Datorspelet som hittade ut på åkern

"Vi har i projektet kunnat konstatera att det går att bestämma såbäddsegen­skaper med hjälp av en 3D-sensor. Nu är projektet avlutat och vi har visat att befintlig teknik är tillräckligt bra för att användas direkt på maskin för att optimera såbäddsberedning", konstaterar forskaren Bo Stenberg vid SLU i Skara.

Självkörande jordbruks­maskiner är nästa stora för lantbruket. Men det gäller att maskinerna har koll på vad de gör om ingen förare är inblandad. Ett stort steg när det gäller jordbearbetning har ett forskarteam på SLU och Rise tagit med en 3D-sensor som klarar att bestämma såbäddens ytstruktur i realtid.

3D-sensorn är under körning placerad så att den är avskärmad från direkt solljus. Halmrester och större stenar ”klipptes bort” för att göra skattningen av genomsnittet under 24 mm säkrare.

Projektet har pågått i flera år och har resulterat i att det nu går att digitalt följa resultatet av jordbearbetning medan den utförs, något som öppnar nya möjligheter för autonoma traktorer. Det kan bli ett bra hjälpmedel även vid traditionell bearbetning med förare i hytten.
”Då räcker det med att en röd lampa tänds om såbädden inte är tillräckligt finfördelad, alternativt att procenten på fördelningen av aggregatstorleken anges på en display”, berättar forskaren Bo Stenberg på SLU i Skara.
En grov struktur med stora aggregat gör det svårt att placera utsädet på ett jämnt djup i tillräckligt fuktig jord. Det innebär också att skyddet mot avdunstning blir dåligt, vilket ökar risken för dålig uppkomst. Gamla fakta som varje bonde är väl bekant med.
Men nu öppnas nya möjligheter tack vare en teknik som faktiskt först dök upp i spelkonsolen Xbox 360 för flera år sedan.
Via två kameror och en IR-sensor i samarbete analyseras såbädden direkt i samband med harvning eller andra bearbetningsmetoder. Sekundsnabbt ges besked och om det handlar om ett självkörande redskap kan då antingen systemet styra så att körhastigheten sänks eller, om det handlar om en rotorharv, varvtalet på kraftuttaget ökas.

Grunden till 3D-sensorn såg dagens ljus i spelkonsolen Xbox och vidareutvecklades bland annat av Fotonic som i höstas köptes av Autoliv. Sensorerna är betydelsefulla för att självkörande bilar ska bli verklighet.

Finns redan
Ett pilotprojekt inom nätverket Precisionsodling Sverige, POS, genomfördes 2013 med en NIR-sensor som ger en tredimensionell bild av markytan där koordinaterna är uppmätta med milli­meternoggrannhet. Resultaten var lovande och ledde till en fortsatt utveckling av tekniken. Nu finns den framme, redo för tillverkarna att ta vid. Pöttinger har redan presenterat en första generation i form av en rotorharv som belönades med silvermedalj på senaste Agritechnica.
”De har nog sneglat på våra algo­ritmer, men har ingen laser utan enbart stereokamera, vilket är en dyrare tekni­k”, berättar Mikael Gilbertsson, Rise, som varit med i projektet.
Med laser plus kameror erhålls en 3D-bild som via en tämligen enkel algoritm kan översättas till djupdata.

Vid bearbetning tar sensorn 30 sådana här bilder per sekund.

30 bilder i sekunden
Med hjälp av ett gaussiskt filter ”sållas” olika fraktioner av aggregatstorleken fram från indata med 30 bilder i sekunden. Varje pixel i bilden, samman­lagt drygt 300 000, ger koordinat och höjdinformation. Bilderna översätts sedan till siffror som bearbetas sekund­snabbt och ger löpande besked om hur såbäddsberedningen förlöper.
”Målet är att få en jämn såbädd utan variation över hela fältet, oavsett jordart eller packningsgrad. Åtgången av tid och bränsle optimeras”, poängterar Bo.
Samtidigt lämnar systemet exakta uppgifter om både status på genomfört arbete och direkt på fältkartan vilka eventuella fältpartier som kan behöva en omgång till. Metoden gör också att fler såbäddsundersökningar kan utföras, vilket i sin tur hjälper lantbrukaren till en bättre etablering av gröda. Det egna skiftet förvandlas till ett försöksfält där teknik kan provas och optimeras för förhållandena på den egna gården.

Via filter omvandlas bilden och information från IR-djupsensorn adderas för att få 3D-information. Varje pixels position bestäms med triangulering.

Fungerar i fält
Projektet har pågått i fyra år och rymde lyckade fältförsök på Ultuna, i Upplands Väsby och Säby på olika jordarter. Nu är det klart och visar att man med den ganska enkla utrustning som användes med relativt god säkerhet kan kvantifiera andelen jord i aggregat större än fem millimeter och att tekniken fungerar bra i hastigheter upp till sju km i timmen.
”Här finns en stor potential för att automatisera tekniken. Den kan också komma att spela en viktig roll i samband med utvecklingen mot helt autonoma traktorer. En avgörande faktor inom den utvecklingen är att arbetsresultatet måste bedömas under pågående bearbetning”, avslutar Mikael Gilbertsson.

Av Ulf C Nilsson