Прогресс и высокие технологии существенно облегчают нашу жизнь, в самых разных ее проявлениях, например, в быту, на больших и малых производствах и даже в сельском хозяйстве. И если раньше земледелие проводилось исключительно силами человека и животных, то сегодня повсеместно используются разнообразные земледельческие машины и высокотехнологичное оборудование. В частности, примером такого полезного и, вне всякого сомнения, высокотехнологического оборудования можно назвать навигатор для трактора (система параллельного вождения), позволяющий машине двигаться по установленному заранее маршруту.

Преимущества навигации для тракторов очевидны всем тем, кто умеет считать деньги и любит грамотно распределять и экономить свои финансы. Так, например, навигационные приборы позволяют:

• Экономить топливо и ГСМ.
• Оптимизировать движение техники внутри поля и с одного поля на другое.
• Увеличить загрузку техники в 2, а то и в 3 раза.

Как итог – явная экономия денежных средств!

Система параллельного вождения представляет собой установку специального визуального экрана – курсоуказателя, контроллера и приемника GPS. Данная система позволяет запомнить необходимый курс, направляя трактор параллельно заранее проложенной линии. Следование назначенной траектории или отклонение от нее будет отображаться на экране.

При этом навигация позволяет проводить не только прямолинейную обработку поля, но и криволинейную, минимизируя вероятность возникновения пропусков между соседними рядками. Т.е. урожай будет собран практически на 100%.

По итогам проведенной работы тракторист получит полный отчет, выведенный на монитор.

Какие виды навигации для тракторов существуют?

В настоящий момент существует два основных вида навигации для тракторов – автопилот и система параллельного вождения.

Автопилот позволяет снизить нагрузку на человека (тракторист будет только разворачивать технику). Также благодаря автопилотированию можно выполнять работы, например, во время плохой видимости (мелкого дождя, тумана и даже ночью), что существенно повышает производительность труда и позволяет пускать транспорт для круглосуточной работы (конечно, если позволяет его конструкция).

Однако, каждая из представленных на рынке навигационных систем отличается по тем или иным характеристикам и неплохо было бы узнать, на какие параметры обращать внимание и какие нюансы учитывать при их приобретении.

Качественный дисплей

Дисплей является одним из важнейших элементов системы параллельного вождения, от качества которого напрямую зависит удобство работы.

Качественный дисплей должен быть:

• Ярким и контрастным – информация должна легко читаться даже в солнечную погоду. Матовый экран не будет бликовать на солнце. Также желательно наличие в девайсе функции управления яркостью подсветки и ночной режим, чтобы снижать нагрузку на глаза механизатора.
• Большим и широкоформатным. Возможность увидеть больше – лучший контроль параллельного вождения.
• Прочным и защищенным. Корпус должен быть защищен от влаги и пыли, а материалы, используемые в устройстве – 100% высокого качества.

Функциональность

Важно, чтобы все элементы управления были максимально удобно расположены, просты и понятны. Обратите внимание на размер кнопок (крупные или мелкие), язык меню и пр. Навигатор для трактора полностью должен соответствовать фразе «сделано для людей». Обязательно наличие следующих функций:

• Вождение «По прямой». Здесь все понятно – рисуем линию А-В и устройство выстраивает остальные параллельные прямые для вождения.
• Режим «Произвольного вождения». Первая поездка на тракторе может быть выполнена по криволинейной траектории, после чего устройство выведет подсказки для продолжения вождения, копируя траекторию, по которой только что ехала техника.
• Возможность «Продолжить» любой участок, сохраненный в памяти прибора.
• Возможность ручного «Редактирования полей» с вставкой обработанных участков, различных отметок, измерением площади и пр.
• Возможность просматривать выполненные работы на ПК.

Антенна

От антенны зависит качество сигнала и соответственно точность выполнения работ. Важно понимать, что «удивительный» навигатор со встроенной антенной, предлагаемый вам «с рук» по скидке, в 99% не будет точным, поэтому не экономьте и приобретайте системы, погрешность которых не превышает 0,5 метра. В таких устройствах погрешность на линии составит не более 15-20 см.

Цена

Важный параметр, который, к сожалению, лучше всего исследовать самостоятельно. Навигатор должен обладать высоким качеством и доступной (желательно не завышенной) ценой, поэтому рекомендуем внимательно изучить рынок и самостоятельно сделать соответствующие выводы.

Небольшое подведение итогов

В целом, если сравнивать результаты обработки полей с навигатором и без оного, то можно наглядно увидеть экономию денежных средств. Обычно, при обработке поля стандартным способом по внешним ориентирам пропускается около 5% посевов. При этом около 10% подвергаются двойной обработке. Т.е. необработанные посевы в итоге погибают, ну а повторная обработка может испортить часть урожая (в зависимости от типа веществ) или дать перерасход удобрений.

Любой грамотный фермер скажет, что приобретение дорогой техники не рентабельно, если водить ее как попало, поэтому рекомендуем использовать GPS-навигацию на полях и наслаждаться полученными преимуществами в виде экономии расхода топлива и ГСМ, а также оптимизации передвижения трактора внутри поля или с одного поля на другое.

О преимуществах параллельного вождения

Давайте подробнее рассмотрим как, где и насколько эффективно использовать системы параллельного вождения . Главная задача использования предельно проста – сделать возможным проход трактора с навесным агрегатом по полю так, чтобы каждая последующая полоса была ровно по краю предыдущей , избегая пропуски и перекрытия. Двигаясь по полю ровно - Вы экономите значительные средства.

Любой тракторист, даже самый опытный не сможет работать без огрехов. А каждая ошибка механизатора это либо необработанная земля, либо земля обработанная дважды. В первом случае будут расти сорняки, которые давят соседние рядки, снижая качество урожая. Во втором: это не обоснованный перерасход семенного материала и удобрений.

В действительности рисунок обработки поля выглядит так:

Как же обеспечить ровную траекторию движения по полю Вашего трактора?

• довериться механизатору и его зоркому глазу;
• нанимать сигнальщика и отправлять его бегать по полю и ставить вешки, для ориентирования механизатора;
• использовать пенные маркера;
• использовать системы параллельного вождения на основе приема координат спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS.

Рассмотрим подробнее каждый способ:

1.Мастерство механизатора.

В каждом хозяйстве есть великолепные трактористы. Надежные, не пьющие, настоящие профессионалы. Во-первых, такие люди скорее исключение, чем правило. Во-вторых никто не отменял пресловутый «человеческий фактор». Проблемы дома, плохое настроение, не увидел, не заметил, отвлекся. Никто не отменял погодные условия, никто не отменял работу только в светлое время суток.

2.Прием на работу сигнальщиков.

Конечно, сигнальщики облегчат работу механизатору, ведь у него появляется ориентир движения. При этом сигнальщиков необходимо найти, платить зарплату, в добавок к этому не решается проблема работы в условиях плохой видимости, плюс опять же большая вероятность ошибки тракториста, связанная с тем же «человеческим фактором».

3.Использование пенных маркеров.

Довольно высокая точность, значительно снижается вероятность ошибки. Главным недостатком является неустойчивость маркеров к таким природным явлениям как ветер, дождь. Многие фермеры отмечают и тот факт, что при жаркой погоде пенный материал очень быстро теряет свои качества и маркер становится практически не видимым. Не решенным остается вопрос работы в условиях плохой видимости. Также не стоить забывать о высокой стоимости пенных маркеров.

4.Использование систем параллельного вождения.

Использованием навигации в сельском хозяйстве никого не удивишь. Почти каждый фермер имеет в своем арсенале системы параллельного вождения и никогда не вернется к предыдущим трем методам. Почему?

• возможность работы при недостаточной видимости (ночью, в тумане, пыли);
• позволяет полностью отказаться от сигнальщиков и использования маркеров;
• снижает расход семенного материала, ГСМ и минеральных удобрений;
• сокращается время выполнения работ;
• снижается утомляемость, повышается эффективность работы механизатора;
• возможность подсчета площадей.

Все это позволит:

• сократить перекрытия до 10%, следовательно избежать перерасхода семенного материала, ГСМ и минеральных удобрений.
• увеличить сменную производительности на 20%
• увеличить рабочие время на 100% за счет работы ночью

Как работает система параллельного вождения

Система параллельного вождения основана на приеме сигналов спутников GPS/ГЛОНАСС. Основными сферами применения являются: обработка почв, посев зерновых и пропашных культур, междурядная культивация, опрыскивание и разбрасывание удобрений для точного ориентирования машины во время рабочего хода.

Как это работает:

• На трактор устанавливается (для этого достаточно лишь прикуривателя) и подключается антенна. Для стабильной работы её необходимо вывести на крышу;
• Навигатор получает данные со спутников, а также дифференцированные поправки с базовых станций;
• Механизатор, находясь на кромке поля отмечает точку А,проходит гон, отмечает точку Б. Курсоуказатель прокладывает параллельные линии, согласно заданной траектории;
• В случае ошибки механизатора(перекрытия), диодная шкала навигатора смещается в сторону огреха, а на экране перекрытие штрихуется;
• После выполнения работы агроном может посмотреть качество работы, выгрузив данные на компьютер.

Режимы обработки поля:

• 1 - «Стандартный режим» движение происходит параллельно базовой прямой АВ;
• 2 - «Адаптивная кривая» каждая последующая загонка повторяет предыдущую;
• 3 - «Идентичная кривая» все последующие загонки повторяют начальную криву АВ;
• 4 - Предварительная обработка зон разворотов по контуру поля (это линия 1-2 см. рисунок), с последующей обработкой поля загонками, параллельными базовой прямой (это линия 3-4 см. рисунок).

В сельском хозяйстве получили широкое распространение и доказали свою эффективность три класса приборов для управления движением тракторов и комбайнов, использующих GPS-приемники: системы параллельного вождения и подруливающие устройства для автопилотирования.

Использование космических навигационных систем становится возможным после установки на транспортное средство специального приемника, постоянно получающего сигналы о местоположении навигационных спутников и расстояниях до них. В зависимости от требуемой точности управление такой техникой осуществляется механизатором вручную по показаниям метки на экране дисплея, либо с использованием подруливающего устройства или автопилотирования.

Система параллельного вождения является самой наглядной и быстро окупаемой частью технологии точного земледелия, предназначена для проведения полевых работ и наиболее эффективна в условиях применения с широкозахватной техникой.

Система параллельного вождения - это активное участие механизатора в управлении машиной по схеме «измерение текущих координат сельхозмашины - отображение отклонений от заданного маршрута на табло в кабине - вращение механизатором рулевого колеса для удержания агрегата на заданном маршруте».

К сожалению, психомоторная реакция среднестатистического человека не позволяет осуществлять параллельное вождение с отклонениями менее ±30 см, что также соответствует точности GPS-приемника, опирающегося только на обычные 24 спутника. В общем случае самая простая система параллельного вождения состоит из GPS-приемника с внешней антенной и указателя курса. Системы легко и быстро устанавливаются на трактор или комбайн. Требуется только подключение к электропитанию и установка внешнего блока (приемник GPS). Обучение механизаторов работе с данным видом оборудования, в зависимости от желаемой «глубины» изучения, составляет от нескольких минут до суток.

Необходимо отметить, что использование приборов параллельного вождения с точностью ведения агрегата ±30 см очень ограничено и используется, в основном, только на внесении удобрений. Для проведения почвообработки, посева, защиты растений, уборки и ряда других операций требуется более высокая точность ведения агрегата. В состав оборудования для систем более точного параллельного вождения входят:

Навигационный приёмник с точностью позиционирования - до 10 см, способный работать на двух частотах;
- дисплей или светодиодная панель;

Контроллер для расчета отклонений на неровностях антенны приемника и корректировки направления движения;

Подруливающее устройство.

Есть несколько распространенных способов корректировки спутниковых навигационных сигналов для достижения высокой точности. Поправки могут быть получены как от геостационарных спутников, что повысит точность до ±10 см, так и от базовой спутниковой станции РТК, расположенной в непосредственной близости от поля.

Принцип и системы автоматического вождения (автопилот) .

Автопилотирование отличается от параллельного вождения тем, что отклонения от заданной траектории, вырабатываемые GPS-приемником и навигационным контроллером, через специальные устройства (управляющий клапан) вводятся непосредственно в гидравлическую систему управления ходовой частью трактора, исключая инертность и люфт рулевого управления. В дополнение на трактор устанавливается специальный датчик угла поворота колес. Такая система обеспечивает максимальную точность (отклонение ±2 см) движения по маршруту без вмешательства механизатора.

Основное преимущество использования систем параллельного вождения - уменьшение ошибок (сведение к минимуму человеческого фактора) при обработке полей. Практика показывает, что при опрыскивании культур традиционным способом большинство операторов предпочитают проходить соседние ряды с перекрытием, чтобы избежать пропусков. В результате взаимное перекрытие рядов, даже с использованием пенных маркеров, составляет не менее 5 %. Применение указателей курса с подруливающими устройствами снижает перекрытие до 2…3 % и менее.

Приемник поддерживает различные варианты для поправок GPS, в т. ч. WAAD, OmniSTAR. Использование этих поправок позволяет обеспечить точность проходов до ±10 см.

Панель в графическом виде показывает текущее положение транспортного средства и обеспечивает водителя дополнительной информацией при разворотах или вождении по изогнутым рядам. Она имеет графический дисплей с возможностью считывания данных при ярком солнечном свете.

Полевой компьютер с программным обеспечением - система управления полевыми данными, использующимися для навигации, автоматического вождения, ведения записей, полевой съемки, площадной съемки, приложений с изменяемыми показателями.

Контроллер, используя данные от GPS-приемника и внутренних датчиков, находящихся в состоянии покоя и работающих по 6 осям, передает команды для системы управления.

Датчик угла поворота колес предназначен для непрерывной обратной связи с системой управления трактором.

Гидравлический клапан получает электрические сигналы от контроллера и преобразует их в гидравлические, которые система использует для удержания транспортного средства на заданном курсе.

Подруливающее устройство обеспечивает параллельное вождение с точностью до 10 см.

Базовая станция передает поправки GPS-положения на GPS-приемник трактора через радио или GSM-модем для определения координат с высокой точностью (погрешность менее ±2 см).

Возможны варианты расположения оборудования на тракторе для параллельного вождения и автопилотирования.

Минимальный набор для параллельного вождения с точностью ±30 см включает основные компоненты: светодиодная панель, антенна, установочная площадка антенны, крепежная стойка, набор соединительных кабелей, программное обеспечение и инструкция по использованию.

Данное оборудование востребовано в связи с тем, что оно обеспечивает экономию средств. Например, в Европе экономический эффект от применения GPS-оборудования в сельском хозяйстве достигает 50…60 евро на гектар.

Кстати сказать, обычная спутниковая навигация, широко применяемая на автомобильном транспорте, может дать максимальную точность только около 2 м, что недопустимо для технологий точного земледелия. Применительно к системам навигации имеются понятия абсолютной и относительной точности. Абсолютная точность - это фактические координаты, при помощи которых определяется местонахождение объекта, например, строения, автомобиля, трактора или комбайна. Для систем точного земледелия можно ограничиться относительной точностью, т. е. текущим местоположением какого-либо объекта, например, относительно первого прохода, на данный момент времени. В зависимости от используемого оборудования относительная точность должна достигать значений порядка 2,5…30 см.

В настоящее время в мире действуют несколько сервисов поправок, но в Российской Федерации работает только один - Omnistar HP/XP. Сервис работает следующим образом: компания Omnistar имеет собственную сеть базовых станций, расположенных по всему миру. Они в автоматическом режиме вычисляют необходимую коррекцию сигнала, а затем через геостационарные спутники передают поправку на конкретный GPS-приемник.

Дополнительно к дифференциальным поправкам широко применяется режим RTK, при котором на территории хозяйства размещается своя стационарная или переносная базовая станция, и поправки на приемники высылаются с неё радиосигналом с частотой 450 либо 900 МГц. При этом не нужно покупать подписку на каждый приёмник, достигается достаточно высокая относительная точность позиционирования, но, с другой стороны, необходимы значительные разовые затраты на приобретение и установку оборудования. К тому же существует ограничение по площади действия, обуславливаемое характеристиками сигнала. Так, для стационарной базовой станции это ограничение - круг радиусом 11 км, в центре которого находится базовая станция, для переносной - немного меньше. За рубежом несколько хозяйств объединяют свои RTK для снижения общих затрат и более полного перекрытия полей, при этом также может осуществляться перепродажа сигнала.

Так как точность вождения напрямую зависит от точности измерений GPS-приёмника, то очень важно знание механизаторами основных принципов работы приёмников. На точность определения местоположения влияет несколько основных факторов: временные рассогласования, количество одновременно наблюдаемых спутников, атмосферная интерференция, вариации орбит спутников, многолучевое распространение сигнала и др.

Системы параллельного вождения и автопилотирования помогают точно соблюдать расстояния между проходами машин при выполнении полевых работ. При их использовании технологические операции выполняются с минимальными перекрытиями, экономятся рабочее и машинное время, топливно-смазочные материалы, семена, удобрения и средства защиты растений. Навигация очень удобна для опрыскивания, которое лучше проводить ночью, когда ниже температура воздуха и отсутствует ветер. Таким образом, преимуществами систем параллельного вождения являются:

Точность движения агрегатов по междурядьям;

Снижение нагрузки на тракториста (машиниста);

Возможность работы в темное время суток и в условиях плохой видимости.

Для этого системы параллельного вождения имеют специальный интерфейс, существенно облегчающий работу.

Движение может осуществляться как по прямолинейным, так и по криволинейным траекториям, однако точность ведения, особенно при работе с прицепными агрегатами, выше при движении по прямым линиям.

В. И. Балабанов, А. И. Беленков, Е. В. Березовский, В. В. Егоров, С. В. Железова

Пособие: "Навигационные технологии в сельском хозяйстве".

Нивы Зауралья №7 (129) АВГУСТ 2015

Текущая страница: 2 (всего у книги 7 страниц) [доступный отрывок для чтения: 2 страниц]

Зарубежный и отечественный опыт показывает высокую эффективность технологий точного земледелия, особенно применительно к крупным хозяйствам. Например, по имеющимся статистическим данным уже в 2006 году более 80 % фермеров США в той или иной степени применяли технологии точного земледелия, благодаря чему им удалось поднять урожайность зерновых культур до 90 ц/га. При этом установлено, что затраты на внедрение точного земледелия у них окупаются уже после 2…4-х лет его использования и начинают приносить значительную прибыль.

В настоящее время точное земледелие получает все большее распространение во многих странах, в том числе и в России. В то же время, исследования в области точного земледелия за последние 15 лет показали, что это направление многопрофильное. Для его развития и повсеместного внедрения в производство потребуется намного больше времени и финансовых средств, чем для применения традиционных технологий.

Контрольные вопросы и задания

1. Когда и где зародилось понятие «точное земледелие»?

2. На каких сельскохозяйственных машинах, и каких марок впервые применялись электронные системы?

3. Какие работы в области точного земледелия проводились в Советском Союзе и других социалистических странах?

4. Когда и где появились первые машины для точного высева семян?

5. Какая фирма первой разместила на своей технике навигационное оборудование?

6. В каких странах в настоящее время технологии точного земледелия получили наибольшее развитие?

3. Системы параллельного и автоматического вождения

В сельском хозяйстве получили широкое распространение и доказали свою эффективность три класса приборов для управления движением тракторов и комбайнов, использующих GPS-приемники: системы параллельного вождения и подруливающие устройства для автопилотирования. Использование космических навигационных систем становится возможным после установки на транспортное средство специального приемника, постоянно получающего сигналы о местоположении навигационных спутников и расстояниях до них. В зависимости от требуемой точности управление такой техникой осуществляется механизатором вручную по показаниям метки на экране дисплея, либо с использованием подруливающего устройства или автопилотирования.

Система параллельного вождения является самой наглядной и быстро окупаемой частью технологии точного земледелия, предназначена для проведения полевых работ и наиболее эффективна в условиях применения с широкозахватной техникой.

Система параллельного вождения – это активное участие механизатора в управлении машиной по схеме «измерение текущих координат сельхозмашины – отображение отклонений от заданного маршрута на табло в кабине – вращение механизатором рулевого колеса для удержания агрегата на заданном маршруте» (рис. 3).

Рис. 3. Принцип функционирования прибора

К сожалению, психомоторная реакция среднестатистического человека не позволяет осуществлять параллельное вождение с отклонениями менее ±30 см, что также соответствует точности GPS-приемника, опирающегося только на обычные 24 спутника. В общем случае самая простая система параллельного вождения состоит из GPS-приемника с внешней антенной и указателя курса. Системы легко и быстро устанавливаются на трактор или комбайн. Требуется только подключение к электропитанию и установка внешнего блока (приемник GPS). Обучение механизаторов работе с данным видом оборудования, в зависимости от желаемой «глубины» изучения, составляет от нескольких минут до суток.

Необходимо отметить, что использование приборов параллельного вождения с точностью ведения агрегата ±30 см очень ограничено и используется, в основном, только на внесении удобрений. Для проведения почвообработки, посева, защиты растений, уборки и ряда других операций требуется более высокая точность ведения агрегата. В состав оборудования для систем более точного параллельного вождения входят:

навигационный приёмник с точностью позиционирования – до 10 см, способный работать на двух частотах (рис. 4);

дисплей (рис. 5) или светодиодная панель (рис. 6);

контроллер для расчета отклонений на неровностях антенны приемника и корректировки направления движения (рис. 7);

подруливающее устройство (рис. 10).

Есть несколько распространенных способов корректировки спутниковых навигационных сигналов для достижения высокой точности. Поправки могут быть получены как от геостационарных спутников, что повысит точность до ±10 см, так и от базовой спутниковой станции РТК (рис. 10), расположенной в непосредственной близости от поля.

Принцип и системы автоматического вождения (автопилот) . Автопилотирование отличается от параллельного вождения тем, что отклонения от заданной траектории, вырабатываемые GPS-приемником и навигационным контроллером, через специальные устройства (управляющий клапан) (рис. 9) вводятся непосредственно в гидравлическую систему управления ходовой частью трактора, исключая инертность и люфт рулевого управления. В дополнение на трактор устанавливается специальный датчик угла поворота колес (рис. 8). Такая система обеспечивает максимальную точность (отклонение ±2 см) движения по маршруту без вмешательства механизатора.

Основное преимущество использования систем параллельного вождения – уменьшение ошибок (сведение к минимуму человеческого фактора) при обработке полей. Практика показывает, что при опрыскивании культур традиционным способом большинство операторов предпочитают проходить соседние ряды с перекрытием, чтобы избежать пропусков. В результате взаимное перекрытие рядов, даже с использованием пенных маркеров, составляет не менее 5 %. Применение указателей курса с подруливающими устройствами снижает перекрытие до 2…3 % и менее.

Рис. 4. Приемник AgGPS 252

Приемник поддерживает различные варианты для поправок GPS, в т. ч. WAAD, OmniSTAR. Использование этих поправок позволяет обеспечить точность проходов до ±10 см.

Рис. 5. Светодиодная панель AgGPS EZ-GUIDE PLUS или EZ-GUIDE 500

Панель в графическом виде показывает текущее положение транспортного средства и обеспечивает водителя дополнительной информацией при разворотах или вождении по изогнутым рядам. Она имеет графический дисплей с возможностью считывания данных при ярком солнечном свете.

Рис. 6. Полевой компьютер Insight с программным обеспечением

Полевой компьютер с программным обеспечением – система управления полевыми данными, использующимися для навигации, автоматического вождения, ведения записей, полевой съемки, площадной съемки, приложений с изменяемыми показателями.

Рис. 7. Контроллер AgGPS NAVCONTROLLER II

Контроллер, используя данные от GPS-приемника и внутренних датчиков, находящихся в состоянии покоя и работающих по 6 осям, передает команды для системы управления.

Рис. 8 – Датчик угла поворота колес

Датчик угла поворота колес предназначен для непрерывной обратной связи с системой управления трактором.

Рис. 9 – Управляющий клапан

Гидравлический клапан получает электрические сигналы от контроллера и преобразует их в гидравлические, которые система использует для удержания транспортного средства на заданном курсе.

Рис. 10 – Подруливающее устройство

Подруливающее устройство обеспечивает параллельное вождение с точностью до 10 см.

Рис. 11 – Базовая станция (RTK)

Базовая станция передает поправки GPS-положения на GPS-приемник трактора через радио или GSM-модем для определения координат с высокой точностью (погрешность менее ±2 см).

Возможные варианты расположения оборудования на тракторе для параллельного вождения и автопилотирования показаны на рис. 12.

Рис. 12. Расположение оборудования для параллельного и автоматического вождения на тракторе (рисунок с сайта http://www.trimble.com/agriculture/autopilot.aspx)

Минимальный набор для параллельного вождения с точностью ±30 см показан на рис. 13. Основными его компонентами являются: светодиодная панель, антенна, установочная площадка антенны, крепежная стойка, набор соединительных кабелей, программное обеспечение и инструкция по использованию.

Данное оборудование востребовано в связи с тем, что оно обеспечивает экономию средств. Например, в Европе экономический эффект от применения GPS-оборудования в сельском хозяйстве достигает 50…60 евро на гектар.

Кстати сказать, обычная спутниковая навигация, широко применяемая на автомобильном транспорте, может дать максимальную точность только около 2 м, что недопустимо для технологий точного земледелия. Применительно к системам навигации имеются понятия абсолютной и относительной точности. Абсолютная точность – это фактические координаты, при помощи которых определяется местонахождение объекта, например, строения, автомобиля, трактора или комбайна. Для систем точного земледелия можно ограничиться относительной точностью, т. е. текущим местоположением какого-либо объекта, например, относительно первого прохода, на данный момент времени. В зависимости от используемого оборудования относительная точность должна достигать значений порядка 2,5…30 см.

Рис. 13. Стандартные компоненты системы

В настоящее время в мире действуют несколько сервисов поправок, но в Российской Федерации работает только один – Omnistar HP/XP. Сервис работает следующим образом: компания Omnistar имеет собственную сеть базовых станций, расположенных по всему миру. Они в автоматическом режиме вычисляют необходимую коррекцию сигнала, а затем через геостационарные спутники передают поправку на конкретный GPS-приемник.

Дополнительно к дифференциальным поправкам широко применяется режим RTK, при котором на территории хозяйства размещается своя стационарная или переносная базовая станция, и поправки на приемники высылаются с неё радиосигналом с частотой 450 либо 900 МГц. При этом не нужно покупать подписку на каждый приёмник, достигается достаточно высокая относительная точность позиционирования, но, с другой стороны, необходимы значительные разовые затраты на приобретение и установку оборудования. К тому же существует ограничение по площади действия, обуславливаемое характеристиками сигнала. Так, для стационарной базовой станции это ограничение – круг радиусом 11 км, в центре которого находится базовая станция, для переносной – немного меньше. За рубежом несколько хозяйств объединяют свои RTK для снижения общих затрат и более полного перекрытия полей, при этом также может осуществляться перепродажа сигнала.

Так как точность вождения напрямую зависит от точности измерений GPS-приёмника, то очень важно знание механизаторами основных принципов работы приёмников. На точность определения местоположения влияет несколько основных факторов: временные рассогласования, количество одновременно наблюдаемых спутников, атмосферная интерференция, вариации орбит спутников, многолучевое распространение сигнала и др.

Системы параллельного вождения и автопилотирования помогают точно соблюдать расстояния между проходами машин при выполнении полевых работ. При их использовании технологические операции выполняются с минимальными перекрытиями, экономятся рабочее и машинное время, топливно-смазочные материалы, семена, удобрения и средства защиты растений. Навигация очень удобна для опрыскивания, которое лучше проводить ночью, когда ниже температура воздуха и отсутствует ветер. Таким образом, преимуществами систем параллельного вождения являются:

точность движения агрегатов по междурядьям;

снижение нагрузки на тракториста (машиниста);

возможность работы в темное время суток и в условиях плохой видимости.

Для этого системы параллельного вождения (рис. 14) имеют специальный интерфейс, существенно облегчающий работу.

Движение может осуществляться как по прямолинейным, так и по криволинейным траекториям (рис. 15), однако точность ведения, особенно при работе с прицепными агрегатами, выше при движении по прямым линиям.

Рис. 14. Навигационный прибор EZ-Guide 500 Lightbar для системы «Автопилот» в работе

Рис. 15. Возможная траектории движения агрегатов (рисунок с сайта http://www.geomir.ru/ag_navigation_ru)

Испытания навигационной системы в России, проведенные Центром «Геомир» в 2004 г. на площадях ООО «Интеко-Агро» в Белгородской области, показали: установка системы на неподготовленный трактор John Deere занимает около 10 мин.

Бригадой механизаторов из 12 человек, ранее не работавших с системой параллельного вождения, было обработано поле культиватором «Хорш» (18,3 м) по два прохода длиной около 800 м, при этом ошибка в расстоянии между рядами составила 25 см. Использовалась поправка VBS спутника Omnistar. У систем параллельного вождения и автопилотов имеется одна особенность. «Сердце» этих систем – GPS-приемник – относится к типу датчиков, ввоз и продажа которых на территории России строго контролируется государством. Поэтому их законная реализация возможна только после сертификации и лицензирования. Для ряда систем эти процедуры уже проведены, и они разрешены к продаже.

В табл. 1 представлены данные трехлетних исследований величин стыковых междурядий при посевах различных культур по маркеру и с использованием системы «Автопилот» (рис. 16, 17) в РГАУ – МСХА имени К. А. Тимирязева.

Таблица 1.Значения ширины стыковых междурядий и отклонений от стандартной величины междурядий сеялки

Рис. 16. Вид стыкового междурядья при посеве по маркеру

Рис. 17. Вид стыкового междурядья при посеве по автопилоту

Посев зерновых культур (озимой пшеницы и ячменя) проводился в одном случае по автопилоту, в другом по маркеру. При этом посев озимой пшеницы и ячменя на отвальном фоне осуществлялся рядовой сеялкой D9-30 Amazone (далее по тексту D-9-30) с применением системы «Автопилот» и маркера. По варианту нулевой (без обработки) и минимальной обработок почвы проводился посев пневматической сеялкой прямого посева DMС Primera-3000 Amazone, (далее по тексту DMC) только с использованием автопилота. Посев викоовсяной смеси проводился двумя сеялками: D9-30 на вспашке, DMС на нулевом варианте только с применением автопилота.

В ходе исследований наблюдалась неодинаковая ширина стыковых междурядий между смежными проходами сеялок при посеве зерновых культур и викоовсяной смеси по маркеру и автопилоту. Так, в 2008 г. сеялкой D9-30 высевали ячмень по варианту отвальной обработки почвы. При этом получены отклонения значений стыковых междурядий от стандартной ширины междурядий, предусмотренных конструкцией сеялки, в случае посева ячменя по маркеру 3,4 см, с использованием автопилота – 1,5 см.

Несмотря на сравнительно хорошие средние значения отклонений (0,63 и 2,98 см в первом повторении и 1,59 и 2,68 см во втором соответственно), посев ячменя по маркеру (рис. 16) показал большее расхождение в параметрах стыковых междурядий – от +13,75 см до – 9,0 см. Такая нестыковка междурядий может иметь негативное значение, особенно при выращивании пропашных культур. При использовании системы «Автопилот» таких существенных отклонений не наблюдалось (рис. 17). Что же касается работы автопилота на отвальном и минимальном фоне, то отклонения на последнем имеют меньшие значения, так как на более плотной почве легче осуществляется управление трактором.

Необходимо отметить ещё одно важное достоинство системы «Автопилот» по сравнению с маркером. При работе по системе нулевой обработки почвы след от маркера, особенно в сумерки, не очень хорошо виден. «Автопилот» же позволяет работать в круглосуточном режиме. Одно это обстоятельство может существенно повысить эффективность работ в сельском хозяйстве: два механизатора могут работать по очереди на одном тракторе без перерыва 24 часа в сутки и проводить посевную в кратчайшие и лучшие агротехнические сроки (рис. 18).

В 2010 г. несоответствия в ширине стыковых междурядий для отдельных культур проявились следующим образом. У озимой пшеницы при посеве по отвальной обработке D9-30 по маркеру получено расстояние между смежными проходами сеялки 5 см, у ячменя – 3,2 см. При посеве по автопилоту получены результаты: 1,5 и 1,2 см. соответственно. Для вики с овсом эта величина равнялась 1,7 см. Отклонения при посеве этих культур сеялкой DMС с использованием системы GPS составили: для озимой пшеницы – 1,4 см; ячменя – 0,7 см; вики с овсом -0,3 см. При ширине междурядий сеялки 18,8 см данные несоответствия вполне допустимы.

Рис. 18. Работа в ночное время с использованием системы «Автопилот»

На пропашных культурах, помимо точной посадки, требуется проведение междурядных обработок. Поэтому, при использовании навигационных систем необходима высокая точность ведения агрегата.

В ходе экспериментов была предпринята попытка адаптировать систему «Автопилот» под междурядную обработку картофеля. Под картофель был выбран участок на склоне, чтобы сделать работу автопилота более сложной (рис. 19). В компьютер системы «Автопилот» в задание для гребнеобразователя были загружены траектории, пройденные картофелесажалкой (рис. 20).

Автопилот без труда справлялся с такими задачами, которые обычному механизатору было бы выполнить очень тяжело, так как трактор стаскивало вниз по склону. Системе «Автопилот» удавалось подруливать трактор, движущийся практически боком. Как результат – идеально прямолинейные гребни и дружные последующие всходы даже на склоне (рис. 21).

Рис. 19. Посадка картофеля на склоне с использованием системы «Автопилот»

Рис. 20. Гребнеобразование картофеля с использованием системы «Автопилот»

Рис. 21. Идеально прямолинейные гребни и всходы картофеля (посадка и гребнеобразование проводились по автопилоту)

Посадка картофеля осуществлялась картофелесажалкой GL-34T по автопилоту и по маркеру (см. рис. 19). Заданная траектория движения агрегата, с использованием системы GPS, повторялась на варианте точного земледелия в ходе проведения гребнеобразования по всходам картофеля. По традиционной технологии возделывания картофеля этот прием проводился визуально, т. е. движением агрегата управлял механизатор. Ширина междурядий между проходами картофелесажалки при использовании маркера и автопилота отличалась по отдельным годам незначительно, составляя по традиционной технологии интервал в среднем от 60…65 до 80…85 см, т. е. отклонение от стандартного междурядья сажалки (75 см) находилась в пределах от – 15 до +10 см. Применение системы «Автопилот» обеспечивало отклонение от прямолинейности смежных рядков от 2,8 до 3,0 см (табл. 2).

Таблица 2. Ширина стыковых междурядий и расположение растений картофеля на гребне при различных технологиях возделывания

Важным условием развития полноценного растения картофеля является его расположение по отношению к центральной части гребня, формируемое в ходе проведения гребнеобразования после появления всходов. Гребнеобразование в посадках картофеля, возделываемых по традиционной технологии, обеспечивало формирование растений картофеля с отклонениями от центра от 10 до 15 см (рис. 22b). Это приводило к одностороннему изменению нарастания вегетативной части, неравномерности в образовании и развитии подземных клубней, а главное, снижению качества продукции из-за появления большого количества зеленого картофеля.

Рис. 22. Возможные проблемы при гребнеобразовании картофеля (работа без автопилота): a) сужение гребня; b) отклонение от центра

При применении технологии точного земледелия растения картофеля располагались по центру рядка с отклонением от 2,8 до 3,5 см. Сочетание двух проходов агрегата по полю, а именно, посадки и гребнеобразования картофеля представлены в табл. 3.

Таблица 3. Частота встречаемости (%) отклонений растений картофеля от центра гребня в опыте РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева

Проведение обработок с применением автопилота на основе системы GPS, с корректировкой сигнала в режиме реального времени, показывает высокую точность. Так, на вспашке критические отклонения (рис. 23, обозначение L) свыше 8 см составили 7 % случаев, на минимальной обработке – 2 %. При посадке по маркеру и глазомерном гребнеобразовании критические отклонения встречаются чаще, соответственно в 39 и 26 % случаев.

Таким образом, при работе с пропашными культурами к системе ГЛОНАСС и техническим средствам автоматического ведения МТА предъявляются следующие требования: ведение агрегатов в реальных полевых условиях из-за наложения одного прохода на другой должно достигать точности в отклонениях каждого прохода не более ±4 см по рабочим органам в 95 % случаев. В настоящее время такую точность обеспечивает система GPS с применением дополнительной базовой станции.

Рис. 23. Иллюстрация и схема гребнеобразования в посадках картофеля: L – расстояние от растения до центра гребня

Необходимо отметить, что кроме высокоточной системы обработки спутниковых навигационных сигналов необходима соответствующая автоматическая система управления трактором, так как ни один механизатор вручную не в состоянии обеспечить требуемую точность движения. Скажем, компания John Deere уже на заводах устанавливает на свои тракторы системы типа «Автопилот». Есть и другие системы подруливания, реагирующие на соответствующие навигационные сигналы. Можно установить сервопривод на рулевое управление трактора, который тоже будет автоматически управлять движением машины. Однако установка такого сервопривода на серийный трактор МТЗ-1221 не имела успеха из-за очень «тугого» руля (усилия поворота на руле): электронная система воспринимала данное усилие как попытку человека взять управление «на себя» и автоматически отключалась. Сейчас на Минском тракторном заводе начат выпуск тракторов с гидравликой производства фирмы Bosch (Sauer-Danfoss), и теперь, возможно, удастся оснастить их соответствующими системами подруливания.

Тенденция на сегодняшний день такова, что без сомнения, за системами параллельного вождения и автопилотами будущее современного сельскохозяйственного производства.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем различия параллельного и автоматического вождений автотракторной техники?

2. Какое оборудование необходимо для осуществления параллельного и автоматического вождения?

3. Для каких целей предназначена RTK-станция?

4. Какова необходимая точность позиционирования техники при посеве зерновых культур?

5. Что подразумевается под абсолютной точностью позиционирования?

6. Для каких целей необходимы сервисы поправок?

Внимание! Это ознакомительный фрагмент книги.

Если начало книги вам понравилось, то полную версию можно приобрести у нашего партнёра - распространителя легального контента ООО "ЛитРес".