Využití systémů GPS u techniky pro pěstování rostlin Bakalářská práce

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

Využití systémů GPS u techniky pro pěstování rostlin Bakalářská práce

Vedoucí práce: Ing. Jiří Pospíšil, CSc.

Vypracoval: Jakub Buršík

Brno 2011

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. Diplomová 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 ……………………………………

Poděkování Rád bych poděkoval vedoucímu práce panu Ing. Jiřímu Pospíšilovi, CSc. za umožnění psát práci pod jeho vedením a za konzultace v průběhu tvorby práce. Dále bych rád poděkoval panu Ing. Jiřímu Jůnovi za spolupráci a poskytování potřebných informací a materiálů pro tvorbu této práce.

Abstrakt Tato bakalářská práce s názvem „Využití systémů GPS u techniky pro pěstování rostlin“ se zabývala technologií GPS a jejím využitím v zemědělství. Bakalářská práce je rozdělena na dvě části, teoretickou a praktickou. Teoretická část je zaměřena na uvedení do dané problematiky a popsání navigačních systémů, seznámení s jednotlivými navigačními systémy, vysvětlení korekčního signálu a využití GPS navigace v precizním zemědělství. Praktickou část tvoří porovnávání manuálního navádění a navádění pomocí GPS a jejich porovnání s ohledem možné úspory. Klíčová slova družicové systémy, GPS, RTK, precizní zemědělství

Abstract

This bachelor thesis entitled "The use of GPS technology for growing plants" dealt with GPS technology and its use in agriculture. The thesis is divided into two parts, theoretical and practical. The theoretical part is aimed at putting into this issue and describe navigation systems, introduction to various navigation systems, explaining the correction signal and the use of GPS in precision agriculture. The practical part is the comparison of manual navigation and navigation by GPS and compare them with regard to possible savings. Keywords satellite systems, GPS, RTK, precision agriculture

1

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

2

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

3

NAVIGAČNÍ SYSTÉM ....................................................................................... 11 3.1

Historie............................................................................................................. 11

3.2

Navigace........................................................................................................... 11

3.3

Vývoj navigační systémy ................................................................................. 12

3.4

Dopplerovské systémy ..................................................................................... 12

3.4.1

Transit ....................................................................................................... 13

3.4.2

Cyklon....................................................................................................... 13

3.5

4

5

GPS (global position systém)........................................................................... 13

3.5.1

Kosmický segment.................................................................................... 14

3.5.2

Řídící segment .......................................................................................... 15

3.5.3

Uživatelský segment ................................................................................. 17

3.6

GLONAS.......................................................................................................... 17

3.7

Galiloe .............................................................................................................. 18

KOREKCE POLOHY.......................................................................................... 19 4.1

DGPS (diferenciální GPS) ............................................................................... 19

4.2

Korekční signál RTK ....................................................................................... 19

4.2.1

RTK VRS (virtuální pozemní stanice)...................................................... 21

4.2.2

RTK Extend ............................................................................................. 22

4.2.3

Terénní korekce ........................................................................................ 22

PRECIZNÍ ZEMĚDĚLSTVÍ............................................................................... 24 5.1

Výnosové mapy................................................................................................ 24

5.1.1

Odběr půdních vzorků .............................................................................. 24

5.1.2

Zpracování dat .......................................................................................... 25

5.2

Princip měření okamžitého výnosu .................................................................. 25

5.2.1

Měření objemu zrna světelným paprskem (princip světelné bariéry)....... 25

5.2.2

Měření objemu zrna pomocí odměrného kola .......................................... 26

5.2.3

Měření hmotnosti zrna pomocí radiačního čidla. ..................................... 26

5.2.4

Měření hmotnosti zrna pomocí nárazové desky. ...................................... 27

5.2.5

Měření hmotnosti zrna pomocí vážení dopravníku zrna .......................... 28

5.2.6

Měření hmotnosti zrna pomocí kapacitního čidla..................................... 28

5.3

AFS (Advance Farming System) počítačový software.................................... 28

5.4

Řízení stroje ..................................................................................................... 29

5.4.1

Manuální řízení ......................................................................................... 31

5.4.2

Asistované řízení....................................................................................... 32

5.4.3

Automatická navigace............................................................................... 34

6

METODIKA PRÁCE ........................................................................................... 36

7

VLASTNÍ PRÁCE ................................................................................................ 39 7.1

Při překrytí p=20%........................................................................................... 39

7.2

Při překrytí 15% ............................................................................................... 40

7.3

Práce při překrytí 10% ..................................................................................... 42

7.4

Práce při překrytí 5% ....................................................................................... 43

7.5

Autopmatická navigace pomocí GPS............................................................... 44

7.6

Vyhodnocení .................................................................................................... 46

7.7

Úspora nafty při zpřesňování jízd .................................................................... 47

7.7.1

Úspory při porovnání práce s 20% překrytím a navigačním systémem ... 47

7.7.2


7.7.3


7.7.4

Úspory při porovnání práce s 5% překrytím a navigačním systémem ..... 49

7.8

Vyhodnocení .................................................................................................... 50

8

ZÁVĚR .................................................................................................................. 51

9

SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČEK .................................................................... 52

10

LITERATURA...................................................................................................... 54

11

OBRÁZKY ............................................................................................................ 56

12

TABULKY............................................................................................................. 58

1

ÚVOD

Celosvětový rozmach techniky zasahuje téměř do všech odvětví lidské činnosti. Lidé nové technologie využívají pro zjednodušení práce, ale také k úspoře nákladů, které každá práce obnáší. Jedním největších rozmachů za poslední roky prošly bezesporu informační technologie. Některé z nich se dokonce staly nedílnou součástí našich životů. Jedná se především o počítače, bez kterých si většina z nás už téměř ani nedokáže život představit. Pozadu nezůstává ani zemědělství, které nové prvky z jiných odvětví využívá ve svůj prospěch a snaží se pomocí nich vylepšovat technické vlastnosti jak traktorů, tak i zemědělského nářadí. U traktorů se technologové snaží o zvýšení výkonu a snižování spotřeby paliv. Moderní technologie umožňuje nahrazení manuální práce počítači se stejnou, nebo dokonce větší přesností. A díky tomu můžeme dbát na větší šetrnost strojů při práci. Dnešní doba je postavena na normách, které musíme dodržovat, není tomu jinak ani v zemědělství. Například ekologické normy které jsou nyní velmi sledované, se dají pomocí moderní techniky opět o trochu minimalizovat. Díky novým technologiím, může dnes v zemědělství pracovat téměř s centimetrovou přesností, což je u některých operací velmi žádané. Tuto možnost nám poskytuje navigace, která byla v minulém století vyvinuta téměř k dokonalosti. GPS v zemědělství ušetří čas i peníze. A to díky palubnímu počítači a GPS, který dokáže při jednom objetí pozemku nahrát všechny potřebné informace, které pak při každé jízdě samočinně vykonává. Zpřesňuje nám jízdu po pozemku, což vede k úspoře jízd potřebných k opracování pole.

9

2

CÍL PRÁCE

Cílem mé práce je seznámit čtenáře s pojmem navigační technologie. S jejich vývojem a principem jejich fungování. Chci zhodnotit současný stav a předpokládaný vývoj v oblasti technických prvků s využitím systémů přesného určování polohy stroje na pracovišti. V praktické části chci porovnat efektivnost práce při použití stroje vybaveného systémem GPS a stroje řízeného manuálně.

10

3

NAVIGAČNÍ SYSTÉM

3.1 Historie Navigační systémy byly vyvinuty pro zpravidelnění dopravy. Jak námořní, tak i letecké. Bylo téměř nezbytné vyvinout navigační metody, které by umožňovali navádět dopravní prostředky po předem určených trasách a určování jejich polohy. Dříve bylo navádění možné pouze pomocí přírodních systémů, jako byly např. orientační body na pobřeží, astronomická tělesa a podobně. Člověk využíval k navigaci úhlová měření. Až ve 20. století se začaly využívat různé navigační systémy, nejčastěji založené na šíření radiových vln. Z počátku byly navigační systémy rozmístěny na zemském povrchu. Teprve s rozvojem raketové techniky a umělých družic Země, se začaly přesunovat i do Vesmíru. Dnes už radiová navigace převládá nad všemi ostatními druhy navigace. Družicové navigační systémy se vyvinuly až po dnes známé systémy jako jsou GPS (global position systém) a GLONASS.

3.2 Navigace Navigace je cílevědomé vedení dopravních prostředků, nebo lidí z jednoho místa na druhé po předem určené trase. Až do 20. století se využívala především v námořní dopravě. Termín navigace vznikl z latinského navis (znamenající „loď“) a agare (znamenající „přemísťovat, směrovat“). Nyní se termín navigace využívá i s pozemní, leteckou a kosmickou dopravou.

V průběhu tisíciletí se vyvinulo několik různých

metod navigace, založené na matematickém nebo fyzikálním principu: -

Navigace podle orientačních bodů

-

Navigace podle hvězd

-

Navigace výpočtem

-

Radiová navigace

-

Inerciální navigace. 11

Dalším dělením může být i druh dopravy, ve které je navigační metoda používána: -

Námořní metoda

-

Navigace pod vodní hladinou

-

Pozemní navigace

-

Letecká navigace

-

Kosmická navigace

3.3 Vývoj navigačních systémů Za dobu existence radiové navigace byla vybudována celá řada radiových navigačních systémů. Později se předpokládalo, že systém GPS může řešit všechny problémy v oblasti navigace jakýchkoliv dopravních prostředků a za jakékoliv situace, tedy i v extrémně náročných aplikacích jako je automatické přistávání letadel. Nicméně byla provedena řada studií i praktických testů, které ukázaly, že některé parametry systému GPS neumožňují jeho využití jako jediného navigačního systému především v civilní letecké dopravě, s výjimkou navigace po trase dálkového přeletu. Proto se stále více mluví o vybudování globálního navigačního systému, který by tvořily jak družicové, tak i pozemní subsystémy. Díky těmto zjištěním proto došlo i k přehodnocení výše uvedeného harmonogramu útlumu existujících radiových navigačních systémů a k prodloužení životnosti některých z nich.

3.4 Dopplerovské systémy Dopplerovské systémy družicové navigace budovaly v šedesátých letech obě světové supervelmoci. Spojené státy americké i tehdejší Sovětský svaz. Jimi vybudované systémy byly primárně určeny pro navigaci nově se objevivších atomových ponorek, které umožňovaly dlouhodobou plavbu pod hladinou moře, kdy nebylo možné využívat běžné navigační metody. Ponorky se musely spoléhat především na prostředky inerciální navigace., které však z dlouhodobého hlediska nemohly zajistit potřebnou 12

přesnost určování polohy. Bylo nezbytné čas od času korigovat s využitím jiné navigační metody.

3.4.1

Transit

První rutinně provozované globální navigační systém pracující na principu dopplerovských měření a pokrývající svými signály celý povrch Země uvedlo do provozu ministerstvo obrany Spojených států amerických v roce 1964. Jednalo se o družicový navigační systém námořnictva USA známý pod názvem Transit. Byl určen k navigaci na hladině moří a oceánů. Tvořilo ho šest družic, které obíhaly ve výšce 1 075km a tři pozorovací stanice umístěné na území USA. Přesnost lokalizace se postupně zvyšovala (z původních 800m na pozdějších 5m). Ačkoliv se jednalo primárně o systém vojenský, postupně se rozšířilo i jeho komerční využití pro civilní námořní navigaci. V roce 1996 byl systém Transit poslán do výsluhy. Celkově se odhaduje, že v době jeho největší slávy systém používalo až 80 000 civilních uživatelů.

3.4.2 Cyklon Obdobný systém byl vybudován a provozován i bývalým Sovětským svazem. Koncem šedesátých let byl pro potřeby ponorkového loďstva uveden do provozu Dopplerovský navigační systém, označovaný názvem Cyklon.

3.5 GPS (global position systém) Na základě dobrých zkušeností s Dopplerovskými systémy družicové navigace bylo na počátku sedmdesátých let jen kousek vybudovat zcela nový družicový pasivní dálkoměrný systém, který by umožňoval určování polohy v trojrozměrném prostoru spolu s přesným časem a zpřístupnil by tak družicovou navigaci i letectvu. Definitivní rozhodnutí o vybudování prvního takovéhoto systému padlo 17. Prosince 1973 ve Spojených státech amerických, kdy byl oficiálně zahájen projekt NAVSTAR – GPS. A v dnešní době je již jedním z nejvýznamnějších navigačních systémů. Tento Globální polohový systém, jak již bylo uvedeno, je určen pro stanovení polohy a času na povrchu 13

zemi. Jeho výhodou je vysoká přesnost, dostupnost armádě i civilistům a vysoká rychlost. Má i nevýhody, mezi které patří nemožnost měření v podzemí, horší měření v hustých porostech i v úzkých údolích a nezbytná přímá viditelnost na družice. Systém GPS se skládá ze tří segmentů: -

kosmické

-

řídící

-

uživatelské [3]

3.5.1 Kosmický segment Kosmickým segment je tvořen soustavou umělých družic, které Zemi obíhají po známých, přesně definovaných a určených oběžných drahách (obrázek 2.1). Komický segment je definován: -

typem oběžných drah (nízké, střední, vysoké, geostacionární, kruhové nebo eliptické)

-

výškou, sklonem a počtem oběžných drah

-

počtem a rozmístěním družic na oběžných drahách

Konfigurace kosmického segmentu je dána požadavky uživatelského segmentu a možností řídicího segmentu.

Obrázek 3.1 Rozmístění a dráhy 24 družic tvořících FOC (http://www.beruna.cz/rs/print.php?t=58[cit 2011-1-3] )

14

3.5.2 Řídící segment Řídící segment je tvořen sadou pozemních stanic, které plní řadu úloh: •

monitorování signálů družic kosmického segmentu

•

vyhodnocování chování družic na oběžných drahách a určování parametrů oběžných drah jednotlivých družic

•

vyhodnocení chování hodin na družicích a určování korekčních parametrů

•

sledování a vyhodnocování stavu družic

•

vysílání aktualizovaných parametrů na družice

•

manévry družic

•

údržba družic

•

řízení celého systému

V pozemním segmentu zpravidla rozlišujeme tři typy stanic: •

monitorovací stanice – jsou rozmístěny tak, aby umožňovaly stálé sledování co největšího počtu družic po co nejdelší dobu, monitorují signály vysílané družicemi kosmického segmentu a přenášejí je do centra (Obrázek 2.3).

•

hlavní řídicí stanice – je zpravidla jedna (plus jedna záložní), zpracovává signály z monitorovacích stanic, provádí modelování chování kosmického segmentu, určování parametrů oběžných drah a korekčních parametrů hodin na družicích a výsledky předává na stanice určené pro komunikaci s družicemi (obrázek 2.2).

•

Stanice

pro

komunikaci

s družicemi

–

zpravidla

jsou

totožné

s monitorovacími stanicemi, slouží k přenášení nově určených parametrů oběžných drah a korekčních parametrů atomových hodin na družice a také slouží k jejich ovládání (obrázek 2.2).

15

Konfigurace řídicího segmentu je dána především obrannou strategií státu, budující a provozující družicový polohový systém (to v případě vojenského systému), respektive možností rozmístění a provozování stanic pozemního segmentu na svém území případně na území jiných států (to v případě civilního systému).

Obrázek 3.2 Příjem signálu a zpětné vyslání s opravenými daty (http://www.beruna.cz/rs/print.php?t=58[cit 2011-1-3] )

Obrázek 3.3 Monitorovací stanice systému GPS (http://www.beruna.cz/rs/print.php?t=58[cit 2011-1-3] )

16

3.5.3 Uživatelský segment Uživatelský segment je tvořen přijímači (obrázek 2.4), veškerým technickým zařízením umožňujícím a usnadňujícím využití družicového polohového systému, postupy měření a vyhodnocování a samozřejmě i uživateli samotnými. Jeho „konfigurace“ je plně dána požadavky uživatelů a technickými možnostmi a omezeními kosmického segmentu (s řídícím segmentem uživatelé do přímého styku nepřicházejí).

Obrázek 3.4 Příjmače signálu GPS (GPS http://www.beruna.cz/rs/print.php?t=58[cit 2010-10-3])

3.6 GLONAS Mezi významné družicové systémy patří GLONASS (Globalnaja Navigacionnaja Sputnikovaja Sistěma) vyvinutý v bývalém Sovětském Svazu v 70. letech. Družice jsou vynášeny na kruhovou oběžnou dráhu do výšky 20 000km. V plném rozsahu má systém 24 družic, z nichž 18 je operačních a 6 záložních. Hlavní rozdíl mezi GPS a GLONASS je ve způsobu sdílení přiděleného kmitočtového pásma. Signál GPS vysílají všechny aktivní družice na stejné frekvenci. Zatímco GLONASS a každá jeho aktivní družice vysílá na charakteristické frekvenci. Systém se skládá z kosmické družice, řídícího střediska a jednotlivých terminálů. Uvedení terminálu do provozu trvá 1-3 minuty a nový údaj o poloze je získáván s periodou 1-10 vteřin. Přesnost této navigace je udávána v rozmezí 10-20 metrů.

17

3.7 Galiloe Projekt byl pojmenován podle významného italského vědce Galilea Galileiho, který se mimo jiné zajímal i o problémy námořní navigace. Cílem projektu Galileo je vytvoření evropského globálního družicového navigačního systému. Jedním z hlavních důvodů pro vznik systému Galileo je snaha o nezávislost na amerických a ruských systémech. Projekt Galileo, který byl oficiálně zahájen 19.7.1999 je založen na spolupráci Evropské komise a Evropské kosmické agentury. Evropská komise dohlíží na projekt a formuluje základní požadavky na systém, zatímco kosmická agentura řeší technické parametry a také vývoj, výrobu a ověření funkcí vesmírných i pozemních částí systému. Systém byl na rozdíl od navigačních systémů GPS a GLONASS od začátku směrován jako systém pro civilní uživatele. Předpokládá se, že největším uživatelem bude obor dopravy. Systém by měl nalézt využití z 80 % v dopravě a v aplikacích s ní souvisejících. Systém Galileo je založen na stejném principu jako GPS a Glonass.[5]

18

4

KOREKCE POLOHY

Pro zvýšení přesnosti v řádech centimetrů se dnes používají korekční úpravy signálu GPS, které se označují zkratkami DGPS nebo RTK.

4.1 DGPS (diferenciální GPS) Přesnost GPS (jednotky metrů) je sice úžasná, ale pro některé odvětví jejího použití je potřeba její přesnost zvětšit - například v zemědělství hrají roli i menší odchylky. Potom může pomoci diferenciální GPS. Jedná se o to, že signál z družic je zatížen určitou chybou, která je z nemalé části způsobena odchýlením a odlišnou rychlostí šíření elektromagnetických vln v částech atmosféry (ionosféra). Tato chyba bude u přijímačů, které od sebe nejsou příliš vzdáleny přibližně stejná. Pokud budeme znát přesnou polohu jednoho stabilního přijímače (referenční přijímač) bude chyba zjistitelná z rozdílu známých souřadnic a souřadnic zjištěných ze signálu družic. Referenční přijímač pak může údaje o chybě předat ostatním blízkým přijímačům, které mohou odečtením této chyby opravit vlastní polohu. Propojení může být realizováno např. bezdrátovým spojením. V každém případě je u takovýchto přesných měřeních důležité zajistit příjem co největšího počtu družic a během odečtu polohy musí být přijímač v klidu. [6]

4.2 Korekční signál RTK Pro nejpřesnější určení polohy nebo navádění stroje se dnes používá vlastní referenční RTK stanice (Obr. 3.1). Zkratku RTK můžeme přeložit jako kinematické měření v reálném čase. Jde o druh DGPS korekčního signálu, ale jeho šiřitelem nejsou geostacionární družice či pevné pozemní stanice, ale přenosná referenční stanice. Při použití RTK referenční stanice je udávaná maximální odchylka paralelních jízd u korekčního signálu LFC RTK a RTK VRS s udávanou relativní i absolutní (meziroční) přesnosti +/- 2-5cm. To je například pro setí řádkových kulturních plodin obrovská výhoda. (Hodnota přesnosti je převzata od společnosti Leading Farmers CZ, a.s. uvedená u jejich poskytovaných korekčních signálů). Pro použití RTK korekce s centimetrovou přesností je nutné, aby byla základní (referenční) stanice umístěna na 19

vhodném místě. Dosah korekce závisí na jejím výkonu. Obecně se uvádí, že maximální poloměr pokrytí je za ideálních podmínek pět kilometrů. Na základové stanici, která je umístěna v bodě o známých souřadnicích, se pomocí rádiového spojení vysílají data neboli korekce do pohyblivé pracovní soupravy, kde se následně vyhodnocují. [7]

Obrázek 4.1 RTK (http://www.deere.com/en_INT/ag_equipment/ams/starfire_itc/rtk_signal/index.html, [cit 2010-10-3])

20

4.2.1 RTK VRS (virtuální pozemní stanice) Mobilní terminál obsahuje SIM kartu, která je připojena k přijímači GPS. Přijatá data o poloze stroje zasílá na centrální server VRS přes datový přenos GPRS sítě mobilních operátorů. Ve stejný okamžik dochází k příjmu GPS dat o poloze stroje do jednotlivých stanic pozemních základen, které dopočítávají přesnou chybu polohy v reálném čase a následně posílají zprávu o korekci polohy přes internet do serveru VRS. Korekce polohy pro mobilní terminál zde může být dopočítána a následně zaslána zpět do stroje přes datový přenos GPRS (obrázek 3.2). [6]

Obrázek 4.2 RTK VRS (http://www.claas.com/countries/generator/clpw/en/products/easy/on_field/satellitengestuetzte_ls/gps_pilot/rtk/start,lang=en_AU.ht ml[cit 2010-10-3])

21

4.2.2 RTK Extend RTK Extend je funkce, která umožňuje udržet funkci RTK v plné činnosti v případě, že se v zorném úhlu vyskytne nějaká překážka. Je-li přijímač StarFire iTC zapnut více než jednu hodinu, udrží funkce RTK-Extend (obrázek 3.3) přesnost RTK po dobu až 15 minut od okamžiku, kdy došlo ke ztrátě signálu základní stanice (případně po dobu 2 minut, jestliže byl přijímač zapnut méně než hodinu).

Obrázek 4.3 RTK Extend (http://www.deere.com/en_INT/ag_equipment/ams/starfire_itc/rtk_signal/index.html[cit 2011-2-3]) 4.2.3 Terénní korekce Pole, která se obdělávají, nejsou přesně rovná, vykazují určité nerovnosti terénu, které pak způsobují nepřesnosti při navigaci stroje na pozemku. Proto se musí provádět terénní korekce (obrázek3.4), které upravují vysílaný signál podle stupně naklonění svahu. Technologie kompenzace terénu počítá rozdíl mezi umístěním antény GPS a požadovanou „pracovní polohou“ naváděného stroje (střed otáčení stroje na podložce). Nezáleží na úhlu náklonu naváděného stroje. Tato kompenzace dokáže udržet stroj v požadovaném pracovním záběru nejen v nerovném, ale i v kopcovitém terénu. [6]

22

Obrázek 4.4 Terénní korekce (Technická dokumentace, New Holand [cit 2010-10-3]))

Při práci po vrstevnici na svahu se anténa DGPS umístěná na střeše kabiny stroje vychyluje při výšce h=4m již na svahu 5O. Navigátory se subscentimetrovou přesností určení polohy musí být vybaveny zařízením pro kompenzaci svahu TCM (Terezin Compensation Module). Elektronická vodováha umístěná kolmo na směr jízdy stroje nebo gyroskop jsou schopny o náklonu stroje dodávat digitální zprávu počítači. Ten opraví okamžitou polohu stroje na hodnotu, jaká by byla při výšce antény DGPS rovná nule, tzn. na povrchu pole.

23

5

PRECIZNÍ ZEMĚDĚLSTVÍ

Precizní zemědělství je zaměřeno na zvýšení produktivity, zvyšování výnosů za současného snížení nákladů. Zároveň se chrání půda i životní prostředí, díky menším vstupům do pěstitelského cyklu. Využívání GPS je v precizním zemědělství téměř nepostradatelná. Většina systémů jej potřebuje pro stanovení polohy daného bodu s určitou přesností. Pomocí dalších systémů pak může k těmto bodům přidat pořízené informace např. kolik, kde, čím hnojit a v jaké dávce.

5.1 Výnosové mapy Mapování výnosů je jednou ze základních vrstev zjišťování variability pozemku, od kterého se odvíjí další strategie v systému precizního zemědělství. Mapování výnosů je on-line proces, prováděný pomocí výnosového monitoru instalovaného na sklízecí mlátičce. Výnosová data popisují variabilitu výnosu dílčích částí pozemku, který je odrazem půdních vlastností daného pozemku. Mapování výnosů polních plodin je jedním ze základních prvků precizního zemědělství. Pro tvorbu výnosových map při sklizni zrnin bylo vyvinuto hned několik systémů, které jsou dnes v praxi rozšířeny. Liší se především metodou zjišťování okamžité průchodnosti sklízeného materiálu. Výnosová čidla pracují na objemovém a hmotnostním principu měření průchodnosti.

5.1.1 Odběr půdních vzorků Kvalita informací o variabilitě pozemku získaných na základě odběru půdních vzorků závisí na hustotě a rozmístění odběrových bodů. Systém umožňuje navrhnout na základě analýzy dostupných informací optimální odběrovou síť o pozemku vzorkování tak, aby zvolené odběrové schéma reprezentativně popsalo variabilitu pozemku pokud možno s co nejmenším počtem vzorků (nákladů). Vzorky půdy jsou následně laboratorně analyzovány na obsahy jednotlivých živin (P, K, MG, Ca) a půdní rekci, popřípadě na další vlastnosti. [6]

24

5.1.2 Zpracování dat Získané vstupní informace (výnosová data, odběry půdních vzorků) jsou pomocí softwaru PLM zpracovány. Navržena opatření- aplikační mapy jsou se zákazníkem prokonzultována a výsledky jsou pak následně předány v datovém souboru odpovídající formátu aplikační techniky a v tištěném mapovém podkladu (Obrázek 4.1). [6]

Obrázek 5.1 Výnosová mapa (Technická dokumentace, New Holand)

5.2 Princip měření okamžitého výnosu 5.2.1 Měření objemu zrna světelným paprskem (princip světelné bariéry) Tento systém měří objem zrna transportovaného do zásobníku na každé lopatce dopravníku zrna (Obrázek 4.2). Měřící čidlo se skládá ze dvou částí. První z nich je žárovka, vysílající světelný paprsek a druhou je jeho detektor. Žárovka je umístněna na jednu stranu dopravníku zrna a detektor na jeho druhou stranu proti žárovce. Jestliže je lopatka prázdná, vysílá toto čidlo konstantní signál vyšší hodnoty, protože paprsek světla není na své cestě přerušován. Jestliže je na lopatkách dopravníku zrno, začíná senzor vysílat místo konstantního signálu pulsy, protože světelný paprsek je přerušován vrstvou zrna nahromaděnou na každé lopatce. Jestliže se změří doba, po kterou je čidlem vysílán oslabený signál, je možno určit objem zrna. Popsaný systém měření používá např. firma RDS u systému Ceres. [8]

25

Obrázek 5.2 Princip práce čidla okamžitého výnosu zrna pracujícího na principu světelného paprsku (Ing. Dr. František Kumhála, Václav Prošek ČZU Praha, Technická fakulta Arslan, S., Inanc, F., Gray, J., Colvin, T. (2000[cit 2011-3-15]))

5.2.2 Měření objemu zrna pomocí odměrného kola

Firma Claas (a jiné) experimentovala se systémem založeným na činnosti lopatkového odměrného kola umístěného za dopravníkem zrna. Zrno musí projít při cestě do zásobníku přes odměrné lopatkové kolo. To je vybaveno senzorem, který měří jeho rychlost otáčení. Nad odměrným kolem je umístěn další senzor, který hlídá hladinu zrna, plnící jednotlivé prostory mezi lopatkami kola. Jakmile se prostor mezi lopatkami naplní, dovolí otočení kola a plnění dalšího prostoru. Protože objem prostoru mezi lopatkami je známý, lze z otáček kola a objemu tohoto prostoru vypočítat objemovou průchodnost zrna. [8]

5.2.3 Měření hmotnosti zrna pomocí radiačního čidla. Firma Massey Ferguson vyvíjí a používá od roku 1993 radiační detektor na měření množství zrna, které jím prochází. Čidlo je umístěno na výstupu dopravníku 26

vyčištěného zrna do zásobníku. Zdroj radiačního záření je umístěn přesně pod výpadem zrna. Radiační čidlo umístěné nad výstupem zrna proti zdroji radiačního záření měří množství radiačního záření, které na něj dopadá. Zrno, které prochází přes toto záření pohlcuje určité jeho množství. Množství radiace, které dojde až k radiačnímu čidlu je nepřímo úměrné množství zrna, které prochází tímto prostorem. [8]

5.2.4 Měření hmotnosti zrna pomocí nárazové desky. Firma Case IH (a další) používají přibližně stejný systém měření okamžitého výnosu založený na činnosti nárazové desky (Obrázek 4.3). Tou se měří hmotnost zrna vycházejícího z dopravníku zrna. Zrno odhazované lopatkami dopravníku zrna naráží na zakřivenou desku. Sílu, kterou zrno nárazem na desku vyvíjí lze převodníkem převést na napěťový signál. Tato síla je úměrná hmotnosti zrna, narážejícího na desku. Na předchozím principu pracuje také čidlo s nárazovými tyčinkami. Pouze jeho konstrukce je odlišná. Místo nárazové desky jsou do proudu sklízeného zrna vloženy měřící tyčinky. Nárazové desky umístěné tak, aby do ní naráželo zrno u výstupu ze zrnového dopravníku používá také firma John Deere u systému GreenStar. Převod síly vyvinuté nárazem zrna na nárazovou desku je však řešen pomocí potenciometrického převodníku. Ten mění napětí podle toho, jak velkou silou působí zrno na nárazovou desku. [8]

Obrázek 5.3 Princi práce čidel okamžitého výnosu zrna s nárazovou deskou ( Ing. Dr. František Kumhála, Václav Prošek ČZU Praha, Technická fakulta Arslan, S., Inanc, F., Gray, J., Colvin, T. (2000) [cit 2011-3-15]) 27

5.2.5 Měření hmotnosti zrna pomocí vážení dopravníku zrna K měření hmotnosti zrna byl použit také systém založený na průběžném vážení vodorovné větve dopravníku zrna. Protože u moderních sklízecích mlátiček by bylo nutné dopravník zrna za tímto účelem upravovat, není tento princip v praxi rozšířen. [8]

5.2.6 Měření hmotnosti zrna pomocí kapacitního čidla Princip práce kapacitního čidla je dán skutečností, že dielektrická konstanta směsi vzduchu a určitého materiálu se zvyšuje se zvyšujícím se množstvím materiálu mezi deskami kondenzátoru. Z tohoto důvodu lze prostřednictvím měření změny kapacity kondenzátoru určit množství materiálu mezi jeho deskami. Jsou známy i další systémy měření okamžitého výnosu zrna, např. na principu ultrazvuku nebo infračerveného záření, ale v praxi nejsou rozšířeny. Z hlediska zvýšení přesnosti naměřených údajů jsou všechny uvedené systémy zpravidla doplněny čidlem zjišťujícím okamžitou vlhkost sklízeného zrna. [8]

5.3 AFS (Advance Farming System) počítačový software S pomocí softwaru AFS (Obrázek 4.4) se dají získávat data o výkonnosti, výnosu, vlhkosti produktu a ty následně přičlenit konkrétnímu pozemku pro získání výnosových map. Získaná data lze také uložit pod jménem konkrétného pozemku pro následné vyhodnocení. Na základě těchto dat se mohou následně vytvořit aplikační mapy pro hnojení nebo provedení postřiků. Také se dají přímo v počítači navrhnout jízdy po pozemku a s pomocí datové karty je přenést do monitoru v traktoru. Řidič si zvolí jméno pozemku a systém řízení ho začne automaticky vézt po přednastavených paralelních liniích. Pouze na základě kvalitních informací lze provádět vyhodnocení prováděných činností a lépe specifikovat náklady na jednotlivé práce. AFS systém pro pokročilé precizní zemědělství je řešením jak optimalizovat náklady a dosáhnout v budoucnosti vyšších zisků.

28

Obrázek 5.4 AFS (Advance Farming System) počítačový software (http://www.agrics.cz/soubory/case_ih_pronavigace_www-dd9f3c.pdf [cit 2010-4-4])

5.4 Řízení stroje Tato zařízení využívá technologie družicového určování polohy GPS (Global Positioning Systém). Jde o funkci navigace. Ta je v hierarchii využívaných funkcí GPS na nejvyšším stupni. Je nejnáročnější na rychlost a spolehlivost určení prostorové polohy při požadované přesnosti. V nabídce zařízení pro paralelní jízdy (často označované termínem „navigátory“) se na trhu uplatňují jednofrekvenční a dvoufrekvenční přijímače GPS. Podle použitého typu korekčního signálu dosahují submetrové nebo subcentimetrové přesnosti. Obě verze lze použít jak pro manuální navádění stroje obsluhou, tak i pro automatické řízení stroje (kromě pohybu při otáčení 29

na souvratích). Princip činnosti zařízení pro paralelní jízdy začíná digitálním záznamem první jízdy stroje po pozemku (Obr. 4.6). V dalším kroku počítač od této linie na mapě vytyčí požadované linie dalších jízd s roztečí shodnou s pracovním záběrem. Při práci poté srovnává okamžitou pozici stroje s touto požadovanou linií. Odchylku od ní signalizuje obsluze nebo ovladači automatického řízení. K signalizaci při manuálním navádění se používá přijímač DGPS s anténou a mikropočítačem, který ovládá světelnou lištu s textovým displejem. Odchylku jízdy od požadované linie signalizují světelné barevné diody, od středu lišty v pořadí zelené, žluté a červené. Jedna pozice znamená odchylku od 0,1 do 0,9m (citlivost je nastavitelná). Řidič opravuje směr jízd tak, aby svítila střední zelená dioda. Na textovém displeji jsou doplňující údaje - pořadí jízdy, okamžitá rychlost nebo i varování o vjezdu na již zpracovanou plochu. Některá zařízení mají kromě antény DGPS všechny části integrovány do jednoho celku. Mohou být doplněna i monitorem, který zobrazuje mapu pozemku, plánované osy jízd, pozici stroje i ošetřenou plochu. Zařízení pro automatické navádění se skládá ze shodných prvků, je navíc doplněno snímači polohy řízení (kol i volantu) a servopohonem řízení. Přijímač DGPS dodává přesnou polohu, počítač ji porovná s plánovanou na digitální mapě. Je-li odchylka, vydá příkaz servořízení. Tento cyklus se opakuje 5- 20krát za sekundu. Proces automatického navádění zahajuje obsluha spínačem, ukončí opět spínačem nebo pootočením volantu. Pro ovládání řízení se využívá elektrohydraulických ovladačů nebo elektropohonu krokovým motorem pro přímé otáčení volantem. Při práci po vrstevnici na svahu se anténa DGPS umístěná na střeše kabiny stroje vychyluje. Při výšce h=4m již na svahu 5O. Navigátory se subscentrimetrovou přesností určení polohy musí být vybaveny zařízením pro kompenzaci svahu TCM (Terezin Compensation Module). Elektronická vodováha umístěná kolmo na směr jízdy stroje nebo gyroskop jsou schopny o náklonu stroje dodávat digitální zprávu počítači. Ten opraví okamžitou polohu stroje na hodnotu, jaká by byla při výšce antény DGPS rovná nule, tzn. na povrchu pole. [9]

30

A+

FreeForm

Identická a adaptibilní křivka

AB linie

jednoduchá a vícenásobná souvrať

Pivot Obrázek 5.5 Schéma vedení stroje po poli (http://www.gps-agro.cz/fmx/ [cit 2010-4-4] )

5.4.1 Manuální řízení Při manuálním řízení stroj ovládá manuálně řidič, který udržuje stroj v takové dráze, kterou mu stanovuje monitor, nebo světelná lišta umístěna v zorném poli řidiče. Displej nebo světelná lišta bývjí většinou připevněny na předním skle tak, aby řidič viděl na pole i na displej. Světelná lišta je vybavena třemi barvami diod (Obrázek 4.7), zelené, žluté a červené. Řidič má udržovat stroj v poleze zelených diod, které určují přímou trasu, kterou má obsluha udržovat. Jestliže se řidič od určené trasy odchýlí, rozsvítí se výstražné diody, na té straně lišty na, kterou se stroj vychyluje. Modernější variantou 31

tohoto systému je navádění lcd displejem (Obrázek 4.6), na kterém se zobrazuje stroj ve stopě ve které má být veden. Pomocí této vizuální kontroly je obsluha dříve schopna reagovat na změnu směru.

Obrázek 5.6 lcd disple EZ-Guide 250 (http://www.agronavigace.cz/guide250.html, [cit 2010-4-5])

Obrázek 5.7 Světelná lišta LB25 externí lišta pro EZ-Guide (Zdroj:http://www.leadingfarmers.cz/?uri=http://www.leadingfarmers.cz/shop/default.a sp?context=GPS%20naviga%C4%8Dn%C3%AD%20syst%C3%A9my\4.%20Syst.%20 manu%C3%A1ln%C3%ADho%20%C5%99%C3%ADzen%C3%AD%20podle%20GPS %20firmy%20Trimble%26virtual=important&index=656, [cit 2010-4-5])

5.4.2 Asistované řízení Asistované řízení vychází ze způsobu manuálního řízení, ale snaží se eliminovat chyby, které při manuálním řízení vznikají. Manuální systém je rozšířen o elektromotor 32

(Obrázek4.8), nebo výměnný volant, který nahrazuje manuální řízení. Při použití elektromotoru musí být traktor vybaven posilovačem řízení, který umožňuje snazší ovládání kol. Elektromotor díky datům přiváděným přes navigační systém otáčí volantem a tím zajistí relativně přesné řízení. Jak už bylo uvedeno tento systém řízení se snaží eliminovat chyby manuálního řízení pomocí světelných diod, tudíž je tento systém přesnější. I přesto zde existují určité odchylky způsobené vůlí všech komponentů.

Obrázek 5.8 Řídící jednotka s elektromotorem upevněna k volantu stroje EZ-Steer™ (technická dokumentace, New Holand)

33

5.4.3 Automatická navigace Automatická navigace (Obrázek 4.9) je nejpřesnější úrovní řízení. Řízení stroje je plně automatické, není zapotřebí zásahů obsluhy. Pomocí snímačů natočení kol a snímače polohy volantu, hydraulických ventilů řízení a spínače aktivace automatického navádění řídí pracovní soupravu po pozemku. Pokud dojde k vychýlení kol, tak se přes kontrolní čidla vyhodnotí jejích vychýlení, pak pošle řídící jednotka signál hydraulickým ventilům řízení, které vrátí pracovní soupravu do správné polohy. Při manuálním řízení ovládá hydraulické ventily řízení řidič. U automatického systému má za povinnost pouze tento systém aktivovat a pak částečně navést pracovní soupravu do následující jízdy. Na konci každé jízdy pro otočení na souvrati a najetí do další stopy, vypne obsluha systém ručně, nebo stačí pohnout volantem a systém se vypne automaticky. Při navádění k další jízdě najíždí pod úhlem 45o od stopy a pak ručně spínačem aktivuje navigátor. Poté se pracovní souprava sama navede do stopy a dále jede v daném směru.

Obrázek 5.9 Automatické řízení (Technická dokumentace, New Holand)

34

Obrázek 5.10 Porovnání naváděcích systémů (Technická dokumentace, New Holand)

35

6

METODIKA PRÁCE

Vlastní práce spočívá v dokázání úspory při využití GPS v zemědělství. Hlavním cílem bude porovnání vedení stroje při použití automatické navigace pomocí GPS a bez použití GPS při manuálním řízení. Nebylo prováděno žádné měření, proto se bude vycházet pouze z teoretických hodnot. Při manuálním řízení se bude počítat s 5%, 10%, 15% a 20% překrytí jednotlivých jízd a budeme je porovnávat s automatickou jízdnou pomocí GPS. Pracovní souprava bude jezdit člunkovým způsobem na vymezeném poli, v optimálních podmínkách při hodinové spotřeba paliva 36l/hod. Šířka pozemku [1]: L [m]

(1)

Z daného pozemku vypočteme počet jízd [2]: n= počet jízd

(2)

d [m]

(3)

Bk [m]

(4)

Délka zpracovávaného pole [3]:

Konstrukční záběr [4]:

Z daného pozemku vypočteme počet jízd s daným překrytím p[5]: n≡

L[m] Bk [m]∗ p

(5)

Průměrná pracovní rychlost [6]: Vp [km/h]

(6)

Čas celého procesu [7]:

Tc [hod] ≡ 36

L[m]∗ n V p [km / h]

(7)

Hodinová spotřeba paliva: [8] Qh=[l/hod]

(8)

Průměrné množství spotřebované nafty [9]:

Q p [l km] =

Qh [l hod ] V p [km / h]

(9)

Určení ujetých kilometrů [10]:

s = L[km]∗ n

(10)

Q T [l] = Q p [l / km] ∗ s[km ]

(11)

Stanovení spotřeby nafty [11]:

Celková plocha pozemku [12]:

S [ha ] ≡

L[m] ∗ d [m] 10000

(12)

Podle výše uvedených dat, budeme moc spočítat skutečnou výkonnost[13]: W s [ha / h ] ≡

1 ∗ S [ha ] Tc [h ]

(13)

Pro ekonomické zhodnocení je potřeba zjistit cenu nafty [14] a hodinovou mzdu [15]: Cn [Kč]

(14)

Cp [Kč/h]

(15)

Celková úspora nafty [16] se spočítá jako rozdíl spotřebované nafty při manuálním

řízení a při použití navigace a vynásobení počtem hektarů. Cena uspořena [17] díky přesnější práci, se vyjádří vynásobením množstvím uspořené nafty a cenou za litr nafty: Qu [l ] = Qt1 [l ] − Qt 2 [l ]

(16)

C nu [Kč ] = C n [kč ] ∗ Qu [l ]

(17)

37

Úspora času se vypočte jako rozdíl času při práci manuální navigací a práci s navigací [18]: Tu [hod ] = Tc1 [hod ] −T c 2 [hod ]

(18)

Úspora mzdy obsluhy stroje [19], kterou spočteme jako násobek úspory času a hodinové mzdy obsluhy: M u [Kč ] = Tu [h]∗ C p [Kč / h]

(19)

P[Kč ] = Tu [Kč ] + M u [Kč ]

(20)

Celková úspora tedy bude [20]:

38

7

VLASTNÍ PRÁCE

Na poli o výměře 1000x1000 m bylo zvolenol ústrojí které bude mít šířku osm metrů a bude po poli jezdit člunkovým způsobem. Při průměrné rychlosti Vp= 12 km/h budeme postupně snižovat míru překrytí jednotlivých pracovních stop soupravy a vypočítáme kolik se při dané přesnosti překrytí ušetří na daném pozemku nafty, času a tudíš i peněz. Předpokládáme, že máme konstantní podmínky a zanedbáváme určité ztráty, které bychom při normálním měření brali v potaz. Zanedbáváme, také čas na obracení. Spotřeba hodinového množství paliva je 36l/hod.

7.1 Při překrytí p=20% Šířka pozemku: L= 1000 m= 1 km

(21)

d=1000 m= 1 km

(22)

Bk= 8 m= 0,008 km

(23)

Délka zpracovávaného pole:

Konstrukční záběr:

Z daného pozemku vypočteme počet jízd s daným překrytím p: n≡

1000 8 ∗ 0,80

(24)

n= 156,25 Průměrná pracovní rychlost: Vp=12 km/h

(25)

1 ∗ 156,25 12 Tc = 13,021hod

(26)

Čas celého procesu: Tc ≡

Hodinová spotřeba paliva:

39

Qh=36l/hod

(27)

36 12 Q p = 3 l km

(28)

Průměrné množství spotřebované nafty: Qp =

Určení ujetých kilometrů: s = 1 ∗ 156,25 s = 156,25km

(29)

Stanovení spotřeby nafty:

Q T = 3 ∗ 156,25 Q T = 468,75l

(30)

1000 ∗ 1000 10000 S = 100ha

(31)

Celková plocha pozemku:

S≡

Podle výše uvedených dat, budeme moc spočítat skutečnou výkonnost:

1 ∗ 100 13,021 Ws = 7,679ha / hod Ws ≡

(32)

7.2 Při překrytí 15% Z daného pozemku vypočteme počet jízd s daným překrytím p: n≡

1000 8 ∗ 0,85

n= 147,05925

40

(33)

Průměrná pracovní rychlost: Vp=12 km/hod

(34)

1 ∗ 147,059 12 Tc = 13,021hod

(35)

Qh=36l/hod

(36)

36 12 Q p = 3 l km

(37)

Čas celého procesu:

Tc ≡




(38)


Q T = 3 ∗ 147,059 Q T = 441,176l

(39)

1000 ∗ 1000 10000 S = 100ha

(40)

Celková plocha pozemku : S≡

41

Podle výše uvedených dat, budeme moc spočítat skutečnou výkonnost: 1 ∗ 100 12,255 Ws = 8,160ha / hod Ws ≡

(41)

7.3 Práce při překrytí 10% Z daného pozemku vypočteme počet jízd s daným překrytím p: n≡

1000 8 ∗ 0,90

(42)

n= 138,889 Průměrná pracovní rychlost: Vp=12 km/hod

(43)

1 ∗138,889 12 Tc = 11,574hod

(44)

Qh=36l/hod

(45)

36 12 Q p = 3 l km

(46)




Určení ujetých kilometrů: s = 1 ∗138,889 s = 138,889km 42

(47)


Q T = 3 ∗138,889 Q T = 416,6667l

(48)

1000 ∗ 1000 10000 S = 100ha

(49)

Celková plocha pozemku: S≡


(50)

7.4 Práce při překrytí 5% Z daného pozemku vypočteme počet jízd s daným překrytím p: n≡

1000 8 ∗ 0,95

(51)

n= 131,579 Průměrná pracovní rychlost: Vp=12 km/hod

(52)

1 ∗ 131,579 12 Tc = 10,965hod

(53)


Průměrné Hodinová spotřeba paliva: 43

Qh=36l/hod

(54)

36 12 Q p = 3 l km

(55)



(56)

Stanovení spotřeby nafty: Q T = 3 ∗131,579 Q T = 394,736l

(57)

Celková plocha pozemku: 1000 ∗ 1000 10000 S = 100ha S≡

(58)


(59)

7.5 Autopmatická navigace pomocí GPS Z daného pozemku vypočteme počet jízd s daným překrytím p: n≡

1000 8 ∗1

n= 125

44

(60)

Průměrná pracovní rychlost: Vp=12 km/hod

(61)

1 ∗125 12 Tc = 10,417 hod

(62)

Qh=36l/hod

(63)

36 12 Q p = 3 l km

(63)

s = 1 ∗125 s = 125km

(64)


Průměrné Hodinová spotřeba paliva:


Určení ujetých kilometrů:

Stanovení spotřeby nafty: Q T = 3 ∗ 125 Q T = 375l

(65)

Celková plocha pozemku: 1000 ∗ 1000 10000 S = 100ha S≡

(66)

Podle výše uvedených dat, budeme moc spočítat skutečnou výkonnost: 1 ∗100 10,417 Ws = 9,6ha / hod Ws ≡

45

(67)

Tabulka 7.1 Porovnání vypočtených hodnot

20% překrytí 15% překrytí 10% překrytí 5% překrytí autopilot s navigací n= počet jízd

Vp Tc Ws n [km/hod] [hod] s [km] Qt [l] S [ha] [ha/hod] 7,680 156,250 12,000 13,021 156,250 468,750 100,000 147,059 12,000 12,255 147,059 441,176 100,000 8,160 138,889 12,000 11,574 138,889 416,667 100,000 8,640 131,579 12,000 10,965 131,579 394,737 100,000 9,120 125,000

12,000

Vp=průměrná rychlost

Qt= spotřeba nafty

10,417 125,000 375,000 100,000

9,600

Tc= celkový čas s= ujeto kilometrů

S= Výměra zpracovávaného pozemku

Ws=skutečná výkonnost

7.6 Vyhodnocení Při daných podmínkách jsme zjistili, že při zvyšující se přesnosti navádění, se nám mění i jednotlivé prvky. Při procentuálním zpřesňování jízd se snižuje počet jízd a proto se snižuje i čas potřebný pro zpracování vyměřeného pozemku. Sníží se i počet ujetých km, tudíž dochází i ke snížení spotřeby paliva. Všechny ukazatele nám dokazují, že zpřesňování práce nám dokáže ušetřit jak čas, tak i spotřebované palivo. Porovnání postupného snižování je vyhodnoceno v tabulce (Tabulka6.1).

46

7.7 Úspora nafty při zpřesňování jízd Pro ekonomické zhodnocení je potřeba zjistit cenu nafty a hodinovou mzdu a celkovou výměru zpracovávané plochy: Cn = 27,30Kč bez DPH

(68)

Cp= 110Kč/hod

(69)

7.7.1 Úspory při porovnání práce s 20% překrytím a navigačním systémem Celková úspora nafty se spočítá jako rozdíl spotřebované nafty při manuálním řízení a při použití navigace a vynásobení počtem hektarů. Cena uspořena díky přesnější práci, se vyjádří vynásobením množstvím uspořené nafty a cenou za litr nafty: Qu = 468,750 − 375,000 Qu = 93,750l C nu = 27,30 ∗ 93,750 C nu = 2559,375kč

(70)

(71)

Úspora času se vypočte jako rozdíl času při práci manuální navigací a práci s navigací: Tu = 13,021 − 10,417 Tu = 2,607 hod

(72)

Úspora mzdy obsluhy stroje , kterou spočteme jako násobek úspory času a hodinová mzda obsluhy: M u = 2,607 ∗ 110 M u = 286,458kč

(73)

Celková úspora tedy bude: P = 2599,375 + 286,458 P = 2845,833kč

47

(74)

7.7.2 Úspory při porovnání práce s 15% překrytím a navigačním systémem Celková úspora nafty se spočítá jako rozdíl spotřebované nafty při manuálním řízení a při použití navigace a vynásobení počtem hektarů. Cena uspořena díky přesnější práci, se vyjádří vynásobením množstvím uspořené nafty a cenou za litr nafty: Qu = 441,176 − 375,000 Qu = 66,176l C nu = 27,30 ∗ 66,176 C nu = 1806kč

(75)

(76)

Úspora času se vypočte jako rozdíl času při práci manuální navigací a práci s navigací: Tu = 12,255 − 10,417 Tu = 1,838hod

(77)

Úspora mzdy obsluhy stroje , kterou spočteme jako násobek úspory času a hodinová mzda obsluhy: M u = 1,838 ∗110 M u = 202,206kč

(77)


(78)


48

(79)

(80)

Úspora času se vypočte jako rozdíl času při práci manuální navigací a práci s navigací: Tu = 11,574 − 10,417 Tu = 1,157 hod

(81)

Úspora mzdy obsluhy stroje , kterou spočteme jako násobek úspory času a hodinová mzda obsluhy: M u = 1,157 ∗ 110 M u = 127,315kč

(82)


(83)


(84)

(85)

Úspora času se vypočte jako rozdíl času při práci manuální navigací a práci s navigací: Tu = 10,965 − 10,417 Tu = 0,548hod

(86)

Úspora mzdy obsluhy stroje, kterou spočteme jako násobek úspory času a hodinová mzda obsluhy: M u = 0,548 ∗110 M u = 60,307 kč

49

(87)


(88)

Tabulka 7.2 Úspory finančních nákladů Qu[l] Cnu[kč] Tu[hod] 20% 93,750 2 559,375 2,604 15% 66,176 1 806,618 1,838 10% 41,667 1 137,500 1,157 5% 19,737 538,816 0,548 Qu=úspora nafty [l] Cnu= úspora nákladů za naftu [kč]

Mu[kč] P[kč] 286,458 2 845,833 202,206 2 008,824 127,315 1 264,815 60,307 599,123 Tu= úspora času [hod]

P=celková úspora nákladů [kč]

7.8 Vyhodnocení Porovnával jsem rozdíl spotřebované nafty při manuálním navádění a při navádění pomocí GPS a rozdíl uspořené nafty a času mezi těmito dvěma naváděcími systémy. Porovnáním jednotlivých měření s 20%, 15%,10% a 5% překrytím s naváděním pomocí GPS, jsem dospěl k výsledkům, které ukazují jasnou výhodu používání GPS navigace. Zvyšováním přesnosti překrytí se nám hodnoty na cenu za naftu a za mzdy pracovníkům postupně snižovali, jak je dokázáno v tabulce úspor(Tabulka6.2).

50

8

ZÁVĚR

Cílem práce bylo zhodnotit současný stav a předpokládaný vývoj v oblasti technických prvků s využitím systémů přesného určování polohy stroje na pracovišti. A porovnání efektivnosti práce při použití stroje vybaveného systémem GPS a stroje řízeného manuálně. V teoretické části mé bakalářské práce jsem popisoval vývoj navigačních systémů, jejich rozdělení a stálé zdokonalování až po jejich dnešní podobu. Stručně jsem popsal nejznámější navigační systémy GLONAS a GALILEO, které jsou v této době nejvyužívanější. Dále jsem zpracoval problematiku korekce polohy, pomocí DGPS (diferenciální GPS) a korekčního signálu RTK. V mé práci jsem měl za úkol, zjištění možného využití GPS v zemědělství, což jsem provedl ve srovnání s precizním zemědělstvím, kde je GPS jednou z podstatných věcí, pro přesné navádění stroje na pole. V precizním zemědělství se GPS využívá k vytváření výnosových map, jak už bylo řečeno, k navádění stroje ne pole a možným řízením stroje jak pomocným při manuálním řízení, tak při plně automatizovaném řízení. Využívání GPS systému v českém zemědělství není ještě tak rozšířeno, ale domnívám se, že za nedlouho tomu tak nebude a GPS bude využívat většina zemědělských firem. Jak jsem dokázal ve své praktické práci, má práce při navádění pomocí GPS velký vliv na úsporu finančních nákladů, a snižování času potřebného k práci na pozemku. To může být pro firmu využívající tento systém velkým přínosem. Další výhodou je samotné navádění, kdy stroj pomocí čidel a palubního počítače může sám jezdit po poli a obsluha se plně věnuje kontrole a nemusí se zabývat manuálním

řízením stroje. Nevýhodou GPS systémů jsou jejich vysoké pořizovací náklady. Ovšem pro firmy s velkou výměrou pozemku to může mít brzkou návratnost, kterou jsem dokázal a doložil tabulkou úspor (Tabulka 6.2). Domnívám se že technologie využívaná v zemědělství jde stále dopředu. Stroje se budou dále zdokonalovat, budou jezdit úsporněji a pracovat s větší účinností. Tomuto by měla zajisté dopomáhat i technologie GPS.

51

9

SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČEK

• GPS

Globálně poziční systém

• GNSS

Global Navigation Satelite Systém

• Glonass

Global´naya Navigatsionnaya Sputnikovaya sistema

• Navstar

Navigation Signal Timing and Ranging

• GIS

Geografický informační systém

• RTK

Real Time Kinematic

• RTK VRS

Real Time Kinematic Virtual Reference Station

• DGPS

Diferenciální globální poziční systém

• AFS

Advance Farming Systém

• TCM

Terezin Compensation Module

• L

[m]

• n

šířka pozem [m] počet jízd

• d

[m]

délka zpracovávaného pole [m]

• Bk

[m]

konstrukční záběr [m]

• p

[m]

překrytí [m]

• Vp

[km/hod]

průměrná pracovní rychlost [km/hod]

•

[hod]

čas celého procesu [hod]

• Qh

[l/hod]

hodinová spotřeba paliva [l/hod]

• Qp

[l/km]

průměrné množství spotřebované nafty [l/km]

• s

[km]

ujeté kilometry [km]

• Qt

[l]

Stanovení spotřeby nafty [l]

• S

[ha]

Celková plocha pozemku [ha]

• Ws

[ha/hod]

Skutečná výkonnost [ha/hod]

• Cn

[kč]

Cena nafty [kč]

• Cp

[kč]

Hodinová mzda [kč]

• Qu

[l]

Úspora nafty [l]

• Cnu

[kč]

Cena uspořená za naftu [kč]

• Tu

[hod]

Úspora času [hod]

• Mu

[kč]

Úspora mzdy [kč]

Tc

52

• P

[kč]

Celková úspora [kč]

53

10 LITERATURA [1] Družicové polohové systémy- doc. Ing. Petr Rpadt, CSc., Ostrava 2002, Vysoká škola báňská- Technická univerzita Ostrava [2] Družicové navigační a polohové systémy průvodce studiem- Petr Rapant, Vít Voženílek, Jan Stankovič, Kateřina Růžičková, David Vojtek, Ostrava 2003, Vysoká škola báňská- Technická univerzita Ostrava Hornicko geologická fakulta 3] Navigační systém GPS [online], [cit 2011-10/-1], dostupné z WWW: [4] ALDEBARAN BULLETIN [online], [cit 2011-1-3], dostupné z WWW: [5] KOLÁŘ, Jan, ŠUNKEVIČ, Martin. Globální družicový navigační systém Galileo. In ITT Praha Akademie kosmických technologií oblast Galileo, GMES. Česká kosmická kancelář, 2008. s. 5-99. [6] KRPATA, Pavel [online], [cit 2011-1-3], dostupné z WWW: [7] POSPÍŠIL, Jiří. Nepublikované přednášky z předmětu Řízení a obsluha strojů, 2009 [8] Technická dokumentace, New Holland [9] Mechanizace zemědělství [online], [cit 2011-1-3] dostupné z WWW: [10] Ing. Dr. František Kumhála, Václav Prošek, ČZU Praha, Technická fakulta [11] Strojní linky pro hnojení, Ing. Pavel kovaříček, CSc., Ing. Zdeněk Abrham, CSc., doc. Ing. Josef Hůla, CSc., Marcela Vlášková, Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha. [online], [cit 2011-1-3] dostupné z WWW: [12] farmweb [pnline], [cit 2011-1-4] dostupné z WWW:

54

[13] HOFMANN-WELLENHOF, B. -- LICHTENEGGER, H. -- COLLINS, J. Global Positioning System : Theory and Practice. 5. vyd. Berlin: Springer, 2001. 22 s. ISBN 3211-83534-2. [14] RAPANT, P. Družicové polohové systémy. 1. vyd. Ostrava: Vysoká škola báňská Technická univerzita, 2002. 197 s. ISBN 80-248-0124-8. [15] ŽDÍMAL, V. -- POSPÍŠIL, J. -- ŠAFÁŘ, V. Proměnlivost reflektance ozimé pšenice. In "MZLU pěstitelům" Sborník odborných příspěvků. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2008, s. 128--130. ISBN 978-80-7375-187-6

55

11 OBRÁZKY Obrázek 3.1 Rozmístění a dráhy 24 družic tvořících FOC (http://www.beruna.cz/rs/print.php?t=58[cit 2011-1-3] )............................................. 14 Obrázek 3.2 Příjem signálu a zpětné vyslání s opravenými daty (http://www.beruna.cz/rs/print.php?t=58[cit 2011-1-3] ).............................................. 16 Obrázek 3.3 Monitorovací stanice systému GPS (http://www.beruna.cz/rs/print.php?t=58[cit 2011-1-3] ) ............................................... 16 Obrázek 3.4 Příjmače signálu GPS http://www.beruna.cz/rs/print.php?t=58[cit 2010-10-3]) ............................................................................. 17 Obrázek 4.1 RTK (http://www.deere.com/en_INT/ag_equipment/ams/starfire_itc/rtk_signal/index.html, [cit 2010-10-3]) .............................................................................................................. 20 Obrázek 4.2 RTK VRS (http://www.claas.com/countries/generator/clpw/en/products/easy/on_field/satellitengestuetzte_ls/gps_pilot/rtk/start,lang=en_AU.ht ml[cit 2010-10-3]) ................................................................................................. 21 Obrázek 4.3 RTK Extend (http://www.deere.com/en_INT/ag_equipment/ams/starfire_itc/rtk_signal/index.html[cit 2011-2-3])....................................................................................................................... 22 Obrázek 4.4 Terénní korekce (Technická dokumentace, New Holand [cit 2010-103])) ...................................................................................... 23 Obrázek 5.1 Výnosová mapa (Technická dokumentace, New Holand) ...................... 25 Obrázek 5.2 Princip práce čidla okamžitého výnosu zrna pracujícího na principu světelného paprsku (Ing. Dr. František Kumhála, Václav Prošek ČZU Praha, Technická fakulta Arslan, S., Inanc, F., Gray, J., Colvin, T. (2000[cit 2011-3-15])) .... 26 Obrázek 5.3 Princi práce čidel okamžitého výnosu zrna s nárazovou deskou ( Ing. Dr. František Kumhála, Václav Prošek ČZU Praha, Technická fakulta Arslan, S., Inanc, F., Gray, J., Colvin, T. (2000) [cit 2011-3-15]) .................................................. 27 Obrázek 5.4 AFS (Advance Farming System) počítačový software (http://www.agrics.cz/soubory/case_ih_pronavigace_www-dd9f3c.pdf [cit 2010-4-4])29 Obrázek 5.5 Schéma vedení stroje po poli (http://www.gps-agro.cz/fmx/ [cit 2010-44] ) .................................................................. 31 Obrázek 5.6 lcd disple EZ-Guide 250 (http://www.agronavigace.cz/guide250.html, [cit 2010-4-5]) ........................................................................ 32 56

Obrázek 5.7 Světelná lišta LB25 externí lišta pro EZ-Guide (Zdroj:http://www.leadingfarmers.cz/?uri=http://www.leadingfarmers.cz/shop/default.a sp?context=GPS%20naviga%C4%8Dn%C3%AD%20syst%C3%A9my\4.%20Syst.%20 manu%C3%A1ln%C3%ADho%20%C5%99%C3%ADzen%C3%AD%20podle%20GPS %20firmy%20Trimble%26virtual=important&index=656, [cit 2010-4-5]).................. 32 Obrázek 5.8 Řídící jednotka s elektromotorem upevněna k volantu stroje EZ-Steer™ (technická dokumentace, New Holand) .......................................................................... 33 Obrázek 5.9 Automatické řízení

(Technická dokumentace, New Holand)............ 34

Obrázek 5.10 Porovnání naváděcích systémů (Technická dokumentace, New Holand) ............................................................ 35

57

12 TABULKY Tabulka 7.1 Porovnání vypočtených hodnot................................................................. 46 Tabulka 7.2 Úspory finančních nákladů..................................................................... 50

58

Využití systémů GPS u techniky pro pěstování rostlin Bakalářská práce

Recommend Documents