MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

DIPLOMOVÁ PRÁCE

BRNO 2013

Bc. JAN ŠAFAŘÍK

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky

Vyuţití druţicových systémů v nasazení mobilní techniky v rostlinné výrobě Diplomová práce

Vedoucí práce: doc. Ing. Jan Červinka, CSc.

Vypracoval: Bc. Jan Šafařík

Brno 2013

Mendelova univerzita v Brně Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky

Agronomická fakulta 2012/2013

ZADÁNÍ DIPLOMOVOVÉ PRÁCE Autor práce: Studijní program: Obor: Název tématu:

Rozsah práce:

Bc. Jan Šafařík Zemědělská specializace Management techniky

Vyuţití druţicových systémů v nasazení mobilní techniky v rostlinné výrobě 50-60

Zásady pro vypracování: 1. Uveďte přehled GPS naváděcích zařízení pouţívaných v zemědělství v ČR. 2. Vyjmenujte druhy korekčních signálŧ a uveďte vlivy, které ovlivňují jejich přesnost. 3. Vypracujte metodiku měření a následně s její pomocí proveďte polnělaboratorní měření GPS. 4. Výsledky měření zpracujte tabelárně a graficky. 5. Z výsledkŧ měření uveďte úměrné závěry pro provoz naváděcích zařízení GPS v zemědělském podniku. Datum zadání diplomové práce: Termín odevzdání diplomové práce:

říjen 2011 duben 2013

Bc. Jan Šafařík Autor práce

doc. Ing. Jan Červinka, CSc. Vedoucí práce

prof. Ing. Jan Mareček, DrSc. Vedoucí ústavu

prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. Děkan AF MENDELU

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma „Vyuţití druţicových systémŧ v nasazení mobilní techniky v rostlinné výrobě“ vypracoval samostatně a pouţil jen pramenŧ, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a mŧţe být pouţita ke komerčním účelŧm jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne……………………………………………….. podpis diplomanta...……………………………...

PODĚKOVÁNÍ Touto cestou děkuji vedoucímu bakalářské práce doc. Ing. Janu Červinkovi, CSc. za jeho vstřícný přístup během celé práce, za jeho konstruktivní kritiku a cenné rady. Dále děkuji panu Ing. Jiřímu Junovi za pomoc a rady při prováděném měření, konzultace a připomínky k diplomové práci. Také děkuji vedení Zemědělského druţstva vlastníkŧ Fryšták za umoţnění polního měření. Děkuji svým rodičŧm za kaţdodenní podporu během studia, bez níţ by nebylo moţné se věnovat všem těm krásným a zajímavým věcem.

ABSTRAKT Diplomová práce analyzuje moţnosti vyuţití druţicových systémŧ v nasazení mobilní techniky v rostlinné výrobě. Je rozdělena na teoretickou část, která je sloţena ze 4 blokŧ a praktickou část, ve které zahrnuje polně laboratorního měření. Teoretická část obsahuje základní informace o daném problému. V ní je seznámení s nejznámějšími systémy druţicové navigace na určení polohy, kde je popis systémŧ GLONAS, Galileo a GPS. Systému GPS je věnována větší pozornost a je zde popsána historie systému GPS, princip fungování, přesnosti systému, vlivy ovlivňující přesnost naváděcích systémŧ a korekce chyb systému GPS. Korekce chyb jsou rozděleny na DGPS, RTK a RTK VRS systémy. Dále následuje zhodnocení současného stavu naváděcích systémŧ v zemědělství a nejčastěji pouţívané systémy. V poslední teoretické části se hovoří o přínosech a moţnostech naváděcích systémŧ GPS v rostlinné výrobě. V praktické části je popis měření přesnosti navádění stroje po pozemku s vyhodnocením výsledkŧ. Klíčová slova: druţicové systémy, GPS, DGPS, RTK, odchylka

ABSTRACT This thesis analyzes the possibility of using satellite systems in the deployment of a mobile technology in crop production. It is divided into a theoretical part, which consists of 4 blocks and a practical component which includes field laboratory measurements. The theoretical part contains basic information about the problem. In her introduction to the most famous satellite navigation systems to determine the location where the description of GLONAS, Galileo and GPS. GPS system is given more attention and is here described the history of the GPS system, the principle of operation, system accuracy factors affecting precision guidance systems for error correction and GPS. Correction of errors are divided into DGPS, RTK and VRS RTK systems. This is followed by evaluation of the current state of guidance systems in agriculture and most commonly used systems. In recent theoretical part discusses the benefits and possibilities of GPS guidance systems in crop production. The practical part is conducted measurement precision guidance equipment on the land, assessing the results. Keywords: satellite systems, GPS, DGPS, RTK, deviation

Obsah

1

ÚVOD ....................................................................................................................... 9

2

CÍL PRÁCE ............................................................................................................ 10

3

ZÁKLADY NAVIGACE ....................................................................................... 10 3.1

Systémy druţicové navigace pro určení polohy............................................... 12

3.1.1

GLONASS ................................................................................................ 13

3.1.2

Galileo ....................................................................................................... 14

3.1.2.1 Sluţby systému Galileo ......................................................................... 16 3.1.3

Systém GPS – NAVSTAR GPS ............................................................... 17

3.1.3.1 Rozdělení časových období................................................................... 17 3.1.3.2 Sloţení segmentŧ GPS .......................................................................... 19 3.1.3.3 Princip fungování GPS .......................................................................... 21 3.1.4

Přesnost naváděcích systémŧ .................................................................... 23

3.1.5

Vlivy ovlivňující přesnost naváděcích systémŧ........................................ 24

3.2

4

Korekce chyb GPS ........................................................................................... 26

3.2.1

Diferenční GPS (DGPS) ........................................................................... 26

3.2.2

Korekční systém RTK (Real Time Kinematics) ....................................... 28

3.2.3

Real Time Kinematics Virtual Reference Station (RTK VRS) ................ 29

SOUČASNÝ STAV NAVÁDĚCÍCH SYSTÉMŦ V ZEMĚDĚLSTVÍ ................ 31 4.1

Vyuţití GPS systémŧ u mobilní techniky ........................................................ 33

4.1.1

Vyuţití navigačního systému při přípravě pŧdy ....................................... 33

4.1.2

Vyuţití navigačního systému při setí ........................................................ 35

4.1.3

Vyuţití navigačního systému při hnojení ................................................. 37

4.1.3.1 N-Senzor ............................................................................................... 38 4.1.4

Vyuţití navigačního systému při ochraně rostlin ..................................... 39

4.1.4.1 Systém řízení sekcí ................................................................................ 40

5

ROZDĚLENÍ NAVIGAČNÍCH SYSTÉMŦ VYUŢÍVANÝCH V MOBILNÍ

TECHNICE K ŘÍZENÍ STROJE ................................................................................... 42 5.1

Komponenty systému navigace montovaných ve strojích ............................... 43

5.2

Manuální systém navádění ............................................................................... 44

5.3

Navádění s asistovaným řízením ...................................................................... 45

5.4

Automatizované řízení strojŧ ........................................................................... 47

5.5

Systémy řízení nářadí ....................................................................................... 49

5.5.1

Systém TRUEGUIDE ............................................................................... 49

5.5.2

Systémy TRUETRACKER....................................................................... 50

5.6

Reţimy navádění stroje po pozemku ............................................................... 51

5.6.1 6

Modely vyuţívané při vedení stroje po pozemku ..................................... 52

PŘÍNOSY A MOŢNOSTI NÁVÁDĚCÍCH SYSTÉMU GPS U MOBILNÍ

TECHNIKY V ROSTLINNÉ VÝROBĚ ....................................................................... 55 7

MĚŘENÍ PŘESNOSTI PŘI NAVÁDĚNÍ STOJE PO POZEMKU ...................... 57 7.1

Metodika práce ................................................................................................. 57

7.2

Pouţité vzorce pro výpočet a vyhodnocení měření přesnosti .......................... 58

7.3

Polní měření ..................................................................................................... 58

7.3.1

Pouţité navigační zařízení při měření ....................................................... 59

7.3.2

Pouţité pomŧcky a základní informace k měření ..................................... 60

7.3.3

Vlastní měření a jeho postup .................................................................... 61

7.3.3.1 Měření při vedení soupravy podle navigačního zařízení FMX-750 ..... 61 7.3.3.2 Měření při vedení soupravy podle diskového znamenáku .................... 61 7.3.3.3 Měření přesnosti navádění soupravy ..................................................... 62 7.3.4

Naměřené a vypočtené hodnoty ................................................................ 63

7.3.4.1 Měření č. 1 - Vedení soupravy podle diskového znamenáku na rovině…. ............................................................................................................. 63 7.3.4.2 Měření č. 2 – Vedení soupravy podle GPS navigace na rovině ............ 65

7.3.4.3 Měření č. 3 – Vedení soupravy podle diskového znamenáku ve svahu…….. ......................................................................................................... 67 7.3.4.4 Měření č. 4 – Vedení soupravy podle GPS navigace ve svahu ............. 69 7.3.5

Vyhodnocení výsledkŧ měření přesnosti u vedení pracovní soupravy po

pozemku .................................................................................................................. 71 8

ZÁVĚR ................................................................................................................... 78

Seznam literatury……………………………………………………………………….80 Seznam obrázkŧ………………………………………………………………………...83 Seznam tabulek…………………………………………………………………………85

1

ÚVOD V dnešní době se setkáváme s velkou řadou technických pomŧcek a vybavení, které

lidskou práci pomáhají zjednodušovat, zefektivňovat a usnadňovat. Tato zařízení jsou vyuţívána v mnoha odvětvích a oborech, mezi něţ patří i zemědělství. V zemědělské činnosti se těchto technických prostředkŧ začalo v hojné míře vyuţívat, a to v rostlinné výrobě, při navádění, řízení, sběru dat o pozemku a kontrolování mobilní techniky v pracovním procesu. V rostlinné výrobě dochází k nahrazování starých pěstebních postupŧ novými. To má slouţit k zefektivnění práce na pozemcích a zlepšení výnosŧ, ale také ke zlepšení zacházení s pŧdou, pěstovanou rostlinou a přírodou. A proto se v dnešní době úspor a šetření rostlinná výroba neobejde bez neustálého hledání úspor v produkčních nákladech. K této úspoře nákladŧ nám má pomoci vyuţití druţicových systému navigace, které se v zemědělství, potaţmo v oblasti rostlinné výroby u mobilní techniky stává nepostradatelnou součástí kaţdodenních prací. Díky navigačním systémŧm máme moţnost zvýšení efektivity provozu mobilní techniky a získávání dŧleţitých informací, které je moţné spojovat s polohou stroje. U mobilní techniky jde především o navádění stroje po pozemku a to moţností paralelního navádění k základní linii. Tím je myšleno dodrţení správné vzdálenosti, která odpovídá pracovnímu záběru stroje. Systémy se mimo jiné staly základem tzv. „Precizního zemědělství“, které se řídí zásadou provádět pěstební zásahy v pravý čas se správnou intenzitou na správném místě. A dále jsou pouţívány v ekologickém zemědělství, které se v dnešní době stále více rozšiřuje. Pouţívání druţicových systémŧ navigace má své velké výhody. Mezi ně patří usnadnění práce obsluhy stoje, coţ je zapříčiněno sníţením únavy a stresu osob zabývajících se obsluhou, prodlouţení pracovní doby o práci v noci, za mlhy a v prašných podmínkách, k redukci vynechávek a dvojího překrytí záběru. Dalšími výhodami je dobrý vliv na ekonomickou a ekologickou oblast, sníţení nákladŧ na aplikované přípravky na ochranu rostlin, hnojiva a osivo. Toho je dosaţeno efektivním vyuţitím mobilní techniky během pracovní doby.

9

2

CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce je analýza současného stavu vyuţití druţicových systémŧ

pro mobilní techniku v rostlinné výrobě. Práce je zaměřena na rozdělení a srovnání rŧzných naváděcích systémŧ, vytvoření přehledŧ korekčních signálŧ a vlivŧ, které na ně pŧsobí. V práci jsou popsána řešení, která jsou v praxi vyuţívána při určení přesné polohy stroje a jeho vedení po pozemku. Součástí práce je praktické polní měření, jehoţ cílem je zjištění vhodnějšího zpŧsobu navádění mobilních prostředkŧ v rostlinné výrobě. Výsledek práce a naměřené hodnoty jsou tabulkově a graficky zpracovány.

3

ZÁKLADY NAVIGACE Určování polohy, směru pohybu a navigace bylo pro lidstvo dŧleţité uţ od začátku

budování civilizace. Navigací se rozumí postupy, kterými lze stanovit svou polohu kdekoliv na zemi, moři nebo obecně v nějakém prostoru a najít podle navolených kritérii nejvhodnější cestu. Termín navigace je odvozen z latinského slova navis, coţ znamená loď. Tímto termínem byla pŧvodně definována plavba po moři, ale postupně se pod tímto výrazem začalo objevovat zjišťování polohy, směru a volby trasy a termín se rozšířil i do dalších druhŧ dopravy a dalších činností. [20] Na začátku 20. století nastal významný pokrok v navigaci, a to s objevením bezdrátové komunikace. V té době se začaly vyskytovat navigační systémy určené pro lodní a leteckou dopravu. U některých z těchto systémŧ se uţ prokazovala jistá globálnost. K celkovému globálnímu pokrytí došlo ve druhé polovině 20. století, kdy byly vytvořeny schopné druţicové systémy. O vybudování prvních globálních navigačních systémŧ se zaslouţila vojska světových mocností, jelikoţ umění určit polohu kdekoliv na zemi bylo vţdy velkou strategickou výhodou. V civilním sektoru se systémy navigace objevily ke konci 20. století. [20] V současnosti bylo docíleno velkých pokrokŧ k zajištění přesné a spolehlivé navigace, dochází k modernizaci stávajících navigačních systémŧ a k budování nových, jeţ budou mít rozšířené funkční moţnosti. Na globální pokrytí zemského povrchu splňují poţadavky druţicové systémy GNSS (Global Navigation Satellite Systém). Tyto

10

sytémy umoţňují určení polohy jakéhokoli místa kdekoliv na Zemi. Druţicové navigační systémy se skladají ze tří segmentŧ: Kosmícký segment – Druţice vytvoří soustavu majákŧ s vhodným rozmístěním pro nejlepší pokrytí Země s minimální chybou určení polohových souřadnic navigačním zařízením (přijímačem) v uţivatelském segmentu. Kaţdá z těchto druţic je vybavena přijímačem, vysílačem a atomovými hodinami. Elektrickou energii získává pomocí solárních panelŧ a za pomocí raketových motorŧ je schopna korigovat svou polohu. Řídící a kontrolní segment – skládá se ze soustavy monitorovacích stanic. Tyto stanice slouţí k měříní obsahu a kvality navigačních signálŧ a k měření přesné polohy navigačních satelitŧ. Pro trvalé monitorování kaţdé navigační druţice je dŧleţité, aby rozmístění monitorovacích stanic bylo, pokud je to moţné, po celém zemském povrchu. Data naměřená v monitorovacích stanicích jsou předávána do řídící stanice. V řídící stanici se provádí vypočet kosmického segmentu a oprava navigačních signálŧ (dat), které přícházejí uţivatelskému segmentu z navigační druţice. Prostřednictvím uploadovacích stanic jsou opravené

navigační

signály

(data)

posílány

k jednotlivým

satelitŧm.

Uploadovací stanice se často nachází ve stejném objektu s monitorovací stanicí. Součástí řídícího segmentu je i administrativní centrum a obsluţný personál. Uţivatelský segment

– se skládá z navigačních zařízení (přijímačŧ)

jednotlivých uţivatelŧ. Přijímače umoţňují přijímat signály z druţic a získávají z nich informace o své poloze a čase. Schopnost přijímat a dekódovat signály z druţic tvoří v uţivatelském segmentu pasivní přijímače. Druţice vysílají signál, zatímco

navigační zařízení (přijímač) zjišťuje čas jejich příjmu.

Vzdálenost přijímače k druţici se určuje z doby, která uplyne mezi vysíláním a příjmem signálu. Z těchto parametrŧ a z polohy druţic v daném okamţiku určí přijímač uţivatele svou polohu. Poloha druţic se zjistí z informací, které druţice vysílají ve formě parametrŧ svých drah a výpočet přesných souřadnic je provede z těchto parametrŧ přijímačem uţivatele. [20]

11

Obr. 3.1 Obecné schéma družicového navigačního systému (Šebesta, 2012)

3.1 Systémy druţicové navigace pro určení polohy S druţicovou navigací se začínáme setkávat v 60. letech minulého století, kdy byly provedeny první pokusy vyuţití satelitŧ při úlohách navigace. Z hlediska strategie kosmického prostoru byl vývoj navigačních systémŧ v prvopočátcích omezen jen pro vojenský sektor a jeho vyuţití. Největší zásluhu na vývoji systémŧ druţicového navigačního systému má americká armáda - námořnictvo a vzdušné síly, které byly u vytvoření v současnosti nejznámějšího systému GPS – NAVSTAR. Ten se v polovině devadesátých let minulého století začal rozšiřovat i do civilního sektoru. V praxi je tento globální polohový systém nejvyuţívanějším zařízením pro určení polohy a řízení stroje. S nepatrným zpoţděním byl vyvinut ruský (dříve sovětský) systém GLONASS, ten měl konkurovat systému GPS, ale potýkal se s technickými problémy. V současnosti probíhá modernizace stávajících systémŧ GPS – NAVSTAR a GLONASS a současně probíhá vývoj a budování nových globálních druţicových navigačních systémŧ GNSS (Global Navigation Satellite System). K těmto novým systémŧm se řadí evropský systém GALILEO, který by měl omezit závislost na systému GPS, jeţ je v Evropě nejpouţívanější, ale současně by měl být kompatibilní jak se systémem GPS, tak i systémem GLONASS. V kombinaci s těmito systémy by se měla zvýšit spolehlivost i přesnost v rŧzných odvětvích a aplikacích, např. v zemědělství. [20]

12

3.1.1 GLONASS Systém GLONASS (Globalnaja navigacionnaja sputnikovaja sistema, Global Navigation Satellite System) je pŧvodně sovětským, nyní ruským druţicovým navigačním systémem. Systém spravuje a kontroluje Úřad ruských vojenských kosmických sil a je vytvořen na podobném principu jako systému GPS – NAVSTAR, tak aby informoval o čase a poloze na Zemi po dobu 24 hodin. [2] Vývoj systému byl zahájen v polovině 70. let 20. století na základě dokumentu Ministerstva obrany SSSR o vývoji jednoduchého navigačního systému pro vyuţití kdekoliv na Zemi. Schválení dokumentu proběhlo v roce 1976 a první testovací druţice byla vypuštěna roku 1982. V roce 1991 bylo na oběţných drahách jiţ 12 druţic a na konci roku 1995 byl systém plně provozuschopný. Systém se od prvopočátku svého vzniku potýkal s problémy, které se projevily na konci 90. let, kdy kosmická část systému byla v úpadku. Systém byl v roce 2001 v praxi nepouţitelný, jelikoţ ho tvořilo jen 8 plně funkčních druţic. Od téhoţ roku byla prováděna obnova systému GLONASS do plného operačního stavu a v současné době je systém plně funkční. Systém GLONASS se stejně jako ostatní GNSS systémy skládá ze tří segmentŧ, kterými jsou kosmický, řídící a uţivatelský. [20]

Obr. 3.2 Družice systému GLONASS (http://geologie.vsb.cz/geoinformatika/kap09.htm)

Kosmický segment tvoří 24 druţic obíhajících ve výšce 19 130 km nad povrchem Země rozmístěných ve třech oběţných drahách se sklonem 64,8° (Obr. 3.3). Oběţná doba druţic je kolem 11 hodin. Dráhy jsou vzájemně posunuty o 120°, na kaţdé dráze je rovnoměrně rozmístěno osm druţic po 45°. Charakteristickým znakem GLONASS kon13

stelace je pravidelné opakování rozmístění druţic kolem Země kaţdých osm dní. To znamená, ţe kaţdých osm dní je druţice nad stejným místem na Zemi. S takovouto konstelací druţic je dosaţeno viditelnosti minimálně 6 a maximálně 11 druţic kdekoliv na Zemi v jakémkoli čase. [20]

Obr. 3.3 Oběžné dráhy systému GLONASS (http://www.navipedia.net/index.php/File:GlonassConstellation.JPG) Řídící a kontrolní segmenty u systému GLONASS jsou téměř všechny rozmístěny na území Ruské federace a bývalých státŧ SSSR. To má za následek, ţe monitorování druţic je časově omezeno. Hlavní sídlo řídícího centra se nachází v Krasnoznamensku poblíţ Moskvy. Uţivatelský segment systému GLONASS vyuţívá dvou signálŧ. Přesnější (autorizovaný) signál slouţí jen pro účely vojsk Ruské federace a vybraných vládních institucí. Ty vyuţívají sluţbu HP (High Positioning) a mají zaručenou vyšší přesnost. Druhý signál, který je méně přesný (neautorizovaný), slouţí pro civilní uţivatele a ti mohou vyuţívat sluţbu SP (Standard Positioning). [20]

3.1.2 Galileo Mezi globální navigační systémy patří i systém Galileo, s nímţ je plánováno jako s autonomním evropským globálním druţicovým polohovým systémem (GNSS). Prvopočátky plánování tohoto systému sahají do roku 1999, kdy financování měli zajistit soukromí investoři a první spuštění bylo plánováno na rok 2008. Pro příliš velká rizika 14

soukromí investoři od tohoto finančního projektu odstoupili a s plánem uhradit a realizovat projekt přišla Evropská unie, která je v tomto projektu reprezentovaná Evropskou komisí (EC) a Evropskou kosmickou agenturou (ESA). Jedním z hlavních dŧvodŧ pro vznik Galilea byla snaha o získání kontinentálního systému nezávislého na GPS nebo GLONASS. Tyto systémy (GPS a GLONASS) jsou vojenské a není zde záruka, ţe při výjimečných situacích budou plně funkční k civilnímu vyuţití. A proto je systém Galileo primárně navrţen jako projekt, který bude řídit a spravovat civilní správa. GNNS Galileo měl byt pŧvodně uveden do provozu v roce 2010, ale tak se nestalo a podle nových plánŧ je jeho spuštění plánováno na rok 2014. Hlavním administrativním sídlem se stala v roce 2012 Praha.

Obr. 3.4 Logo systému Galileo (http://ec.europa.eu/ceskarepublika/news/121017_galileo_cs.htm) Stejně jako systémy GPS a GLONASS se systém Galileo skládá ze tří segmentŧ. Kosmický segment bude tvořen z 30 druţic, z nichţ bude 27 druţic aktivních a 3 záloţní. V současnosti by ve vesmíru mělo být dosaţeno plného stavu druţic i plného operačního stavu. Kaţdá z rovin oběţné dráhy druţic svírá úhel 56° vŧči rovníku Země. Tím se dosáhne toho, ţe v místech leţících aţ na 75° zeměpisné šířky by vyuţití navigačních systémŧ mělo fungovat bez potíţí. Dráhy jsou vzájemně posunuty o 120° a druţice se na nich pohybují ve výšce 23 222 km nad povrchem. Druţice by zeměkouli měla obletět během 14 hodin. Systém Galileo se oproti šesti oběţným drahám systému GPS vyznačuje jen třemi oběţnými dráhami (Obr. 3.5). Pravidelným rozmístěním druţic,

15

kdy na kaţdé oběţné dráze bude umístěno deset pozic pro druţice, z toho devět aktivních a jedna záloţní, je zajištěna spolehlivá funkce systému. Při selhání jedné z druţic bude rychle provedeno doplnění na plný počet. [19]

Obr. 3.5 Oběžné dráhy družic systému Galileo (http://www.stavebnictvi3000.cz/clanky/navigacni-system-galileo-bude-mitadministrativni-centrum-v-praze/)

3.1.2.1 Služby systému Galileo Civilní evropský navigační druţicový systém Galileo by měl poskytovat 5 druhŧ sluţeb: Open Service – OS (Základní sluţba) – jedná se o základní, veřejně dostupný signál poskytovaný zdarma. U tohoto signálu se bude vyuţívat dvou pásem a to 1164-1214 MHz a 1563-1591 MHz. Horizontální přesnost u přijímačŧ bude lepší neţ 4 m a vertikální přesnost vyšší neţ 8 m. Při pouţití jednoho pásma bude horizontální přesnost pod 15 m a vertikální pod 35 m. Přijímače budou moci zároveň vyuţívat i signál GPS, jelikoţ byla uzavřena dohoda o kompatibilitě. Safety of Life service – SoL (Sluţba kritická z hlediska bezpečnosti) – tato sluţba by měla primárně zlepšovat základní sluţbu OS tak, ţe během malého časového intervalu (několik sekund) varuje uţivatele v případě, ţe by došlo z nějakých dŧvodŧ k nesprávnému fungování systému (přesnost apod.). Jde o rozšířený signál zahrnující integrovanou funkci. Signál je hlavně předurčen pro bezpečnostně-kritické funkce, které poţadují kvalitní signál. 16

Commercial Service – CS (Komerční sluţba) – sluţba vyuţívá oproti sluţbě základní ještě dva další signály, tím bude moci poskytnout lepší přesnost neţ OS. Díky komerčnímu kódování, jehoţ řízení bude zajišťovat poskytovatel sluţeb a budoucí operátor systému Galileo, je zajištěna ochrana těchto signálŧ. Kontrola přístupu je prováděna na úrovni přijímače, kde je vyuţit přístupový klíč. Sluţba bude šifrována a zpoplatněna. Public Regulated Service – PRS (Veřejně regulovaná sluţba) – u této sluţby se vyuţívají dva šifrované signály, přístup k nim je kontrolovaný a má dlouhodobou podporu. Sluţba bude určena pro státem vybrané uţivatele (armádu a bezpečnostní sloţky státu). Search And Rescue servis – SAR (Vyhledávací a záchranná sluţba) – jedná se o sluţbu nouzové lokalizace fungující s moţností oboustranné komunikace v rámci celosvětové druţicové záchranné sluţby COSPAS/SARSAT. [20]

3.1.3 Systém GPS – NAVSTAR GPS GPS (Global Positioning System) sytém pŧvodně označovaný jako NAVSTARGPS je pasivní dálkoměrný systém. Jedná se o vojenský polohový systém provozovaný ministerstvem obrany Spojených státŧ Amerických. S pomocí tohoto systému lze určit polohu a přesný čas kdekoliv na zemském povrchu nebo nad ním. Vyuţívání systému bylo primárně moţné jen pro vojenské účely, ale postupem času se začalo vyuţívat i k civilním účelŧm.

3.1.3.1 Rozdělení časových období Za vznikem projektu systému NAVSTAR-GPS stojí předchozí systém TRANZIT. Tento systém byl rozšířen a bylo provedeno zkvalitnění signálu, zlepšení dostupnosti a přesnosti signálu a také zlepšení poskytovaných sluţeb. Práce na projektu NAVSTARGPS začaly v prosinci 1973, kdy byl dán souhlas k zahájení projektu. Práce byly rozfázovány do tří období.

17

První období, během něhoţ měl být systém ověřován, probíhalo v letech 1973 – 1979. V tomto období probíhaly testy na pozemních stanicích a rovněţ byla zkonstruována první pokusná uţivatelská zařízení. V únoru 1978 došlo k vypuštění první druţice a v prosinci téhoţ roku uţ byly k dispozici 4 druţice, které umoţňovaly po omezenou dobu třírozměrnou navigaci, a to především v oblasti testovacího polygonu v Arizoně. Celkem v tomto období bylo vypuštěno na oběţnou dráhu 11 druţic označovaných jako druţice Bloku I. [19] Ve druhém období, které probíhalo v letech 1979 – 1985, se budovala řídící střediska a začal vývoj dalších druţic tzv. Bloku II. Dále začal vývoj, ověřování a testování uţivatelských přijímačŧ. Testování prototypŧ těchto přijímačŧ probíhalo na testovacím polygonu nebo na moři. [19] Ve třetím období, které trvalo od roku 1985 do července 1995, byly druţice tzv. Bloku II. vylepšovány a postupně byly doplňovány k druţicím Bloku I., které později plně nahradily. Tím došlo ke zvýšení výkonnosti a postupnému rozšíření moţností systému. Od roku 1993 je tedy moţná třírozměrná navigace kdekoliv na Zemi po dobu 24 hodin. Plného operačního stavu pro vojenské a částečně i civilní účely bylo dosaţeno v červenci 1995, kdy bylo rozmístěno všech 24 druţic Bloku II., které tvoří kompletní stav ve vesmíru. [3]

Systém GPS-NAVSTAR prošel od roku 1995 aţ do současné doby významným procesem modernizace, čímţ došlo ke zlepšení funkčnosti systému, k zvýšení počtu uţivatelŧ a k vyuţívání systému v rŧzných oborech lidské činnosti. Provoz systému GPS je dotován z rozpočtu USA ve výši cca 600 aţ 900 milionŧ amerických dolarŧ ročně. [19]

18

Obr. 3.6 Družice GPS na oběžné dráze (www.svetandroida.cz)

3.1.3.2 Složení segmentů GPS Stejně jako ostatní systémy se i systém GPS skládá ze tří segmentŧ a těmi jsou: Kosmický segment – pŧvodně tvořilo 24 druţic, ale v současné době se tento stav změnil a došlo k navýšení na 36 druţic, coţ odpovídá maximálnímu moţnému počtu vyuţívaných aktivních druţic, které jsou na oběţných drahách systematicky rozmístěny. Při přidání dalších druţic do segmentu, bude nutné provést změnu vysílaného signálu. Druţice obíhají nad zemským povrchem po šesti kruhových drahách ve výšce 20 200 km s inklinací 55° k rovníku Země a vŧči sobě jsou vzájemně posunuty o 60° (Obr. 3.7). Kaţdá dráha pŧvodně obsahovala 4 pravidelně rozmístěné pozice pro druţice. Nyní je těchto pozic 5-6 a jsou nepravidelně rozmístěny. Doba obletu zeměkoule trvá druţici přibliţně 11 h 58 min. při rychlosti pohybu druţice 3,8 km/s. Poloha druţic GPS je v šesti kruhových drahách umístěna tak, aby v kaţdé dráze obíhal stejný počet satelitŧ. Tímto umístěním je zajištěna viditelnost minimálně 4 a maximálně 12 druţic a je zajištěno poskytování přesných údajŧ o poloze a uţivatelská mobilita po 24 hodin denně, 7 dní v týdnu a 365 dní v roce. V České republice je pravidelně viditelných 8 druţic. [20]

19

Obr. 3.7 Oběžné dráhy družic GPS (http://geologie.vsb.cz/geoinformatika/kap09.htm) Řídící a kontrolní segment – tvoří hlavní kontrolní stanice MCS (Master Control Station), která se nachází na Schrieverově letecké základně v Colorado Springs (záloţní řídící středisko je v Gaithersburg (Meryland, USA)). Dále je tvořen 4 kontrolními stanicemi (Ground Antenna), které mají komunikační výbavu (anténu) pro zavedení dat do druţic, a 18 monitorovacími stanicemi umístěnými rovnoměrně po obvodu Země poblíţ rovníku (Obr. 3.8). Všechny stanice se nacházejí na základnách letectva Spojených státŧ amerických.

Obr. 3.8 Rozmístění stanic řídícího a kontrolního segmentu (http://www.gps.gov/systems/gps/control/)

20

Úkolem řídícího segmentu je přesná kontrola stavu atomových hodin druţic a sledování drah monitorovacími stanicemi. K výpočtŧm korekce efemeridŧ (nebo k případné opravě samotných drah druţic) dochází v hlavní centrální stanici, kde se také provádí synchronizace atomových hodin a vypočítávají se koeficienty ionosférického modelu. Zjištěné informace se odesílají do povelových stanic a z nich jsou minimálně jednou za den vysílány k druţicím, odkud jsou zasílány do GPS přijímačŧ. Řídící segment také zajišťuje správný provoz systému a to správou a údrţbou druţic, stahováním zastaralých druţic z oběţné dráhy, přípravou nových druţic určených pro vypouštění na oběţnou dráhu a jejich uvedením do operačního reţimu. [20] Uţivatelský segment – tvoří ho uţivatelské GPS přijímače, které přijímají signály z jednotlivých druţic, jeţ se zrovna vyskytují nad obzorem. Přijímač z přijatých dat a předem definovaných parametrŧ vypočítá polohu antény, nadmořskou výšku a zobrazí přesné časové údaje. GPS přijímače jsou tedy pasivní prvky, jelikoţ signál jde pouze od druţice k uţivateli. Přijímače se skládají z antény, předzesilovače, procesoru, časové základny a komunikačního rozhraní. [19]

3.1.3.3 Princip fungování GPS Princip fungování je zaloţen na stanovení vzdálenosti mezi vysílačem na druţici a přijímačem na základě časového intervalu mezi vysíláním a přijetím signálu. Ve vysílaném signálu jsou informace, kdy byl signál vyslán a z kterého satelitu. Tyto přijaté informace se zpracovávají v mikropočítači přijímače a data o dráze pohybu všech druţic daného systému se ukládají do jeho paměti. Tato data jsou minimálně kaţdých 12 hodin upřesňována pomocí korekcí (efemerid), které jsou stanoveny na základě měření na pozemních monitorovacích stanicích. V podstatě jde o to, ţe jedna druţice vyšle informaci o své poloze (údaje souřadnic) a okamţitém čase do místa lokalizace. V tom stejném čase vyšle druhá druţice na totéţ místo údaje o své poloze. Oba tyto signály se do místa, kde je lokalizovaný objekt, šíří rychlostí světla a dříve k tomuto objektu dorazí signál z té druţice, která je k místu lokalizace blíţe. Z okamţiku, kdy oba signály dopadnou, lze potom určit příslušnou vzdálenost mezi souřadnicemi první a druhé druţice. K tomu, aby bylo moţné určit polohu, je 21

potřebný ještě jeden signál. To znamená, ţe je zapotřebí celkem 3 signálŧ z 3 viditelných druţic (2D poloha) (Obr. 3.9). A proto, aby bylo moţné vypočítat 3D polohu (zeměpisná šířka, délka a nadmořská výška), je výhodnější pro lepší přesnost přijímat signál minimálně ze 4 druţic. [23]

Obr. 3.9 Princip určování polohy (www.leadingfarmers.cz) Informace jsou vysílány navigačními signály druţice ve dvou rŧzných vysílacích kanálech. Prvním z nich je kanál L1 o frekvenci 1575,4 MHz, na níţ je vysílán kód C/A (Coarse or Civilian Access Code), který je dostupný pro civilní vyuţití pro určení polohy s přesností 30 aţ 100 m, dále je zde šířen kód P (Precision Code), který je přístupný pouze americkému ministerstvu obrany a je šifrovaný. Druhým z těchto kanálŧ je kanál L2 o frekvenci 1227,62 MHz, zde je vysílán vojenský kód P(Y). U novějších druţic je připraveno i vysílání kódu C/A. [23] Druţice se pohybují rychlostí kolem 13 000 km/h a vysílaný signál se k hledané poloze dostane za krátkou dobu (rychlost světla). Pokud však dojde při určení času k odchylce o pouhou tisícinu sekundy, dochází k navigační chybě. Přesným systémem (kód P) dochází k eliminování časové odchylky a tím je určení polohy zpřesněno aţ na několik centimetrŧ. [23]

22

3.1.4 Přesnost naváděcích systémů Kaţdý naváděcí systém má svou přesnost a ta je udávána výrobcem naváděcího systému. Přesnosti jsou rozděleny na statickou, dynamickou (navádění na další řádek) a absolutní. Statická přesnost – po dobu 24 hodin je GPS přijímač umístěn na místě o přesně známých souřadnicích. Na tomto místě přijímač GPS ukládá v pravidelně přesných intervalech zjištěné souřadnice. Z těchto zjištěných souřadnic lze určit kvalitu přijímače, a to odchylkou mezi zjištěnými hodnotami souřadnic a hodnotou přesných souřadnic. Kvalitnější bude tedy ten přijímač, u kterého bude odchylka mezi souřadnicemi co nejmenší. (Obr. 3.10). [1]

Obr. 3.10 Diagram pro vyhodnocení statistické přesnosti (Bauer, 2006) Dynamická přesnost (navádění na další řádek) – v podstatě se jedná se o odchylku od správné paralelní linie při vedení traktoru. Přezkoušení se provádí při 15 minutovém testu s následným vyhodnocením 95 % naměřených hodnot, které leţí co nejblíţe správné paralelní linii. Z tohoto souboru dat se největší odchylky graficky vynesou. Pro hodnocení naváděcích systémŧ je tato přesnost nejvýznamnější. [1] Absolutní přesnost – vyjadřuje s jakou přesností je systém schopen navádět po známých souřadnicích. Toho lze vyuţít např. při opakovaném zpracování pŧdy, kdy je jiţ zaznamenána dráha, po niţ se jiţ traktor pohyboval. [1]

23

3.1.5 Vlivy ovlivňující přesnost naváděcích systémů Je spousta vlivŧ, které ovlivňují výslednou přesnost určení polohy. Při pouţívání naváděcích systémŧ GPS pro navigaci není třeba znalost o chybách systému, jelikoţ přesnost bude se všemi rŧznými vlivy pokaţdé do cca 15 – 20 metrŧ. Proto je dobré vědět, co všechno mŧţe ovlivnit přesnost naváděcích systémŧ GPS. Konfigurace druţic nad místem pozorování – k bezproblémovému určení polohy je zapotřebí viditelnost minimálně 4 druţic, čím více jich je, tím je určení polohy rychlejší a přesnější. To je především dŧleţité pro fázová měření, kdy velké nepřesnosti v měření mohou zpŧsobit výpadek signálu. Další dŧleţitou věcí je konfigurace druţic nad místem pozorovatele. K tomu je zapotřebí dostatek druţic a ideální je, kdyţ je jedna druţice umístěna přímo nad pozorovatelem a další je 20° nad obzorem. Mŧţe se stát, ţe nedosáhneme přesných výsledkŧ z dŧvodu umístění druţic nízko nad obzorem i při dostatečném počtu druţic. [16] Vliv atmosféry – přesnost systému je nejvíce ovlivněna prŧchodem signálu atmosférou (ionosférou a troposférou). U ionosféry lze vlivy odstranit měřením na dvou frekvencích a to v případě fázových měření. Odstranění vlivu troposféry, lze provést vhodnou matematickou úpravou. Při běţném vyuţívání navigačního systému nedokáţe uţivatel chyby ovlivnit. Co ale mŧţe ovlivnit chyby, je navigační zpráva, která nese data o aktuálním stavu ionosféry a při výpočtu tak dochází k jisté eliminaci (Obr. 3.11). [16]

Obr. 3.11 Vliv atmosférických chyb (http://geologie.vsb.cz/geoinformatika/kap09.htm)

24

Stav druţic systému – společně se signálem putujícím mezi jednotlivými druţicemi je přenášena i navigační zpráva, v níţ je informace o tom, jestli lze druţici do výpočtu zahrnout nebo ne. Pokud druţice při údrţbě, korekci drah nebo testování neposkytuje kvalitní data, je přijímačem vyloučena z výpočtu. [16] Vícenásobné šíření signálu – Přicházející signál do přijímače se cestou odrazí od jiných překáţek a dochází ke zkreslení tranzitního času. Tato chyba se hodně špatně zjišťuje a nejvíce se vyskytuje u druţic, které letí nízko nad horizontem (Obr. 3.12). [16]

Obr. 3.12 Vícenásobný příjem signálu (http://geologie.vsb.cz/geoinformatika/kap09.htm)

Kvalita parametrů vysílaných v druţici – v rámci putujícího signálu vysílá druţice informace o svých parametrech. Kvalita těchto vysílaných parametrŧ má vliv na přesnost určení polohy. Parametry nelze nikterak ovlivnit. [16] Typ přijímače – v podstatě je moţné rozlišení mezi přijímači pro kódová nebo fázová měření. Přijímače pro fázová měření jsou cenově o hodně draţší neţ přijímače pro kódová měření a pouţívají se především ke geodetickým pracím. Kódové přijímače jsou pak klasické ruční navigační přístroje. [16] Šum signálu – signál přijímaný do přijímače je z druţic obíhajících na drahách 20 200 km nad rovníkem. Signál není tedy velmi silný, a proto mŧţe být bez problémŧ rušen. Klasickým příkladem, kdy dochází k šumu, je při nízké poloze druţice nad horizontem nebo ve vegetací zarostlém prostředí. [16] Chyby atomových hodin – druţice naváděcích systémŧ jsou vybaveny velmi přesnými atomovými hodinami, přesto v rámci vysílaných údajŧ o druţici jsou vysílány i opravy těchto hodin. Hodiny u přijímačŧ jsou méně přesné o několik

25

řádŧ neţ hodiny na druţici a z toho dŧvodu se při určování polohy uvádí jako čtvrtá neznámá chyba hodin přijímače. [16]

3.2 Korekce chyb GPS Aby bylo moţné zlepšení a zpřesnění navádění, bylo nutné zvýšení přesnosti. Ta se pohybovala v řádech metrŧ, coţ je pro navádění zemědělské mobilní techniky nepouţitelné. Aby bylo dosaţeno vyšší přesnosti v navádění z metrŧ na centimetry, tak se začalo vyuţívat systému DGPS (Differential Global Position Systém), coţ je diferenční systém, který spočívá v úpravě korekčního signálu GPS. Systém DGPS je nejčastější, ale oproti dalšímu korekčnímu systému RTK (Real Time Kinematics) není tak přesný. RTK systém umoţňuje přesnost mezi jízdami +/- 2,5 cm, kdeţto u DGPS je to +/- 15 aţ 25 cm. Významní výrobci zemědělské mobilní techniky si vytvořili vlastní systémy, které fungují na principu DGPS a RTK jen pro jejich stroje. Mezi tyto systémy patří Auto Guide, který vyuţívá společnost AGCO. Dále systém AutoTrack a RTK Extendy od firmy John Deere, systém E-Drive pouţívaný společností Claas a systém Trimble Autopilot, který vyuţívá koncern CNH. Systém společnosti Trimble, je také moţné dodatečně namontovat do většiny mobilní techniky od rŧzných výrobcŧ. U těchto systémŧ se vyuţívá placených i neplacených korekčních signálŧ. V roce 2009 uvedla do provozu firma Leading Farmers CZ, a.s. soukromou korekční síť RTK VRS (Real Time Kinematics Virtual Reference Station). Tato síť byla první v České republice a je určená přímo pro zemědělskou činnost. Korekci signálu poskytují v ČR i další firmy, a to např. Trimble, která poskytuje privátní síť Trimble VRS Now Czech, dále síť TopNET od společnosti GEODIS Brno a síť CZEPOS, která je provozována státem.

3.2.1 Diferenční GPS (DGPS) Systém DGPS je zaloţen na pouţívání tzv. referenčních stanic (přijímačŧ GPS). Z dŧvodu kódového měření se pouţívají minimálně dva přijímače GPS. Jedním z nich je právě referenční stanice. Ta je umístěna na místo o známých souřadnicích a do přijímače DGPS, který je umístěn ve stroji, přenáší korekční signál. Referenční stanice přijímají stejný signál GPS jako přijímače umístěné ve stroji. Chybu neboli odchylku polohy v reálném čase lze určit díky známému místu postavení referenční stanice, která

26

zašle zprávu o korekci polohy geostacionárním satelitŧm a ty umoţňují přijaté korekce vysílat do přijímače umístěného ve stroji, který přijaté korekce vyuţije k vypočtení své polohy. Po celém světě se budováním sítě referenčních stanic zabývají komerční organizace, které za vyuţívání vyţadují správní poplatek. Velikost poplatku závisí na přesnosti korekce, období, po které bude stanice vyuţívána, velikosti pokrytého území a na provozovateli. Korekční signál si je také moţné pronajmout na kratší období (měsíce nebo např. 100 hodin), coţ je ekonomicky výhodnější. Mezi zpoplatněné systémy s vyšší přesností patří například systémy XP a HP provozující společnost OmniSTAR. Korekční signály mohou být i bezplatné. Mezi ně se řadí např. evropský systém Egnos (European Geostationary Navigation Overlay Service) nebo severoamerický WAAS (Wide Area Augmentation Systém). U těchto bezplatných korekčních signálŧ není přesnost vysoká. Úroveň přesnosti, orientační cena a vyuţití je uvedeno v tab. 1. Tab. 1 Úroveň přesnosti pojezdů (www.agronavigace.cz)

Označení

DGPS (EGNOS)

XP

Přesnost bezprostředně mezi jízdami 15 aţ 25 cm

7,5 aţ 12,5 cm

Přesnost mezi- Příklad poskyroční tovatele v ČR nespecifikovaná

EU (ESA)

Orientační cena (proměnná)

Vyuţití

bezplatná

Postřiky, hnojení, příprava pŧdy

30 000 Kč/rok; 20 cm

OmniSTAR 10 000 Kč/měsíc 40 000 Kč/rok;

HP

5 aţ 10 cm

10 cm

OmniSTAR 15 000 Kč/měsíc

RTK

2,5 cm

2,5 cm

27

RTK VRS Leading Farmers CZ, a.s.

25 000 Kč/rok; 4 000 Kč/měsíc

Postřiky, hnojení, příprava pŧdy, setí běţných plodin Postřiky, hnojení, příprava pŧdy, setí běţných plodin Postřiky, hnojení, příprava pŧdy, setí běţných plodin, setí přesných plodin, meziřádková kultivace

3.2.2 Korekční systém RTK (Real Time Kinematics) Metoda kinematického měření v reálném čase je velice moderní a vyspělá metoda a v systémech, které jsou ke korekci signálu GPS určeny, je prozatím tato metoda nejpřesnější. Systém RTK umoţňuje meziroční přesnost

2,5 cm, coţ je zpŧsobeno tím, ţe

je systém stabilní, coţ je dŧleţitá vlastnost tohoto systému. Té samé přesnosti, jako je u meziroční přesnosti, je systém schopen dosáhnout i mezi jednotlivými jízdami. Základní podstatou metody je získání aktuálních přesných korekcí měřených souřadnic v reálném čase. K poskytnutí těchto korekcí systém vyuţívá vlastní pozemní (referenční) stanici (Obr. 3.13) umístěnou na místě o známých souřadnicích. Pozemní stanice přijímá stejný signál jako mobilní stroj. Přijímaný signál pozemní stanice převádí do jiného formátu a za pomoci krátkých radiových vln (radiomodemu) ho zasílá do roveru (přijímače ve stroji), který je umístěn v mobilním stroji. V tomto roveru (přijímači) dochází k výpočtu korekcí porovnáním signálu přijatého z pozemní stanice o známých souřadnicích. Takto vypočtené korekce jsou vyuţity při zpracování druţicového signálu přijímaného roverem (přijímačem) ve stroji ke zvýšení přesnosti, při určení polohy stoje. [24]

Obr. 3.13 Princip fungování RTK systému (www.leadingfarmers.cz) 28

Správná funkčnost systému je závislá na dosahu radiomodemu. Tento dosah je velmi závislý na terénních podmínkách, počasí, vlhkosti vzduchu či vlhkosti zemského povrchu, také mŧţe docházet k rušení nebo interferenci signálu. Při běţném vysílacím výkonu 0,4 - 0,5W je maximální dosah v otevřené krajině zhruba 3 aţ 5 km. Dosah radimodemu lze, při pouţití speciální antény umoţňující eliminaci interferencí a při vybudování kvalitního anténního systému na referenční stanici zvýšit na 5 aţ 10 km. K zajištění centimetrové přesnosti by vzdálenost mezi referenčním a pohyblivým přijímačem neměla být větší neţ 10 km. [24]

3.2.3 Real Time Kinematics Virtual Reference Station (RTK VRS) Jde o metodu, která pro příjem korekce nevyuţívá vlastní referenční stanice jako je tomu u předchozích korekčních systémŧ, ale tzv. virtuální referenční stanice (VRS). (Obr. 3.14) Do zemědělského stroje je přenos korekčního signálu zajištěn internetovým připojením přes mobilní modem, a to buď za pomoci GPRS telefonního modemu nebo krátkovlnné vysílačky. Díky zkombinování satelitního přenosu dat a GPRS přenosu je počet výpadkŧ ve spojení omezen na minimum, coţ je ve srovnání s příjmem satelitních korekcí na frekvenci L2 velkou výhodou. Dalším pozitivem tohoto systému je zlevnění celé technologie, jelikoţ uţ není potřeba pořizovat na kaţdou farmu základnovou stanici a nejsou tak vyţadovány další investice. Přenos korekčního signálu GPRS sítí je mimo jiné rovněţ technologická novinka, jejíţ realizace probíhá v ČR. Dostupnost signálu je závislá na kvalitním pokrytí mobilní sítí nad polnostmi zemědělského podniku. Jestliţe je problém s přijímáním mobilní sítě, je moţné k přenosu signálu do strojŧ vyuţít krátkovlnné vysílačky. [4]

29

Obr. 3.14 Princip fungování RTK VRS (www.leadingfarmers.cz) Princip fungování systému RTK VRS spočívá v tom, ţe je na daném uzemním celku vytvořena síť, která je sloţena z jednotlivých stálých základnových stanic GPS RTK. Z těchto stanic jsou neustále zasílány informace o naměřené poloze do centrálního serveru (VRS server). Do tohoto serveru také zasílá informace o své poloze kaţdý rover (stroj s GPS RTK přijímačem, postřikovač, traktor, sklízecí mlátička, sklízecí řezačka, atd.). RTK VRS software na serveru (VRS server) neustále vypočítává podle interpolace údajŧ z jednotlivých základnových stanic sítě a dalších vstupŧ korekční údaje pro místa, kde se právě teď nacházejí jednotlivé rovery (stroje) a tyto korekční údaje jim zasílá nazpět. Na pozemku, na kterém se zrovna rover (stroj) nachází, se vytvoří tzv. virtuální stanice (VRS), a výpočet korekcí pro dané místo se provádí dokud nedojde k zásadní změně polohy roveru (stroje). K zajištění komunikace mezi základnovými stanicemi a serverem se vyuţívá mobilního internetu, toho se vyuţívá i pro komunikaci mezi roverem (strojem) a serverem. [17]

30

4

SOUČASNÝ STAV NAVÁDĚCÍCH SYSTÉMŮ V ZEMĚDĚLSTVÍ Systémy satelitního navádění GPS jsou v současnosti v zemědělství velice rozšíře-

nou technickou pomŧckou. Našli bychom je v kaţdém podniku, který se zabývá produkcí rostlinné výroby. Tyto systémy se dají vyuţít nejen k určování polohy a řízení traktorových souprav, sklízecích mlátiček a dalších samojízdných strojŧ, ale i ke zjišťování výnosŧ, mapování pozemkŧ a k dalším potřebným funkcím. V ČR se systémy GPS rychle rozšířily a v jejich vyuţívání patří naše republika na evropskou úroveň. Zavedení systému GPS do zemědělství bylo hlavním prŧlomem v pěstování rostlinné produkce a nepřímo tak tyto systémy stály za vznikem tzv. precizního zemědělství (precision farming) (Obr. 4.1). Metoda precizního zemědělství představuje hospodaření na pozemku podle lokálních podmínek a vlastností daného pozemku s optimalizací nasazení produkčních faktorŧ. Snahou této metody je přizpŧsobení dané operace lokálním podmínkám pozemku. Díky informacím o lokálních změnách (prostorové variabilitě) měřených činitelŧ je moţné určit, jaký zásah na pozemku bude přesně potřeba. K těmto zásahŧm mají pomoci systémy GPS, které zvyšují efektivnost u vyuţívaných technologií při pěstování rostlin. Ty mají také vliv na úsporu provozních prostředkŧ, pracovního času a strojŧ. Dále dochází ke zlepšení celkové produkce díky vyšším výnosŧm a k zlepšení kvality produkce. Minimalizuje se zátěţ na ţivotní prostředí a dochází ke zlepšení výrobních procesŧ. Precizní zemědělství je ekonomicky a ekologicky výhodné. [13]

31

Obr. 4.1 Využití systému precizního zemědělství (http://web2.mendelu.cz/af_221_multitext/hnojeni_plodin/pdf/precizni_zemedelstvi.pdf)

Při přesném určení polohy antény GPS umístěné na stroji, který pracuje v systému precizního zemědělství, je moţné vyuţití pro rŧzné operace přímo při pěstování rostlin a zároveň i k získávání informací, z kterých se vytváří informační systémy, které jsou určeny pro podporu rozhodování (DSS – Decision Support Systems). Systémy GPS v současnosti vyuţívají v rostlinné výrobě u zemědělských strojŧ manuálního nebo automatického navádění pohybu stroje po pozemku, a to ke zpracování pŧdy, mechanické kultivaci, k aplikaci chemických postřikŧ a hnojiv a také při setí a sklizni. Dále je systémŧ vyuţíváno při variabilní aplikaci hnojiv a pesticidŧ, při setí s variabilním výsevkem, ale také při zpracování a sběru dat a při mapování pozemkŧ („field scouting“, výměry a hranice pozemkŧ, vzdálenosti, výnosy, překáţky na pozemcích, cesty a další bodové, liniové a plošné prvky). [14]

32

4.1 Vyuţití GPS systémů u mobilní techniky V zemědělském podniku je účelné vybavit navigačním systémem GPS stroje, které se vyuţívají v rostlinné výrobě, a to k přípravě pŧdy, setí a sázení, plečkování, hrubkování, hnojení do páskŧ a k meziřádkové úpravě. Dále je potřebné systémem GPS vybavit stroje, které slouţí k ochraně rostlin a hnojení. Zvláště u těchto operací jde o odstranění překryvŧ nebo míst, kde nebyl prostředek aplikován a s tím souvisí i přesné vypínání ať uţ celého postřikovače nebo jen jeho částí na souvratích a v klínech. Další moţností, kterou lze vyuţívat, je variabilní aplikace hnojiv a postřikŧ, to má pozitivní vliv na rovnoměrnou aplikaci těchto pouţívaných prostředkŧ. Stejně tak jako u ochrany rostlin a hnojení, je i u přípravy pŧdy dŧleţité odstranění překryvŧ a sníţení počtu jízd po pozemku. Při přípravě pŧdy je moţné provádět pracovní jízdu přes jeden nebo dva záběry. U setí se systémy GPS vyuţívají k přesnému zaloţení porostu a kolejových řádkŧ, tím jsou ulehčeny následující operace v rostoucím porostu (např. plečkování kukuřice, meziřádková úprava, provádění postřikŧ a hnojení). Systémy se v praxi vyuţívají i při sklizni zemědělských plodin u sklízecích řezaček a mlátiček. Vyuţívané systémy GPS jsou náhradou za dříve pouţívané pěnové znamenáky a zároveň je navádění pomocí GPS výhodnější neţ pouţívání mechanických diskových znamenákŧ.

4.1.1

Vyuţití navigačního systému při přípravě půdy

K dosaţení silných a kvalitních porostŧ s velkými výnosy je dŧleţité nejprve tyto porosty velmi dobře zaloţit. Základem k dobrému zaloţení porostu je velmi dobře připravená pŧda. Při špatném připravení pŧdy mŧţe dojít k poklesu kvality porostu, coţ má za následek sníţení výnosu. Pro tuto operaci se stále častěji vyuţívají širokozáběrové kompaktory s mnoha sdruţenými pracovními operacemi. To umoţňuje připravit pŧdu pro setí nejlépe na jeden přejezd. V současnosti lze pro tuto operaci vyuţívat traktory s vysokým výkonem, coţ umoţňuje pouţívání velkých záběrŧ pracovního zařízení. Tyto záběry se pohybují okolo 10 m, ale mŧţou být i větší. Při vyuţívání tak velkých pracovních záběrŧ dochází zejména v letních přísušcích a prašnosti k překryvŧm záběru. Tyto překryvy mŧţou být kolem jednoho metru, coţ je deset i více procent pracovního záběru kompaktoru. Tím je zbytečně projeto více nafty, u pracovních orgánŧ dochází k většímu opotřebení a zároveň je prodlouţena pracovní doba obsluhy. Proto je u těchto pracovních souprav vyuţíváno paralelního systému navádění po pozemku pomocí GPS, 33

coţ pomáhá k dokonalejšímu ovládání pojezdu. K tomu ovládání se vyuţívá jednoduchých naváděcích systémŧ, a to poloautomatizovaných (asistované řízení - elektromotor na volantu). Tyto systémy umoţňují eliminaci překryvŧ při přesném nastavení záběru, a to i za špatné viditelnosti, kdy u asistovaného řízení je traktor automaticky veden po zvolené dráze. Další výhodou těchto systémŧ je moţnost provádět pracovní jízdy ob jeden nebo dva záběry, čímţ je dosaţeno většího poloměru při otáčení na souvratích. Po otočení je pracovní souprava navedena navigací do nezpracovaných záběrŧ. Tím se dociluje niţšího opotřebení pneumatik a zejména pak pásŧ u pásových traktorŧ. Zrovna tak je docíleno niţšího namáhání rámŧ a závěsŧ traktoru a stroje. Tím, ţe otáčení pracovní soupravy na souvratích probíhá bez prodlev, má za následek zrychlení práce. Při přípravě pŧdy je dostačující bezplatný signál, který má korekci pro přesnost +/- 15 aţ 20 cm. [5]

Obr. 4.2 Pásový traktor při přípravě půdy s vynecháním přes jeden záběr. Asistované řízení jej poté navede přesně do vynechané plochy. (http://www.agrics.cz/accuguide-2?sid=googlebot)

34

4.1.2 Vyuţití navigačního systému při setí Zavedením navigačních systémŧ navádění GPS do operací setí a sázení byl dán základ k přesnému zaloţení porostu. Toto přesné zaloţení porostu je hlavním úkolem setí a přesně zaloţený porost je základem pro správné provedení následných operací a zvyšuje stabilitu výnosu. K navádění stroje při setí se vyuţívá automatizovaného navádění (autopiloty), ale je moţné vyuţít i poloautomatizované systémy (asistované řízení). Systém autopilotu je plně zakomponován v hydraulice traktoru nebo samojízdného stroje. Toto zabudování je moţné vyuţívat např. pro navádění jízdy po křivkách, coţ umoţňuje okamţitou reakci podvozku na pokyny navádění a není proto nutností, aby se setí provádělo jen rovně. Oproti systémŧm s manuálním a poloautomatizovaným naváděním, je systém autopilotu vybaven kontrolními mechanismy, mezi něţ patří čidla natočení kol, korekce naklonění stroje ve svahu, coţ mŧţe zpŧsobit odchylky od dráhy pojezdu. Potom je také k dispozici ovládací monitor, s jehoţ pomocí je např. moţné ovládání ještě jednoho autopilotu, který se s anténou umisťuje přímo na taţný stroj. Tento autopilot má koordinovat jízdu soupravy při skluzu ve svahu u připojeného stroje. K této koordinaci dochází s pomocí hydraulický ovládaných diskŧ na secím stroji. Automatizované systémy lze vyuţít při všech polních operacích, ovšem jejich největší přínos přichází hlavně v prvopočátku sezóny, kdy se vyuţívají pro setí a sázení. Tyto systémy jsou vyuţívány např. i při sázení brambor, kdy jsou pouţity širokozáběrové sazeče. Dále je s nimi moţné vysévat i přesné porosty cukrovky nebo kukuřice s následným přesným hnojením či kultivací. Pro tyto účely se vyuţívá signálu DGPS nebo pro lepší přesnost signálu RTK, který má oproti ostatním technologiím stabilní korekci nejen mezi dvěma bezprostředními jízdami, ale i meziročně. Z toho plyne, ţe mapu, která je vytvořena pojezdem se strojem s navigací RTK, je moţné uschovat a vyuţít ji znovu při dalších operacích, kdy systém bude navádět stroj automaticky ve stejných kolejích. Toho lze vyuţít např. při setí kukuřice do hrŧbkŧ, kdy hrŧbky budou jiţ vytvořeny na podzim. [6]

35

Obr. 4.3 Traktor provádí pomocí autopilotu výsev přes jeden záběr. V dalším sledu zaseje vynechané pruhy. (www.agronavigace.cz) S automatizovaným naváděním lze porost zasít bez překryvŧ a s rovnými řádky. Pokud je porost opravdu správně zaloţen, tak pro následující dobu lze počítat s úsporami, a to od osiva, paliva, sníţení opotřebení pracovních orgánŧ, úspory času aţ k rovnoměrnému zasetí plodiny, coţ umoţňuje dobrý rŧst plodiny a malou ztrátu při její sklizni. Ke všem těmto úsporám a k dalším výhodám je dŧleţité vytvořit přesné kolejové řádky, po kterých se stroje budou pohybovat i při následných operacích. I při nejmenším překrytí při setí podle znamenáku mŧţe díky okolním vlivŧm jako je stav povrchu pŧdy, sklon pozemku, větrné a jiné vlivy docházet k chybě. Tato chyba se na velkých pozemcích v setí kolejových řádkŧ postupně na kraji pozemku načítá a mŧţe být i několik metrŧ. Současně je moţné vyuţívat i řízení sekcí jednotlivých secích orgánŧ a zároveň provádět variabilní výsevek. [6] Secí stroje vyuţívané k setí se dělí na: Secí stroje klasické – navigační systémy se u těchto strojŧ vyuţívají jen k navádění stroje na pozemku, čímţ je zajištěno rovnoměrného výsevu semen. Secí stroje přesné – navigační systémy u těchto strojŧ neslouţí jen pro navádění stroje na pozemku, jak je tomu u secích strojŧ klasických, ale i jako propojení mezi řídícím počítačem secího stroje a navigačním zařízením. Tím

36

je moţné změnit plynule měrný výsevek, který mŧţe být na určitých částech pozemku rozdílný, jedná se tedy o variabilní výsevek semen.

Obr. 4.4 Absolutně rovně zaseté porosty znamenají mnohonásobně lepší možnosti další kultivace, zvýšení výnosů a úspory PHM. (www.agronavigace.cz)

4.1.3 Vyuţití navigačního systému při hnojení Pro účelně a dobře pohnojený pozemek je dŧleţité pouţívat kvalitní techniku pro aplikaci hnojiv. K správnému vyuţívání této techniky lze pro zlepšení vyuţít druţicových systémŧ navádění GPS, které vyuţívají signálu diferenčního GPS (DGPS) nebo signálu RTK. Zejména je systém dŧleţitý při pojezdu aplikátorŧ kejdy, rozmetadel a další podobné techniky, a to hlavně při zakládání porostu, kdy je jízda stoje prováděna ještě na nevzešlém pozemku, tedy bez moţnosti pohybovat se po kolejových řádcích a aplikace hnojiv přes záběr mŧţe být větší a mŧţe docházet k překryvŧm. To má za následek nevyrovnanost porostu, jelikoţ některá místa porostu mohou být přehnojena a také dochází k plýtvání hnojivy, coţ je zbytečné a má to následek i na ekonomiku podniku a ekologii. Systém je moţné rovněţ pouţívat i při variabilní aplikaci hnojiv. [13] Základem správné variabilní aplikace hnojiv je aplikační mapa, která je dŧleţitým prvkem pro pouţívání navigačních systémŧ GPS při variabilním hnojení. Pomocí této mapy, je moţné přesně regulovat dávkování hnojiva na rŧzných částech pozemku, dle potřeby. K vytvoření aplikační mapy je potřebné mít přesně zmapovány hranice pozem37

ku, dále je třeba znát informace o ţivinách (N, P, K), které se v pŧdě na pozemku vyskytují, a mít vytvořenou výnosovou mapu, kterou získáme při měření výnosu při sklizni ze sklízecích mlátiček. Fungování systému variabilního hnojení je postaveno na správném řízení aplikované dávky podle vytvořené aplikační mapy, ta je uloţená na čipové kartě. Karta s aplikační mapou se umísťuje do palubního počítače stroje a společně s informacemi o aktuální poloze stroje pohybujícím se na pozemku, které vyhodnotí přijímač GPS, dovede celý systém samostatně řídit a přesně upravovat dávku hnojiva dle potřeby daného místa na pozemku. Aplikační stroje a rozmetadla vyuţívaná k variabilnímu hnojení musí být opatřena automatickým regulačním systémem. K získání informací o stavu ţivin (zejména dusíku) u variabilní aplikace hnojiv je moţné k systémŧm GPS vyuţívat i další technickou pomŧcku, kterou jsou optické senzory pracující na principu odrazu světla (N-Senzor). Tyto senzory pracují on-line a získané informace předávají do palubního počítače, který společně GPS systémem řídí nastavení rozmetadla. [13]

4.1.3.1 N-Senzor Jedná se o optické zařízení a je moţné ho vyuţít jak při aplikaci tuhých minerálních hnojiv, tak u aplikací, při nichţ je pouţito postřikovače s roztokem tekutých hnojiv. Při instalaci je vlastní optická část N-Senzoru snímající porost umístěna na střeše traktoru, v případě, ţe se jedná o samojízdný stroj, tak se tato část umísťuje do kabiny stroje. Tyto senzory snímají jaké zbarvení má okolní porost. Zbarvení porostu je určeno obsahem chlorofylu v rostlinách, ale také hustotou snímaného porostu. Obsah dusíku v rostlinách lze zjistit z obsahu chlorofylu a díky neustálému sledování optickými senzory je moţné s pomocí dalších vyuţívaných systémŧ měnit mnoţství aplikovaného dusíkatého hnojiva podle toho v jakém stavu se aktuálně porost vyskytuje. Získané informace z optických senzorŧ spolu s údaji o hodnotě intenzity slunečního záření a druhu nebo odrŧdě ošetřované plodiny jsou vyhodnocovány on-line v palubním počítači stroje a ten podle aktuální pojezdové rychlosti vysílá povely regulační elektronice rozmetadla nebo postřikovače. Současně lze vyuţívat sledování okamţité polohy GPS, jeţ nám umoţní získat informace o poloze a mnoţství dávky aplikovaného hnojiva na pozemku. 38

Tyto informace se ukládají na čipovou kartu, která je umístěná v palubním počítači stroje. Získané údaje se pouţívají k vypracování přesných map hnojení na daném pozemku. Práce s tímto systémem má několik přínosŧ, k nimţ patří optimalizace hospodaření na pozemku s dusíkem, kdy dochází k menší poléhavosti porostŧ, zlepšují se kvalitativní hodnoty produkce a dochází ke zvýšení výnosŧ. Spojením aplikačních map hnojení a výnosových map dostaneme dŧleţité informace o stavu pozemku. Systém N-Senzoru se především pouţívá při hnojení dusíkem, a to variabilní aplikací. Systém je však také moţné pouţít i pro aplikaci totálních herbicidŧ. [13]

Obr. 4.5 Princip fungování N-Senzoru (Aplikační technika, 2006)

4.1.4 Vyuţití navigačního systému při ochraně rostlin Význam pouţívání strojŧ na ochranu rostlin se díky rozvíjejícím se minimalizačním technologiím při úpravě pŧdy zvyšuje. Ochrana rostlin před plevely, chorobami a škŧdci výrazně ovlivňuje výši zemědělské produkce. Je ale dŧleţité brát ochranu rostlin v plném rozsahu a nebrat ji jen jako léčebný zásah, ale jako prevenci proti výskytu škodlivých činitelŧ. O této prevenci se dá hovořit jako o nepřímém zpŧsobu ochrany rostlin, která je ovlivněná správným plněním agrotechnických lhŧt, osevních postupŧ, výběrem kvalitního osiva a volbou odrŧdy. I kdyţ bude dodrţena prevence, je dŧleţité mít kvalitní techniku na ochranu rostlin, jelikoţ prevence v současnosti jen nestačí a tudíţ se bez této techniky v zemědělském podniku neobejdeme. Pouţívání techniky na ochranu rostlin umoţňuje díky zajištění dobrého zdravotního stavu porostu dosahování vyšších výnosŧ. Z toho plyne, ţe rostlinná výroba by bez techniky na ochranu rostlin byla neefektivní. K zlepšení efektivnosti se vyuţívá také navigačních systémŧ GPS. 39

Těchto systémŧ se vyuţívá u techniky na ochranu rostlin u navádění stroje po pozemku, a to buď bez kolejových řádkŧ a značícího zařízení (pěnové značkovače) nebo při navádění v kolejových řádcích. Dále je navigační systém pouţíván k mapování pozemkŧ, variabilní aplikaci při ochraně rostlin (stejný princip fungování jak při operaci hnojení v kapitole 4.1.3). Zároveň je zde také vyuţíváno N-Senzoru (kapitola 4.1.3.1) a řízení jednotlivých sekcí ramen aplikačních stojŧ. Řízení sekcí u strojŧ je moţné pouţívat i při setí a hnojení. [13]

4.1.4.1 Systém řízení sekcí Systém řízení sekcí ramen u aplikační techniky na ochranu rostlin ke své práci vyuţívá pokynŧ GPS navigace a zároveň hlídá, kde uţ byla provedena aplikace ochranného prostředku. Systém provádí zapínání a vypínání při najetí nebo vyjetí ze souvratě a také při prŧjezdu aplikační techniky do klínŧ, kde provede vypnutí nebo zapnutí sekcí, které jsou zrovna potřeba. V současnosti, kdy aplikační technika dosahuje velké šířky záběrŧ, je dŧleţité zpřesnit aplikaci drahých chemických přípravkŧ. Díky tomuto zpřesnění dochází k úsporám, které mohou dosáhnout aţ 5 % na členitých pozemcích, coţ při současných cenách aplikačních přípravkŧ dokáţe na velkých výměrách zaplatit celý systém i za jeden rok. Současně systém sniţuje přestřiky, čímţ nedochází k předávkování chemického aplikovaného roztoku nebo kapalného hnojiva a následkem toho ke spálení porostu. Díky systému řízení sekcí ramen aplikačního stroje nemusí obsluha vypínat sekce ručně a mŧţe se tak plně soustředit na pojezd a kontrolu dávkovaného aplikačního roztoku. Tím také dochází ke sníţení únavy a zlepšení pohody práce obsluhy. [7]

40

Obr. 4.6 Funkce systému automatického vypínání sekcí ramen postřikovače (www.agrio.sk/pdfdownload.php?dir=prospekty&file=EZ-BOOM.pdf)

Pro precizní zemědělství je systém ochrany rostlin velmi dŧleţitou součástí, neboť s vyuţitím tohoto systému je moţné proti škodlivým činitelŧm bojovat, a to jen na těch místech pozemku, kde je v tu dobu dosaţeno prahu škodlivosti. Tím je moţné sníţit náklady na aplikované prostředky a především sníţit zatíţení ţivotního prostředí díky přesnějšímu aplikování a zmenšením nadměrných dávek pesticidŧ. [10]

41

5

ROZDĚLENÍ NAVIGAČNÍCH SYSTÉMŮ VYUŢÍVANÝCH V MOBILNÍ TECHNICE K ŘÍZENÍ STROJE Vývoj navigačních systémŧ pro navazování pracovních jízd se v dnešní pokrokové

době velmi zrychlil. Nejdŧleţitějším činitelem je přesnost, která se postupem času zvyšovala. Ke zvýšení přesnosti přispěli i výrobci naváděcích systémŧ, kteří uvedli na trh automatizované systémy pro řízení pracovních souprav po pozemku. Tyto automatizované systémy mají nahradit systémy manuálního řízení, kdy se k řízení po pozemku vyuţívá světelné lišty a nebo LCD monitoru, podle kterého řidič vede pracovní stroj ve zvolené stopě. Automatizované systémy jsou oproti manuálním přesnější, ale jejich pořizovací náklady jsou podstatně větší. Rozdělení naváděcích systémŧ dle automatizace: Manuální systém řízení Navádění s asistovaným řízením (poloautomatizované) Automatizované řízení (autopilot)

Navádění pomocí satelitní navigace ukazuje obsluze stroje směr, kterým má být stroj po pozemku veden. To znamená, ţe obsluha stroj řídí buď pomocí LCD displeje, kde je směr jízdy vykreslen nebo pomoci diodové světelné lišty. Jedná se tedy o manuální navádění za pomoci GPS. Tento základ je moţné rozšířit o další zařízení, která jsou vyuţívána pro celou řadu funkcí. Tímto rozšířením lze obsluhu stroje nahradit tak, ţe řízení stroje při pracovní jízdě bude pomocí systému automatizovaného řízení. Do automatizovaného řízení se řadí tzv. asistované řízení, které ke své činnosti vyuţívá krokového elektromotorku, který je připevněn k věnci volantu a jeho posunem dochází k otáčení volantu a dále sem patří systém, který je uţ plně automatizován a je přesnější. U tohoto systému se vyuţívá k řízení soupravy hydraulického rozvaděče řízení, který má automatické řízení na starost. Tento rozvaděč dostává signál o změně polohy z řídící jednotky, do které je informace o změně polohy vysílána z přijímače signálŧ GPS, DGPS nebo RTK. Přijímače signálu tvoří základ pro kaţdé automatizované navádění po paralelních jízdách a dovedou pracovat s přesností pohybující se kolem několika desítek centimetrŧ, ale i s niţší.

42

5.1 Komponenty systému navigace montovaných ve strojích Komponenty systému navigace ve strojích mohou být uţ přímo vestavěné při výrobě stroje nebo je moţné si je zakoupit samostatně a následně do stroje namontovat. Výrobce navigačních systémŧ lze rozdělit na ty, kteří se zabývají jen technologii GPS navigací a ty, kteří společně s výrobou GPS technologií vyrábí i mobilní stroje a techniku, do nichţ je moţné tyto GPS navigace pouţívat. Snahou výrobcŧ je, aby byla zajištěna kompatibilita mezi jednotlivými navigačními technologiemi a dalo se pouţívat navigaci na rŧzných typech mobilní techniky od rŧzných výrobcŧ. Jde o to, aby zákazník mohl mezi sebou kombinovat navigaci od jednoho výrobce s navigací od dalšího a v případě obnovy zařízení mohl koupit jen určitý komponent navigace. Mezi výrobce zabývající se navigační technikou pro zemědělskou techniku patří firmy Trimble, John Deere, Topcon. Systém pro manuální navigaci je sloţen z těchto komponentŧ: Anténního systému – umisťuje se na střechu stroje a je tvořen buď samostatnou anténou GNSS a nebo rádiem pro příjem RKT. Přijímače – přijímač GNSS (rádio RTK) je buď integrovaný v navigačním zařízení nebo je samostatně umístěn ve stroji a také mŧţe být i náhradou za anténu na střeše stroje (vše v jednom). Přijímače jsou převáţně 12 kanálové, coţ dovoluje pozorovat naráz aţ 12 druţic a je tak zvýšena přesnost jízdy. Dále se dělí na jedno nebo dvou frekvenční a fázové (nejpřesnější, pouţívají se pro příjem RTK signálu) přijímače a obnovovací frekvence se u nich uvádí od 1 Hz (málo přesné) přes 5 Hz aţ po frekvenci 10 Hz. Z toho plyne, ţe update signálu GPS bude 1x, 5x nebo 10x za vteřinu. Propojení s anténním systémem je pomocí kabelŧ. Světelná lišta – se skládá z LED diod rŧzných barev a její umístění je buď v kabině stroje nebo na přední kapotáţi. Její umístění musí být vţdy takové, aby obsluha stroje měla dobrý výhled na ni a zároveň i na pozemek. Napájení lišty bývá 12 V. Grafická obrazovka (ovládací panel) – společně s přijímačem tvoří hlavní části navigačních zařízení ve stroji. Obrazovka neslouţí jen pro zobrazení stroje při jízdě, ale i k nastavování rŧzných parametrŧ (šířka 43

záběru, přijímaný signál, délka stroje atd.), linií vedení stroje po pozemku a k mnoha dalším funkcím. V současnosti se vyuţívá barevných dotykových grafických LCD obrazovek. Obrazovka je propojena s přijímačem signálu ale i s ostatními komponenty, které jsou vyuţívány v automatizovaném řízení. [12] U systému pro automatizované navádění je tento uvedený základ doplněn o snímače polohy, řídící jednotku a další hydraulické prvky, které budou popsány v kapitole 5.3 a 5.4.

5.2

Manuální systém navádění

Při manuálním navádění je pracovní souprava řízena obsluhou (řidičem) stroje, kterému k řízení a pohybu stroje po pozemku pomáhá světelná lišta, grafický displej nebo kombinace obou. Pokud dojde k odchýlení od zadané stopy, panel s LED diodami se rozsvítí na pravé nebo levé straně, a to podle toho, na kterou stranu se stroj vychýlí. Rozsvícení diod informuje obsluhu, ţe došlo ke změně směru jízdy. Počet rozsvícených diod je závislý na odchylce od zadané dráhy. To znamená, ţe čím víc se jich rozsvítí, tím bude odchylka vyšší. V současnosti se uţ převáţně pouţívá samostatná grafická obrazovka (ovládací panel) nebo grafická obrazovka, ve které je světelná lišta zakomponována. Pouţíváním grafické obrazovky má obsluha stroje ulehčenou navigaci, a to jak při otáčení na souvratích, při najetí do následné paralelní jízdy, tak i při jízdě stroje po křivkách. Pro informaci o změně směru jízdy jsou vyuţívány i zvukové signály, které bývají propojeny se světelnou lištou i s grafickou obrazovkou. I kdyţ je u tohoto typu navádění vyuţíváno technických prvkŧ ke zlepšení přesnosti, je navádění stále závislé na lidské obsluze, a proto systém nedosahuje takových přesností jako u automatizovaných systémŧ navádění. U manuálního navádění lze jednoduše přemísťovat vyuţívanou výbavu mezi jednotlivými stroji. [12]

44

Obr. 5.1 Zařízení pro manuální navádění Trimble EZ Guide 250 – LCD obrazovka a řídící světelná lišta (http://www.gps-agro.cz/prsne-navadeni-s-manualnim-rizenim/)

5.3 Navádění s asistovaným řízením Jedná se o poloautomatizované řízení stroje po pozemku, kdy obsluha stroje ovlivňuje jeho řízení jen při provádění otáčení na souvratích, kontrole pojezdu a při objíţdění překáţek. Jinak je stroj za pomoci technologie asistovaného řízení a GPS navigace naváděn po vytyčené linii sám. U asistovaného řízení je vybavení manuálního navádění (kapitola 5.1) rozšířeno o řídící jednotku a dále je moţné si vybrat mezi elektromotorkem s třecím (krokovým) pastorkem, který zajišťuje otáčení volantu a je zabudováno na jeho věnci nebo samostatným výměnným volantem, který má v sobě zabudovaný kompaktní elektrický motorek, který provádí otáčení. Asistované řízení funguje následovně: Informace DGPS signálu o poloze stroje zpracovává integrovaný přijímač (přijímač mŧţe být i samostatně umístěn ve stroji) v grafickém displeji (světelné liště), který tyto zpracované informace následně předá řídící jednotce. Z řídící jednotky jsou zasílány impulzy do elektromotorku s třecím pastorkem nebo do elektromotorku ve výměnném volantu, který otáčí volantem. Doba trvání impulzu rozhoduje o tom, jak velké bude pootočení volantu. Signál GPS, který je přijímán, má frekvenci 5 Hz. To dává záruku, ţe otáčení volantu bude plynulé, jelikoţ

45

řídící jednotka a následně i elektromotorek přijímají informace ke své práci 5x v jedné vteřině. U tohoto typu navádění lze vyuţívat signálu DGPS, a to jak zpoplatněného tak i volného (zdarma) signálu, a zároveň je systém schopen vyuţívat i signálu RTK. Výhodou systému asistovaného řízení je, ţe se dá dle potřeby přemísťovat mezi stroji a je moţné ho vyuţít jak na novém, tak i starém stroji (traktor, postřikovač, sklízecí mlátička, jiný samojízdný stroj), ale podmínkou pro jeho vyuţívání je, ţe stroj musí být vybaven posilovačem řízení a GPS navigací. [11]

Obr. 5.2 Anténa a řídící jednotka (kontroler) u asistovaného navádění (www.leadingfarmers.cz)

a)

b)

Obr. 5.3 a) Celý výměnný volant u asistovaného řízení (http://obchod.geodis.cz/zemedelstvi/aes-25-presne-elektronicke-rizeni) b) Elektromotorek s třecím pastorkem u asistovaného řízení (http://www.gps-agro.cz/trimble-ez-steer/)

46

Systém asistovaného řízení je opatřen technologií pro kompenzaci terénu T2 (Obr. 5.4), která pro svou funkci vyuţívá senzorŧ. Tyto senzory reagují na svaţitost a nerovnost terénu, čímţ zlepšují přesnost pojezdu stroje. Technologie T2 funguje tak, ţe vypočítává rozdíl mezi anténou GPS (umístěním antény) a pracovní plochou, na které je zrovna stroj naváděn (střed otáčení stroje na podloţce). Díky této kompenzaci se stroj při navádění mŧţe drţet v pracovním záběru jak v kopcovitém, tak i na nerovném terénu a vŧbec nezáleţí na úhlu naklonění stroje. [24]

Obr. 5.4 Technologie pro kompenzaci terénu T2 (http://www.gps-agro.cz/trimble-ez-steer/)

5.4 Automatizované řízení strojů Při automatizovaném řízení stroje dochází k nahrazení obsluhy stroje při jeho řízení. Toto řízení je prováděno řídící jednotkou, která řídí pracovní soupravu. Řídící jednotka vyuţívá k řízení pracovní soupravy polohových snímačŧ volantu, senzoru snímačŧ natočení kol, který měří s vysokou přesností úhel natočení kol ve všech terénech a získává informace bez pomoci pohyblivých dílŧ či spojení. Získané informace nepřetrţitě zasílá do řídící jednotky. Dále je vyuţito hydraulických ventilŧ řízení a spínače aktivace automatizovaného navádění (Obr. 5.5). K těmto komponentŧm jsou dále vyuţívány stejné prvky jako u manuálního řízení stroje a to anténa, přijímač signálu DGPS a nebo RTK a ovládací panel a starají se o přesné určování polohy stroje.

47

Přijímač DGPS a nebo RTK zpracovává informace o poloze stroje a získané informace zasílá řídící jednotce, která zasílá hydraulickým regulačním ventilŧm elektrické signály a ty je převádí na přesné hydraulické impulsy, které pouţívá systém řízení stroje pro udrţování stroje ve správné dráze. Pokud dojde k odchýlení od správné dráhy pracovní jízdy, dostávají regulační hydraulické ventily signál od řídící jednotky a následně vrací pracovní soupravu do správné stopy, ze které se vychýlila. Při vyuţívání tohoto řízení jsou úkoly pro obsluhu při řízení sníţeny, a to jen na aktivaci systému a částečné navedení do další jízdy. K deaktivaci navigátoru dojde jakýmkoli posunem volantu, coţ znamená, ţe kdyţ na konci kaţdé jízdy při otáčení pracovní soupravy na souvrati a následného najetí do další jízdy dojde k pootočení volantu v námi určeném směru, dochází k vypnutí navigátoru. Následně pracovní soupravu nasměrujeme k další jízdě pod minimálním úhlem 45° od námi zadané jízdy a pomocí spínače navigátor zapneme. Navigátor pak pracovní soupravu automaticky nasměruje do zadané stopy a v námi nastaveném směru pokračuje v jízdě. Pouţívané hydraulické komponenty v automatizovaném řízení jsou buď uţ namontovány při výrobě stroje nebo se pořizují samostatně s celým systémem autopilotu. [11]

Obr. 5.5 Automatizované řízení traktoru (www.leadingfarmers.cz) 48

Automatizované řízení stroje je vybaveno technologií kompenzace terénu T3. Technologie T3 plynule koriguje vliv příčného a podélného náklonu, ale i stáčení stroje pomocí polovodičových vnitřních senzorŧ pro zjišťování skutečné přesné okamţité polohy stroje. T3 dopočítává korekce pro přesné řízení stroje a pro tento výpočet vyuţívá data o poloze získané z přijímače DGPS nebo RTK. (Obr. 5.6).

Obr. 5.6 Vysvětlení příčného a podélného naklánění a stáčení (http://www.gps-agro.cz/trimble-autopilot/)

5.5 Systémy řízení nářadí Systémy řízení lze rozšířit o některé ze systémŧ řízení nářadí. Díky systémŧm řízení nářadí se zvýší přesnost při setí, sázení, ale i při jiných operacích v rostlinné výrobě. Systém řízení nářadí pomáhá udrţet nářadí na optimální trase a obsluha stroje je pak lehká a nezáleţí na vyuţívaném modelu navádění nebo terénních podmínkách. Systém umoţňuje navádět nářadí v kopcovitém nebo zvlněném terénu, po vrstevnicích nebo terasách v rozmanitých pŧdních podmínkách. Dále dochází ke sniţování účinkŧ tahu nářadí, zvýšení přesnosti ukládání osiva nebo hnojiva a zajišťuje lépe sladěné sbíhající se řádky. Systémy řízení nářadí lze rozdělit na: Systémy TRUEGUIDE Systémy TRUETRACKER

5.5.1 Systém TRUEGUIDE Jedná se o pasivní systém navádění nářadí, coţ znamená, ţe nářadí je vedeno traktorem a systém sleduje a koriguje polohu nářadí. Pokud nářadí vybočí z linie navádění, tak systém automatizovaného řízení (autopilot) dává signál traktoru, ţe je nutné kom49

penzace směrem doprava nebo doleva od linie navádění a tím se nářadí vrátí do správné stopy. Informace o poloze se předávají mezi druhým přijímačem v integrovaném displeji v traktoru a přídavnou anténou GNSS na nářadí. Systém TRUEGUIDE sniţuje nekontrolovatelné vybočování nářadí lépe, neţ při vedení jen samotným traktorem. Systém je nejvhodnější pro práce při pěstování obilnin a také pro ovládání nářadí při pracích, kde není poţadována opakovatelná přesnost při vícenásobných operacích. [23]

Obr. 5.7 Systém navádění nářadí TRUEGUIDE (www.trimble.com)

5.5.2 Systémy TRUETRACKER Jedná se o aktivní systém řízení nářadí, kdy systém udrţuje traktor i nářadí ve stejné naváděcí linii. Pokud dojde k vybočení nářadí, tak systém automatizovaného řízení (autopilot) signalizuje, aby si nářadí samo upravilo svou polohu do správné pozice. Údaje o poloze se předávají mezi druhým přijímačem zabudovaným v integrovaném displeji v traktoru a řídící jednotkou a přídavnou anténou GNSS na nářadí. Nářadí si tak samo upraví svou stopu bez vyuţití korekce traktoru. Systém TRUETRACKER udrţuje jak traktor, tak i nářadí v opakovatelné naváděcí linii, sniţuje utuţení pŧdy a poškození plodin, zlepšuje umístění ţivin a vytvoření hrŧbkŧ a napomáhá zvyšovat výnosy. Ve zvlněném terénu zajišťuje vysokou přesnost vyuţi-

50

tím technologie kompenzace terénu a je nejvhodnější pro pracovní operace u řádkových plodin a pro opakované aplikace na jednom pozemku. [23]

Obr. 5.8 Systém řízení nářadí TRUETRACKER (www.trimble.com)

5.6 Reţimy navádění stroje po pozemku Systém vedení stroje na pozemku za pomoci paralelních jízd bývá ve většině případŧ dalším z mnoha doplňkŧ satelitní navigace, která slouţí k mapování pozemkŧ, monitorování výnosŧ, variabilnímu hnojení, ochraně rostlin atd. Navádění paralelních jízd prošlo během několika let zásadním vývojem systému. Prvotně bylo moţné vést stroj paralelní jízdou pouze po přímkách, ale v současné době se k modelu navádění po přímkách přidal model navádění po křivkách, po uzavřených a jiných cyklech a také navádění jízd na souvrati. Lze téţ vyuţít navádění po tzv. volné jízdě. Na počátku kaţdé operace se nejprve nastaví pracovní záběr stroje a zvolí se model, podle kterého bude stroj naváděn (jízdy po přímce, po křivce, na souvrati a v rŧzných cyklech). Dále se určí příjem signálu, který bude vyuţíván. Zde je moţné si vybrat z více signálŧ, mezi něţ patří samostatný signál GPS, diferenciální GPS (DGPS) nebo signál RTK. Určení vyuţívaného signálu je závislé na druhu antény a přijímače. Pomocí satelitní navigace je pracovní souprava vedena ve zvolené stopě, která je nadefinována při provedení první jízdy po pozemku, kdy se provádí zaznačení počátečního a koncového bodu pracovní jízdy. Podle této jízdy jsou vytvořeny další rŧzné rovnoběţné stopy, po kterých je moţné se po pozemku pohybovat. K provádění následující jízdy je moţné 51

si vybrat ze všech rovnoběţných drah, a to od první navolené aţ po dráhy, které jsou o násobek pracovního záběru posunuté. Od první navolené dráhy se další dráhy číslují kladně a záporně, coţ je dáno smyslem otáčení pracovní soupravy. V navigačním systému lze na pozemku označit překáţku, která je v dráze vedení stroje (např. velký kámen, sloup elektrického vedení, stromy, studny, atd.). Pokud by došlo z nějakého dŧvodu k přerušení práce (prázdný zásobník na osivo, na chemický postřik, na hnojivo nebo z dŧvodu jiné poruchy stroje), lze místo, kde došlo k přerušení, označit a na toto místo je moţné se pomocí navigátoru po doplnění materiálu (provedených opravách) vrátit. Navigátor zároveň s měřením rychlosti stroje pohybujícím se po pozemku měří i výměru pozemku. Dalším prvkem, který slouţí k bezproblémovému provedení jízdy, je akustický signál, který před příjezdem k souvrati upozorní obsluhu, ţe se blíţí ke konci pozemku. Tím je zajištěno, ţe není moţné pozemek přejet. Pracovní operace jsou za pomoci tohoto systému moţné provádět v rozsahu pojezdové rychlosti od 0 do 38 km/h. V řídící jednotce počítače se uchovávají data o prŧjezdu a tato data je moţné pouţít k následným operacím. To znamená, ţe při stejném záběru strojŧ je moţné projíţdění soupravy po stejných stopách. Dále jsou tato data pouţitelná na jednom pozemku při lokálně diferencované aplikaci hnojiv nebo ochranných látek v prŧběhu několika let. Do paměti počítače lze také zadat rŧzné typy nářadí i rŧzné pozemky. [12]

5.6.1 Modely vyuţívané při vedení stroje po pozemku K vedení stroje po pozemku je moţné vyuţít 6 modelŧ a to: Přímka A-B – před pracovní jízdou jsou označeny body A a B, tzn. začátek a konec první jízdy pro rovnoběţné navádění po přímkách. Přímka A+ – vyuţívá se v případě rozdělení pozemku např. odvodňovacím příkopem, cestou, atd. nebo při pokračování v operaci na přilehlém rovnoběţně orientovaném pozemku. Při zadávání jízdy podle tohoto modelu se nastavuje pouze bod A k obnovení nastavení referenční linie. Nově vytvořená referenční linie je s pŧvodní A-B linií rovnoběţná a novým bodem A prochází.

52

Navádění po přímkách A-B a A+, jsou nejvíce vyuţívané při navádění stroje po pozemku. Adaptivní křivka – všechny jízdy jsou naváděny rovnoběţně s předchozí jízdou. Pro definování začátku zakřivené naváděcí linie, je označení bodu A provedeno na začátku první jízdy. Navádění se automaticky přepne do dalšího záběru, kdyţ dojde k zatočení o více neţ 90°. Označením bodu A uţ není třeba definovat jiný bod. Identická křivka – všechny jízdy jsou naváděny rovnoběţně s první jízdou. V tomto modelu navádění se označuje bod A a B, tedy začátek referenční (první) jízdy a její konec, čímţ je definována zakřivení naváděcí linie. Stejně jako u adaptivní křivky dochází i zde při zatočení o víc neţ 90° k automatickému přepnutí do dalšího záběru. Model navádění na souvrati – vyuţívá se pro navádění po přímkách se záznamem souvratí. Před začátkem jízdy je potřeba zaznamenání alespoň jednoho objetí souvratí (zaznačení začátku souvraťové jízdy a jejího konce) a aţ poté zaznačit počátek a konec první přímé jízdy (body A a B) uvnitř pozemku. Body A a B je moţné označit uţ při ukončování poslední souvraťové jízdy, ale to jen jestli je poslední strana přímá. Také je moţné pokračovat v jízdě bez přímých jízd a to jízdou ve tvaru spirály doprava aţ doprostřed pozemku. Model navádění centrální pivot – pozemek musí mít tvar pŧlkruhu aţ celého kruhu a navádění je po kruhových obloucích na pozemku s centrálním pivotem. Jedná se tedy o otáčení okolo středu a vyuţívá se pro kruhové pole. FreeForm (volná jízda) – vyuţití toho to modelu je na pozemcích, kde se vyskytuje více překáţek naráz. Pro takovéto pozemky je tato metoda ideálním řešením. [21]

53

Obr. 5.9 Schéma vedení pracovních jízd stroje po pozemku (www.gps-agro.cz)

54

6

PŘÍNOSY A MOŢNOSTI NÁVÁDĚCÍCH SYSTÉMU GPS U MOBILNÍ TECHNIKY V ROSTLINNÉ VÝROBĚ Navigační systémy se staly dŧleţitou součástí mobilní techniky vyuţívané

v rostlinné výrobě. I kdyţ náklady na jejich pořízení jsou vysoké, tak při účelném pouţívání je zaručená brzká návratnost. Zároveň dochází i k úspoře dalších vstupních nákladŧ, coţ je pro dnešní dobu šetření a úspor velmi pozitivní faktor. Z ekonomického hlediska tedy dochází ke sníţení finančních nákladŧ na PHM, a to z dŧvodu minimálního překrývání záběru z čehoţ plyne, ţe pohyb stroje po pozemku je účelný a bez zbytečných přejezdŧ. Díky tomu dochází i k menšímu opotřebování pracovních orgánŧ, pásŧ u pásových traktorŧ a pneumatik. Dále jsou to ušetřené náklady na chemikáliích a hnojivech, kdy u těchto materiálŧ lze vyuţít variabilní aplikace na pozemku, čím je zamezeno přehnojování a nadměrná aplikace prostředkŧ na ochranu rostlin. Zároveň lze variabilní aplikaci vyuţít při setí, coţ v kombinaci s přesným setím a automatickým vypínáním secích botek u secího stroje vede k úspoře osiva a nákladŧ na jeho pořízení. Navigační systémy nám pomáhají ke zvýšení produktivity a výnosŧ a to hlavně díky správné a cílené aplikaci ţivin. Dále pomáhají k lepší produkci lidské práce a to sníţením únavy a stresu obsluhy stroje. A díky moţnosti zaznamenávat rŧzné překáţky nacházející se pozemku do map je docíleno i zlepšení bezpečnosti práce. Obsluha stroje si tak nemusí přesně hlídat pracovní záběr a mŧţe se plně zaměřit na provozní parametry stroje. Tím je docíleno hospodárnějšího zpŧsobu práce s vyšší kvalitou. Vyšší kvality práce lze dosáhnout i při špatných podmínkách jako je práce v prašném prostředí, v noci a při mlze, při nichţ je ztíţena práce obsluhy stroje. Díky tomu, ţe je moţné stroj pouţívat v plném záběru, jsme schopni lépe dodrţovat agrotechnické lhŧty a zároveň sníţit pracovní čas. Zavedení navigačních systémŧ do rostlinné výroby mělo také velký vliv na ekologii, na níţ je v současnosti kladen velký dŧraz. Systémy jsou vyuţívány ke správnému nastavení mnoţství hnojiva, které je třeba aplikovat na určité pole tak, aby nedocházelo k ohroţení ţivotního prostředí a především k znečišťování podpovrchových vod. K tomuto znečištění dochází při nadměrné aplikaci hnojiv, kdy pŧda, na které je pěstovaná plodina, nepřijme všechno hnojivo a to je poté deštěm odplaveno do spodních vod. Správné dávkování je moţné upravovat díky mapování pŧd a zároveň ze zjišťování potenciálu pŧd, při kterém se bere ohled na výnosy, které byly v předchozí sklizni. K regu55

laci měrné dávky tak přímo dochází na automaticky pracujícím rozmetadle, a to podle toho, kde se zrovna na pozemku nachází. Stejně jako hnojiva je moţné i chemický přípravek na ochranu rostlin aplikovat jen na ta místa, kde je zjištěn satelitem (další technologie) výskyt škŧdcŧ a nemocí. I díky přesným aplikacím dochází k menšímu utuţení pŧdy, jelikoţ počet přejezdŧ po pozemku je menší, coţ má za následek zvýšení vododrţnosti a úrodnosti a zároveň i zlepšení struktury pŧdy. Na tato hlediska se klade velký dŧraz při protipovodňové a protierozní ochraně pŧdy. Lze tedy říci, ţe zavedení nových technologií a elektroniky do zemědělských strojŧ vedlo ke zvýšení kvality zemědělských produktŧ a zároveň i ke zvýšení ochrany ţivotního prostředí. [18] Se zaváděním technologií řízení strojŧ úzce souvisí vyuţití dat, např. pojezdových map z navigací. Ty lze dnes přenášet do kancelářského PC k vyhodnocení aplikace, ale i k archivaci a příštímu vyuţití v následném ošetřovatelském přejezdu nad porostem. To nám právě umoţňuje přesnost RTK, která je stabilní nejen mezi jízdami okamţitě, ale i meziročně. Dnes máme k dispozici také unikátní český software OptiTrail, který po zadání dat pozemku z LPIS vytvoří návrh optimálních směrŧ kolejových řádkŧ tak, aby pojezd po pozemku byl co nejkratší. Zpracování pozemkŧ tímto softwarem lze jiţ objednat komerčně a je to cenově zcela dostupné. V jednotlivých případech jiţ také dokáţeme předem v PC plánovat pojezdové linie pro navigace, které se následně přenesou do traktoru a ten pak podle nich jezdí. To se zakrátko stane také běţnou praxí. [9]

56

7

MĚŘENÍ PŘESNOSTI PŘI NAVÁDĚNÍ STOJE PO POZEMKU 7.1

Metodika práce

Účelem polně laboratorního měření je porovnání zpŧsobŧ vedení pracovní soupravy při setí sóje, jednak pomocí diskového znamenáku a jednak vedení s vyuţitím navigačního systému a zjištění, který zpŧsob vedení je přesnější. Objektivnost měření je podmíněna provedením měření ve stejných podmínkách, to je za sucha a na relativně homogenním pozemku, který má po celé ploše stejný druh pŧdy. Při měření je zkoumán vliv zpŧsobu vedení na rovných a na svaţitých částech pozemku. Pracovní záběr pouţité pracovní soupravy je 5,95 m, pracovní souprava je vybavená navigačním systémem s korekčním signálem DGPS (EGNOS) s citlivostí navigace 30 cm. Měření se provádí na čtyřech částech pozemku, kde na prvních částech je rovná plocha a měření na jedné části je podle diskového znamenáku secího stroje a na druhé rovné části je vedení podle navigačního systému. Při dalších měřeních je plocha na svaţitých částech pozemku, kde na první svaţité části je pracovní souprava vedena podle znamenáku secího stroje a na druhé části je vedena pomocí navigačního systému. U vedení podle diskového znamenáku vede obsluha stroj podle vyznačené dráhy na pozemku. K provedení navádění podle navigace musí být do navigačního systému zadány poţadované pracovní podmínky soupravy. Do navigačního přístroje se zadává šířka pracovního záběru, citlivost navigačního přístroje a navolí se druh korekčního signálu, který bude navigační systém přijímat. Po nastavení těchto parametrŧ se vybere model, podle kterého má být pracovní souprava vedena po pozemku, a to po přímkách nebo po křivkách. Stroj je poté veden po pozemku podle zadané přímky (křivky) a zároveň probíhá měření přesnosti při navádění soupravy. Z tohoto měření vychází odchylky vzniklé z následných po sobě jdoucích jízd a jedná se o uţ jednou přejetou plochu (překryv) nebo plochu vynechanou (nedokryv).

57

7.2 Pouţité vzorce pro výpočet a vyhodnocení měření přesnosti Aritmetický prŧměr: Rozptyl Směrodatná odchylka

7.3 Polní měření Samotné polní měření navigačního systému probíhalo dne 20. 4. 2012 na pozemku Zemědělského druţstva vlastníkŧ ve Fryštáku při setí sóje. K tomuto setí byla pouţita pracovní souprava, která se skládala z traktoru John Deere 8310 a připojeného secího stroje Köckerline – Ultima o konstrukčním záběru 5,75 m a pracovní šířce záběru 5,95 m. Polní měření probíhalo za sucha, takţe podmínky pro měření přesnosti navádění soupravy byly ideální. Jako první byly provedeny jízdy na rovině podle diskového znamenáku secího stroje. Po nich následovaly jízdy opět na rovině, ale tentokrát podle navigačního přístroje a poté následovaly jízdy ve svahu podle diskového znamenáku secího stroje na jedné části pozemku a na další části byly provedeny jízdy podle navigačního systému. Obsluhu soupravy při jízdách prováděl pracovník se zkušenostmi při řízení soupravy podle znamenáku, ale s řízením pracovní soupravy podle navigačního systému měl velice málo zkušeností. Tyto získané poznatky ovlivňují naměřené hodnoty.

Obr. 7.1 Traktor John Deere 8310 s secím strojem Köckerline – Ultima při setí sóje

58

7.3.1 Pouţité navigační zařízení při měření Při navádění a měření přesnosti podle navigačního systému bylo pouţito navigační zařízení FMX-750 od společnosti Trimble. Jedná se moderní zařízení s barevnou dotykovou obrazovkou o úhlopříčce 20,3 cm, na níţ je vykreslen přesný směr dráhy stroje po pozemku, podle kterého provádí obsluha stroje řízení. Zároveň obrazovka informuje obsluhu, kolik uţ je zpracované nebo ošetřené plochy. Součástí tohoto typu je i integrovaná světelná lišta, která obsahuje 27 jasných LED diod, které ukazují odchylku od zadané dráhy vedení stroje. Tyto technické pomŧcky vyuţívá obsluha pracovní soupravy k přesnému vedení soupravy po zadané dráze. U tohoto typu zařízení je moţné si vybrat ze všech 6 modelŧ vedení stroje po pozemku (tyto modely jsou uvedeny v kapitole 5.6.1). V mém případě bylo vyuţito modelu identické křivky, kdy jsou všechny jízdy naváděny rovnoběţně s první jízdou. V tomto modelu navádění se označí bod A a B tzn. začátek první jízdy a její konec. Tím je definováno zakřivení naváděcí linie. Toto navigační zařízení se vyuţívá, jak pro manuální navádění, tak i pro asistované řízení a autopiloty. Díky vestavěnému přijímači GPS umoţňuje přijímat signál i z GLONASS a zároveň je moţné vyuţívat i korekční signál RTK. V mém případě bylo vyuţito ke korekci signálu bezplatného systému DGPS (EGNOS) s přesností

25 cm

na anténu.

Obr. 7.2 Navigační zařízení FMX-750 (http://www.gps-agro.cz/prsne-navadeni-s-manualnim-rizenim/trimble-cfx-750/)

59

7.3.2 Pouţité pomůcky a základní informace k měření

Tab. 2 Použité pomůcky Pouţité pomůcky Mnoţství [ks] Svinovací pásmo (délka 20 m) Dřevěné kolíky (délka 0,5, 1 m) Záznamový blok Psací potřeby Fotoaparát

1 30 1 2 1

Tab. 3 Základní informace a použité stroje Základní informace a pouţité stroje Datum měření

20. 4. 2012

Místo měření

Fryšták

Typ traktoru

John Deere 8310

Typ secího stroje

Köckerline – Ultima

Navigační zařízení

FMX-750

Pojezdová rychlost

11,5 km/h

Konstrukční záběr secího stroje

5,75 m

Pracovní záběr secího stroje

5,95 m

Korekční signál

DGPS (EGNOS)

Odchylka jedné diody

30 cm

Přesnost korekčního signálu

± 25 cm

Nastavený model navádění

Identická křivka

60

7.3.3 Vlastní měření a jeho postup Vlastní měření probíhalo na dvou rovných částech pozemku, kde bylo vyuţito navádění soupravy podle znamenáku secího stroje a podle navigačního systému. Dále měření probíhalo na dalších dvou svaţitých částech nacházejících se na pozemku, kde bylo vyuţito při měření přesnosti při vedení soupravy opět vedení podle znamenáku, tedy manuální řízení a vedení pomocí navigačního systému. K vedení soupravy podle navigačního systému bylo vyuţito navigačního zařízení FMX-750 od společnosti Trimble. Při všech měřeních byla pouţita stejná pracovní souprava a zároveň měření probíhalo za stejných povětrnostních podmínek.

7.3.3.1 Měření při vedení soupravy podle navigačního zařízení FMX-750 Po příjezdu do areálu zemědělského podniku bylo provedeno namontování navigačního systému do traktoru. Anténa byla umístěna na střechu traktoru a navigační přístroj do jeho kabiny. Propojení mezi těmito komponenty bylo zajištěno kabelem. Poté se přejelo na pozemek, kde bylo prováděno setí sóje. Zde proběhlo základní zaškolení obsluhy traktoru a do navigačního přístroje byly zadány základní údaje potřebné pro nastavení přístroje, aby byla zajištěna jeho správná funkčnost. V přístroji bylo vytvořeno nastavení pro daný pozemek a do něho byla zadána šířka pracovního záběru secího stroje, určení odchylky jedné diody na světelné liště a typ přijímaného korekčního signálu. Dále byl v navigačním přístroji zvolen typ navádění, podle kterého se souprava pohybovala po pozemku. Pro tento pozemek bylo zvoleno navádění soupravy podle identické křivky, kdy na jedné souvrati byl v přístroji označen začátek jízdy, tedy počáteční bod A a po přejezdu k druhé souvrati následovalo označení bodŧ B, tedy koncového bodu. Po zadání těchto bodŧ navigační přístroj vytvořil dráhu další jízdy, která byla vykreslena na obrazovce FMX-750 a podle níţ byla souprava naváděna. Další jízdy byly naváděny rovnoběţné s první jízdou.

7.3.3.2 Měření při vedení soupravy podle diskového znamenáku Pro toto měření byl navigační přístroj uţ v provozu, avšak při navádění bylo vyuţito diskového znamenáku na secím stroji, který při pracovní jízdě vyznačoval v pŧdě dráţku, podle níţ prováděla obsluha řízení pracovní soupravy po pozemku.

61

Obr. 7.3 Vedení soupravy po pozemku s pomocí diskového znamenáku secího stroje

7.3.3.3 Měření přesnosti navádění soupravy Měření přesnosti probíhalo u obou zpŧsobŧ prováděného navádění stejně, a to tak, ţe se měřila šířka pracovního záběru soupravy mezi po sobě jdoucími jednotlivými jízdami. Postup měření probíhal tak, ţe první bod měření byl vytvořen při jetí soupravy asi ve vzdálenosti 150 m od souvratě, kdy byl bod vytyčen za poslední výsevní botkou v šířce záběru. Od prvního bodu pak bylo ve vzdálenosti po 15 metrech provedeno vytyčení dalších 4 bodŧ, takţe v jedné jízdě bylo celkem vytyčeno 5 měřených bodŧ. Po otočení soupravy a následné zpáteční jízdě bylo vytyčeno dalších 5 bodŧ, které byly rovněţ umístěny za poslední výsevní botku a byly ve stejné ose jako body u první jízdy. Změřená vzdálenost mezi jednotlivými body vyjadřuje pracovní záběr secího stroje. Takovýmto zpŧsobem bylo provedeno vytyčení dalších bodŧ při jednotlivých po sobě jdoucích jízdách. U navádění podle diskového znamenáku bylo vytyčování prováděno jen při 4 jízdách na rovině a při 6 jízdách ve svahu, takţe celkový počet měřených bodŧ byl u měření na rovině 20 a u měření ve svahu 30. Při navádění podle navigace bylo vytyčování prováděno při 4 jízdách na rovině a jen při 4 jízdách ve svahu, z dŧvodu končícího pozemku. Zde byl tedy celkový počet 20 měřených bodŧ pro jízdu po rovině a 20 měřených bodŧ pro jízdu ve svahu. Naměřené hodnoty jsem zapsal do tabulky a tyto hodnoty jsem pouţil k následným výpočtŧm.

62

Obr. 7.4 Vytyčení měřených bodů při vedeni stroje podle navigačního zařízení ve svahu

7.3.4 Naměřené a vypočtené hodnoty Od naměřených vzdáleností uvedených v tabulkách se odečetl pracovní záběr secího stroje (5,95 m). Tím bylo docíleno výsledných odchylek u jednotlivých jízd od ideální dráhy poslední secí botky secího stroje. Plusové hodnoty ve vypočítaných odchylkách značí vynechanou plochu (nedokryv) a hodnoty označené znaménkem mínus značí plochu překrytou (překryv).

7.3.4.1 Měření č. 1 - Vedení soupravy podle diskového znamenáku na rovině

Tab. 4 Naměřené hodnoty při vedení soupravy podle diskového znamenáku na rovině

Naměřená vzdálenost mezi jízdami [m]

1 6,20 5,95 5,89 6,15

2 6,04 6,07 6,03 5,90

Měřené body 3 6,10 5,99 5,98 6,05

63

4 6,15 5,96 5,99 5,94

5 6,05 5,90 6,09 5,95

Pracovní jízdy 1 2 3 4

Tab. 5 Vypočítané hodnoty odchylek jednotlivých jízd od ideální dráhy podle diskového znamenáku na rovině

1 0,25 0,00 -0,06 0,20

Vypočítané odchylky mezi jízdami [m]

2 0,09 0,12 0,08 -0,05

Měřené body 3 0,15 0,04 0,03 0,10

Odchylky mezi jízdami [m]

4 0,20 0,01 0,04 -0,01

5 0,10 -0,05 0,14 0,00

Pracovní jízdy 1 2 3 4

1,38

Aritmetický průměr 0,069 [m] Rozptyl 0,013 2

[m ] Směrodatná odchylka 0,114 [m]

Vypočítané odchylky [m]

Zobrazení odchylek u jednotlivých jízd podle diskového znamenáku na rovině

0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -0,05 0 -0,1 -0,15 -0,2 -0,25 -0,3

1

2

3

4

5

6

Měřené body Ideální dráha poslední secí botky secího stroje Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 1 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 2 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 3 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 4 jízdě s vyznačenými odchylkami

Obr. 7.5 Grafické znázornění vypočtených odchylek mezi jednotlivými jízdami při vedení soupravy podle diskového znamenáku na rovině

64

7.3.4.2 Měření č. 2 – Vedení soupravy podle GPS navigace na rovině

Tab. 6 Naměřené hodnoty při vedení soupravy podle GPS navigace na rovině

Naměřená vzdálenost mezi jízdami [m]

1 5,98 5,84 6,09 5,92

Měřené body 3 5,86 5,88 6,05 5,78

2 5,97 5,84 6,10 5,81

4 5,88 6,01 5,88 5,94

5 5,91 5,92 5,89 5,99

Pracovní jízdy 1 2 3 4

Tab. 7 Vypočítané hodnoty odchylek jednotlivých jízd od ideální dráhy podle GPS navigace na rovině

Vypočítané odchylky mezi jízdami [m]

1 0,03 -0,11 0,14 -0,03

2 0,02 -0,11 0,15 -0,14

Měřené body 3 -0,09 -0,07 0,10 -0,17

Odchylky mezi jízdami [m]

-0,46

Aritmetický průměr -0,023 [m] Rozptyl 0,008 2

[m ] Směrodatná odchylka 0,091 [m]

65

4 -0,07 0,06 -0,07 -0,01

5 -0,04 -0,03 -0,06 0,04

Pracovní jízdy 1 2 3 4

Vypočítané odchylky [m]

Zobrazení odchylek u jednotlivých jízd podle navigace GPS na rovině 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -0,05 0 -0,1 -0,15 -0,2 -0,25 -0,3 -0,35

1

2

3

4

5

6

Měřené body Ideální dráha poslední secí botky secího stroje Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 1 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 2 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 3 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 4 jízdě s vyznačenými odchylkami Nastavená přesnost korekčního signálu Nastavení citlivosti navigačního přístroje

Obr. 7.6 Grafické znázornění vypočtených odchylek mezi jednotlivými jízdami při vedení soupravy podle navigačního zařízení na rovině

66

7.3.4.3 Měření č. 3 – Vedení soupravy podle diskového znamenáku ve svahu

Tab. 8 Naměřené hodnoty při vedení soupravy podle diskového znamenáku ve svahu

Naměřená vzdálenost mezi jízdami [m]

1 6,23 6,01 5,80

Měřené body 2 3 4 6,20 6,16 6,20 5,96 5,98 5,96 5,88 5,96 6,14

5 6,13 6,10 6,14

5,77 5,60 5,88

5,65 5,72 5,83

5,75 5,63 5,58

5,71 5,79 5,75

5,66 5,64 5,63

Pracovní jízdy 1 2 3 4 5 6

Tab. 9 Vypočítané hodnoty odchylek jednotlivých jízd od ideální dráhy podle diskového znamenáku ve svahu

Vypočítané odchylky mezi jízdami [m]

1 0,28 0,06 -0,15 -0,18 -0,35 -0,07

2 0,25 0,01 -0,07 -0,30 -0,23 -0,12

Měřené body 3 0,21 0,03 0,01 -0,24 -0,16 -0,20

Odchylky mezi jízdami [m]

-2,06

Aritmetický průměr -0,069 [m] Rozptyl 0,074 2

[m ] Směrodatná odchylka 0,272 [m]

67

4 0,25 0,01 0,19 -0,29 -0,31 -0,32

5 0,18 0,15 0,19 -0,20 -0,32 -0,37

Pracovní jízdy 1 2 3 4 5 6

Vypočítané odchylky [m]

Zobrazení odchylek u jednotlivých jízd podle diskového znamenáku ve svahu

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -0,05 0 -0,1 -0,15 -0,2 -0,25 -0,3 -0,35 -0,4

1

2

3

4

5

6

Měřené body Ideální dráha poslední secí botky secího stroje Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 1 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 2 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 3 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 4 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 5 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 6 jízdě s vyznačenými odchylkami

Obr. 7.7 Grafické znázornění vypočtených odchylek mezi jednotlivými jízdami při vedení soupravy podle diskového znamenáku ve svahu

68

7.3.4.4 Měření č. 4 – Vedení soupravy podle GPS navigace ve svahu

Tab. 10 Naměřené vzdálenosti při vedení soupravy podle GPS ve svahu

Naměřená vzdálenost mezi jízdami [m]

1 5,88 5,99 5,92 5,90

2 5,95 5,86 6,08 5,80

Měřené body 3 6,03 5,77 5,95 5,89

4 5,89 5,74 5,84 5,84

5 5,98 5,79 6,10 5,76

Pracovní jízdy 1 2 3 4

Tab. 11 Vypočtené hodnoty odchylek jednotlivých jízd od ideální dráhy podle GPS navigace ve svahu

Vypočítané odchylky mezi jízdami [m]

1 -0,07 0,04 -0,03 -0,05

2 0,00 -0,09 0,13 -0,15

Měřené body 3 0,08 -0,18 0,00 -0,06

Odchylky mezi jízdami [m]

-1,04

Aritmetický průměr -0,052 [m] Rozptyl 0,014 2

[m ] Směrodatná odchylka 0,116 [m]

69

4 -0,06 -0,21 -0,11 -0,11

5 0,03 -0,16 0,15 -0,19

Pracovní jízdy 1 2 3 4

Vypočítané odchylky [m]

Zobrazení odchylek u jednotlivých jízd podle navigace GPS ve svahu

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -0,05 0 -0,1 -0,15 -0,2 -0,25 -0,3 -0,35

1

2

3

4

5

6

Měřené body Ideální dráha poslední secí botky secího stroje Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 1 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 2 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 3 jízdě s vyznačenými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při 4 jízdě s vyznačenými odchylkami Nastavená přesnost korekčního signálu Nastavená citlivost navigačního přístroje

Obr. 7.8 Grafické znázornění vypočtených odchylek mezi jednotlivými jízdami při vedení soupravy podle navigačního zařízení ve svahu

70

7.3.5 Vyhodnocení výsledků měření přesnosti u vedení pracovní soupravy po pozemku Při vedení pracovní soupravy po pozemku byla provedena čtyři měření, kdy u dvou měření bylo vedení soupravy prováděno na rovině a u dalších dvou ve svahu a byly vyuţity dva zpŧsoby vedení stroje po pozemku, a to podle diskového znamenáku a navigačního přístroje. Při vedení soupravy po pozemku podle navigačního přístroje bylo vyuţito navádění Trimble FMX-750. Kaţdé měření bylo sloţeno z 5 měřených bodŧ, které od sebe byly ve vzdálenosti 15 m. Při vedení podle navigačního zařízení bylo vyuţito navádění podle identické křivky. U prvního měření, které bylo prováděno při vedení pracovní soupravy podle diskového znamenáku na rovině, bylo celkem naměřeno 20 hodnot při 4 jízdách (tab. 4). Z těchto hodnot byly vypočítány odchylky mezi jednotlivými jízdami (tab. 5). Z této tabulky vyplývá, ţe na měřeném úseku při první jízdě byla prováděna jízda s vynechanou plochou (nedokryv) a největší odchylky při této jízdě bylo dosaţeno v prvním měřeném bodě, kdy hodnota odchylky dosáhla 0,25 m. Ve druhé jízdě bylo na měřeném úseku dosaţeno jak ideální dráhy, tak i vynechané plochy a taktéţ plochy překryté. U překryté plochy jsou hodnoty odchylek záporné. Největší odchylka od ideální dráhy v této jízdě byla o hodnotě 0,12 m ve druhém měřeném bodě a jednalo se tedy o vynechanou plochu. V případě překryvu při druhé jízdě dosáhla hodnoty odchylky -0,05 m v pátém měřeném bodě. Při třetí jízdě bylo největší odchylky dosaţeno v pátém měřeném bodě, kdy se jednalo o plochu vynechanou a hodnota odchylky zde byla 0,14 m. V této jízdě byl proveden i překryv, kdy odchylka od ideální dráhy byla -0,06 m v prvním měřeném bodě. U čtvrté jízdy bylo stejně jako u druhé jízdy dosaţeno ideální dráhy, překryté plochy a plochy vynechané. Maximální odchylka při čtvrté jízdě byla 0,20 m v prvním měřeném bodě a jde tedy o vynechanou plochu. Záporná hodnota v této jízdě byla na druhém měřeném bodě o hodnotě -0,05 m, coţ značí překrytou plochu. Těchto odchylek je moţné si všimnout i u grafického znázornění odchylek mezi jednotlivými jízdami (Obr. 7.5). Zjištěné odchylky se s kaţdou jízdou načítají a výsledná odchylka po čtyřech jízdách na měřeném úseku při tomto měření je 1,38 m. To znamená, ţe se jedná o nepokrytou plochu. Jak je patrné z tabulky vypočtených hodnot (tab. 5), tak prŧměrná hodnota odchylek v prvním měření je 0,069 m od ideální dráhy při směrodatné odchylce 0,114 m.

71

Druhé měření probíhalo rovněţ na rovině, ale v jiné častí pozemku. K vedení zde bylo vyuţito navigačního přístroje. Stejně jako v prvním případě bylo naměřeno 20 hodnot při 4 jízdách (tab. 6). Z naměřených hodnot byly vypočítány hodnoty vzniklých odchylek (tab. 7). Z těchto vypočtených odchylek plyne, ţe při všech jízdách došlo jak k překryvu, tak i k nedokryvu. Při první jízdě činila největší hodnoty překryvu 0,03 m v prvním měřeném bodě a hodnota nedokryvu byla -0,09 m ve třetím měřeném bodě. Ve druhé jízdě byla největší odchylka od ideální dráhy ve druhém měřeném bodě, kdy její hodnota byla 0,06 m, coţ značí vynechanou plochu. Překrytá plocha se vyskytovala v této jízdě s největší hodnotou -0,11 m v prvním a druhém měřeném bodě. U třetí jízdy byla vypočtena největší odchylka ve druhém měřeném bodě o hodnotě 0,15 m a jedná se o nepokrytou plochu a největší záporná odchylka byla při této jízdě ve čtvrtém měřeném bodě o hodnotě -0,06 m. Při poslední čtvrté jízdě v tomto měření byla vypočtena největší překrytá plocha ve třetím měřeném bodě, kdy hodnota dosahovala -0,17 m a hodnota nedokryvu byla při čtvrté jízdě o hodnotě odchylky 0,04 m v pátém měřeném bodě. Grafické znázornění odchylek je moţné vidět na obr. 7.6. Při měření podle navigačního zařízení bylo dosaţeno prŧměrné odchylky -0,023 m při směrodatné odchylce 0,091 m, coţ je patrné i z tabulky vypočtených odchylek (tab. 7). Při načítání jednotlivých odchylek mezi jízdami bylo zjištěno, ţe při konci poslední jízdy bude celková odchylka činit -0,46 m a tudíţ se bude jednat o překryv. Třetí měření probíhalo při vedení soupravy ve svahu podle diskového znamenáku a bylo v něm provedeno 6 jízd, při nichţ bylo naměřeno 30 hodnot. Stejně jako v předchozích měřeních, byly z měřených hodnot (tab. 8) vypočteny odchylky mezi jednotlivými jízdami (tab. 9). V první a druhé jízdě byly všechny odchylky na měřeném úseku vypočítány s kladnou hodnotou a tudíţ se jednalo v těchto jízdách o vynechané plochy (nedokryv). U první jízdy je tato odchylka největší v prvním měřeném bodě a její hodnota je 0,28 m a ve druhé jízdě je největší odchylka 0,15 m v pátém měřeném bodě. Při třetí jízdě byla vypočtena největší odchylka 0,19 m v pátém měřeném bodě a jednalo se tedy o nedokryv, ale zároveň při této jízdě byla překryta plocha o největší odchylce -0,15 m v prvním měřeném bodě. Při dalších třech jízdách, byly vypočteny záporné hodnoty odchylek a ve všech třech případech se tedy jednalo o překryv. Největší hodnoty odchylek těchto zbylých jízd byly u čtvrté jízdy -0,30 m ve druhém měřeném 72

bodě. U páté jízdy to je -0,35 m v prvním měřeném bodě a u šesté jízdy je odchylka -0,37 m v pátém měřeném bodě. Všechny vypočtené hodnoty odchylek jsou uvedeny i v grafickém znázornění odchylek od ideální dráhy mezi jednotlivými jízdami (Obr. 7.7). Z vypočtených hodnot pro druhé měření vyplývá, ţe prŧměrná odchylka dosahuje 0,069 m od ideální dráhy při vypočtené směrodatné odchylce mající hodnotu 0,272 m. Hodnota odchylek načítajících se při kaţdé jízdě při druhém měření dosahuje hodnoty 2,06 m. Z této záporné hodnoty vyplývá, ţe se jedná o překrytou plochu. Při čtvrtém měření, které probíhalo rovněţ při vedení soupravy ve svahu, bylo vyuţito k vedení navigačního zařízení. Toto měření bylo prováděno na jiné svaţité části pozemku neţ druhé měření a ve 4 jízdách bylo naměřeno 20 hodnot. Naměřené hodnoty se nacházejí v tabulce naměřených hodnot (tab. 10). Z těchto hodnot byl proveden výpočet odchylek od ideální dráhy a vypočtené hodnoty jsou zapsány v tabulce vypočtených odchylek jednotlivých jízd od ideální dráhy (tab. 11). Z vypočítaných hodnot vyplývá, ţe největší odchylka při vedení stroje na měřeném úseku v první jízdě byla 0,08 m ve třetím měřeném bodě, coţ značí nedokryv. Současně byla při první jízdě i překrytá plocha o nejvyšší hodnotě odchylky -0,07 m v prvním měřeném bodě. Ve druhé jízdě se vyskytla jen jediná kladná hodnota odchylky, která byla vypočtena v prvním měřeném bodě a má hodnotu 0,04 m. V dalších měřených bodech při této jízdě byly vypočítány záporné odchylky a šlo tedy o překrytou plochu, kdy největší hodnota záporné odchylky je -0,21 m ve čtvrtém měřeném bodě. Při třetí jízdě byla největší kladná hodnota odchylky 0,15 m v pátém měřeném bodě a záporná hodnota -0,11 m ve čtvrtém měřeném bodě. Ve čtvrté jízdě při třetím měření vyšly všechny hodnoty se záporným znaménkem a tudíţ se v celém měřeném úseku u této jízdy jednalo o překryv, kdy největší hodnota překryvu byla -0,19 m v pátém měřeném bodě. Odchylky vypočtené ve třetím měření jsou uvedeny v grafickém znázornění (Obr. 7.8). Při tomto měření dosahuje prŧměrná odchylka z vypočtených hodnot -0,052 m při směrodatné odchylce 0,116 m a výsledná odchylka při načítání odchylek mezi jednotlivými jízdami je -1,04 m. V grafickém znázornění vypočtených odchylek u provádění jízd podle navigačního přístroje se oproti grafickému znázornění při vedení pomocí diskového znamenáku vyskytují dvě přímky. Jedna z nich označuje citlivost navigačního přístroje (odchylka jedné diody) a přesnost korekčního signálu. Přímka značící citlivost navigačního přístroje vyznačuje úsek, při jehoţ překročení se rozsvítí dioda na světelné liště a řidič je tak in73

formován o případné odchylce od zadaného směru jízdy a podle ní by měl napravovat směr pohybu soupravy. Přímka značící přesnost korekčního signálu vyznačuje meze, mezi nimiţ mohou vznikat odchylky, které mohou být dány nepřesností korekčního signálu. Ve všech grafických znázorněních vypočtených odchylek se vyskytuje křivka, která vyznačuje teoretickou dráhu poslední secí botky v šířce záběru secího stroje na měřeném úseku. Křivka teoretické dráhy poslední secí botky v šířce záběru secího stroje jen ukazuje, jak mŧţe vypadat skutečná dráha poslední secí botky secího stroje v šířce záběru. K zjištění přesné dráhy by bylo potřebné získat větší počet měřených bodŧ při jednotlivých jízdách. Vzájemným porovnáním vypočítaných prŧměrných hodnot odchylek v tab. 12 vyplývá, ţe při vedení stroje po pozemku jak na rovině, tak ve svahu byly zjištěny menší hodnoty odchylek u zpŧsobu vedení podle navigačního systému GPS neţ při vedení podle diskového znamenáku secího stroje. Ze vzájemného porovnání obou zpŧsobŧ navádění vyplývá, ţe navádění podle navigačního přístroje je přesnější. Z tabulky je také patrné, ţe při jízdě ve svahu se u obou zpŧsobŧ vedení stroje jednalo většinou o plochy překryté a všechny hodnoty aţ na jednu vykazovaly minimální rozdíly. Kdeţto u měření na rovině se při jízdě podle diskového znamenáku jednalo o vynechané plochy, u navigace GPS se jednalo o opačnou odchylku a tedy o plochy překryté. Všechny vypočtené hodnoty odchylek při měření podle GPS jak na rovině, tak i ve svahu se pohybovaly ve vymezené oblasti v nastavené citlivosti navigačního přístroje a nepřesáhly oblast, kde by mělo dojít ke korekci dráhy pohybu stroje. Vykreslený prŧběh prŧměrných odchylek a teoretických drah na měřeném úseku je uveden na obr. 7.9 a obr. 7.10, kde je vidět rozdíl mezi prŧměrnými odchylkami jednotlivých měření. Při vedení stroje ve svahu není rozdíl odchylek mezi diskovým znamenákem a navigací GPS tak velký jako při vedení stroje po rovině. Tento rozdíl činí u vedení stroje na rovině 0,092 m a u vedení ve svahu je rozdíl odchylek pouze 0,017 m.

74

Tab. 12 Průměrné odchylky u jednotlivých způsobů vedení na rovině a ve svahu Vedení stoje na rovině Způsob vedení Průměrné odchylky [m] 0,097 0,060 0,080 0,060 Diskový znamenák 0,006 -0,020 -0,057 -0,025 Navigace GPS

0,047 -0,021

Vedení stroje ve svahu Způsob vedení Průměrné odchylky [m] -0,068 -0,077 -0,058 -0,078 Diskový znamenák -0,028 -0,028 -0,040 -0,123 Navigace GPS

-0,062 -0,043

Porovnání průměrných odchylek mezi vedením podle diskového znamenáku a GPS navigací na rovině 0,12 Průměrné odchylky [m]

0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 -0,02 0 -0,04

1

2

3

4

5

6

-0,06 -0,08

Měřené body

Ideální dráha poslední secí botky secího stroje Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při jízdě podle diskového znamenáku s vyznačenými průměrnými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při jízdě podle navigace GPS s vyznačenými průměrnými odchylkami

Obr. 7.9 Grafické znázornění vypočtených průměrných odchylek při porovnávání vedení stoje podle diskového znamenáku a GPS navigací na rovině

75

Porovnání průměrných odchylek mezi vedením podle diskového znamenáku a GPS navigací na rovině 0

Průměrné odchylky [m]

-0,02

0

1

2

3

4

5

6

-0,04 -0,06 -0,08 -0,1 -0,12 -0,14

Měřené body Ideální dráha poslední secí botky secího stroje Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při jízdě podle diskového znamenáku s vyznačenými průměrnými odchylkami Teoretická dráha poslední secí botky secího stroje při jízdě podle navigace GPS s vyznačenými průměrnými odchylkami

Obr. 7.10 Grafické znázornění vypočtených průměrných odchylek při porovnávání vedení stoje podle diskového znamenáku a GPS navigací ve svahu

Při měření mohlo dojít k ovlivnění naměřených hodnot a to nějakou chybou, která vznikla buď ze strany řidiče soupravy, který s navigačním zařízením FMX-750 měl jen velmi malé zkušenosti a na tuto technickou pomŧcku si po celou dobu zvykal a učil se podle ní navádět soupravu po správné dráze. Nebo mohla vzniknout chyba při samotném měření, kdy při prŧjezdu okolo měřeného bodu byly ztíţené podmínky z dŧvodu prutových bran umístěných aţ za poslední výsevní botkou secího stroje, tedy aţ na jeho konci. Pro lepší určení přesnosti by bylo lepší mít pro kaţdé měření více hodnot, ale jelikoţ si nebylo moţné určovat podmínky, bylo provedeno jen měření hodnot v tomto rozsahu. I přes tak málo hodnot bylo zjištěno, ţe secí stroj při vedení podle navigačního zařízení má menší odchylky neţ při vedení podle znamenáku secího stroje. Při svahovém měření bylo evidentní, ţe secí stroj při vedení podle diskového znamenáku ve svahu nedrţí svou dráhu a sklouzavá se po svahu dolŧ, čímţ vznikají odchylky, které mohou na konci jízdy dosahovat aţ metrových hodnot. Při vedení podle navigačního zařízení ke sklouzávání dochází rovněţ, ale nevyskytují se zde tak velké odchylky, jelikoţ

76

navigační zařízení navádí stroj pořád po stejné dráze a koriguje vedení. Výsledné načtené odchylky, které mohou být o hodnotě plusové, coţ se jedná o nedokryv a nebo minusové, které značí překryv, mají vliv i na další následné operace. Mezi ně patří provádění ochranných chemických postřikŧ a rozmetání minerálních hnojiv, kdy díky těmto odchylkám je prováděné buď přestříkávání plochy nebo dochází k neošetření pozemku. Správného vedení po pozemku bez sklouzávání secího stroje ze svahu by bylo docíleno připojením ještě jednoho navigačního zařízení, které by bylo umístěné na secím stroji a komunikovalo by se zařízením umístěným v traktoru. Tento systém lze také rozšířit i o poloautomatický systém řízení nebo o autopilota. Zároveň je moţné pro lepší přesnost u našeho navigačního systému vyuţívat placených korekčních signálŧ Omnistar XP/HP a také signálu RTK.

77

8

ZÁVĚR Práce se zabývá vyuţitím druţicových navigačních systémŧ v rostlinné výrobě a

jejím cílem bylo ověřit vhodnost vyuţití v konkrétních polních podmínkách. Navigační systémy usnadňují pracovní činnost a nahrazují při řízení stroje rozhodování člověka, který se tak nemusí věnovat jenom řízení, ale stará se zejména o správné fungování pouţívaného zařízení. V praktické části práce bylo naplněno zadání diplomové práce prověřením funkce navigačního systému při vedení pracovní soupravy po pozemku při setí sóje při vedení stroje ve svahu a na rovině. V měření bylo pouţitou dvou zpŧsobŧ vedení soupravy po pozemku. Jedním zpŧsobem bylo vedení podle diskového znamenáku secího stroje a druhým zpŧsobem bylo vedení podle navigačního zařízení. U měření podle navigačního systému bylo vyuţito navigační zařízení FMX-750 od společnosti Trimble, k přijímání korekčního signálu systém vyuţíval signál od společnosti EGNOS (DGPS), se kterým by měla být souprava vedena s největšími odchylkami pohybujícími se okolo

25 cm

mezi jednotlivými jízdami. Pro reţim navádění soupravy po pozemku bylo zvoleno vedení podle identické křivky. Výsledkem měření bylo zjištění, ţe vedení podle systému GPS je přesnější a odchylky od ideální dráhy byly oproti měření při vedení jízdy podle diskového znamenáku menší, čímţ se naplnily předpokládané prognózy. Měření bylo uskutečněno na pozemku Zemědělského druţstva vlastníkŧ Fryšták a zároveň bylo vyuţito jejich techniky. Navigační systémy mají svoji dŧleţitou úlohu v běţném provozu mobilní techniky v rostlinné výrobě, jsou univerzální a zároveň variabilní. Dají se vyuţít jak na traktorových soupravách, samojízdných strojích tak i na sklizňových strojích. K jejich masivnějšímu rozšíření braní poměrně vysoká cena, proto tuto investici zvaţuje kaţdý zemědělský podnik či farmář. I přes výši investice na pořízení by si zemědělské podniky a farmáři měli pořídit aspoň jeden navigační systém, který pak uplatní ve více strojích a zároveň tím ušetří další náklady, které vznikají při rostlinné výrobě. Přednosti vyuţití navigačních systémŧ se projevují zejména při pouţívání techniky pro ochranu rostlin a hnojení. Uvedené operace představují vysoké náklady a tudíţ je dŧleţitá správná aplikace těchto prostředkŧ. Návratnost nákladŧ na pořízení navigačních systémŧ je prokazatelná, např. při vyuţití systému GPS a automatického vypínání

78

sekcí ramen postřikovače se udává úspora na 1000 ha ošetřených ploch aţ 165 000 Kč. Pořizovací cena mnoha technických pomŧcek a zařízení se postupně sniţuje. Lze tedy předpokládat, ţe s pořizovací cenou navigačních systémŧ to bude obdobné. Navigační systémy by tak mohly být během několika let v kaţdé mobilní technice vyuţívané v rostlinné výrobě.

79

Seznam literatury [1] BAUER, F. – SEDLAK, P. – ŠMERDA, T. Traktory. 1. vydání. Praha: Profi Press, s. r. o., 2006. 192 s. ISBN 80-86726-15-0. [2] HÁNEK (JR.), Pavel. Globální druţicové navigační systémy Zf.jcu.cz [online]. 2008 [cit.2013-02-21]. Dostupné z WWW: . [3] HRDINA, Z. – PÁNEK, P. – VEJRAŢKA, F. Rádiové určování polohy: družicový systém GPS. 1. vydání. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1995. 267 s. ISBN 80-01-01386-3. [4] JIRKAL, Václav. Http:// agronavigace.cz/rtk vrs.html [online]. 2010 [cit. 2013-0302]. Dostupné z WWW: <www.agronavigace.cz>. [5] JIRKAL, Václav. Http://agronavigace.cz/budoucnost zemedelstvi.html [online]. 2010 [cit. 2013-03-06]. Dostupné z WWW: <www.agronavigace.cz>. [6] JIRKAL, Václav. Http://agronavigace.cz/gps autopiloty.html [online]. 2010 [cit. 2013-03-15]. Dostupné z WWW: <www.agronavigace.cz>. [7] JIRKAL, Václav. Automatické ovládání sekcí postřikovačů a secích strojů [online]. 2010 [cit. 2013-03-19]. Dostupné z WWW: . [8] JIRKAL, Václav. Http://agronavigace.cz/traktory.html [online]. 2010 [cit. 2013-0321]. Dostupné z WWW: <www.agronavigace.cz>. [9] JIRKAL, Václav. Http://agronavigace.cz/presne zemedelstvi.html [online]. 2010 [cit. 2013-03-25]. Dostupné z WWW: <www.agronavigace.cz>. [10] KUMHÁLA, František. Zemědělská technika: stroje a technologie pro rostlinnou výrobu. 1. vydaní. Praha: Česká zemědělská univerzita, 2007, 426 s. ISBN 978-80-2131701-7. [11] LOCH, Tomáš, et al. Satelitní navigace a cukrová řepa. Zemědělec [online]. 2008, 33, [cit. 2013-02-16]. Dostupný z WWW: .

80

[12] MAŠEK, Jiří, et al. Technické prvky systému hospodaření. Zemědělec [online]. 2008, 33, [cit. 2013-02-12]. Dostupný z WWW: . [13] MAŠEK, Jiří; HEŘMÁNEK, Petr, Aplikační technika : extramanuál. 1. vydání České Budějovice: ORIN, 2006. 46 s. ISBN 80-903717-0-1 [14] MILATA, Pavel GPS navigační systémy v rostlinné výrobě = přesnost a efektivita [online]. 2006 [cit. 2013-04-09]. Dostupné z WWW: . [15] PASTOREK, Zdeněk, et al. Zemědělská technika dnes a zítra. 1. vydání. Praha: Nakladatelství Martin Sedláček, 2002. 144 s. ISBN 80-902413-4-4 [16] Přesnost systému gps. [online]. 2010 [cit. 2013-04-22]. Dostupné z WWW: [17] RTK VRS, Propagační materiály společnosti LEADING FARMERS CZ, a.s. 2010 [18] RYBKA, Adolf; ŠŤASTNÝ, Milan. Precizní zemědělství : (studijní zpráva). 1. vydání. Praha: Ústav zemědělských a potravinářských informací, 1998. 52 s. ISBN 807271-038-9 [19] RAPANT, Petr. Družicové polohové systémy. Vyd. 1. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita, 2002, 197 s. ISBN 80-248-0124-8. [20] ŠEBESTA, Jiří. Globální navigační systémy. 1. vydání. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústav radioelektroniky, 2012, 132 s. ISBN 978-80-214-4500-0. [21] Trimble_ez_guide_plus_training_cz.ppt [online]. 2008 [cit. 2013-04-11]. Dostupné z WWW: . [22] Trimble Agriculture Product Portfolio 2012 - Czech vision [online]. 2012 [cit. 2013-04-10]. Dostupné z WWW <www.trimble.com/agriculture>. [23] VLK, F. Elektronické systémy motorových vozidel. 1. vydání. Brno: František vlk, 2002. 299 s. ISBN 80-238-7282-6.

81

[24] Www.eagrotec.cz/soubory/PLM-CZ.pdf [online]. 2006 [cit. 2013-04-10]. Dostupné z WWW: <www.eagrotec.cz>.

82

Seznam obrázků Obr. 3.1 Obecné schéma družicového navigačního systému .......................................... 12 Obr. 3.2 Družice systému GLONASS.............................................................................. 13 Obr. 3.3 Oběžné dráhy systému GLONASS .................................................................... 14 Obr. 3.4 Logo systému Galileo ....................................................................................... 15 Obr. 3.5 Oběžné dráhy družic systému Galileo .............................................................. 16 Obr. 3.6 Družice GPS na oběžné dráze .......................................................................... 19 Obr. 3.7 Oběžné dráhy družic GPS ................................................................................ 20 Obr. 3.8 Rozmístění stanic řídícího a kontrolního segmentu ......................................... 20 Obr. 3.9 Princip určování polohy ................................................................................... 22 Obr. 3.10 Diagram pro vyhodnocení statistické přesnosti ............................................. 23 Obr. 3.11 Vliv atmosférických chyb ................................................................................ 24 Obr. 3.12 Vícenásobný příjem signálu ........................................................................... 25 Obr. 3.13 Princip fungování RTK systému ..................................................................... 28 Obr. 3.14 Princip fungování RTK VRS ........................................................................... 30 Obr. 4.1 Využití systému precizního zemědělství ........................................................... 32 Obr. 4.2 Pásový traktor při přípravě půdy s vynecháním přes jeden záběr, čímž se dosahuje značných časových úspor. Asistované řízení jej poté navede přesně do vynechané plochy……………………………………………………………………….34 Obr. 4.3 Traktor provádí pomocí autopilotu výsev přes jeden záběr. V dalším sledu zaseje vynechané pruhy. ................................................................................................. 36 Obr. 4.4 Absolutně rovně zaseté porosty znamenají mnohonásobně lepší možnosti další kultivace, zvýšení výnosů a úspory PHM ........................................................................ 37 Obr. 4.5 Princip fungování N-Senzoru .......................................................................... 39 Obr. 4.6 Funkce systému automatického vypínání sekcí ramen postřikovače ............... 41 Obr. 5.1 Zařízení pro manuální navádění Trimble EZ Guide 250 – LCD obrazovka a řídící světelná lišta ..................................................... Chyba! Záloţka není definována. Obr. 5.2 Anténa a řídící jednotka (kontroler) u asistovaného navádění ........................ 46 Obr. 5.3 a) Celý výměnný volant u asistovaného řízení b) Elektromotorek s třecím pastorkem u asistovaného řízení ......................................... 46 Obr. 5.4 Technologie pro kompenzaci terénu T2 ........................................................... 47 Obr. 5.5 Automatizované řízení traktoru ........................................................................ 48 Obr. 5.6 Vysvětlení příčného a podélného naklánění a stáčení...................................... 49 83

Obr. 5.7 Systém navádění nářadí TRUEGUIDE ............................................................ 50 Obr. 5.8 Systém řízení nářadí TRUETRACKER ............................................................. 51 Obr. 5.9 Schéma vedení pracovních jízd stroje po pozemku .......................................... 54 Obr. 7.1 Traktor John Deere 8310 s secím strojem Köckerline – Ultima při setí sóje .. 58 Obr. 7.2 Navigační zařízení FMX-750 ........................................................................... 59 Obr. 7.3 Vedení soupravy po pozemku s pomocí diskového znamenáku secího stroje... 62 Obr. 7.4 Vytyčení měřených bodů při vedeni stroje podle navigačního zařízení ve svahu ........................................................................................................................................ 63 Obr. 7.5 Grafické znázornění vypočtených odchylek mezi jednotlivými jízdami při vedení soupravy podle diskového znamenáku na rovině ................................................ 64 Obr. 7.6 Grafické znázornění vypočtených odchylek mezi jednotlivými jízdami při vedení soupravy podle navigačního zařízení na rovině .................................................. 66 Obr. 7.7 Grafické znázornění vypočtených odchylek mezi jednotlivými jízdami při vedení soupravy podle diskového znamenáku ve svahu.................................................. 68 Obr. 7.8 Grafické znázornění vypočtených odchylek mezi jednotlivými jízdami při vedení soupravy podle navigačního zařízení ve svahu ................................................... 70 Obr. 7.9 Grafické znázornění vypočtených průměrných odchylek při porovnávání vedení stoje podle diskového znamenáku a GPS navigací na rovině ......................................... 75 Obr. 7.10 Grafické znázornění vypočtených průměrných odchylek při porovnávání vedení stoje podle diskového znamenáku a GPS navigací ve svahu............................... 76

84

Seznam tabulek Tab. 1 Úroveň přesnosti pojezdů .................................................................................... 27 Tab. 2 Použité pomůcky .................................................................................................. 60 Tab. 3 Základní informace a použité stroje .................................................................... 60 Tab. 4 Naměřené hodnoty při vedení soupravy podle diskového znamenáku na rovině 63 Tab. 5 Vypočítané hodnoty odchylek jednotlivých jízd od ideální dráhy podle diskového znamenáku na rovině ...................................................................................................... 64 Tab. 6 Naměřené hodnoty při vedení soupravy podle GPS navigace na rovině ............ 65 Tab. 7 Vypočítané hodnoty odchylek jednotlivých jízd od ideální dráhy podle GPS navigace na rovině .......................................................................................................... 65 Tab. 8 Naměřené hodnoty při vedení soupravy podle diskového znamenáku ve svahu . 67 Tab. 9 Vypočítané hodnoty odchylek jednotlivých jízd od ideální dráhy podle diskového znamenáku ve svahu........................................................................................................ 67 Tab. 10 Naměřené vzdálenosti při vedení soupravy podle GPS ve svahu ...................... 69 Tab. 11 Vypočtené hodnoty odchylek jednotlivých jízd od ideální dráhy podle GPS navigace ve svahu ........................................................................................................... 69 Tab. 12 Průměrné odchylky u jednotlivých způsobů vedení na rovině a ve svahu ......... 75

85