Automatisk præcisionsstyring til mekanisk ukrudtsbekæmpelse i gartnerier og planteskoler

Automatisk præcisionsstyring til mekanisk ukrudtsbekæmpelse i gartnerier og planteskoler

4 Diskussion

Projektet er blevet en udviklingsproces i højere grad end en systematisk undersøgelse af automatiske styresystemer. Dette har været lærerigt for de involverede firmaer og for projektdeltagerne. Da det ikke har været muligt at følge alle de oprindelige projektplaner, vil vi supplere med vores mere subjektive erfaringer fra forløbet.

Den forsinkede og dermed forcerede opstart gav mange problemer og understregede vigtigheden af, at der også i praksis er tid til at lære systemerne at kende, inden de skal anvendes. Hvis systemerne skal fungere i en ikke kemisk strategi til bekæmpelse af ukrudt, er det vigtigt, at planer og timing kan overholdes. En af vore erfaringer er, at forudsætningerne for succes er bekæmpelse af ukrudt, inden afgrøderækkerne er store nok til at styre efter. ED har udstyr, og FP er på vej med systemer, der kan styre efter jordspor, men dette har vi ikke haft til rådighed i projektet. Alternativer til dette er herbicider (f.eks. jordmidler der hæmmer ukrudtsfremspiringen), gasbrænding ved afgrødens fremspiring, styring efter en række af hurtigt spirende frø (f.eks. karse), manuel styring ved første kørsel, håndlugning omkring styrerækken eller udplantning, som vi gjorde med kål i 2001. En investering i automatisk styring vil dog være mest attraktivt, såfremt systemet kan klare alle behandlinger.

Et generelt problem er detektion af systemernes pålidelighed og nøjagtighed ved måling af skade på afgrøderne. Når systemerne ikke fungerer af en eller anden årsag, vil styresystemet gå i neutral position. I sådanne tilfælde vil en skade på afgrøden være afhængig af, hvor præcis traktorføreren kører. En test af præcisionen af ED- og FP-systemerne ved Afdeling for Jordbrugsteknik, DJF har vist, at præcisionen reduceres væsentligt, hvis der laves udsving med traktoren (Søgaard et al., 2002). Nøjagtigheden blev udtrykt som standardafvigelsen på afstanden fra en markeret linie ved radrensning og indtil midten af planterækken. Denne standardafvigelse øgedes fra 16 til 44 mm for ED og fra 16 til 20 mm for FP ved udsving med traktoren i forhold til lige kørsel. På skrånende terræn klarede systemerne sig omtrent lige så godt som på fladt terræn.

I forhold til projektets målsætninger er der følgende kommentarer:

Mulighederne for at kunne styre radrensere automatisk med en rimelig præcision og pålidelighed er undersøgt i meget forskellige kulturer og under forskellige betingelser. Systemerne er løbende udviklet i projektperioden, og ved afslutningen er det vores vurdering, at systemerne i den nærmeste fremtid vil være mindst lige så præcise og pålidelige som manuel styring. Dette kræver nogle forudsætninger, og en sikkert test af denne hypotese kan ikke leveres i dette projekt.
Mulighederne for at anvende automatisk præcisionsstyring til styring af ekstraudstyr påmonteret en radrenser til mekanisk bekæmpelse af ukrudt i selve kulturrækkerne, har ikke kunnet testes. Men test af præcisionen i dette og andre projekter (Søgaard et al., 2002) har vist, at der ikke er nogen generel forskel på præcisionen af automatisk og manuel styring, forudsat at systermerne fungerer efter hensigten. Dermed kan det med stor rimelighed antages, at de erfaringer man har med ekstraudstyr ved manuel styring kan overføres til situationer, hvor der styres med automatisk styring.
Bekæmpelseseffekterne mod ukrudt og eventuelle kulturskader ved anvendelse af mekanisk ukrudtsbekæmpelse baseret på automatisk styringsteknik er generelt ikke fundet forskellige fra manuel styring. Ved upræcis styring vil radrenseren selvfølgelig skade afgrøden i rækkerne. Større skader på afgrøderne skal undgås ved at optimere betingelserne og ved yderligere forbedringer af de automatiske systemer.
Anvendelsesmuligheder for automatisk præcisionsstyring af redskaber til ukrudtsbekæmpelse i gartnerier og planteskoler afhænger af fortsat udvikling af systemerne. Men med mulighed for ukrudtsbekæmpelse i afgrødens tidlige stadier vil systemerne have anvendelsesmuligheder i mange afgrøder. Her vil de i højere grad kunne forbedre arbejdsmiljøet og øge arbejdskapaciteten. Manuel styring kræver stor rutine og koncentration, hvilket de automatiske systemer ikke gør. Derfor vil mindre rutinerede traktorførere kunne udføre dette arbejde, og arbejdsopgaverne vil kunne fordeles mere fleksibelt på større produktionsenheder, og den daglige driftstid vil kunne øges.
Beregninger af de økonomiske konsekvenser for avleren viser, at automatisk styringsteknik rummer et betydeligt potentiale, hvis det kan erstatte en ekstra person til styring og/eller øge arbejdskapaciteten. Anskaffelsesprisen på automatisk styringsudstyr er af stor betydning på små arealer, men falder betragteligt ved stigende arealer. Fordelen stiger ved stigende areal, der behandles årligt med systemet. Såfremt automatisk styring kan øge mulighederne for at forbedre den mekaniske bekæmpelse af ukrudt i rækken ved brug af ekstraudstyr påmonteret radrenseren, vil det være muligt at opnå betydelige økonomiske såvel som tidsmæssige fordele i de grønsagsproduktioner, hvor der er et stort behov for manuel lugning af ukrudt i rækkerne. I vedplantekulturer har skader på planterne dog væsentlig større betydning end udgifterne til håndlugning, og her vil præcisionen være meget afgørende. Båndsprøjtning kan generelt blive mere attraktiv med bedre styring, og teknikken rummer muligheden for at spare betydelige kemikaliemængder. I mange planteskoler og gartnerier bruges radrensning allerede udbredt men selve båndsprøjtningsteknikken mangler stadig at blive forbedret på flere punkter eksempelvis afskærmning mod støv og dyseteknik med bedre væskefordeling og afsætning.
Kapaciteten kan antageligt øges ved automatisk styring, og dermed reduceres tidsforbruget pr. areal. Vi har set tendenser til, at præcisionen øges ved øget hastighed, og systemerne giver mulighed for at opbygge radrensere i flere sektioner. Desuden kan driftstiden øges, og mindre rutinerede chauffører kan køre med redskabet.
Energiforbruget er det samme for manuel og automatisk styring af radrenserne. Energiforbruget ved mekanisk ukrudtsbekæmpelse er højere end ved kemisk bekæmpelse, og erstattes kemisk bekæmpelse med mekanisk vil forbruget stige. Gasbrænding vil betyde et markant større energiforbrug.

Automatiske styresystemer - fordele og ulemper

Ved de aktuelle afprøvninger er der ikke fundet væsentlige forskelle i præcision og sikkerhed. Alligevel kan vi godt pege på nogle fundamentale forskelle på de afprøvede og andre kendte styresystemer, som kan være fordele eller ulemper i forskellige situationer.

ECO-DAN LPS (www.eco-dan.dk): For dette system er rækkestrukturen det essentielle. Systemet virker p.t. meget stabilt, når der er tydelige rækker. Systemet kan stabiliseres yderligere ved anvendelse af to kameraer, hvis rækkerne er mindre tydeligere. Ukrudt mellem rækkerne forstyrrer billedet, men det er usikkert i hvor høj grad dette løses ved at bruge to kameraer. ED har udviklet et system til brug, før rækkerne kan detekteres. Laserlys rammer et jordspor og kan detekteres med samme kamera, som så senere kan bruges på rækkerne. Præcisionen af dette system er den samme som styring efter rækker, det vil sige en standardafvigelse på ca. 15 mm (Søgaard et al., 2002). Når dette system virker, er der et færdigt koncept til at renholde mellem rækkerne i almindelige rækkeafgrøder. ED har frem til 2002 solgt ca. 125 styresystemer i Danmark (ca. 50), Vesteuropa, USA, Canada og Japan. Prisen på ATC systemet med ét kamera og elektrisk styresystem til radrenser er ikke oplyst.

Frank Poulsen Autopilot (www.fp-engin.dk): Dette system er i højere grad end ED baseret på de enkelte afgrødeplanter i rækken. Under projektet og også fremover udvikles systemet mod i højere og højere grad at kunne adskille afgrøde og ukrudt på størrelse og form. Dette er meget ambitiøst og tager derfor også megen tid. Under projektet er der således brugt meget tid på manuelle justeringer, som i en endelig version skal automatiseres. På kort sigt er dette en svaghed ved dette system, men på lang sigt vil det give mulighed for at tilpasse sig specialafgrøder og bekæmpe ukrudt i selve rækken. FP har også et system på tegnebrættet, der med en mekanisk føler kan styre efter jordspor, før der kan styres efter rækken.
FP har i 2002 haft 3 styresystemer til afprøvning hos praktikere i Danmark og egentligt salg forventes at starte i 2003.
Pris på Auto Pilot inkl. hydraulisk styresystem til radrenser: ca. 25.000 kr.

AEGIS: Som beskrevet er dette system ikke afprøvet og kun set fungere i en meget tidlig version. Til forskel fra visionsystemerne er dette system uafhængig af både afgrøde og ukrudt, hvilket projektet har vist kunne være fordelagtigt. Hvis der kan laves markører med forskellig holdbarhed, kunne man f.eks. køre i flerårige afgrøder også selv om rækkerne lukker. Dette kan ikke lade sig gøre med vision systemer. Robert Tucker arbejder stadig på dette system, men han arbejder alene med meget begrænset økonomisk støtte. Systemet er ikke markedsført, og prisen kendes ikke.

ROBOCROP vision system (forhandler: http://www.garford.com) er et kommercielt engelsk computervision system, som oprindeligt er udviklet på Silsoe Research Institute (Tillett & Hagur, 1999; Tillett et al., 2002). Dette system er også baseret på et digitalt videokamera, men til forskel fra de to danske systemer ser man her på 3 til 5 rækker i hvert billede. Dette har den fordel, at enkelte afvigende eller manglende afgrødeplanter og ukrudtsplanter mellem rækkerne ikke påvirker styringen. Det angives, at dette system fungerer med op til 12 km/t og kan monteres på en 18 rækkes (9 m) radrenser. Systemet anvendes kommercielt i sukkerroer, korn, gulerødder, løg, porre, kål, bønner, pastinak og græskar. Systemet har været solgt kommercielt i to år: 12 i England og 1 på New Zealand. Pris: ca. 90.000 kr. Nick Tillett fra Silsoe Research Institute (personlig kommunikation, 2003) fremhæver, at Robocrop har vist sig at være mere præcist end manuel styring - standardafvigelserne for Robocrop er blevet målt til 9-12 mm ved op til 10 km t-1. Systemet har endvidere været evalueret til brug i forbindelse med båndsprøjtning i roer, og her har det vist et tydeligt potentiale for at kunne styre både en båndsprøjte og en radrenser, når båndbredden er ca. 15 cm (Wiltshire et al., 2003). Denne båndbredde vurderes at kunne nedsætte herbicidforbruget med mindst 70% i forhold til almindelig bredsprøjtning. Nick Tillett mener, at automatisk styring i forhold til eksisterende manuelle styresystemer vil kunne øge arbejdskapaciteten, ikke kun som følge af en højere kørehastighed, men også fordi det vil være muligt at kunne radrense over flere såbredder samtidigt. Også det ubearbejdede bånd omkring afgrøderækken vil kunne formindskes yderligere, føler han sig overbevist om.

Andre automatiske styresystemer

Ifølge de oplysninger vi har kunnet indhente, er der ikke andre lignende kamerabaserede styresystemer til automatisk styring af markredskaber. I Australien har man udviklet et kamerabaseret automatisk styresystem til styring af selve traktoren i rækkeafgrøder (http://www.clears.com.au/vgs.htm) - en løsning meget analog til Frank Poulsens forsøg på styring af selve traktoren. Systemet er mest ment som en aflastning for traktorchaufføren under arbejde med redskaber i rækkeafgrøder, og det hævdes at kunne arbejde med en bemærkelsesværdig præcision (+/- 2,5 cm afvigelse), som dog ikke er nok til en egentlig finstyring af det arbejdende redskab. Systemet har ikke været dokumenteret i den videnskabelige litteratur.

Der findes også GPS-baserede styresystemer på markedet (eksempelvis Autopilot fra USA (http://www.nielsencomm.com/ats/autouse.htm)), som mest er udviklet til at støtte traktorchaufføren under etablering af lige sårækker med en rimelig præcis afstand mellem rækkerne. Systemerne markedsføres også som en god støtte og mental aflastning for chaufføren under kørsel og styring i rækkeafgrøder med eksempelvis radrensere, men systemerne giver ingen finstyring af redskaberne og kan som sådan ikke erstatte de potentialer, de undersøgte styresystemer i nærværende rapport er tiltænkt.