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7.  Summaries

7.1. Summary

The machine-based biomass sensor pendulum-meter can determine on-line the site-specific differentiation of cereal crop fresh masses and dry masses for the most growth-stages in winter wheat, winter rye, and irrigated rice. The pendulum-meter is well suited in wheat and rye for the growth-stages BBCH 39 to BBCH 69, and to a lesser degree for BBCH 34 and 32. Irrigated rice crop biomass was well sensed by the pendulum-meter at all tested growth-stages BBCH 25 to BBCH 65. Earlier growth-stages were not possible to measure. The angle-force relation of the pendulum-meter is non-linear. The most important factor for this contact measurement was found in the bending moment of resistance of the stems. For the reduction of the original data to representative plot values, the average of the angle, the average of the vector, and the median of the angle were suitable. The results of the optimisation trials, in terms of repeatability of the measurement and the accuracy of biomass determination, showed a wide range of suitable parameter settings and not a single optimal parameter. Nevertheless, the mass of the pendulum m P should be low to avoid destruction of the plants, the height of the cylindrical body hA0 should touch the stems to ensure bending contact, and the height of the pivot point hP should be at crop height to get a wide range of angles of deviation for a given range of biomass. For every growth-stage, the optimum hP, hA0, and m P are different, and although a single pendulum-meter setting for all growth-stages is possible, but lacking good accuracy of biomass determination in many growth-stages. Without calibration the pendulum-meter still senses well the relative distribution of the site-specific biomass, hence the field heterogeneity. When only the crop’s heterogeneity is of interest, all pendulum settings can be used without calibration. The replicates with the same pendulum parameter settings show a standard deviation of the plot average of less than 1°, mostly less than 0.3° for the most growth-stages. The coefficient of variation is mostly less than 5 %, often less than 2 %, and it is higher the smaller the range of measured angles is. The accuracy of biomass determination of the pendulum-meter showed mostly R2 of 0.90 or higher. The linear regression performed with slightly lower R2 than the square, except for rye, where the square regression was much better for the late growth-stages. Solely in rye the plotted residuals showed a square bias. The standard errors of the regressions were less than 2 in rice, less than 3 in wheat, and less than 4 in rye, increasing during crop growth.

The multiple and simple regression for the dependency of the measured angle on the parameter settings of the pendulum was strongly influenced by the biomass thus causing a re-calibration when changing the pendulum parameters.


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The slope of the terrain is deviating the pendulum-meter without crop and needed a correction by a slope sensor. The carrier speed has to be constant, and the angle of deviation is highly dependent on the carrier speed, but simultaneously dependent on the amount of biomass. The biomass sensor senses the tiller density, when the plant height is homogeneous, and the plant height when the tiller density is constant. Wind at low speeds is not a biasing factor, but at high wind speeds the bias will increase. Further biasing factors can be weeds, daily plant growth, stem inclination, tramline depth, and variety, thus requiring a re-calibration of the biomass sensor under most conditions. The accuracy of the measurement principle was determined with a carrier that was not changing its orientation towards the soil surface, but a tractor might bias the measurements because of its own movement.

Site-specific application of growth-regulators and fungicides according to the measurements of the pendulum-meter, and hence the biomass, has been successfully conducted. The measurements of the pendulum-meter can be used as a decision base for the site-specific application of growth-regulators and fungicides, although the relationship between lodging and biomass, and between most fungi and biomass needs further examination, as well as determining the necessary amount of growth-regulators and fungicides according to biomass.

The biomass sensor pendulum-meter is suitable for controlling the intermediate and late applications of growth-regulators and fungicides, here BBCH 32 – 59, but not for the early applications, here BBCH 25 – 31, due to impossibility of using the sensor in low plants. In fungicide application, the sensor can be used similar to LAI, and in growth-regulators sprayings, the sensor has in principle a high similarity with lodging resistance.

7.2. Zusammenfassung

Der maschinengestützte Pflanzenmassesensor „Pendulum-Meter“ kann online die teilflächenspezifischen Differenzierung der Bestandesfrischmassen und –trockenmassen der meisten Wachstumsstadien von Winterweizen, Winterroggen und Naßreis bestimmen. Das Pendulum-Meter ist in Weizen und Roggen sehr gut geeignet für die Stadien BBCH 39 bis 69, und mit geringerer Genauigkeit auch für die Stadien BBCH 32 bis 34. In Naßreis wurde die Biomasse in allen getesteten Wachstumsstadien von BBCH 25 bis BBCH 65 gut erfaßt. In früheren Wachstumsstadien ist eine Messung nicht möglich. Die Kraft-Winkel-Beziehung des Sensors ist nicht linear. Der wichtigste Faktor für diese Kontaktmessung ist der Biegewiderstand der Getreidehalme. Zur Reduzierung der Rohdaten zu repräsentativen Werten für die Parzellen sind sowohl der Mittelwert des Auslenkungswinkels und der Mittelwert des Vektors, als auch der Median des Auslenkungswinkels geeignet. Die Ergebnisse der Optimierungsversuche in [page 117↓]Bezug auf die Wiederholgenauigkeit der Meßwerte und die Abbildungsgenauigkeit der Pflanzenmasse zeigten eine große Bandbreite von geeigneten Einstellungsparametern und keine einzelnen optimalen Parameter. Trotzdem sollte die Pendelmasse m P niedrig sein, um eine Zerstörung einiger Pflanzen zu vermeiden. Die Höhe des Zylinderkörpers hA0 sollte die Halme berühren, um den Biegekontakt sicherzustellen. Und die Drehpunkthöhe hP sollte in Bestandeshöhe sein, um eine größtmögliche Bandbreite an Auslenkwinkeln für eine gegebene Biomasse zu erhalten. Die optimalen Einstellungen für hP, hA0, und m P sind in jedem Wachstumsstadium anders, aber eine einzige Pendeleinstellung für alle Wachstumsstadien ist möglich, jedoch läßt sie in vielen Wachstumsstadien eine gute Genauigkeit der Biomassebestimmung vermissen. Ohne Kalibrierung ermittelt das „Pendelum-Meter“ immer noch gut die relative Verteilung der teilflächenspezifischen Biomasse, also der Heterogenität des Feldes. Wenn nur die Bestandesheterogenität von Interesse ist, können alle Pendeleinstellungen ohne Kalibrierung benutzt werden. Die Meßwiederholungen mit derselben Parametereinstellung zeigte eine Standardabweichung der Parzellenmittelwerte von weniger als 1°, in den meisten Fällen geringer als 0.3° für die meisten Wachstumsstadien. Der Variationskoeffizient ist für die meisten Einstellungsparameter geringer als 5 %, oft kleiner als 2 %, und er ist größer je kleiner die Bandbreite des gemessenen Winkels ist. Die Genauigkeit der Pflanzenmassebestimmung durch das Pendulum-Meter ist durch Bestimmtheitsmaße von 0.90 oder höher gekennzeichnet. Die lineare Abbildung zeigte dabei geringfügig niedrigere R2 als die quadratische, außer in Roggen, wo in den späteren Wachstumsstadien die Pflanzenmasse wesentlich besser quadratisch darstellt wurde. Auch zeigten die geplotteten Residuen dieser Regression allein im Roggen eine Verfälschung durch einen quadratischen Einfluß. Die Standardfehler dieser Regressionen zur Abbildung der Biomasse waren in der Regel geringer als 2 in Naßreis, geringer als 3 in Winterweizen, und geringer als 4 in Winterroggen, und mit dem Bestandeswachstum zunehmend.

Die multiple und einfache Regression der Abhängigkeit der Meßwerte von den Parametereinstellungen des Sensors wurde stark von der Pflanzenmasse der Parzellen beeinflußt, weshalb eine Kalibrierung notwendig ist, wenn die Einstellungsparameter geändert werden.

Die Geländeneigung lenkt das Pendel aus, ohne einen Getreidebestand zu messen, und benötigt eine Korrektur durch einen Neigungssensor. Die Fahrgeschwindigkeit muß konstant gehalten werden, da der gemessene Auslenkwinkel eine starke Abhängigkeit von der Geschwindigkeit zeigt, aber gleichzeitig auch von der Menge der Pflanzenmasse. Der Biomassesensor kann die Bestandesdichte bestimmen, wenn die Bestandeshöhe homogen ist, und bestimmt die Bestandeshöhe, wenn die Bestandesdichte konstant ist. Wind mit niedriger Geschwindigkeit ist [page 118↓]verfälscht die Biomassemeßwerte nicht meßbar, aber bei höheren Windgeschwindigkeiten wird der Fehler größer. Weitere verfälschende Faktoren sind Unkräuter, das tägliche Pflanzenwachstum, die Neigung des Halmes, Vertiefungen der Fahrgasse, verschiedene Sorten, die eine Eichung des Biomassesensors unter den meisten Umständen notwendig machen. Die Genauigkeit des Meßprinzips wurde mit einem Geräteträger ermittelt, der seine Ausrichtung gegenüber dem Erdboden nicht veränderte, aber ein Traktor kann die Messungen durch seine Eigenbewegung verfälschen.

Die Messungen des Biomassesensors können als Entscheidungsbasis zur teilflächenspezifischen Applikation von Wachstumsregeln und Fungiziden dienen, wenn auch die Entscheidungskriterien noch erarbeitet werden müssen.

Teilflächenspezifische Applikationen von Wachstumsreglern und Fungiziden nach den Messungen des Pendulum-Meters, also nach der Pflanzenmasse, sind erfolgreich durchgeführt worden. Die Messungen des Pendulum-Meters können dabei als Entscheidungsbasis für die teilflächenspezifische Applikation von Wachstumsreglern und Fungiziden benutzt werden, obwohl die Beziehung zwischen Lager und Pflanzenmasse, und zwischen den meisten Schadpilzen und der Biomasse weitere Untersuchungen erfordert, genauso wie die Ermittlung der notwendigen Aufwandmenge an Wachstumsreglern und Fungiziden je nach Pflanzenmasse.

Der Biomassesensor Pendulum-Meter ist für Kontrolle der mittleren und späten Applikationen von Wachstumsreglern und Fungiziden geeignet, hier die Stadien BBCH 32 – 59, aber nicht für die frühen Applikationen, hier die Stadien BBCH 25 – 31, wegen der fehlenden Eignung den Sensor in niedrigem Pflanzenbestand zu benutzen. In der Fungizidapplikation kann der Sensor ähnlich den LAI-Meßgeräten benutzt werden, und in der Ausbringung von Wachstumsreglern hat der Sensor eine große Gemeinsamkeit mit dem Widerstand gegen das Lagern.

7.3. Summario Español

El sensor automático de biomasa denominado pendulómetro (“pendulum-meter”) puede hacer una diferenciación sitio-específica de masa fresca y seca en cereales, y trabaja adecuadamente para la mayoría de los estadíos de crecimiento en trigo y centeio de invierno, así como en arroz irrigado. Para trigo y centeio de invierno, el “pendulómetro” es apropiado para los estadíos de crecimiento comprendidos entre BBCH 39 y BBCH 69, con poco menor precisión para los estadíos de BBCH 32 a BBCH 34. En arroz irrigado, el sensor trabajó bien para estimaciones de biomasa en todos los estadíos probados (de BBCH 25 a BBCH 65). No es posible hacer mediciones con el pendulómetro antes. La relación ángulo-fuerza del pendulómetro no es lineal. El factor más importante para este medición de contacto es la resistencia flexional de los tallos. [page 119↓]Para la transformación de los datos originales a un valor representativo para la parcela, los parámetros más apropiados fueron la media y mediana del ángulo, y la media del vector. Los resultados de las pruebas de optimización, en términos de repetibilidad de las mediciones y precisión de los estimados de biomasa mostraron que un rango amplio de parámetros puede ser adecuado, y no un único parámetro óptimo para tal propósito. Sin embargo, la masa del péndulo m P debe ser baja para prevenir la destrucción de las plantas; la altura del cuerpo cilíndrico hA0 debe ser tal que éste toque los tallos, para asegurar así el contacto flexional, y la altura del centro de rotatión hP debe estar al mismo nivel que la altura del cultivo, para lograr un rango amplio de ángulos de desviación cubriendo una gama diversa de biomasa. Para cada estadío de crecimiento, el óptimo de hP, hA0, y m P son distinto, pero un único parametro del pendulómetro es posible para todos los estadíos de crecimiento, mas tiende falta de precisión de los estimados de biomasa para muchos estadíos de crecimiento. Sin recalibración el pendulómetro aún mede bien la distribución relativa de la biomasa sitio-específica, así la heterogeneidad del campo. En caso de solo la heterogeneidad del campo es de interés, todos los parametros del pendulómetro puede ser usado sin recalibración. Las repeticiones con los mismos parametros de posición del péndulo mostraron una desviación estándar de la media de la parcela que es menor de 1°, y en la mayoría de los casos menos de 0.3° para la mayoría de los estadíos crecimiento. El coeficiente variación fue de menos del 5 % para la mayoría de mediciones, y muchas veces menos de 2 %, pero tiende a incrementarse a medida se diminuye el rango de angulos medidos. La precisión de la determinación de la biomasa vegetal usando el pendulómetro tiene una confiabilidad (R2) de 0.90 o más. El modelo lineal tuvo un R2 ligeramente menor que el cuadrático, excepto en centeno, donde la ecuación de segundo grado fue bastante mejor para los estadíos tardíos de crecimiento. Los gráficos de los residuales mostraron un sesgo cuadrático sólo en centeno. El error estándar de las regresiones fue menor de 2 en arroz, menos de 3 en trigo, y menos de 4 en centeno, pero tendió a incrementarse con el crecimiento del cultivo.

Las regresiones múltiple y simple para la dependencia de las mediciones de ángulos sobre los parametros del sensor fueron fuertemente influenciados por la masa vegetal, por lo cual es necesita una recalibración cuando se cambian los parámetro del péndulo.

La pendiente del terreno transforma el ángulo del pendulómetro, por lo que se necesita una corrección usando un sensor de inclinación. La velocidad del vehículo debe ser constante durante la medición, porque la desviación del ángulo es fuertemente dependiente de la velocidad del vehículo, e igualmente tambien depende de la cantidad de biomasa. El sensor del pendulómetro puede determinar la densidad de los tallos, cuando la altura de las plantas es homogénea, y puede determinar la altura de las plantas, cuando la densidad de tallos es constante. El viento de baja [page 120↓]velocidad no es un factor de sesgo, pero a medida se incrementa el viento, el sesgo aumenta. Fuentes adicionales de sesgo pueden ser la presencia de malas hierbas, el crecimiento rapido de las plantas, la inclinación de los tallos, la profundidad de la rodada entre las plantas, y la variedad, por lo cual se requiere recalibración del sensor de biomasa bajo la mayoría de condiciones. La precisión del principio de medición fue determinada usando un vehículo que no cambiaba su orientación con respecto a la superficie del suelo, pero el movimiento de un tractor puede sesgar la medición.

La aplicación sitio-específica de reguladores de crecimiento y fungicidas respecto a lasmediciones del pendulómetro, y así la biomasa, fue realizado con éxito. Lasmediciones del pendulómetro puede ser usadas para la toma de decisiones sitio-específicas respecto a la aplicación de reguladores de crecimiento y fungicidas, aun quando la relacion entre la almacenamiento de los tallos y la biomasa, y entre la mayoría de las micosis y la biomasa, necesita más investigaciónes, así como la calculación de la cantidad necesaria de reguladores de crecimiento y fungicidas respecto a la biomasa.

El sensor de biomasa pendulómetro puede ser usado para controlar las medianas y posteriores aplicaciónes de reguladores de crecimiento y fungicidas, aqui los estadíos de BBCH 32 a BBCH 59, pero no puede ser usado para controlar las aplicaciónes temprano, aqui los estadíos de BBCH 25 a BBCH 31, por causa de la incapacidad del sensor para medir plantas bajas. En las aplicaciónes de fungicidas, el sensor puede ser usado como las mediciones de la superficie foliar, y en las aplicaciónes de reguladores de crecimiento, el sensor tiene por pricipio una grande semejanza con la resistividad contra la almacenamiento de los tallos.

7.4. Resumo Português

O sensor automático de biomassa denominado pêndulometro (“pendulum-meter”) pode fazer uma diferenciação sitio-específica de massa fresca y seca em cereais, e trabalha adecuado para a maioria das fases de crecimento em trigo e centeio de inverno, assim como em arroz irrigado. Para trigo e centeio de inverno, o “pêndulometro” é apropiado para las fases de crecimento compreendidos entre BBCH 39 e BBCH 69, com poco menor precisão para las fases de BBCH 32 a BBCH 34. Em arroz irrigado, o sensor trabalha bem para estimações de biomassa em todas las fases probadas (de BBCH 25 a BBCH 65). Não é possível fazer medições com o pêndulometro antes. A relação ángulo-força do pêndulometro não é lineal. O factor mais importante para esta medição de contacto é a resistência flexão dos talos. Para a transformação dos dados originaies a um valor representativo para a parcela, os parámetros mais apropiados foram a media e a mediana do ángulo, e a media do vector. Os resultados das probas de [page 121↓]óptimização, em términos de repetibilidade das medições e precisão dos estimados de biomassa mostravam do que um rango amplio de parámetros pode ser adecuado, e não um único parámetro óptimo para tão propósito. Sem embargo, a massa do pêndulo m P deve ser baixo para prevenir a destrucção das plantas; a altura do corpo cilíndrico hA0 deve ser tão que esto tocar os talos, para asegurar ainda o contacto de flexão, e a altura do centro de rotação hP deve estar ai mesmo nível da que a altura do cultivo, para alcançar um rango amplio de ángulos de desvio cobrindo uma gama diversa de biomassa. Para cada fase de crecimento, o óptimo de hP, hA0, y m P sao distinto, mas um único parámetro do pêndulometro é possível para todos os fases de crecimento, mas tenha falta de precisão das estimações de biomassa para muitos fases de crecimento. Sem recalibração o pêndulometro ainda mede bem a distribuição relativa da biomassa sitio-específica, portanto a heterogéneidade do campo. Caso que só a heterogéneidade do campo é de interesse, todos os parámetros do pêndulometro pode ser usado sem recalibração. As repetições com os mesmos parametros de posição do pêndulo mostravam uma desviação estándar de a media da parcela que é menor de 1°, e na maioria dos casos menos de 0.3° para a maioria das fases crecimento. O coeficiente variação foi de menos de 5 % para a maioria de medições, e muitas veces menos de 2 %, mas tenha a incrementarse a medida se diminue o rango de angulos medidos. A precisão da determinação de biomassa vegetal usando o pêndulometro tenha uma confiabilidade (R2) de 0.90 ou mais. O modelo lineal teve um R2 ligeiramente menor do que o quadratico, exceto em centeio, onde a equação de segundo grau foi bastante melhor para as fases tardios de crecimento. As gráficas dos residuaies mostravam um sesgo quadratico só em centeio. O error estándar das regressões foi menor de 2 em arroz, menos de 3 em trigo, e menos de 4 em centeio, mas há a incrementarse com o crecimento do cultivo.

As regressões múltiplo e simples para a dependência das medições de ángulos sobre os parametros do sensor foram fortemente influênciados por a massa vegetal, por esso qual é necessário uma recalibração quando se cambiam os parámetros do pêndulo.

O pendor do terreno transforma o ángulo do pêndulometro, por esso é necessário uma correcção usando um sensor de inclinação. A velocidade do veículo deve ser constante durante a medição, porque a desviação do ángulo é fortemente dependente da velocidade do veículo, e igualmente também depende da quantidade de biomassa. O sensor pêndulometro pode determinar a densidade dos talos, quando a altura das plantas é homogénea, e pode determinar a altura das plantas, quando a densidade de talos é constante. O vento de baixa velocidade não é um factor de sesgo, mas a medida se incrementa o vento, o sesgo aumenta. Demais factores de sesgo podem ser a presença de ervas má, o crecimento rapido das plantas, a inclinação dos talos, a profundidade da rodada entre as plantas, e a variedade, por esso qual se requere recalibração do [page 122↓]sensor de biomassa baixo a maioría de condições. A precisão do principio de medição foi determinada usando um veículo do que não cambiava sua orientação com respeito à superficie do solo, mas o movimento dum tractor pode sesgar a medição.

A aplicação sitio-específica de reguladores de crecimento e fungicidas respeito às medições do pêndulometro, e assim a biomassa, foi realizado com êxito. As medições do pêndulometro pode ser usadas para a toma de decisões sitio-específicas respeito à aplicação de reguladores de crecimento e fungicidas, ainda que a relação entre o depósito dos talos e a biomassa, e entre a maioria dos fungos e a biomassa, necesita mais investigações, assim que como o cálculo da quantidade necessária de reguladores de crecimento e fungicidas respeito à biomassa.

O sensor automático de biomassa pêndulometro pode ser usado para revisar as medianas e posteriores aplicações de reguladores de crecimento e fungicidas, aqui as fases de BBCH 32 a BBCH 59,mas não pode ser usado pararevisar as aplicações temporão,aqui as fases de BBCH 25 a BBCH 31,por causa da incapacidade do sensor para medir plantas baixas. Nas aplicações de fungicidas, o sensor pode ser usado como asmedições dasuperfíciefolhado, e nasaplicação de reguladores de crecimento, o sensor háem pricípioumagrandesemelhança com aresistênciacontra adepósito dos talos.


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