Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Für Bahnbetreiber und Kommunen sind Monitoring und Beseitigung unerwünschter Pflanzen eine Daueraufgabe, bei der in der Regel große Mengen an Herbiziden eingesetzt werden. Das WDS von Fraunhofer IPM ist ein optisches System zur selektiven Grünerkennung, das lebende Pflanzen anhand ihres charakteristischen spektralen Fingerabdrucks erkennt.
Gezielte Herbizid-Ausbringung bei 50 km/h
Das kamerabasierte System kann auf Schienen- und Zweiwegefahrzeuge oder Allround-Fahrzeuge für den Garten- und Landschaftsbau montiert werden. Vom Fahrzeug aus erfassen Kameras mit einer variablen Erfassungsbreite die Bodenoberfläche unter und vor dem Messfahrzeug. Die kontrollierte Ausbringung des Herbizids erfolgt bei Fahrgeschwindigkeiten von bis zu 50 km/h.
Die Messdaten werden so schnell ausgewertet, dass innerhalb von zirka einer Zehntelsekunde ein Befehl für das gezielte Ausrichten und Auslösen der Spritzdüsen erfolgt. Dank der automatisierten Sensortechnik wird nur dort Herbizid ausgebracht, wo tatsächlich Pflanzen wachsen. Im Vergleich zur heute üblichen visuellen Grünerkennung durch Menschen und zur manuellen Steuerung des Spritzmechanismus lässt sich die Menge der eingesetzten Herbizide auf diese Weise deutlich reduzieren
Langfristige Dokumentation
Die Messung erfolgt zusammen mit der Erfassung von GNSS-Positionsdaten zur exakten Lokalisierung. Auf dieser Basis lassen sich georeferenzierte Übersichtskarten zum Bedeckungsgrad erstellen. Sie ermöglichten eine langfristige Dokumentation von Vegetation – und bilden eine wertvolle Datengrundlage für die Planung der Vegetationskontrolle.
Multispektrale Messung nutzt »Grünlücke«
Grüne Vegetation hat einen charakteristischen spektralen Fingerabdruck. Das heißt: Licht im Wellenlängenbereich zwischen 490 nm und 620 nm, der sogenannten »Grünlücke«, und ab 780 nm im NIR-Bereich (nahes Infrarot) wird reflektiert. Wellenlängenbereiche zwischen 400 nm und 490 nm (blauer Spektralbereich) und zwischen 620 nm und 780 nm (roter Spektralbereich) werden hingegen absorbiert. Das WDS nutzt dieses spezifische Verhältnis von Absorption und Reflexion für die automatisierte Erkennung lebender Pflanzen.
Das Erfassungssystem wird an der Stirnseite des Messfahrzeugs montiert. Es besteht aus mehreren Kameras: Jeweils eine RGB- und eine NIR-Kamera bilden ein Kamerapaar, das auf den Boden ausgerichtet ist. Die Kameras sind in witterungsbeständige Gehäuse integriert.
Der Untergrund wird für eine zuverlässige Detektion mit leistungsstarken LED-Strahlern ausgeleuchtet, sodass die Grünerkennung auch bei schwierigen Lichtverhältnissen und bei Nacht funktioniert. Die Strahler bestehen aus LEDs, die den Messbereich homogen mit Weißlicht und Infrarotlicht ausleuchten.
Bildverarbeitung im Bruchteil einer Sekunde
Um bei hoher Fahrgeschwindigkeit ein hinreichend schnelles Auslösen des Spritzbefehls zu gewährleisten, erfolgen Bildauswertung, Signalverarbeitung und -weiterleitung in weniger als einer Zehntelsekunde. Die Kamerabilder werden Pixel für Pixel ausgelesen und mithilfe eines FPGA (Field Programmable Gate Array) analysiert. Erfasste Bereiche werden in Planquadrate von variabler Größe unterteilt. Für jedes Planquadrat wird der Pflanzenbedeckungsgrad errechnet. Wird ein vorgegebener Schwellenwert erreicht, erzeugt das System ein Signal, das je nach ermitteltem Bedarf eine oder mehrere bewegliche Spritzdüsen aktiviert. Der Schwellenwert für den Bedeckungsgrad ist individuell einstellbar.