Using bi-spectral imaging technology for simulated online-weed control in winter wheat and maize

Autor/innen

  • Markus Sökefeld
  • Martina Keller
  • Martin Weis
  • Christoph Gutjahr
  • Roland Gerhards

DOI:

https://doi.org/10.5073/jka.2012.434.022

Abstract

In spring 2011, two field trials on site-specific weed control in winter wheat and maize were carried out at Ihinger Hof research station of the University of Hohenheim. For the image acquisition, bi-spectral cameras were mounted on a vehicle. These cameras are able to take images free from disturbances by soil, mulch and stones. Images and the corresponding GPS-data were stored on-the-go. Afterwards, the images were analyzed by a weed recognition software. Weed infestation was mapped in consideration of weed species and weeds grouped according to their herbicide sensitivity. In order to simulate an online herbicide application, a onesided moving average of order five was used for the weed mapping. This kind of rearward calculation uses only the data of weed infestation which were already assessed behind or directly in the current position of the vehicle. The calculated weed distribution maps were checked by visual grid sampling. Herbicide application maps were generated by applying weed thresholds on the weed distribution maps. The herbicide application based on the maps was conducted by a multiple sprayer which allows the application of up to three herbicides independently from each other in a single pass across the field. Later on, the performance of the herbicide application was controlled again by visual grid sampling. Compared to a uniform herbicide application, the sitespecific weed control saved 83 % and 58 % herbicides respectively in winter wheat and 66 % in maize. The average efficacy of the site-specific herbicide application system in winter wheat was 70 % of the conventional herbicide application.

Keywords: Bi-spectral cameras, herbicide application, image analysis, site-specific, weed control

Simulation einer online Unkrautkontrolle in Winterweizen und Mais unter Verwendung von Bispektralkameras

Im Frühjahr 2011 wurden auf der Versuchsstation Ihinger Hof der Universität Hohenheim Feldversuche zur teilschlagspezifischen online-Unkrautkontrolle in den Kulturen Winterweizen und Mais durchgeführt. Die Bildaufnahme für die Erfassung der Verunkrautung mit Hilfe von digitaler Bildverarbeitung erfolgte mit einem Kamerafahrzeug, auf welchem Bispektralkameras montiert waren. Die Verwendung dieser Kameras gewährleistet die Aufnahme von Bildern, die von Boden, Steinen und Mulch weitestgehend ungestört sind. Zusammen mit den Bildern wurden die korrespondierenden Geokoordinaten gespeichert. Nach der anschließenden Bildauswertung unter Verwendung digitaler Bildauswerteverfahren erfolgte eine Kartierung der ermittelten Verunkrautung nach Unkrautarten bzw. Unkräuter gruppiert gemäß der Herbizidempfindlichkeit. Für die Kartierung wurden einseitig gleitende Mittelwerte der fünften Ordnung berechnet. Die Bestimmung des Mittelwertes erfolgte jeweils mit den vier Messwerten die zeitlich gesehen hinter dem aktuellen Messwert lagen und dem aktuellen Messwert. Durch diese rückwärtsgewandte Mittelwertbildung wurde die online Bildverarbeitung simuliert. Zur Überprüfung der Plausibilität der berechneten Unkrautverteilungskarten wurden die aus einer visuellen Rasterbonitur stammenden Daten herangezogen.

Unter Verwendung von Schadschwellen wurden die auf der Basis der Bildanalyse erstellten Unkrautverteilungskarten für die Berechnung von Applikationskarten benutzt. Die Umsetzung der Applikationskarten erfolgte mit einer Dreikammerspritze, welche eine simultane Applikation von bis zu drei Herbiziden unabhängig voneinander erlaubt. Eine Erfolgskontrolle der durchgeführten Herbizidapplikation erfolgte im zeitlichen Abstand wiederum anhand einer visuellen Rasterbonitur. Im Vergleich zur betriebsüblichen Variante wurde durch die teilschlagspezifische Herbizidapplikation im Winterweizen eine Herbizideinsparung von 83 % bzw. 58 % und im Mais von 66 % realisiert. Die durchschnittliche Wirksamkeit der teilschlagspezifischen Herbizidmaßnahme im Winterweizen betrug 70 % der betriebsüblichen Variante.

Stichwörter: Bildverarbeitung, Bispektralkameras, Herbizidapplikation, teilschlagspezifisch, Unkrautkontrolle

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Veröffentlicht

2012-03-06

Ausgabe

Rubrik

Precision Farming und Anwendungstechnik / Precision Farming and Application Technology