CIV Akkerbouw Module Precisielandbouw

CIV Akkerbouw – Module Precisielandbouw Themadag 1 Satelliet plaatsbepaling en praktijktoepassingen Theorie 27 november 2014, Johan Booij

Leerdoelen

 De deelnemer heeft inzicht in de mogelijkheden,

beperkingen en nauwkeurigheid van plaatsbepaling met GPS.

 De deelnemer heeft inzicht in de mogelijkheden,

beperkingen en nauwkeurigheid van GPS-gestuurde sectiecontrole van verschillende machines.

 De deelnemer herkent de verschillende GPS onderdelen en kan de verschillende apparatuur instellen.

Programma - ochtend

 10.00 – 10.05 Opening  10.05 – 11.00 Introductie Precisielandbouw en GPS  11.00 – 11.15 Pauze  11.15 – 11.45 Overzicht toepassingen landbouwmachines  11.45 – 12.30 GPS in de praktijk (Dhr. Stefan van Woerden)  12.30 – 13.30 Lunch

Programma - middag

 13.30 – 14.15 GPS in de praktijk (Dhr. Stefan van Woerden)  14.15 – 14.30 Pauze  14.30 – 15.30 Introductie Precisielandbouw en GPS  15.30 – 16.00 Overzicht toepassingen landbouwmachines

Theorie GPS

 Wat is satellietplaatsbepaling?  Satellietnavigatiesystemen  GPS nauwkeurigheid & signaalcorrectie  Toepassingen van GPS  GPS nauwkeurigheid werktuig  GPS stuursystemen  Rechtrijden en parallelrijden

Wat is plaatsbepaling?

 Onder plaatsbepaling verstaat men de kunst om vast te stellen op welke plaats op aarde men zich precies bevindt, en de wijze waarop deze plaats wordt aangeduid.

Begrippen plaatsbepaling

 Coördinaten stelsel ● Rijksdriehoekstelsel (x en y) ● WGS84 (Longitude en Latitude) ● ETRS89 (Breedtegraad en Lengtegraad) ● UTM (Longitude en Latitude)

 Notaties ● Graden minuten en seconden

Amsterdam ligt op 52° 22' 30" N en 4° 54' 30" E.

● Decimale graden

Amsterdam ligt op 52.375° N en 4.9083° E

● Metric (meters of kilometers)

Satellietplaatsbepaling

 Bepalen van de locatie/positie op aarde met behulp van satellieten

● Begrip: GNSS (Global Navigation Satellite System)

● ‘GPS’ is een merknaam! ● Principe: meten reistijd signalen (GHz frequentie) tussen satelliet en ontvanger (op aarde)

● Afstand berekenen uit nauwkeurige tijdmeting

Satellietplaatsbepaling

 Principe afstandmeting naar satelliet ● Satellieten sturen radiogolven naar de aarde ● Snelheid Radiogolven 300.000 km/sec (lichtsnelheid)

● Deze radiogolven bevatten: ● Huidige tijd satelliet(atoomklokken in satelliet)

● X, Y en Z-coördinaat van huidige plaats satelliet

● afstand satelliet - GPS ontvanger

= tijdsverschil x lichtsnelheid

Satellietplaatsbepaling

 Nauwkeurige tijdsbepaling heel belangrijk ● 3 of 4 atoomklokken in elke satelliet ● Gebruiker geen atoomklok ● Tijd gebruiker onbekend  extra gegeven nodig

 Minimaal 4 satellieten nodig voor plaatsbepaling

Satellietplaatsbepaling

 Voldoende dekking gedurende de hele dag; minimaal 20 satellieten nodig (cirkelen constant rond de aarde)

 Vrij zicht (bomen en gebouwen houden signalen tegen)  Satellieten stelsels (constellatie) ● NAVSTAR-GPS ● GLONASS ● Galileo (2015)

(24 satellieten) (22 satellieten) (30 satellieten)

Satellietplaatsbepaling

 Een vaste afstand tot 1

satelliet geeft een cirkel op aarde

 Bij 3 satellieten één

snijpunt overlappende cirkels

 Snijpunt=positie!  1 extra satelliet voor

hoogte en compensatie klokafwijking ontvanger.

Voorbeeld:

Satellietstelsels NAVSTAR-GPS (‘Global Positioning System’)

 Verenigde Staten militair systeem ● Operationeel vanaf 1995 ● 24 satellieten (20.200 km hoogte) ● Nauwkeurigheid < 15 meter ● Met Egnos correctie < 1,5 meter ● Toepasbaar als aanvulling op GPS met speciale ontvanger

Satellietstelsels GLONASS  Russisch ● Momenteel operationeel ● 22 satellieten (19.100 km hoogte) ● Nauwkeurigheid < 20 meter ● Egnos correctie mogelijk ● Toepasbaar als aanvulling op GPS met speciale ontvanger

GLONASS satelliet

Galileo

 Europees ● Operationeel vanaf 2020 ● Civiel systeem ● 27 satellieten + 3 reserve ● Hoogte 23.616 km Galileo Galileï ● Met Egnos correctie nauwkeurigheid <70 cm ● Ontvangers voor Galileo/NAVSTAR-GPS/Glonass

Toepassingsgebieden

 Toepassing van gps plaatsbepaling ● Navigatie via land, lucht, water ● Kartering natuur, landschap, infrastructuur (ook kadaster)

● Weg- en waterbouw ● Volksgezondheid ● Veiligheid ● Landbouw

Principe GPS signaalcorrectie

 Twee ontvangers ontvangen

● dezelfde signalen ● dezelfde fouten

 Referentie ontvanger op ‘bekend’ punt

 Correctie berekenen  Correctie sigaal verzenden naar ontvangers

GPS technieken in de landbouw

GPS

Omnistar

DGPS

RTK GPS

GPS Correcties

RTK Fixed OmniSTAR HP

< 2 cm < 10 cm

DGPS

20 -100 cm

Egnos

100 – 300 cm

‘Ruw signaal’ 500 – 1500 cm

GPS nauwkeurigheid & landbouwtoepassingen  GPS zonder correctie

: 500 tot 1500 cm

● Niet geschikt voor landbouwtoepassing

 GPS met EGNOS correctie

: 100 tot 300 cm

● Beperkt geschikt (alleen kunstmest strooien en spuiten)

 GPS met ‘Differential correctie’ (DGPS)

: 10 tot 30 cm

● Geschikt voor (parallel rijden, variabel doseren en sectiecontrole)

 GPS met RTK correctie (RTK-GPS)

: 1 tot 2 cm

● Zeer geschikt (zaaien-schoffelen, poten, aanaarden)

EGNOS correctie

 Europees satelliet correctie systeem ● 3 extra satellieten (geo-stationair) ● Netwerk van grondstations

 GPS met Egnos nauwkeurigheid < 1,5 m afwijking

DGPS correctie

 ‘Differential GPS’ ● Netwerk van vaste grondstations ● UHF radio frequenties

 Tot 20 cm nauwkeurig

RTK correctie

 ‘Real Time Kinematic’ GPS ● Vast grondstation ● In Nederland: binnen 10 km van de trekker

● FM radio frequentie correctie

● 06 GPS correctie via telefoon modem

 Nauwkeurig afwijking <2 cm

Vragen:

 Waar is het principe van satellietnavigatie op gebaseerd?

 Welke nauwkeurigheid is er mogelijk?  Hoeveel satellieten zijn er minimaal nodig voor een juiste plaatsbepaling?

 Hoe word onnauwkeurigheid van GPS plaatsbepaling veroorzaakt?

GPS nauwkeurigheid

Satelliet Klok Baangegevens Atmosfeer S/A

Begin 2000 uitgeschakeld 0

20

40

60

80

100

Afwijking in meters

GPS toepassingen

Toepassingen landbouwbedrijf

 Gps signaal nu vooral gebruikt voor rechtrijden/ parallel rijden

 Breed toepassingsgebied van gps als ‘gereedschap’ bij teeltmonitoring

 Gewas, bodem en perceelsregistratie en de daarop volgende acties >

 Grondbewerking  Zaaien / poten / planten  Gewasbescherming  Bemesting  Oogsten

Valplek in suikerbieten

Welke GPS nauwkeurigheid nodig?

 Toepassing ● Kunstmeststrooien ● Mest uitrijden ● Stoppelbewerkingen

 Eis: ● parallel rijden ● DGPS (- 1 meter) ● DGPS OmniSTAR (- 30 cm)

Welke GPS nauwkeurigheid nodig?

 Toepassing: ● Zaaien, poten, planten zonder GPS gestuurde vervolgbewerk-ing

● Aansluitende werkgangen

 Eisen: ● Hoge rij tot rij

nauwkeurigheid

● Minder nauwkeurig in de tijd ?

● HP-DGPS 7-10 cm nauwkeurig

Welke GPS nauwkeurigheid nodig?

 Toepassing ● Ploegen, zaaien,

planten, poten, aanaarden, schoffelen en egaliseren

● Vaste rijpaden systeem

 Eis: ● RTK-GPS met vast

referentie station of dicht GSM netwerk Nauwkeurigheid: 0-2 cm

Welke GPS nauwkeurigheid nodig?

 Toepassing ● Synchroniseren van bewerkingen:

 Poten gevolgd door aanaarden  Planten, poten, zaaien gevolgd door schoffelen en oogsten rijgewassen (groenten)

 Eis: ● 0-2 cm bij het werktuig ● RTK-GPS aansturing van

tractor en werktuig (dubbele besturing)

Toepassing & nauwkeurigheid (keuze correctiesignaal) Welk GPS correctiesignaal (A, B of C) is nodig om voldoende nauwkeurig de positie te bepalen bij de volgende toepassingen? Bewerking: 1. Vastleggen valplek 2. Aardappel poten en aanaarden

Correctiesignaal:

3. Variabel aardappelen poten

A. GPS + EGNOS correctie

4. GPS sectie-controle veldspuit

C. RTK-GPS

5. Schoffelen uien 6. Parallel rijden 7. Kunstmest strooien 8. Opbrenstbepaling combine

B. D-GPS

Automatische trekker + machinebesturing Wat zijn de mogelijkheden?

 Grondbewerking ● Ploegen (Geoplough) ● Zaaibedbereiding enz.

 Gewasverzorging ● Zaaien, planten, poten (Geo seed) ● Gewasbescherming (+ sectiecontrol) ● Aanaarden, schoffelen

 Oogsten ● Bijv. wortels (trekbanden/opnamepunt precies boven de wortelrij)

Instellen systeem (1) Plaats GPS ontvanger  Trekker: ● Bovenop cabinedak, zodat de ontvangst niet wordt verstoord

 Machine: ● Positie voldoende hoog zodat de ontvangst niet verstoord wordt.

● Iets voor het middelpunt

waar de machine de bewerking uitvoert. Afhankelijk van rijsnelheid en reactiesnelheid GPS.

Stuursystemen (1) Stuurhulp/lightbar

 Een lightbar toont de

afwijking van de ideale lijn

 Op een beeldscherm wordt de rijrichting getoond

 De chauffeur stuurt zelf langs de ideale lijn (net als ‘TomTom’)

Stuursystemen (2) Motor op/naast stuur

 Automatisch sturen met een motor op het tractorstuur

 De motor aangestuurd door de GPS ontvanger

 Door slip tussen motor en stuur neemt nauwkeurigheid af

 Relatief goedkoop  Pas op de ontvanger bepaalt de max. haalbare nauwkeurigheid!

Stuursystemen (3) hydraulisch

 Volledig automatisch sturen  Stuursysteem direct op de stuurhydrauliek van tractor (en werktuig)

 Nauwkeurigheid GPS ontvanger direct naar aansturing tractor/werktuig

 Extra ventielenblokken nodig voor koppeling met stuurhydrauliek tractor

Schematisch tekening systeem Gps-ontvanger op werktuig

Gps-ontvanger op tractor

Aandachtspunt (1)  Vlakke ligging perceel verhoogt nauwkeurigheid!

Kuil 5 cm Trekker en werktuig 4 km/uur

Trekker 4 km/uur

Trekker 8 km/uur

Afwijking in mm bij verschillende manieren van RTK-GPS snelheid

4 km/uur

8 km/uur

Stuursysteem

sideshift

trekker

schijf

sideshift

trekker

schijf

vlak

21

27

18

21

30

19

kuilen

26

35

29

32

58

31

Cijfers geven de afwijking in mm naar beide zijden van de rij aan.

Aandachtspunten practicum Instellen systeem: aanmaken A-B lijn

 Automatische stuursystemen voor parallelle werkgangen

 De bewerkingsrichting: ‘A-B lijn’  Eerst basislijn in bewerkingsrichting  Dan beginpunt A en eindpunt B van deze lijn vastleggen

 Bij kromme lijn: de A-B lijn is de eerste werkgang  A-B lijnen opslaan voor later gebruik  Denk aan unieke codering A-B lijnen!

Instellen systeem (2): werkbreedte

  

Afstand parallelle banen = werkbreedte machine Alle werkgangen zijn ingepland Werkgangen kunnen worden overgeslagen, waardoor:

● draaien op de kopakker wordt beperkt ● spuitbanen/sporen kunnen eerst worden overgeslagen

Instellen systeem (3): werkbreedte (2) • A = kopakkers (groen) • De rode lijnen zijn de werkgangen

A A A

A

A

Instellen systeem (4) kopakkermanagement

 Voor de optie ‘kopakkermanagement’

perceelsgrenzen/hoekpunten inmeten

 Aantal kopakker werkgangen aangeven

● Bij rechthoekig perceel alleen breedte perceel.

● Anders moet ook de afwijkende zijkant uitgezet worden. Zie afbeelding >

Vraag:

 Noem zoveel mogelijk voordelen van GPS besturing?  Welke twee verschillende stuursystemen kunnen op een trekker gebouwd worden?

 Wat is het verschil in nauwkeurigheid tussen DGPS en HP-DPGS?

 Wat is de zogenaamde ‘A-B lijn’ en waarvoor dient deze?  Waarom wordt in sommige gevallen de machine ook voorzien van een GPS ontvanger?

Voordelen GPS besturing             

Rechtrijden eenvoudiger Betere controle op het werk Doorwerken bij slecht zicht en in het donker Uitzetten voor bewerkingen niet meer nodig Aansluitend bewerken niet meer noodzakelijk (tijdsbesparing) Schoffelen/aanaarden na zaaien/poten mogelijk Aardappelen bij aanaarden beter in het midden van de rug Effectievere benutting werkbreedte machines Structuurbederf kopakker lager Minder spierstress en psychische belasting (>vermoeidheid ogen) Minder slijtage trekker/werktuig (op lange termijn) Mogelijkheid tot verdere automatisering Reduceren van overlap (optimale benutting teeltoppervlakte)

Aandachtspunten GPS systemen

 Zorg voor goede perceelsadministratie bij het opslaan en terugvinden van o.a. A-B lijnen!!

● Elk perceel zijn unieke codering

 Instelling stuursystemen op machines vragen ook om een juiste afstelling

● Het afstellen van de hydrauliek voor het

stuursysteem is erg belangrijk voor een goede werking van het systeem.

Sectiecontrole - spuiten

 Sectiecontrole voor spuitmachines

 CHD-spuit met dopaansturing  Secties en afzonderlijke doppen in- en uitschakelen om overlap te voorkomen

 Eerst een werkgang langs de perceelsrand

 Komt de sectie of dop boven een bespoten deel; dan schakelt de sectie automatisch uit

Sectiecontrole en taakkaarten

Vragen?

Pauze. daarna rondgang buiten bij de werktuigen met sectie-aansturing