melander & Hartvig, 1997). Forud for projektet var der i 2000 tre helt nye automatiske styresystemer under afprøvning med henblik på salg fra foråret 2001. To danske systemer er baseret på optisk genkendelse af planterækker eller jordriller, og et australsk system baseret på detektering af metalmarkører placeret i jorden. Efter planen skulle vi afprøve disse tre automatiske styresystemer og sammenligne dem med manuel styring. Trods forsikringer om det modsatte, kunne ingen af systemerne leveres til det aftalte tidspunkt, så forsøgsstarten i 2001 måtte udsættes. Efterfølgende viste det sig også, at systemerne heller ikke var færdigudviklede. Robert Tucker fra Australien havde planlagt et to måneders ophold i Danmark i maj – juni 2001 for at færdigudvikle og afprøve sit system (AEGIS). Systemet bestod grundlæggende af en markørlægger (aluminiumstape) og en metaldetektor. En prototype af det australske system blev fremvist ved Forskningscenter Flakkebjerg i september 1999, hvor der blev kørt med en radrenser i vinterraps sået på 50 cm‘s rækkeafstand. Styringsnøjagtigheden virkede imponerende under demonstrationen. En særlig interessant detalje ved AEGIS er, at markørerne kan fremstilles med forskellig holdbarhed i jorden, således at de kan anvendes til enårige kulturer, hvor de i løbet af få måneder vil opløses, samt til flerårige kulturer, hvor de vil kunne anvendes i en udgave med en flerårig holdbarhed. Robert Tucker løb ind i mange tekniske problemer efter ankomsten til Danmark i maj 2001, og efter én måned rejste han hjem uden at have fået systemet til at virke. ECO-DAN’s og Frank Poulsens systemer var heller ikke færdigudviklede, og begge systemer har løbende krævet justeringer. Disse to systemer har vi dog kunnet teste i modificeret omfang. En teknisk beskrivelse kan ses i tabel 1, og yderligere oplysninger kan findes på de angivne internetadresser. Tabel 1. Teknisk beskrivelse af de to automatiske styresystemer brugt i forsøgene. Begge systemer er og bliver fortsat løbende udviklet.
2.3 Forsøgsplaner2001 A. Frilandsgrønsager på Forskningscenter Flakkebjerg (JB 6-7 med vanding) Forsøgsdesign Kulturer Forsøgsfaktorer, se under 2001B. 2001 B. Vedplantekulturer på Hedeselskabets Planteskole (JB 2 med vanding) Forsøgsdesign Kulturer Forsøgsfaktorer (fælles for A og B)
b) Styresystem (kørselshastighed 5 km/t)
Supplerende behandlinger i kål og vedplanter, som ikke indgår i faktorkombinationerne:
2002 A. Frilandsgrønsagerne på Forskningscenter Flakkebjerg (JB 6-7 med vanding) Forsøgsdesign Kulturer Forsøgsfaktorer, se under 2002B
2002 B. Vedplantekulturer på Hedeselskabets Planteskole (JB 2 med vanding) Forsøgsdesign Kulturer Forsøgsfaktorer (fælles for A og B)
Faktor b – delplot. Hastighed:
Bemærk at undervejs er alle planerne løbende justeret som beskrevet nærmere i næste afsnit. 2.4 Projektforløb2001 A - grønsager Fra starten af forsøgsperioden var der problemer, fordi fabrikanterne af de tre systemer, vi skulle afprøve, ikke leverede udstyret til den aftalte tid. Derfor måtte vi udsætte plantningen af kålene og såningen af løgene til d. 8.-11. juni. På grund af heldige vejrforhold fik dette ikke betydning for planteetableringen, dog var kålene rigeligt store til udplantning. Den sene levering betød, at der ikke var tid til at afprøve systemerne ordentligt, inden selve behandlingerne skulle udføres. Bortset fra den forsinkede udplantning blev forsøgene anlagt efter planen, men udplantningen af kål og såningen af løg skete som nævnt først den 8. og 11. juni. Den første behandling i kålene blev udført 13 dage efter udplantning med en testafstand på 2,5 cm og 5 cm til rækken ved 5 km/t og 2,5 cm ved 8 km/t. Denne justering af forsøgsplanen skyldtes, at kun skrabepindene kunne bruges til at justere afstanden til rækken. Plantemaskinen var til 60 cm rækkeafstand, mens radrenseren var bygget til 50 cm rækkeafstand. Der var derfor ikke skærbredde nok på radrenseren til at justere afstanden til rækken med skærene. Anden behandling 28 dage efter udplantning blev udført tilsvarende. Disse blev udført, dels i parceller der var radrenset ved første behandling, og dels i parceller der ikke tidligere var renset (oprindeligt til AEGIS-systemet) – det vil sige med store ukrudtsplanter mellem rækkerne (billede 1). Nogle af leddene med ED er ikke udført begge gange, fordi systemet ikke fungerede stabilt. Afsluttende er udbytterne gjort op, men da ikke alle behandlinger er udført efter planen, er det heller ikke alle udbytter, der er sammenlignelige mellem de forskellige systemer.
Billede 1: Picture 1: I løgene blev det forsøgt at køre 28 dage efter såning, da løgene var ca. 5 cm høje (billede 2). ED kunne ikke identificere rækken på dette stadium. FP kunne efter mange justeringer i perioder identificere rækken, men ikke stabilt. Derfor blev første kørsel i løgene udsat til 66 dage efter såning, hvor løgene var ca. 20 cm høje. Efter de mange justeringer undervejs kørte begge systemer rimeligt stabilt ved denne behandling. 2001 B - vedplantekulturer Den forsinkede leverance af styresystemerne betød, at fuglekirsebærplanterne blev så store i mellemtiden, at det blev besluttet, at Hedeselskabet selv sørgede for ukrudtsrensningen i fuglekirsebærparcellerne. Denne del udgik derfor af forsøget. ED- og FP-systemerne blev afprøvet i nordmannsgran-parcellerne i august måned 2001. Det skal her understreges, at hverken ED- eller FP-systemet oprindeligt var fremstillede til kørsel i træer. ED udstyret var monteret på en radrenser bagmonteret på en traktor. Under afprøvningen hos Hedeselskabet var der telefonisk kontakt til ED, hvor EDs forslag til indstillinger blev fulgt. FP-systemet blev monteret umiddelbart foran forhjulene på en Fendt-redskabsbærer og var koblet til styring af forhjulene. Afstanden fra kamera til jord var ca. 55-60 cm, men kameraet kunne justeres eller flyttes undervejs, hvis afstanden ikke var optimal i forhold til planterne. Hedeselskabet havde bekostet tilpasningerne af forhjulsstyringen på en Fendt-redskabsbærer med undermonteret radrenser. Frank Poulsen foretog selv installation af deres udstyr og optimering af dette.
Billede 2. Picture 2. Ved kørslen var plantetætheden i rækkerne mellem 10 til 30 planter pr. meter løbende række og plantehøjden ca. 3-5 cm. Nordmannsgran sætter kun en krans af kimblade første år (kransen er 2-3 cm i diameter), og planterne fylder derfor meget lidt i rækken. Kørslen med begge systemer viste, at fremspiringen og væksten af nordmannsgran var for lille til, at kameraet kunne detektere planterækken. Kørsel i disse parceller blev forsøgt med begge systemer men måtte opgives. Det blev derfor besluttet at køre med ED- og FP-systemerne i priklebede af rødgran, som stod i 5-rækkede bede med 25 cm mellem rækkerne. Prikleplanterne var ca. 10-15 cm høje. Da disse bede var en del af Hedeselskabets produktion, blev der brugt en fastmonteret målestok og ikke anvendt radrenserskær ved kørsel med de 2 systemer, hvor hastigheden var 2 km/time. Der blev derfor heller ikke kørt med ekstraudstyr. På baggrund af de opnåede erfaringer hos Hedeselskabet optimerede FP derefter yderligere på udstyret til en afsluttende kørsel i 2001 i priklebede af nordmannsgran. I november blev der kørt med FP systemet i 2-årige nordmannsgran priklet i 5-rækker med 25 cm mellem rækkerne og 6-7 cm mellem planterne i rækken. Planterne var ca. 10 cm høje. Da det ikke var muligt at køre i forsøgsparcellerne, som beskrevet ovenfor, men i Hedeselskabets produktionsbede, blev der ikke anvendt radrenserskær ved kørslerne. 2002 A - grønsager Det var forventet, at begge styresystemer ville være køreklar til vækstsæsonen 2002. På baggrund af erfaringerne fra 2001 havde begge firmaer i løbet af vinteren arbejdet på at forbedre systemerne. De havde stillet i udsigt, at vi uden problemer ville kunne udføre de planlagte forsøg i 2002. Det viste sig dog hurtigt, at FP have tekniske problemer, når vi kom ud i marken. Ved første forsøg på at køre i hvidkål 27 dage efter såning havde kålene 2 – 3 løvblade og var 4 – 5 cm høje (billede 3). Der var ukrudtsplanter mellem rækkerne, der var af samme størrelse eller større (ca. 10 pl./m2). ED kunne køre efter rækkerne, men reagerede på ukrudtsplanterne og var ikke præcis. FP reagerede på næsten alle ukrudtsplanter, og trods forsøg på justeringer i marken opgav vi at køre med dette system på dette tidspunkt. FP parcellerne blev radrenset manuelt i stedet.
Billede 3. Picture 3. 27 dage efter såning var løgene 3-5 cm høje og stort set ukrudtsfrie efter en vellykket gasbrænding på løgenes fremspiringstidspunkt (billede 4). Vi forsøgte også at køre med begge systemer i løgene på dette tidspunkt, men ingen af dem kunne identificere rækkerne. 43 dage efter såning prøvede vi igen at køre i begge afgrøder. I kålene, som nu havde 4-6 løvblade og var 10 – 15 cm høje, håndlugede vi midterrækken, som systemerne styrede efter, men alligevel var der så store udslag på ukrudt mellem rækkerne, at vi opgav at køre i kålene for ikke at ødelægge resultaterne af første kørsel. På samme tidspunkt prøvede vi igen i løgene, som var 10 – 15 cm høje. De relativt få ukrudtsplanter var nu væsentligt større end løgplanterne, og dem reagerede FP systemet voldsomt på. Som følge heraf fik vi næsten totalt ødelagt 4 parceller og udsatte derfor de resterende kørsler for at afvente forbedringer i FP’s software. Frank Poulsen forsøgte at få softwaren til at størrelsesdifferentiere planterne. I de følgende uger måtte vi to gange opgive at køre på grund af regn, og da ukrudtet blev mere og mere dominerende, håndlugede vi i og omkring midterrækken for at undgå for meget støj fra ukrudtet. Derfor blev første reelle kørsel i løgene først foretaget 66 dage efter såning, hvor løgene havde 30-40 cm lange blade. På grund af skadede parceller fra første forsøg var der kun plads til at køre med 5 km/t i løgene. Her fungerede begge systemer rimeligt, dog kunne der registreres tilfælde, hvor systemerne reagerede på asymmetriske planter (væltede toppe). Dette problem arbejder FP efterfølgende på at finde en systematisk løsning på.
Billede 4. Picture 4. 2002 B - vedplantekulturer Systemerne var, som nævnt under 2002A ovenfor, blevet justeret og optimeret af firmaerne i løbet af vinteren. I juni blev der kørt med begge systemer i sammenligning med manuel kørsel i forsøgsparcellerne hos Hedeselskabet. Ved kørslen var plantetætheden i fuglekirsebær gns. 10 planter pr. løbende meter række svarende til 50 planter pr. meter bed. Plantestørrelsen var 10-15 cm med ca. 3 sæt blade. I nordmannsgran var plantetætheden 15 planter pr. meter række svarende til 75 planter pr. meter bed. Plantehøjden var ca. 5 cm, og planten bestod af en krans af kimblade. På grund af stor nedbør forud blev der ikke kørt med radrenserskær. I stedet blev der monteret en styrepind, som systemets nøjagtighed blev aflæst udfra. Hastighederne var 2 og 6 km/t. Kørslerne med de 2 systemer viste, at plantemassen skulle have en vis størrelse, inden systemerne kunne anvendes effektivt i bedene. Der var forringet signal hele bedet igennem hos nordmannsgran sandsynligvis på grund af de meget små planter. I 2002 blev der udenfor selve forsøget sået havre i den yderste række med planteskolekulturer, hvor kornet kom op inden kulturplanterne. Ved hjælp af FP systemet kunne styres efter kornrækken i starten af kulturperioden - endda inden fremspiring af kulturplanterne. Kornrækken blev nedvisnet, da kulturplanterne havde tilstrækkelig størrelse til at køre efter. Metoden skal optimeres for at hindre konkurrence på kulturplanterne. Statsskovenes Planteavlsstation har brugt karse som styrerække til hjælp i den manuelle radrensning (Damm, 2002). Alle indstillinger af ED-systemet i forbindelse med kørsel i vedplantekulturer er fortaget af personel fra DJF. ED har ikke været til stede under de enkelte undersøgelser. 2.5 Opgørelse af resultater2001 A - grønsager I kål er skader på afgrøden opgjort ved at tælle kålplanterne i de to midterrækker i hver parcel før og efter hver behandling. Desuden er kålenes friskvægt og antal opgjort den 8. august for at sammenligne skader på overlevende planter. I spidskål er der tale om salgbart udbytte, mens hvidkål ikke var færdig udviklede. Tidligere erfaringer har vist, at hvis der går lang tid mellem behandling og opgørelse, kan eventuelle forskelle udjævnes. Ukrudtets friskvægt og antal er opgjort den 8. august i et 10 cm bredt bånd i hver række, svarende til 2 m2 i hver parcel. I løg er skader på afgrøden bestemt ved at måle spring i rækkerne (>5 cm) i de to midterrækker i hver parcel før og efter hver behandling. Desuden er løgenes friskvægt opgjort den 10. oktober for at sammenligne skader på overlevende planter. Dette var ikke salgbart udbytte, da løgene ikke blev fuldt udviklede på grund af den sene såning. Løgene var kemisk og manuelt renholdte, og derfor er ukrudt ikke registreret i denne afgrøde. 2001 B - vedplantekulturer I vedplantekulturerne blev der ikke anvendt radrenserskær, men en målestok blev fastspændt til radrenseren, og nøjagtigheden af styringen blev registreret som variationen omkring en fastsat afstand fra kulturrækkens midte til stokkens markering/spor i jorden. Afstanden til rækken blev valgt så tæt på rækken, som det skønnedes muligt, og en samtidig lille afstand og variation omkring denne er således et udtryk for stor styringsnøjagtighed. Selve sårækken var 4 cm bred, og den tætteste afstand til planterne i hver side var derfor 2 cm fra rækkens midte. Registreringerne foregik ved 2 hastigheder, 2 og 6 km/time. Da der ikke blev anvendt radrenserskær, blev der ikke registreret skader eller bortfald af kulturplanter i forsøgsparcellerne. 2002 A - grønsager I kål er skader på afgrøden opgjort ved at tælle kålplanterne i de to rækker i hver parcel før og efter hver behandling. Desuden er kålenes friskvægt og antal opgjort den 14. august for at sammenligne skader på overlevende planter. Dette var ikke salgbart udbytte, da kålene ikke var fuldt udviklede. Ukrudtets friskvægt er opgjort den 14. august i et 10 cm bredt bånd i 2 x 10 m række, svarende til 2 m2 i henholdsvis den håndlugede del og den ikke håndlugede del i hver parcel. I løg er skader på afgrøden bestemt ved at måle spring i rækkerne (>20 cm - dårligere fremspiring end i 2001, betød flere naturlige spring i rækkerne) i de to midterrækker i hver parcel før og efter hver behandling. Desuden er løgenes og ukrudtets friskvægt samt løgenes antal opgjort den 12. september for at sammenligne skader på overlevende planter. Løgenes vægt var salgbart udbytte af fin kvalitet. Resultaterne fra både kål, løg og ukrudt i rækkerne er analyseret ved almindelig variansanalyse i SAS (Anon., 1987). Data for plantetab i kål og spring i løgrækkerne er logaritme-transformerede for at opnå varianshomogenitet i analyserne. 2002 B - vedplantekulturer I fuglekirsebær og nordmannsgran blev styringsnøjagtigheden ved de 2 systemer ED og FP i sammenligning med MS igen registreret som variationen omkring en given afstand fra en rækkes midte i cm samt hvor tæt på rækken, det var muligt at holde den givne afstand. Resultaterne blev analyseret ved variansanalyser. Plantetætheden og plantestørrelse blev registreret i et repræsentativt udsnit af bedene. Da der ikke blev anvendt radrenserskær, blev der ikke registreret skader eller tab af kulturplanterne i forsøgsparcellerne. For at få et overblik over, hvor megen skade, der kan ske ved manuel radrensning, blev der registreret skader i stilkeg og i nordmannsgran i bede udenfor forsøgsparcellerne hos Hedeselskabet i 2002. Skaderne med radrenserskær sker typisk ved påkørsel af rodhalsen lige under jordoverfladen. Påkørslen ødelægger barken, som efterfølgende danner kallus over såret. Planter med skader på rodhals skal frasorteres ifølge sorteringsreglerne fra Dansk Planteskoleejerforening. Registreringen i stilkeg skete ved besigtigelse i marken, hvor jorden omkring rodhalsen blev fjernet hos 2-årige egeplanter (betegnes 2/0) på 5-rækkede bede med 25 cm’s afstand mellem rækkerne. Der blev registreret i 5 bede, som var 200 meter lange, og med hver 5-rækker, og i alt blev der registreret skader i 25 meter række. Registrering af skader fra manuel kørsel hos nordmannsgran blev foretaget på planter, der blev taget op, og hvor rødder og rodhals blev vasket inden registrering. Nordmannsgranerne havde stået 2 år på frøbed uden radrensning. Planterne var derefter blevet udpriklet med 75 planter pr. meter bed i 5 rækker med 25 cm afstand mellem rækkerne i 2001. Hedeselskabet leverede 150 planter (betegnes 2/1s) usorteret og optaget tilfældigt fra 2 marker med i alt 16 km bed (Karlsson, B., pers. medd.). Generelt for 2001A, B og 2002 A, B Det skal bemærkes, at resultater vedrørende udbytter og skader på kulturerne, som præsenteres i resultatafsnittet, kun er vist for de sammenligninger mellem systemerne og manuel styring, hvor det på baggrund af forsøgsforløbet er rimeligt at foretage en sammenlignende analyse. Da undersøgelserne blev udsat for en række ændringer undervejs er det ret begrænset, hvad der med rimelighed har kunnet sammenlignes uden, at forsøgsleddenes individuelle historier har påvirket resultaterne for meget. 2.6 Fejl – fejlkilder og løsningerFor begge de automatiske systemer gælder, at når de har fejlet har nogle af fejlene efterfølgende kunnet rettes ved justeringer i de respektive computere, mens der for andre fejl fortsat arbejdes på løsninger. Typisk har fejlene været:
Billede 5. Picture 5. Tilsvarende i nypriklede vedplantekulturer, der er priklet ud i ca. 5-10 cm størrelse, og hvor toppen er overhængende. Dette er specielt uheldigt, når der er stor afstand mellem afgrødeplanterne (få planter at styre efter), fordi der kun styres efter én ud af f.eks. 6 eller 12 rækker i praksis. ED har en løsning på dette i form af et system med to kameraer, der følger to forskellige rækker. Dette system har vi dog ikke haft til rådighed. FP arbejder på at udvikle software, der identificerer stængelbasis på afgrødeplanterne, og derved undgår reaktion på skæve planter. Dette software har vi dog ikke set fungere endnu. For begge systemer gælder, at påvirkningen af enkeltplanter kan reduceres ved at vinkle kameraet, så et længere rækkestykke kommer i billedfeltet.
|
