Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Využití systémů GPS u tecniky pro pěstování rostlin Bakalářská práce
Vedoucí práce: Vypracoval: Ing. Jiří Pospíšil, CSc. Tomáš Vrba ____________________________________________________________ Brno 2013
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Využití systémů GPS u techniky pro pěstování rostlin vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne …………………………………. Podpis bakaláře……………………..
Poděkování Rád bych poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. Jiřímu Pospíšilovi CSc., za konzultace a možnost psát u něj mojí bakalářskou práci. Díky které jsem si rozšířil mé znalosti ohledně využívání GPS navigací, které v budoucnu jistě využiji.
Abstrakt Tato bakalářská práce, s názvem ,,Využití systému GPS u techniky pro pěstování rostlin´´se zabývá způsoby využití navigací při různých činností rostlinné výroby. V jakých činnostech nám usnadní, zjednoduší a zefektivní práci. Tato velmi přesná technologie, je nezbytná pro mnoho přesných operací v rostlinné výrobě, jako setí, aplikace hnojiv, aplikace pesticidů a sklizeň. V mé práci je dále i vysvětleno, co způsobuje nepřesnosti navigací, k čemu slouží korekce signálu. Nastíní vám přehled dostupných navigací od největších dodavatelů, kteří jsou na našem trhu a jaké přesnosti s jejich navigací můžeme využít.
Klíčová slova GPS, nepřesnosti, RTK, navigace,
Abstract The topic of my bachelor thesis is ´´The use of GPS technology for plants cultivation´´ in agriculture especially in plant producing. Thanks to this modern system our work can be easier and more effective. In my bachelor thesis is also explained which factors would affect navigation and why is GPS signal correction important for us. This high accurate technology is necessary for many precision agricultural operations like sowing, fertilizers application, precision pesticide application and harvest. Finally this work provides list of available navigations on our market produced by the largest factories.
Keywords
GPS, inaccuracy, RTK, navigation
Obsah 1
ÚVOD ....................................................................................................................... 7
2
HISTORIE ................................................................................................................ 8
3
NAVIGACE.............................................................................................................. 9
4
3.1
GPS .................................................................................................................... 9
3.2
Glonass ............................................................................................................... 9
3.3
Galileo ................................................................................................................ 9
3.4
Určení polohy ................................................................................................... 11
3.4.1
Zdroje nepřesnosti..................................................................................... 11
3.4.2
Metody přesnějšího určení polohy............................................................ 12
3.4.3
Diferenční GPS ......................................................................................... 13
3.4.4
RTK (Real Time Kinematics) ................................................................... 13
3.4.5
RTK-VRS (Virtuální Pozemní Stanice) ................................................... 14
3.4.6
RTK Extend (prodloužení) ....................................................................... 14
Použití navigace ...................................................................................................... 15 4.1
5
Navádění při práci ............................................................................................ 15
4.1.1
Navádění s manuálním řízením ................................................................ 15
4.1.2
Navádění s asistovaným řízením .............................................................. 16
4.1.3
Navádění s autopilotem ............................................................................ 17
4.1.4
Možnosti navádění po poli ........................................................................ 18
4.2
Příprava půdy ................................................................................................... 20
4.3
Setí.................................................................................................................... 21
4.4
Sázení ............................................................................................................... 22
4.5
Hnojení ............................................................................................................. 22
4.6
Ochrana rostlin ................................................................................................. 22
4.7
Sklizeň .............................................................................................................. 23
4.8
Evidence map ................................................................................................... 24
4.9
Budoucnost navigací ........................................................................................ 25
DOSTUPNÉ NAVIGACE ...................................................................................... 26 5.1
Druhy přesnosti ................................................................................................ 27
5.2
Navigace pro zemědělství ................................................................................ 28
6
ZÁVĚR ................................................................................................................... 30
7
Přílohy..................................................................................................................... 31
8
Seznam obrázků ...................................................................................................... 34
9
Použitá literatura: .................................................................................................... 35
1
ÚVOD V mé bakalářské práci, se budu zabývat využitím GPS systémů u techniky pro
pěstování rostlin. Navigačními systémy, které jsou k dostání, a které umožňují stanovení polohy a času na zemském povrchu, přilehlém prostoru a jejich využití při pěstování rostlin. Ze začátku nastíníme vznik a vývoj těchto technologií. Využití v dnešní době, kdy se ve velkém rozmáhá výpočetní technika. Její využívání se dostává do všech oborů a pracovních činností. Výjimkou není ani zemědělství, například dnes, když se klade velký důraz na ekologii a životní prostředí, se rozmáhá systém Ad Blue, který bude za chvíli povinnou součástí všech traktorů, a jehož funkcí je snížit množství emisí z traktoru. Každý nový traktor, ale i sklízecí mlátičky mají své palubní počítače, na kterých vidíme, spotřebu paliva, závady apod. Například u sklízecí mlátičky nám palubní počítač ukáže vlhkost sklizeného materiálu, dokonce zaznamená, na kterém pozemku byl jaký výnos. To nám může pomoci při úpravě dávky hnojení a spoustu dalších, zejména pro zemědělce, velmi užitečných věcí. Dnes kdy se snažíme snížit náklady zvyšováním efektivity práce nákupem nových silnějších strojů a nářadí s větším záběrem a lepšími funkcemi, investujeme i do GPS navigací, které mají velký vliv na efektivitu práce. Dnes navigace mohou převzít kontrolu nad řízením, nám opotřebení stroje, eliminuje nám přejezdy a překrytí. Ceny vstupních nákladů rostou a ceny produkce stagnují nebo klesají. Z tohoto jevu vyplývá, že obstát v takovém prostředí mohou jen ti nejsilnější, ti kteří vyrábějí nejefektivněji. Pomocí GPS navigace a moderní techniky je možné následovně celý pozemek obdělávat tak, že se přizpůsobuje místním rozdílům v celém jeho rámci. Dále můžeme navigace využít při spoustě dalších činnostech např. při jízdě s rozmetadlem, secích strojích, při měření pozemku, předseťové přípravě půdy a dalších.
7
2
HISTORIE S rozvojem lodní dopravy byla ekonomická nutnost zlepšit i způsoby navigace. Při
příbřežních plavbách se využívalo orientačních bodů, plavba mohla probíhat pouze za dne a dobrých povětrnostních podmínek. Ve 13. století s využitím magnetického kompasu se začaly tvořit námořní mapy. K určení zeměpisné délky a místního času používali astroláb, později ho nahradil sextant. S příchodem 16. století se zpřesnila navigace díky Mercatorovému zobrazení, jehož základním zobrazení je válec rovnoběžný se zemskou osou, dotýkající se glóbu na rovníku. Slouží k jednoduchému udržování stálého směru po rovnoběžkách. V 18. století přispěla k rozvoji magnetická deklinace, pomohla k zpřesnění práce s kompasem. Ve 20. století byly hlavní hybnou silou, pro rozvoj navigace, vojenské požadavky. Se systémem pozemní rádiové navigace začali experimentovat Američané ve 40. letech. V roce 1960 začaly první experimenty se satelitní navigací, systémem GPS pro armádu byl spuštěn v únoru v roce 1978 plně dokončen v roce 1993. Následně začal pronikat i do civilních sfér, tehdy ale se záměrnou chybou, která měla zajistit bezpečnost USA. Dešifrovací sekvenci měli k dispozici pouze autorizovaní uživatelé. Od roku 2000 je rušení vypnuto a systém je zpřístupněny všem uživatelům. [1]
8
3
NAVIGACE Nyní se seznámíme s pojmem navigace. Je to souhrnný název pro postupy, kterými
můžeme kdekoliv na světě stanovit svojí polohu a nalézt cestu. Termín je odvozen z latinského slova navis znamenající loď a ze slova agar znamenající přemisťování se.
3.1 GPS Je provozován armádou USA, byl to první navigační systém. Dnes stále nejpoužívanější.
3.2 Glonass Je to systém provozovaný ruskou armádou. S jeho pomocí je možno určit čas a polohu, kdekoliv na zemi nebo nad zemí. V roce 2007 došlo k bezplatnému uvolnění pro civilní účely.
3.3 Galileo Navigační systém Galileo je plánovaný autonomní evropský Globální družicový polohový systém, který by měl být obdobou amerického systému NAVSTAR GPS a ruského systému GLONASS. Jeho výstavbu zajišťuje Evropská unie reprezentovaná Evropskou komisí a Evropskou kosmickou agenturou. Galileo měl být původně provozuschopný od roku 2010, ale dle nových plánů je nejbližší rok prvotního spuštění naplánován na rok 2014. K plnému spuštění by mělo dojít v roce 2019. Systém Galileo bude mít největší potenciál, především v dopravě, kde zajistí bezpečnost, komfort, přesnost a stabilitu signálu. Využití bude ovšem i v dalších oblastech.
9
Galileo bude poskytovat 5 služeb Základní služba o
Jedná se o základní signál, který bude zdarma.
Kritická služba - z hlediska bezpečnosti o
Je služba, která bude primárně zlepšovat základní službu,
bude včas varovat před nedodržení garantovaných limitů zvláště předurčena pro bezpečnostně - kritické aplikace např. v dopravě (při řízení letového provozu, automatické systémy přistávání letadel apod.). Komerční služba o
Na rozdíl od základní služby využívá ještě dalších dvou
signálů. Tyto signály jsou chráněny komerčním kódováním, které bude řízeno poskytovateli služeb a budoucím Galileo operátorem. Přístup je kontrolován na úrovní přijímače, kde se využívá přístupového klíče. Veřejná regulovaná služba o
Dva
šifrované
signály,
s kontrolovaným
přístupem
a dlouhodobou podporou, určené pro státem vybrané uživatele, především pro bezpečností složku státu. Vyhledávání a záchranná služba o
Služba nouzové lokalizace v rámci celosvětové družicové
záchranné služby COSPAS-SARSAT s možností oboustranné komunikace. [2]
10
3.4 Určení polohy Určování polohy je prováděno pomocí družic, které ze svých oběžných drah vysílají směrem k Zemi signál. Družice jsou seřízeny tak, že všechny vysílají signál v přesně definovaný okamžik. Přijímač umístěný na Zemi vypočítá svou pozici na základě toho, s jakým zpožděním příjme signál jednotlivých družic. Přijímač neví jak dlouho signál od družice putoval, zná pouze časové rozdíly. Tato koncepce se často označuje zkratkou TDOA(Time Difference of Arrival).
3.4.1 Zdroje nepřesnosti Významný vliv nepřesnosti byl způsobován úmyslným zavedením šifrování. GPS byl vytvořen pro armádní účely a z důvodu bezpečnosti byl zpočátku signál kódován. Dnes je signál volně dostupný. Od té doby nepřesnosti způsobují pouze: Satelitní hodiny Jedna biliontina sekundy nepřesnosti satelitních hodin způsobí v měřené délce chybu 30cm. Z tohoto důvodu jsou satelity vybaveny velmi přesnými atomovými hodinami. Satelitní hodiny jsou srovnávány s hlavním řídícím hodinovým systémem, který je tvořen více jak 10 atomovými hodinami. Hodiny přijímače Chyby hodin přijímače způsobují stejné chyby, ale vybavit je drahými a těžkými atomovými hodinami je zbytečné, proto se tento nedostatek vyřešil rovnicí o 4 neznámých, kde 3 neznámé jsou pro polohu a čtvrtá pro odchylku času přijímače. Proto je potřeba více družic na stanovení přesné polohy.
Zpoždění signálu v ionosféře
11
Ionosféra způsobuje zakřivení dráhy signálu, která může zvýšit nepřesnost i o ±10 m.
Zpoždění času v troposféře Vlivem počasí – nepřesnost ± 0,5m Vychýlení družice z udávané polohy nepřesnost ± 2,5m Příjem falešných odražených signálů Tzv. multipath- nepřesnost ± 1m
Obrázek 1:Multipath
Zdroj: www.kowoma.de/en/gps/errors.htm 3.4.2 Metody přesnějšího určení polohy Systémy, které k tomuto účelu slouží, jsou označovány jako rozšiřující systémy GPS. Celý systém zpřesnění má jediný cíl eliminovat nepřesnosti, a tím zvýšit přesnost. Jsou založeny na několika základních metodách Provedení analýzy počtu viditelných družic před vlastním měřením Průměrování Je nenáročná na technické vybavení, postačí nám jediný GPS přijímač, ale je velice zdlouhavá, na jednom místě provedeme více měření a poté je zprůměrujeme. 12
3.4.3 Diferenční GPS Umožní zlepšení přesnosti určení polohy v reálném čase. Princip spočívá v tom, že známe-li přesnou polohu přijímače GPS, kterému říkáme referenční stanice, který jsme zjistili dlouhodobým měřením. Můžeme v každém okamžiku určit chybu měření jeho pohybu. S přibližně stejnou chybou měří polohu přijímače uživatelů nacházející se v okolí referenční stanice. Přesnost můžeme zvýšit tím, že provedeme korekci = od naměřené hodnoty odečteme chybu zjištěnou referenční stanicí. Přenos korekce uživateli můžeme provést přes internet, mobilní telefon, Bluetooth, RDS. V České republice jsou k dispozici sítě jako EGNOS, CZEPOS, Top NET, GeoNAS. EGNOS (European Geostationary Nvigation Overlay Service) Vyvinuto ESA (European Space Agency) jako evropská podpůrná geostacionární navigační služba, která zpřesňuje signály GPS a GLONASS pro Evropu je tvořena 3 geostacionárními centry a vysílači.
3.4.4 RTK (Real Time Kinematics) Je to druh DGPS korekčního signálu pro nejpřesnější určení polohy nebo navádění stroje. Jedná se o stacionární nebo přenosnou referenční stanici, díky které můžeme dosáhnout maximální přesnosti do 1 cm. K této službě je zapotřebí dvoufrekvenční aparatura GPS schopná přijímat a zpracovávat RTK korekce. Pokud jste v dostatečné blízkosti obvykle několik desítek km. Samozřejmě se zvětšující vzdáleností se snižuje i přesnost. Je velice stabilní nejen při jízdách tam i zpět, ale i meziročně. Z toho vyplývá, že upravenou mapu můžeme narok znovu použít a jet ve stejných kolejích.
13
3.4.5 RTK-VRS (Virtuální Pozemní Stanice) Tato síť RTK stanic je rozmístěna po území ČR je provozována prodejci techniky. Největší výhodu nabízí v ušetření za koupi vlastní RTK stanice. Zaplatíme za příjem signálu a nemusíme provádět žádnou údržbu. Cena za tuto službu se odvíjí, od poskytovatele a jaký signál přijímáme. Signál z těchto RTK stanic je zpracováván na serveru unikátním, pro tyto účely vyvinutým softwarem a korekční signál je posílán za pomocí GPRS sítě a modemu do autopilota zemědělského stroje. Traktor musí být vybaven modemem s připojením na internet přes mobilní telefon. Problémy s příjmem signálu lze řešit i pomocí vysílačky. Využití tohoto velmi přesného signálu má nejlepší využití s automatickým řízením, jelikož manuálně není řidič schopen tak přesného řízení.
Obrázek 2:RTK-VRS
Zdroj: www.stackyard.comnews201009machinery01_case_ih_rtk.html 3.4.6 RTK Extend (prodloužení) Práce na poli nedovolí vždy optimální signál. Při práci se mohou objevit různé překážky, které nedovolí přijímat korekci ze stanice a dojde tím k nepřesnostem. RTK Extend umožňuje pokračování vozidla, i když jeho signál naruší nerovnosti nebo jiné překážky. RTK Extend, po jedné hodině práce na pozemku, nám dovolí prodloužení při ztrátě signálu udržovat přesnost 15 minut. [3] 14
4
Použití navigace Navigace se od sebe liší v maximální dosažitelné přesnosti a svými funkcemi, které
zvládnou. Jejich využití závisí na přesnosti, která se pohybuje od metrů po několik málo centimetrů. Například nemůžeme použít navigaci, která má přesnost několik metrů při setí, kde nám jde i o centimetr, ale postačí nám pro postřik nebo hnojení. Od výrobců si můžeme vybrat celou řadu výrobků s manuálním naváděním, navádění s asistovaným řízením nebo navádění s autopilotem. Velké výhody úspor mají i techniky ovládání nářadí např. ovládání secích botek, trysek u postřikovače a další funkce.
4.1 Navádění při práci Dalším krokem je v budoucnosti systém zemědělství, kterému se v anglicky mluvících zemích říká Control Traficc Farming – plně kontrolovaný pohyb strojů po poli. Princip tohoto systému je v tom, že zemědělec přizpůsobí svoji technologii tak, aby byl schopen využívat vždy stejné kolejové řádky na poli a vracet se na stejné místo každý rok. Tento systém významně snižuje utužení půdy, zvyšuje její absorpční schopnost pro vodu a umožňuje obnovu půdní úrodnosti. Předpokladem je sjednocení šířky pracovního záběru nejen sečky, ale i postřikovače a dalších strojů v násobcích šířky pracovního záběru. Přesná navigace umožňuje zemědělci se opakovaně, každý rok vrátit na stejné místo s přesností do dvou centimetrů a využít tak stejné pojezdové trasy po poli. Tento systém využívá asi dvacet procent farmářů v Austrálii, USA i ve Velké Británii, ale postupně se rozšiřuje i do dalších zemí. Podle praktických zkušeností se zvedl výnos obilovin v rozmezí deset až patnáct procent. V České republice využití není příliš rozšířeno.
4.1.1 Navádění s manuálním řízením Je základní funkcí navigace, která nám zajistí rovnou jízdu. Při manuálním navádění musí obsluha po příjezdu na pole objet parcelu a poté si na navigaci nastavit, směrem činnosti a navigace nám udá linie jízdy. Způsob udržení traktoru v dané linii je 15
různý dle výrobce. Může to být pás z LED diod nebo kontrolky směru, slouží pro obsluhu traktoru udržet traktor v linii. Levnější modely nám pouze zobrazí na mapě, kudy jsme již projeli. Systém s manuálním naváděním slouží, jako elektronický naviják. Nahradí nám pěnové a ostatní značkovače. Navigace nám i přesně udá polohu odkud pokračovat s postřikem při přerušení práce.
Obrázek 3:Světelná lišta Zdroj: Z navigace Agri CAD Obrázek 4: Manuální navádění
Zdroj:www.agrics.czez-guide-2502sid=googlebot 4.1.2 Navádění s asistovaným řízením Tento systém je nadstavbou přesného navádění snaží se eliminovat chyby manuálního řízení obsluhou. Navigace je doplněna o asistované řízení ovládající volant traktoru, jehož funkcí je udržovat ideální linii. Jedná se o propojení GPS navigace a přídavného servomotoru, který je spojen s volantem pomocí třecího pastorku. Traktor musí být vybaven posilovačem řízení pro snadnější ovládání. Servomotor dle dat přijatých z navigace zajišťuje relativní přesné řízení. Tento systém je přesnější než manuální řízení, ale i zde dochází k nepřesnostem, způsobené vůli komponentů.
16
Obrázek 5: Asisitované řízení
Zdroj: http://www.trimble.com/agriculture/ez-steer.aspx 4.1.3 Navádění s autopilotem Jedná se o nejlepší variantu snížení provozních nákladů. Systém je napojený na hydrauliku řízení, nebo samojízdného stroje, je schopen vést traktor po poli včetně obrátek na souvrati. Kromě GPS navigace je kontrolována jízda ještě například senzory natáčení kol. Autopilot je mnohem přesnější, i co se týká rychlosti reakce a pojezdu. Se spuštěním přesné RTK VRS v České republice, která umožňuje přesnost jízdy autopilota s odchylkou ± 2-5 cm. Autopilot je technologií budoucnosti.
Obrázek 6: autopilot
Zdroj:http://www.precisionagireland.ie/EZ-Pilot-Trimble-Steering-Wheel255x232.jpg 17
4.1.4 Možnosti navádění po poli Po příjezdu na pole si můžeme vybrat z několika modelů navádění, které nám usnadní naší práci. Pozemky nejsou vždy přesně čtvercové a zde uvedené modely, nám pomohou v jízdě po různě tvarovaných polích. Podobné, jen s určitými obměnami jsou u většiny typů navigací podobné. U některých navigací musíme projet souvrať a poté, máme možnost nalajnovat si jízdu, anebo jet volně. 1. AB přímka Pro tento model AB označíme bod A na začátku prvního záběru a na jeho konci označíme bod B a poté jen držíme směr. Při této jízdě si můžeme zvolit i variantu jízdy ob řádek.
Obrázek 7:AB přímka
Zdroj: www.gps-agro.cz/ez-guide-250/ 2. FreeForm (volná linie) Vytváří naváděcí křivky a přímé linie pro pozemky různých tvarů. FreeForm zaznamená přesně trasu, po které jsme jeli, a podle ní vytváří další záběr.
Obrázek 8: FreeForm
Zdroj: www.gps-agro.cz/ez-guide-250/
18
3. Pivot Označíme bod A, za ním paralelním obvodem na konci jízdy bod B.
Obrázek 9:Pivot
Zdroj: www.gps-agro.cz/ez-guide-250/
4. Souvrať + AB Objedeme souvrať a vybereme si odkud, kam pojedeme, a navigace nám vyplní střed v námi požadovaném směru. Souvrať stačí objet jednou, ale můžeme i vícekrát pokud je to potřeba.
Obrázek 10:Souvrať
Zdroj: www.gps-agro.cz/ez-guide-250/
19
5. Identická křivka Navádění probíhá dle tvaru první jízdy. Při vyhýbání překážce na pozemku, musíme vyhnout za směru a identická křivka při další jízdě nás navede zpět na tvar původní jízdy.
Obrázek 11: Identická křivka
Zdroj: www.gps-agro.cz/ez-guide-250/ 6. Adaptabilní křivka Navádění trasy probíhá dle předchozí jízdy.
Obrázek 12:Adaptabilní křivka
Zdroj: www.gps-agro.cz/ez-guide-250/
4.2 Příprava půdy K efektivní přípravě půdy před setím, a s využíváním silnějších traktorů a většího záběru, je důležité i přesné řízení. Navigace nám při přesné jízdě zamezí překryvům, a tím snížíme utaženost pole, snížíme spotřebu a opotřebení. 20
Při přípravě půdy nejvíce času zabere otáčení na souvrati a následné najetí vedle již zpracované části. V takovém případě nám navigace umožní jezdit přes jeden nebo dva řádky, takový způsob jízdy, nám větší poloměr otáčení urychlí práci, tím zvýši efektivitu a opotřebení pneumatik.
4.3 Setí Přesně založený porost, je základem pro další ošetření a stabilní výnos. Ovládání sekcí secího stroje při výsevu plodin je pomocí spojek TruCount, které umožní automatické vypínání výsevního ústrojí, tím dosáhneme nepřehuštěných porostů, ušetří osivo a usnadní sklizeň řádkových kultur. Při vjezdu na souvrať, nebo do části, která je již zaseta navigace vyšle impuls a sepne spínač v kabině, který vypne potřebné spojky. Přesnost navigace při setí musí být ±2cm, proto při této činnosti musíme využívat RTK korekce, abychom dosáhli potřebné přesnosti. S využíváním navigace při setí nevyužíváme znamenáky, které jsme nahradili navigací, a nemusíme se tedy zabývat jejich výpočtem, nastavení, a i jízda po kolejovém řádku není vždy přesná a s počtem jízd nepřesnost narůstá. Nevýhodou při takovém způsobu setí, je zvýšení vstupních nákladu, za poplatky pro příjem korekcí, nebo koupě vlastní RTK stanice. Pokud navigaci propojíme s automatickým řízením, vede k nejpřesnějším technologiím výsevu. Práce obsluhy pří jízdě spočívá pouze ve správně nastavené navigaci a hlídaní množství osiva v zásobníku .
Obrázek 13: setí s ovladáním spojek
Obrázek 14: klasické setí
Zdroj: www.gps-agro.cz/ez-boom/ 21
4.4 Sázení Využívat navigaci lze i při sázení ovocných a lesních stromků. Krom přesného zasazení v řádku, nemá navigace další podstatný význam. Při dalším ošetření mladých stromků bohužel stejně nenahradíme mechanizaci.
4.5 Hnojení Při zakládání porostů není vždy možná přesná orientace po poli. Pro zpřesnění jízdy v takových podmínkách, nám i navigace s příjmem základního signálu velice pomůže. Využití navigace při hnojení, si musíme řádně promyslet, čím budeme hnojit a jestli využít navigace má smysl. Například při hnojení hnojem je navigace zbytečná, při pohledu na pole vidíme, kde přesně jsme jeli, kde jsme skončili. Ovšem při hnojení například kejdou, kde nemusí být vždy jasné, kde jsme skončili a odkud jsme odjeli doplnit nádrž, se navigace opět stane velice užitečnou. Přesnost navigace pro takovou činnost může být v rozsahu do 50 cm, kde počítáme s přesahem, aby aplikace byla po pozemku co nejrovnoměrnější. Dnes při propojení navigace a rozmetadla například ZG-B Ultra Hydro od společnosti Amazone, můžeme dosáhnout úspory i při rozmetání, díky regulaci množství a šířky rozmetání jednotlivých kotoučů. Rozmetadlo zohledňuje pracovní šířku, může snadno a pohodlně měnit dávku hnojiva a vzdálenost rozmetání na okraji i v jednotlivých klínech.
4.6 Ochrana rostlin Za přípravky na ochranu rostlin, utratí podniky milionové částky, a proto první popud k využívání navigací je snížením přestřiků a nedostříků, kde i jedno procento, které ušetříme, udělá značnou úsporu. S funkcí automatického vypínání sekcí postřikovače optimalizujeme dávkování postřiků a kapalných hnojiv. Odstraní zbytečné přestřiky v klínech, na souvratích a při vyhýbání se překážce. Výsledek zaručí úsporu chemie a nepopáleným porostů.
22
Přesná aplikace, která sníží potřebu postřiků, výrazně přispěje i k ochraně životního prostředí. Princip je podobný, jako u setí. Při vjetí nad již ošetřenou část navigace pošle impuls a vypne potřebné sekce, nebo jednotlivé trysky.
Obrázek 15: Systém vypínání sekcí
Zdroj: www.gps-agro.cz/ez-boom/
4.7 Sklizeň Sklizen plodin, je nejnáročnější a nejdůležitější část prvovýroby. Od zasetí, přes ochranu rostlin, k hnojení, vše se provádí kvůli vysokému výnosu a hodnotě plodiny. Zemědělec celý rok čeká, jak dopadne sklizeň. I při sklizni plodin sklízecími stroji jsou k nezaplacení služby, jako asistované řízení a automatické řízení. Přesná rovná jízda po poli se sklízecí mlátičkou vyžaduje značnou zkušenost. Osobně jsem využil několik možností jezdit se sklízecí mlátičkou, které se mi naskytli, a každé i malé vychýlení ze směru rovné jízdy, nám při sklizni přinese viditelné ztráty a další nepříjemnosti. Při vychýlení musíme další jízdou chyby vyrovnat, nebo se jich stále držet, což je mnohem složitější. Novinkou při sklizni je systém Machine Sync od společnosti John Deere. Tento systém dostal ocenění zlatá medaile (ocenění za inovativní přínos v konstrukci). Byl vytvořen, jako nástroj pro optimalizaci dopravy na poli, mezi sklízecí mlátičkou a traktorem. Systém sděluje informace v reálném čase a z efektivní nám logistiku práce. Obsluha traktoru na monitoru vidí mapu, na kterém vidí sklízecí mlátičky a ostatní traktory. Při naplnění zásobníku sklízecí mlátičky ze dvou třetin Machine Sync určí, která sklízecí mlátička potřebuje vyprázdnit zásobník. Po potvrzení signálu od mlátičky traktor automaticky vyloučí ostatní traktory, aby nejeli ke stejné sklízecí mlátičce. Pokud je traktor vybaven automatickým řízením, displejem GreenStar™ 3 2630 a 23
anténou StarFire. Machine Sync převezme kontrolu nad řízením traktoru, ovládne směr jízdy a rychlost pojezdu. Tento systém přinese obrovský přínos v mnoha aspektech, obsluha se při vysypávání může stále věnovat sklizni a nemusí brát ohled při vyhýbání překážky. Nedochází k plýtvání paliva, sníží přejezdy a sníží utaženost půdy [9]
Obrázek 16: Machine Sync
Zdroj: http://www.agromachinery.cz/post/medaile-jsou-rozdeleny-340/
4.8 Evidence map Mapa z navigace obsahuje důležité údaje, vidíme tvar pozemku, výměru pozemku a co je také důležité, vidíme jízdu traktoristy, jestli jezdí přesně, jaké má vynechávky nebo překrytí. To vše nám pomůže hlídat práci pracovníků. Mapy z navigace, využijeme i v případě kontroly našeho podniku, například kvůli evidenci hnojiv a postřiků, mapa nám doloží provedenou činnost, že jsme opravdu provedli ochranu na daném pozemku.
24
4.9 Budoucnost navigací Budoucnost využívání navigací se bude dále rozvíjet. Již dnes jsou systémy, které sami řídí například secí, nebo sázecí stroj v jiné linii než traktor jede, aby vyrovnal drift přístroje. Při propojení senzorů na snímání množství chlorofylu například GreenSeeker, můžeme aplikovat variabilní dávky dusíku dle potřeby porostu, což nám také ušetří náklady na hnojiva. Možnost jezdit každý rok ve stejné koleji, nám sníží utužení půdy. S využitím GPS navigace, budeme mít přehled o zaměstnancích. S využitím mobilního telefonu, nebo počítače můžeme mít přehled, kde se nachází který pracovník, jakou činnost vykonává, jak je na tom s naftou. Můžeme si hlídat, dlouho pracuje a jaké má prostoje a nebo závady na traktoru.
25
5
DOSTUPNÉ NAVIGACE Při výběru navigací bychom se měli řídit několika parametry. Většinou bývá hlavní
kritériem cena, tak by to ovšem být nemělo, návratnost navigace při správném použití je značná a cena by měla být pouze orientační. Před koupí bychom si měli promyslet, k čemu navigaci hodláme využívat, jakou maximální přesnost budeme k činnosti potřebovat a co za danou cenu k navigaci dostaneme. Jak s ní můžeme dále pracovat, jaké způsoby pojezdu nám systém nabízí, je-li možné přenášet jí mezi stroji, zda lze ukládat a přenášet mapy, jestli zaznamenává překážky na pozemku, zda lze ukládat konfigurací strojů a jak komplikované je získání map z navigace. Dále bychom si měli zjistit, jaké příslušenství si k navigaci můžeme dokoupit, například ke zvýšení přesnosti, ovládání traktoru a další příslušenství. Při výběru navigace bychom se měli podívat, i na grafickou stránku a ovladatelnost navigace. Když už se rozhodneme pro pořízení navigace, hodláme navigaci plně využívat. Ovládat navigaci by mělo být snadné a tedy logické. Musíme brát zřetel na obsluhu, která s ní bude celý den pracovat, proto by měla být snadná i pro člověka, který s počítači moc nevychází. Informovat bychom se měli i o servisním zázemí firmy, kalibraci přístroje, údržbě a zaškolení obsluhy. Při koupi více navigací, je vhodnější držet se jednoho výrobce, z důvodu komptability mezi zařízeními při přenosu map. Není to ovšem nezbytné. Základní komponenty navigace jsou anténa, vlastní navigace a příslušenství, jako držák navigace, kabely na propojení, držák antény. Různé společnosti, které nabízejí navigace na našem trhu, nabízejí ke svým navigacím doplňující produkty, sloužící k usnadnění práce, ušetření nákladů, snížení přejezdů a podobné. Další část popisuje, jaké druhy korekcí můžeme využívat, jaké navigace a příslušenství jsou pro nás dostupné a nejčastěji využívané. Dále vám popíši produkty a možnosti GPS navigace od třech nejznámějších dodavatelů, od společnosti TRIMBLE, TOPCON a JOHN DEERE.
26
5.1 Druhy přesnosti Tabulka 1: Přesnost korekcí
OZNAČENÍ PŘESNTI
PŘESNOST MEZI JÍZDAMI
Poskytovatel
Vužití
DGPS
±30 cm
EU (ESA)
Postřiky, hnojení, příprava půdy,
XP
±15 cm
OmniSTAR
Postřiky, hnojení, příprava, půdy, setí běžných plodin
HP
±7 cm
OmniSTAR
Postřiky, hnojení, příprava, půdy, setí běžných plodin
SF 1
±30 cm
John Deere
Postřiky, hnojení, příprava půdy,
John Deere
Postřiky, hnojení, příprava, půdy, setí běžných plodin
např. Leading Farmers a.s.
Postřiky, hnojení, příprava, půdy, setí běžných plodin, setí přesných plodin, metiřádková kultivace
SF 2
RTK
±10 cm
±2,5 cm
Tabulka 1, nám ukazuje druhy korekcí, přesnost jednotlivých korekcí, poskytovatele a využití korekce. Signál SF 1 a SF 2 jsou poskytovány společností John Deere pouze pro své přijímače, které také nepřijímají signály od jiných společností. Ostatní druhy korekcí jsou využívány více společnostmi. Korekce DGPS a SF1 jsou základní korekce, které jsou bez ročních poplatků, nenabízejí tak velkou přesnost, ale pro využití některých pracovních činností jsou dostačující. Zbylé korekce, jsou zpoplatnění, jelikož nabízejí větší přesnost pro navigaci, a tím nám poskytnou širší využití. Sami si zvolíme, zda se nám zaplatí koupě korekcí na celý rok, nebo pouze na několik měsíců. Cena za rok je rozdílná dle společnosti, které korekci nabízí, a poskytované přesnosti, kterou si hodláme zvolit. Cena za rok, se většinou pohybuje v rozmezí 25 000 - 40 000 Kč. Cena na měsíc je kolem 5 000 – 8 000 Kč. Při porovnání je mnohem výhodnější platit ročně, ale záleží na našem využívání.
27
Koupě korekcí, záleží na vybavenosti podniku, pokud máme dostatečné využití pro většinu roku, je výhodnější si jí zaplatit. Pokud hodláme využít navigaci pouze jeden nebo dva měsíce v roce je levnější zaplatit za určité měsíce.
5.2 Navigace pro zemědělství Tabulka 2: navigace
výrobce
trimble
topcon
John deere
možnost John omnistar RTK Deere asistované řízení automatické ovládání sekcí
navigace
DGPS
EZ Guide 250
ano
ne
ne
ne
ano
ne
ne
CFX 750
ano
ne
ano
ano
ano
ano
ano
FMX
ano
ne
ano
ano
ano
ano
ano
systém 110
ano
ne
ano
ano
ne
ne
ano
systém 150
ano
ne
ano
ano
ano
ano
ano
systém 200
ano
ne
ano
ano
ano
ano
ano
systém 350
ano
ne
ano
ano
ano
ano
ano
GreenStar™ 2 – 1800
ano
ano
ne
ano
ano
ano
ano
GreenStar 3 – 2630
ano
ano
ne
ano
ano
ano
ano
Obrázky navigací viz. příloha. Tabulka 2, je soupis nejdostupnějších navigačních zařízení na našem trhu. Z tabulky je jasné a zřetelné, že většina navigací zvládne jízdu s autopilotem, nebo alespoň s asistovaným řízením. Systémy EZ Guide 250 a Systém 110 sice nejsou schopná využívat automatického řízení, ale každý z těchto modelů má i své výhody Ez Guide 250 má možnost asistovaného řízení a Systém 110 ovládání sekcí. Ostatní modely jsou schopny, poté co si dokoupíme potřebné doplňky, plně využít většiny nabízených služeb. Záleží pouze na našem rozhodnutí, který z modelů si zvolíme, co hodláme s navigací dělat, od které společnosti si jí pořídíme a jakou cenu nám nabídne prodejce. Ceny modelů, se liší od výrobce, modelu a jejich příslušenství. Například pro asistované řízení, jak již bylo zmíněno, musíme dokoupit servomotor a podobně. Dnes výrobci volí pro své nové navigace dotykové obrazovky, větší úhlopříčku, rychlejší procesory, vyšší rozlišení, a každý nový model s sebou vždy nese určité 28
vylepšení než starší model, ať je to třeba lepší určení polohy při náklonu traktoru, lepší ovladatelnost stroje při zhoršených podmínkách. Každý výrobce, nabízí ke svým navigacím rozdílné služby.
29
6
ZÁVĚR Cílem mé práce bylo seznámení s využitím navigací a jejich přínos v rostlinné
výrobě. Úvod
jsem
věnoval
seznámení
s GPS,
GLONASS
a
GALILEO,
tedy
„poskytovatelům“ signálu pro určení polohy, následně kdo jej zprostředkovává. Vysvětlil jsem, co způsobuje nepřesnosti v navigaci a jak můžeme zpřesnit navádění korekcemi. V další části jsem v jednotlivých činnostech rostlinné výroby, od zpracování půdy, setí, ošetření porostu, hnojení ke sklizni a následné evidenci map pro kontrolu, popsal, jaké výhody a nevýhody navigace při dané činnosti má. Navigační systémy mají velkou řadu výhod, které je dobré využívat. Ušetří nám nejen čas a peníze, ale sníží nám opotřebení strojů, zvýší nám efektivitu práce a kvalitu odvedené práce. Uvedl jsem poskytovatele korekčních signálu, jaký druh korekce poskytují a jakou přesnost nám přinese. Shrnul jsem, druhy navigací od společností Trimble, Topcon a John Deere, které jsou pro nás k dostání. Téma využití navigací v rostlinné výrobě mě jako budoucího agronoma velice zaujalo, jak z důvodu snížení vstupních nákladů při setí, hnojení a dalších činnostech, tak i možnost autopilota a asistovaného řízení, které usnadní práci obsluze, jízda ve stejném řádku sníží utužení půdy, zvýši přesnost jízdy a eliminuje chyby vzniklé manuálním pojezdem, jako například vynechávky, nebo překrytí. Kvůli vysokým pořizovacím nákladům a i částečné skepsi starších agronomů, ještě nejsou navigace tak hojně využívány. Samozřejmě, rychlejší návratnost mají větší podniky, s výměrou několika set až tisíc hektarů. Při takovém množství je úspora nákladů znatelnější. Uplatnění navigací je i na malých farmách, nebo v rodinných hospodářstvích. V tomto případě bude návratnost takové investice trvat déle, ale klady navigací jsou značné, a návratnost se dostaví.
30
7
Přílohy
Obrázek 17:EZ Guide 250
Zdroj: www.trimble.com/agriculture/ez-guide-250.aspx
Obrázek 18: CFX 750
Zdroj: www.trimble.com/agriculture/cfx-750.aspx
Obrázek 19: FMX
Zdroj: www.trimble.com/agriculture/fmx-display.aspx
31
Obrázek 20: System 110
Zdroj: ag.topconpositioning.com/en/ag-products/guidance-systems/system-110
Obrázek 21:System 350
Zdroj: ag.topconpositioning.com/en/ag-products/guidance-systems/system-350
32
Obrázek 22: GreenStar 2 – 1800
Zdroj: johndeeredistributor.cz/Zemedelska-technika/Produkty/AMS-presnezemedelstvi/Displej-GreenStar-2-1800
Obrázek 23: GreenStar 3-2630
Zdroj: johndeeredistributor.cz/Zemedelska-technika/Produkty/AMS-presnezemedelstvi/Displej-GreenStar-3-2630
33
8
Seznam obrázků
Obrázek 1:Multipath ....................................................................................................... 12 Obrázek 2:RTK-VRS ...................................................................................................... 14 Obrázek 3:Světelná lišta .............................................................................................. 16 Obrázek 4: Manuální navádění ....................................................................................... 16 Obrázek 5: Asisitované řízení ......................................................................................... 17 Obrázek 6: autopilot........................................................................................................ 17 Obrázek 7:AB přímka ..................................................................................................... 18 Obrázek 8: FreeForm ...................................................................................................... 18 Obrázek 9:Pivot .............................................................................................................. 19 Obrázek 10:Souvrať ........................................................................................................ 19 Obrázek 11: Identická křivka .......................................................................................... 20 Obrázek 12:Adaptabilní křivka ....................................................................................... 20 Obrázek 13: setí s ovladáním spojek ........................................................................... 20 Obrázek 14: klasické setí ........................................................................... 21 Obrázek 15: Systém vypínání sekcí ................................................................................ 23 Obrázek 16: Machine Sync ............................................................................................. 24 Obrázek 17:EZ Guide 250 .............................................................................................. 31 Obrázek 18: CFX 750 ..................................................................................................... 31 Obrázek 19: FMX ........................................................................................................... 31 Obrázek 20: System 110 ................................................................................................. 32 Obrázek 21:System 350 .................................................................................................. 32 Obrázek 22: GreenStar 2 – 1800..................................................................................... 33 Obrázek 23: GreenStar 3-2630 ....................................................................................... 33
34
9
Použitá literatura:
VÍTEK, P. Nepublikované přednášky z předmětu Precizní zemědělství, 2013, Leading Farmers CZ a.s. ČABELKA, M. 2008, úvod do GPS, Praha, 74s.
Internetové zdroje [1] tomtom, 2013, Historie GPS, online [cit. 2013-18-4] dostupné na:http://www.tomtom.cz/howdoesitwork/page.php?ID=6&CID=2&Language=10 [2] EAS, 14.leden 2013, What is Galileo, online [cit. 2013-18-4] dostupné na: http://www.esa.int/Our_Activities/Navigation/The_future_-_Galileo/What_is_Galileo [3] John deere, 2013, StarFire-RTK, online [cit. 2013-10-3] dostupné na: http://johndeeredistributor.cz/Zemedelska-technika/Produkty/AMS-presnezemedelstvi/StarFire-RTK [4]Trimble, 2013, EZ Guide 250, online [cit. 2013-19-3] dostupné na: http://www.trimble.com/agriculture/ez-guide-250.aspx [5]Trimble, 2013, CFX-750, online [cit. 2013-19-3] dostupné na: http://www.trimble.com/agriculture/cfx-750.aspx [6]Trimble, 2013, FMX, online [cit. 2013-19-3] dostupné na: http://www.trimble.com/agriculture/fmx-display.aspx [7] Topcon, 2013, Aplication control system, online [cit. 2013-19-3] dostupné na: http://ag.topconpositioning.com/en/ag-products/application-control-systems [8] John deere, 2013, AMS- přesne zemědělství. online [cit. 2013-15-3] dostupné na: http://johndeeredistributor.cz/Zemedelska-technika/Produkty/AMS-presne-zemedelstvi [9] PÍCHA, P. 2012, Medaile jsou jsou rozděleny. online [cit. 2013-2-4] dostupné na: http://www.agromachinery.cz/post/medaile-jsou-rozdeleny-340/ [10] POSPÍŠIL, M. 201, Přesné zemedělství:výhody systému. online [cit. 2013-26-4] dostupné na:http://www.agroweb.cz/Presne-zemedelstvi:-vyhodysystemu__s1600x56795.html
35
