In-Soil Measuring of Sugar Beet Yield Using UWB Radar Sensor System

Abstract

Yield mapping is a basic entity of the Precision Farming concept and provides crucial information about the success of cultivation. Several approaches to site-specific yield recording during the sugar beet harvest are known. Most of them are based on the weighing of sugar beets together with soil tare. Another real-time yield mapping approach with the option of plant population counting is based on estimating the mass of individual sugar beets on the basis of their maximal diameter.<br /> The main goal of the research was to develop and evaluate a yield recording procedure based on radar technology, which will provide non-invasive in-soil detection and identification of single sugar beets in order to enable the counting of individual sugar beets and determining of the single sugar beet root mass. Further goals were to enhance the radar technology for other applications in the agriculture, as a general goal, and to define applicability restrictions of practical utilisation of the system for the sugar beet and similar crops.<br /> The research activities have been divided into laboratory and field experiments. The results of the laboratory experiments have provided valuable information about the measuring system’s behaviour, which enabled the successful field measurements.<br /> The used method allowed the identification and detection of 90% to 96% of sugar beets under test in the various field conditions, with correlation coefficients between real sugar beet positions and detected positions of about 99%, and average positioning error from 1,1 to 3,6 cm. The correlation coefficients between single sugar beet root masses and recorded reflected energy amounts were for the majority of tests over 70%, and the best results have been on the level close to 90%.<br /> This project was a joint venture of the Institute for Agricultural Engineering from Bonn and the Technical University of Ilmenau.

<b>Teilflächenspezifische Ertragsmessung von Zuckerrüben im Boden mittels UWB Radarsensorsystem</b><br /> Die Ertragskartierung ist ein wesentlicher Bestandteil des Konzeptes „Precision Farming“. Die Erntemasse von Kulturpflanzen ist für den Landwirt eine elementare Information über den Erfolg pflanzbaulicher Maßnahmen. Es sind mehrere Verfahren zur Ertragsermittlung von Zuckerrüben während der Ernte mit dem Bezug auf Teilflächen bekannt. Ein sensorischer Ansatz besteht in der Pflanzenzählung und Ermittlung der Masse der einzelnen Zuckerrüben über den maximalen Durchmesser.<br /> Das Hauptziel dieser Forschungsarbeiten war die Entwicklung und Bewertung eines berührungslosen Ertragserfassungssystems für Zuckerrüben, das teilflächenbasiert eine Zählung und Massebestimmung der Einzelrüben ermöglicht. Die weiteren Ziele bestanden in der Weiterentwicklung der Radartechnologie für andere Einsatzgebiete der Landwirtschaft und in der Bestimmung der Anwendbarkeitsgrenzen des Systems für Zuckerrüben und ähnliche Wurzelfrüchte.<br /> Die Forschungsaktivitäten fanden im Labor und unter Feldbedingungen auf Versuchsparzellen eines typischen Zuckerrübenstandortes statt. Die Ergebnisse unter Laborbedingungen lieferten wertvolle Informationen, die erfolgreiche Feldmessungen ermöglicht haben.<br /> Die angewendete Methode hat in unterschiedlichen Messbedingungen eine 90% bis 96% erfolgreiche Zuckerrübenidentifikation ermöglicht, mit Korrelationskoeffizienten zwischen tatsächlichen und detektierten Zuckerrübenpositionen von um 99% und einem durchschnittlichen Positionierungsfehler von 1,1 bis 3,6 cm. Die Korrelationskoeffizienten zwischen der Einzelrübenmasse und der gemessenen reflektierten Energiemenge lagen im Bereich von über 70% und die besten Ergebnisse erreichten Werte von 90%.<br /> Das Projekt wurde in der Zusammenarbeit des Instituts für Landtechnik Bonn und des Instituts für Kommunikations- und Messtechnik der Technischen Universität Ilmenau durchgeführt.