Technik im Pflanzenbau
Ostermeier, 12.10.2005 (1) – IKB Abschluss-Symposium-ostermeier-2005-10-12.ppt© 2005
IKBIKB --DürnastDürnast TP 8TP 8Entwicklung einer Realtime-Prozessführung
für sensorgestützte DüngesystemeSensor-Fusion im „In-field Controller“
Ostermeier, R., Auernhammer, H.
Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, L andnutzung und UmweltDepartment für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung
Technik im Pflanzenbau
IKB Abschluss-Symposium, Weihenstephan, 11/12. Okto ber 2005
Technik im Pflanzenbau
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1. Ausgangssituation und Ziel
2. MethodenFunktionales Modell
Prozess Modell
Systemarchitektur
3. ErgebnisseImplementierung Prototyp
4. Schlussfolgerungen, offene Fragen und Ausblick
Inhalt des Vortrags
Technik im Pflanzenbau
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Systemansätze - Prozessführung in mobilen Applikationssystemen
(nach Auernhammer, 2002)
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IKB-Dürnast Projektphase 2
In-fieldController
Entwicklung von Entscheidungs-regeln
G.Weigert, P.WagnerFG Unternehmensforschung und
Informationsmanagement
M.Gandorfer, A. Heissenhuber
Umweltöko-nomische Bewertung
LS Wirtschaftslehre des Landbaues
A. Schmid, F.X. Maidl
Teilflächen-spezifische Bestandesführung mit berührungs-loser Sensorik
LS Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung
SkalenabhängigeValidierungund Vergleich berührungsloserSensorik
B. Mistele, U. SchmidhalterLS für Pflanzenernährung
Realtime-Prozessführung für sensorgestützte Düngesysteme
R. Ostermeier, H. AuernhammerFG Technik im Pflanzenbau
Betriebliches Informationssystem
IKB-Datenbank
Modelle
Analyse
Schnittstellen
IKB = Informationssystem Kleinräumige Bestandesführung
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Realisierung “Sensor-Ansatz mit Kartenüberlagerung”
Ziele
a, Theoretisches Framework
Basis für durchgängigen Spezifikations- und Entwicklungsprozess
Erleichterung der Kommunikation und des Verständnis
Auswahl eines geeigneten Problemlösungsparadigmas
b, normkonform zu ISO 11783 (ISOBUS) und DIN 9684 (LBS)
c, Teilflächenspezifische intensive N-Düngung
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Deduction Action
Multisensor Data Fusion
"Data Fusion is the process of combining data or
information to estimate or predict entity states"
Steinberg and Bowman (2001)
human brain and
perception system
Technik im Pflanzenbau
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Wie analysiert, spezifiziert und entwickelt man
Multisensor Data Fusion Systeme ?
Theoretisches Framework
System-Architektur HW-SW ?
AbstraktionFunktionales Modell WAS ?
Prozess Modell WIE ?
Technik im Pflanzenbau
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Revised JDL data fusion model(1998) (JDL = Joint Directors of Laboratories)
Level 0Processing
Sub-ObjectAssessment
DATA FUSION DOMAIN
Level 1Processing
ObjectAssessment
Level 3Processing
ImpactAssessment
Level 4Processing
ProcessRefinement
Database Management System
SupportDatabase
FusionDatabase
Human / ComputerInterface
EXTERNAL
DISTRIBUTED
SOURCES
LOCAL
SensorsDocuments
People***
Data stores
Level 2Processing
SituationAssessment
Multisensor Data Fusion - Funktionales Modell
different types ofestimation process
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Human / ComputerInterface
EXTERNAL
DISTRIBUTED
SOURCES
LOCAL
SensorsDocuments
People***
Data stores
Level 0Processing
Sub-ObjectAssessment
DATA FUSION DOMAIN
Level 1Processing
ObjectAssessment
Level 3Processing
ImpactAssessment
Level 4Processing
ProcessRefinement
Database Management System
SupportDatabase
FusionDatabase
Level 2Processing
SituationAssessment
Revised JDL data fusion model (1998)
Fokus: Situation Assessment (Level 2)
Sensor-Ansatzmit Kartenüberlagerung
= Beurteilung aktueller Online-Sensormesswerte mit kontext-sensitiver Interpretation.
Technik im Pflanzenbau
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Level 0Processing
Sub-ObjectAssessment
Level 1Processing
ObjectAssessment
Level 3Processing
ImpactAssessment
Level 4Processing
ProcessRefinement
Database Management System
SupportDatabase
FusionDatabase
Human / ComputerInterface
EXTERNAL
DISTRIBUTED
SOURCES
Level 2Processing
SituationAssessment
Situation Assessment (Level 2 Processing)
Diagnose aktueller Pflanzen- und Bodenzustände
Vergrösserung des "Lösungsraumes" , detailierteres "Abbild der Wirklichkeit".
Berücksichtigung von Einschränkungen . Umweltschutz, Nutzereingaben
Zustand der Traktor-Gerätekombination Technische Einschränkungen
"Vergleich" mit einer modell-
basierten Vorstellung
eines ökonomisch und
ökologischen Opti-
mums unter Berück-
sichtigung von tech-
nischer Machbarkeit
Estimation and prediction of entity states on the basis of inferred organisa-tional, causal, biological and spatio-temporal relations among the objects:
Applikations Sollwert
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Prozess Modell gründet auf einer biologisch motivierten Sichtweise
Taxonomie von 16 kanonischen problem-solving forms
Multisensor Data Fusion - Prozess Modell
Richard T. Antony (1995)
"Principles of Data Fusion Automation"
Mitglied der JDL Data Fusion Group seit 1987
Technik im Pflanzenbau
Ostermeier, 12.10.2005 (12) – IKB Abschluss-Symposium-ostermeier-2005-10-12.ppt© 2005
Sensor Input
Short-term declarative
FusionProcess, F
Long-term procedural
Database
Long-term declarative
SituationDescription
Medium-term declarative
Prozess Modell - “Sensor-Ansatz mit Kartenüberlagerung”
Beziehung/Prozedur für eine pflanzenbaulicheund landtechnische Beurteilung
um
• Applikations-Sollwert abzuleiten
• ausreichende Reaktions-zeit für eine Realtime-applikation zu erreichen
=Fusion Algorithmus
(Level 2 Processing)Wissen
Technik im Pflanzenbau
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Sensor Input
Short-term declarative
Database
Long-term declarative
SituationDescription
Medium-term declarative
Prozess Modell - Fusions Algorithmus
Beziehung/Prozedur für eine pflanzenbaulicheund landtechnische Beurteilung
um
• Applikations-Sollwert abzuleiten
• ausreichende Reaktions-zeit für eine Realtime-applikation zu erreichen
=Fusion Algorithmus
(Level 2 Processing)
Sensor Input
Short-term declarative
Experten-system
canonicalproblem solving form
IX
Wissen
Technik im Pflanzenbau
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System-Architektur - Landwirtschaftl. BUS-System ISOBUS
declarative
verteiltes
Sensor Netzwerk ISOBUS (ISO 11783)
Expert System+
procedurallong term knowledge
In-field Controller
Zentraler Fusions-Knoten medium term &
Technik im Pflanzenbau
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Implementierung Prototyp - Expertensystem
JAVA 2 Standard Edition Virtual Machine
JESS (Java Expert System Shell)
RULES (~ 160 rules)JavaBeanOnline sensor
Plant
JavaBeanOnline sensor
Soil
ShadowFacts
ShadowFacts
JavaBeanECU
FertilizerShadowFacts
In-field Controller
ShadowFacts
ShadowFacts
JavaBeanMap Yield
JavaBeanMap
Envir. Limits
Database
(MySQL)
Dokumentation
Technik im Pflanzenbau
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Implementierung Prototyp
Technik im Pflanzenbau
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Implementierung Prototyp Specifications
Time for data fusion and decision cycle:
Pentium III Mobile 1.0 GHz / MS Windows 2000 / 640 MB RAM-> typ. 10 ms max. 60 ms
Pentium III Celeron 0.8 GHz / MS Windows XP /256 MB RAM
-> typ. 20 ms max. 90 ms
Pentium III Celeron 1.5 GHz / MS Windows XP /256 MB RAM -> typ. 10 ms max. 60 ms
Technik im Pflanzenbau
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Schlussfolgerungen, offene Fragen und Ausblick
Ein durchgängiger Spezifikations- und Entwicklungs-Ansatz für die
Realisierung einer ISOBUS-konformen Realtime-Prozessführung für
mobile Applikationssysteme unter Nutzung von Multisensor Data Fusion
wurde vorgestellt.
Die geleisteten methodischen Arbeiten führten zielgerichtet zur
Software-Implementierung des „In-field Controllers“ in Laborumgebung.
There is no substitute for a good sensor. No amount of data fusion can
substitute for a single, accurate sensor that measures the phenomena
that you want to observe (Hall and Steinberg, 2001)
Performance Assessment; Mehrgrössenprozesssteuerung
Technik im Pflanzenbau
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Finanzierung der Forschergruppe IKB-Dürnast
„Informationssystem Kleinräumige Bestandesführung – Dürnast“
durch die
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
E-mail: [email protected] http://ikb.weihenstephan.de
Dank und Kontaktadresse des Referenten