Co znajdziesz w artykule?
Rolnictwo precyzyjne dostarczyło narzędzi, które pozwalają na prowadzenie ciągników i maszyn rolniczych na pasach równoległych w celu wyeliminowania zakładek lub omijaków. Najbardziej zaawansowane rozwiązania czynią to w sposób w pełni automatyczny z dokładnością sięgającą nawet 1–2 cm. | dr inż. Jacek Skudlarski, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie.
Nawigacje satelitarne GSP stają się coraz bardziej powszechnym rozwiązaniem wykorzystywanym w prowadzeniu agregatów maszynowych po polu. Najprostsze urządzenia (system Parallel Tracking) wskazują operatorowi odchyłki od linii prostej, na podstawie których nakierowuje on odpowiednio ciągnik podczas pracy w polu. System zapewnia dokładność prowadzenia na poziomie 15–30 cm, korzystając z bezpłatnego sygnału EGNOS.
Urządzenia GPS pozwalają zwiększyć precyzję oraz wydajność pracy przy jednoczesnym zmniejszeniu wysiłku operatora.
Większa wydajność prac polowych z GPS’em
Bardziej zaawansowane możliwości oferują systemy jazdy automatycznej, których zadaniem jest optymalizacja wykorzystania szerokości roboczej maszyny oraz redukcja obciążenia i stresu operatora. Czynniki te sprzyjają redukcji paliwa oraz wyższej efektywności pracy. Jazdę automatyczną umożliwiają urządzenia, które można zintegrować z systemem kierowniczym ciągnika lub maszyny samobieżnej.
Dla starszych ciągników i maszyn producenci nawigacji GPS oferują system Universal Auto-Track (Universal AutoPilot). Elementem tego systemu jest mechanizm montowany na kolumnie kierowniczej, ewentualnie sprzężony z kierownicą. Najnowsze modele ciągników rolniczych i maszyn są wyposażone w fabrycznie montowane na hydraulice układu kierowniczego moduły, które zapewniają natychmiastowy czas reakcji na sygnały z urządzenia sterującego. Dzięki ukrytym elementom kierowania kabina maszyny pozostaje w pełni przestronna i ergonomiczna. Jedynymi widocznymi fabrycznie zamontowanymi elementami systemu są odbiornik umieszczony w przedniej części dachu kabiny oraz terminal zamocowany najczęściej na prawym słupku w kabinie.
Duża dokładność nawigacji w ciągniku
Urządzenia obsługujące systemy GPS AutoTrack umożliwiają odbiór trzech sygnałów korekcyjnych, w tym RTK, zapewniające prowadzenie agregatu po wyznaczonym torze jazdy z dokładnością nawet do 1–2 cm. Urządzenia nawigujące pracujące w systemie Parallel Tracking, Universal AutoTrack i AutoTrack są dostępne w ofercie wielu firm specjalizujących się technologiach satelitarnych. Można je montować na ciągnikach i maszynach różnych producentów, aczkolwiek wielu wytwórców tych urządzeń nawiązało współpracę z określonymi producentami ciągników i maszyn w celu uzyskania najwyższej jakości produktów rolnictwa precyzyjnego kompatybilnych z poszczególnymi markami.
Współpraca ta obejmuje także rozwiązania techniczne i specjalistyczne oprogramowanie z zakresu systemów nawigacji satelitarnych. Dostawcą urządzeń GPS do ciągników i kombajnów koncernu SDF oznakowanych marką Agrosky jest firma Topcon Precision Agriculture. W maszynach włosko-amerykańskiego koncernu New Holland są montowane urządzenia Trimble. Inni producenci techniki rolniczej, jak np. Claas i John Deere, proponują rozwiązania Precision Farming własnej konstrukcji. Do innych znanych firm, które oferują nawigacje dla rolnictwa, należą AgLeaders, Müller-Elektronik, Raven, SBG oraz TeeJet Technologies.
W nawigacji równoległej stosowane są wyświetlacze z belką diodową, która wskazuje odchylenia od linii prostej.
Manualne systemy GPS
Nawigacje równoległe (systemy Lightbar i Parallel Tracking) są najprostszymi systemami wspomagającymi manualne prowadzenie maszyn i ciągników. Składają się one z wyświetlacza, odbiornika sygnału GPS oraz wiązki kabli zasilających. W systemie Lightbar wyświetlacze mają postać belki kierunkowej, na której znajdują się kolorowe diody (zielone i czerwone) w liczbie do 30 sztuk. Belka jest montowana w widocznym dla operatora miejscu za pomocą specjalnego uchwytu.
Obsługa manualnej nawigacji
Obsługa systemu polega na wyznaczeniu pierwszego przejazdu przez operatora, a następnie wprowadzeniu szerokości roboczej maszyny. System automatycznie wyznaczy wirtualne linie przejazdów. Zadaniem operatora podczas jazdy jest prowadzenie maszyny tak, aby linia na wyświetlaczu przechodziła przez środek wirtualnej maszyny (zielone diody na środku belki kierunkowej). Odstępstwa od prawidłowej ścieżki przejazdu sygnalizują znajdujące się na belce czerwone diody, wskazując tym samym konieczność manualnej korekty. Zapalona liczba diod wskazuje na wielkość przesterowania kierownicą agregatu podczas jazdy. Rozwiązanie pozwala pracować bez znaczników oraz umożliwia wykonywanie zabiegów w porach nocnych lub we mgle.
Nawigacja równoległa Parallel Tracking
W bardziej rozwiniętej wersji nawigacji równoległych (system Parallel Tracking) belka kierunkowa jest zintegrowana z kolorowym wyświetlaczem, który oferuje szereg dodatkowych funkcji. Monitor urządzenia wyświetla pokrycie, nakładki i omijaki, a także odchylenie od linii nawigacyjnej, numerację ścieżek oraz aktualną prędkość jazdy agregatu. Urządzenia tego typu można wykorzystać do pomiaru wielkości pola.
Ciekawą funkcją jest możliwość wstawienia tzw. pauzy, dzięki której można wrócić do miejsca, gdzie zakończono ostatni przejazd (nawet w połowie pola). Jest to istotna funkcja, wykorzystywana przy opryskach i aplikacji nawozów mineralnych i organicznych. System Parallel Tracking można rozbudować do wersji prowadzenia automatycznego Auto- Track (AutoPilot).
System nawigacji AutoTrack Universal
Jazdę ciągnikiem „bez trzymanki” umożliwia system AutoTrack Universal, który podobnie jak Parallel Tracking składa się z odbiornika sygnału GPS oraz wyświetlacza. W tym wypadku mają zastosowanie te same wyświetlacze co w nawigacji manualnej. Dodatkowym elementem systemu jest specjalny mechanizm sterujący montowany na kolumnie kierownicy.
Zastosowanie systemu nawigacyjnego AutoTrack Universal
System AutoTrack Universal jest przeznaczony do ciągników i maszyn starszej generacji, które nie mają fabrycznie montowanej instalacji łączącej układ kierowniczy z urządzeniami GPS. Jedną z propozycji firmy Trimble jest asystent jazdy równoległej (tzw. AutoDrive) umożliwiający automatyczne prowadzenie maszyny i ciągnika za pomocą urządzenia o nazwie EZ-Steer z dokładnością 15–30 cm lub 5–10 cm (zależnie od wybranego przez użytkownika sygnału korekcyjnego). Dokładność prowadzenia jest uzależniona od rodzaju sygnału korekcyjnego GPS, który jest odbierany przez urządzenie sterujące. EZ-Steer to silnik elektryczny z rolką mocowany do kolumny kierowniczej. Ma on możliwość szybkiej zmiany kierunku obrotów, w wyniku czego zapewnia obracanie kierownicą bez ingerencji operatora.
Urządzenie może być przenoszone na inne maszyny lub ciągniki. Jego demontaż/montaż trwa ok. 20–25 min. Większe dokładności automatycznego prowadzenia zapewnia elektryczna kierownica, która jest montowana w miejscu klasycznej. Urządzenie jest wyposażone w silnik elektryczny o wysokim momencie obrotowym, który zapewnia cichą pracę i precyzyjne sterowanie. Jest ono demontowane i może być przenoszone na inny ciągnik lub maszynę.
Tego typu rozwiązania oferują firmy Claas (system GPS pilot Flex), John Deere (ATU 200), Topcon Precision Agriculture (AES 25) oraz Trimble (EZ-Pilot). System AutoTrack Universal pozwala utrzymać pojazd na właściwym torze, zapewniając wydajne kierowanie agregatem oraz komfort pracy operatora. Jednocześnie system pozwala na redukcję nakładek oraz oszczędność ponoszonych nakładów w postaci nasion, nawozów, chemii oraz paliwa. Uruchomienie systemu następuje po naciśnięciu specjalnego przycisku umieszczonego na panelu sterowniczym ciągnika lub wielofunkcyjnej dźwigni (joysticku).
Proponowany przez firmę Trimble system EZ-Steer umożliwia jazdę ciągnikiem „bez trzymanki” za pomocą silnika elektrycznego sprzężonego z kierownicą.
System nawigacji AutoTrack
Automatyczny system kierowania Auto- Track (AutoPilot) oferuje te same zalety co AutoTrack Universal. Jest on stosowany w maszynach, które dysponują hydraulicznym układem kierowniczym. Działanie systemu wymaga zastosowania w układzie kierowniczym komponentów hydraulicznych, które w nowych maszynach są dostępne w standardzie. Rodzaj montowanych komponentów jest uzależniony od rodzaju i typu maszyny lub ciągnika.
Zalety systemu kierowania AutoTrack
Zalety stosowania systemu są identycznie jak w wypadku korzystania z Universal AutoTrack. Podobnie jak w poprzednim systemie czynności obsługowe AutoTrack są wykonywane na ekranie dotykowym terminala. W pierwszej kolejności operator wykonuje pierwszy przejazd (np. wzdłuż miedzy), który będzie wzorcem do jazdy równoległej w systemie automatycznym. Zostaje on zapamiętany przez system. Kolejną czynnością jest wprowadzenie szerokości roboczej maszyny oraz określenie profilu sprzętu (zawieszany, przyczepiany), a także tzw. wyzwalacza mapowania.
W maszynach przyczepianych będzie to wybór siłownika, który dokonuje opuszczania/ podnoszenia sekcji roboczej. W wypadku agregatów zawieszanych po aktywacji systemu na monitorze terminala pojawia się kilka wirtualnych ścieżek z opcją możliwości samodzielnego wyboru tej, w którą operator chce naprowadzić agregat. Dzięki temu nie ma potrzeby wykonywania złożonych nawrotów agregatem (zwłaszcza przy dużej szerokości roboczej). Po wybraniu linii operator wciska przycisk „auto” na panelu sterowniczym lub dźwigni, opuszcza narzędzie, dodaje gazu, odpycha kierownicę. Dalsze czynności system wykonuje automatycznie. Na monitorze jest udostępniony podgląd obrobionej powierzchni oraz odległość do krańca pola.
System można rozłączyć w celu ominięcia przeszkody i podczas manewrowania na obrzeżach pola. W zaawansowanej wersji systemu dostępna jest opcja pozwalająca wykonać manewr zawracania na polu w trybie automatycznym.
System AutoPilot jest uruchamiany przyciskiem, który może znajdować się na konsoli sterowniczej w ciągniku lub maszynie samobieżnej.
Tryby jazdy automatycznej ciągnika
System jazdy równoległej odbywać się może w pięciu trybach. Pierwszy tryb „A-B” to tryb jazdy po linii prostej. Następny tryb to „tryb konturowy” stosowany na poprzeczniakach lub polach o nierównych kształtach. Polega on na tym, że operator wykonuje samodzielnie pierwszy przejazd, który jest zapamiętywany przez system. Kolejne przejazdy odbywają się automatycznie równolegle do zadanej linii. Trzeci tryb to tryb „A+kąt”, który określa tor jazdy skierowany pod określonym kątem do kierunku północnego. Czwarty tryb „po kole” umożliwia jazdę ciągnika po trajektorii kołowej. Piąty tryb łączą tryby „A+B” i „tryb konturowy”. Uzupełnieniem trybu jazdy „A+B” jest funkcja Auto-Turn, która umożliwia automatyczne zawracanie ciągnikiem.
Automatyczne prowadzenie zapewnia elektryczna kierownica, która jest montowana w miejscu klasycznej.
Sygnały korekcyjne w GPS
Urządzenia GPS sterujące w sposób automatyczny pracą maszyn bazują na sygnałach o różnych dokładnościach. Przydatnym w zabiegach nawożenia i ochrony roślin jest bezpłatny sygnał EGNOS, którego precyzja wynosi 15–30 cm. Wyższe dokładności (5–10 cm) zapewnia płatny sygnał Omnistar HP przeznaczony przede wszystkim dla gospodarstw ze znacznym rozłogiem przestrzennym i ze zmiennym położeniem pól.
Ze względu na światowy zasięg może on być wykorzystywany przez firmy oferujące swoje usługi za granicą. Najwyższą i powtarzalną dokładność (1–3 cm) posiada technologia RTK (Real Time Kinematic). Sygnał o dokładności 1–3 cm jest wykorzystywany w urządzeniach sterujących pracą maszyn podczas siewu i sadzenia. Perspektywą dla tego sygnału jest jego zastosowanie w technologiach stałych ścieżek przejazdowych. Jedną z możliwości uzyskania sygnału RTK w gospodarstwie jest własna stacja przenośna, którą cechuje niewielki, kilkukilometrowy zasięg. Większym zasięgiem (15–30 km) charakteryzują się stacjonarne stacje RTK montowane w gospodarstwach, punktach dilerskich lub innych miejscach.
Dla gospodarstw usługowych oferowany jest sygnał RTK NET, w polskim rolnictwie znany jako ASG-EUPOS. System ASG-EUPOS jest naziemnym systemem wspomagania wyznaczania pozycji za pomocą systemów GNSS. Został on zbudowany i jest obecnie finansowany przez Główny Urząd Geodezji i Kartografii. Zapewnia on sygnał o dokładności 2–3 cm. Dostęp do wirtualnego serwisu RTK NET ograniczony jest tylko zasięgiem sieci telefonii komórkowej GSM. Użytkowanie sieci ASG-EUPOS jest bezpłatne. Natomiast użytkownik ponosi opłatę za korzystanie z sieci GSM. Wielkość opłat zależna jest od operatorów telekomunikacyjnych.
Elementami systemu AutoPilot są antena odbierająca sygnał GPS, terminal sterujący, czujniki kąta ustawienia kół i kierownicy oraz elektrohydrauliczne moduły montowane w układzie kierowniczym.
Wyświetlacze nawigacji w ofercie producentów
Funkcjonujący na rynku technologii GPS producenci oferują bogatą gamę wyświetlaczy i terminali stosowanych w nawigacji równoległej oraz jeździe automatycznej. Najprostsze rozwiązania typu Lightbar (wyświetlacze diodowe) są dostępne w ofercie firm Claas (Copilot), John Deere (GreenStar Lightbar) oraz Topcon Precision Agriculture (SI-21). Nawigację manualną wspierają urządzenia wyposażone nie tylko w belkę diodową, ale również szereg innych funkcji wyświetlanych na kolorowych monitorach. Urządzenia takie jak EZ-Guide 250 (Trimble), Compass (AgLeader), GreenStar 2 1800 (John Deere), System 110 i X5 (Topcon Precision Agriculture) czy Track Leader (Müller-Elektronik) prezentują podczas pracy prędkość poruszania się maszyny oraz numer aktualnej linii nawigacyjnej oraz dokonują pomiaru obrobionej powierzchni. Cała informacja o wykonanej pracy jest zachowywana w pamięci urządzeń i można ją przenieść do komputera za pomocą łącza USB.
Bardziej zaawansowane urządzenia, jak np. CFX-750 i FmX (Trimble), GPS pilot S7 (Claas), Incomand 800 (AgLeader), GreenStar 2 1800 (John Deere), X14 i X 25 Console (Topcon Precision Agriculture) obsługują system AutoTrack (AutoPilot) oraz oferują szereg innych funkcji (np. mapowanie pól, zmienne dawkowanie nawozów, wyłączanie sekcji w opryskiwaczu lub rozsiewaczu). Najnowsze terminale, oprócz wymienionych funkcji mniej zaawansowanych urządzeń, oferują możliwości obecnych tabletów, łącznie z połączeniem z internetem.
Artykuł ukazał się w magazynie Agro Profil 4/2017
