23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2020/05
Vairavimo sistemų taikymas skirtingoms žemės ūkio operacijoms
  • Prof. dr. Eglė JOTAUTIENĖ, dr. Antanas JUOSTAS VDU Žemės ūkio akademija
  • Mano ūkis

Palydovinių sistemų siunčiamais signalais valdomų vairavimo sistemų naudą pajunta vis daugiau ūkių. Žemės ūkio darbuose navigacinių automatinio vairavimo sistemų naudojimas suteikia galimybę pasirinkti tinkamas vairavimo strategijas ir reikiamą mašinų valdymo tikslumą, išvengti dirvos įdirbimo persidengimų ar neįdirbtų plotų.

Automatinės vairavimo sistemos geba atlikti konkrečias vairavimo užduotis, pavyzdžiui, sekti lauko pakraščius ar technologines linijas. Naudojant šias technologijas, išvengiama žmogiškojo faktoriaus klaidų, mažinama mašinos operatoriaus įtampa ir nuovargis, o tai yra veiksmingo ir efektyvaus mašinos valdymo pagrindas.

Žemės ūkio technikos gamintojų skaičiavimais, Europos žemdirbiai dėl efektyvesnio laiko panaudojimo, mažesnių degalų sąnaudų ir amortizacijos gali sutaupyti iki 7 proc. apyvartinių lėšų. Remiantis naująja „Markets and Markets“ rinkos tyrimų ataskaita, tikimasi, kad tikslaus ūkininkavimo rinka išaugs nuo 7,0 mlrd. 2020 m. iki 12,8 mlrd. JAV dolerių (nuo 0,64 iki 11,61 mlrd. Eur) 2025 m. ir tai sudarys 12,7 proc. metinio rinkos augimo. Naudojant automatines vairavimo sistemas per sėją, palengvinamas darbas sėjant kintamomis normomis ir reikiamame gylyje. Augalų apsaugos ir tręšimo mašinose naudojant įvairius jutiklius bei žemėlapių programas galima labai tiksliai paskleisti trąšas ir chemikalus laukuose. O nuimant derlių signalų priėmimo antenos, kartu su derliaus ir mašinų parametrais, perteikia tikslias derliaus dorojimo mašinų vietos koordinates derlingumo žemėlapiams. Vėliau šie duomenys sėkmingai gali būti taikomi kitiems technologiniams procesams atlikti ūkiuose, pasirinkusiuose tiksliąją žemdirbystę.

Vairavimo sistemos naudą ir efektyvumą atskleidžia paprastas pavyzdys. Padidinus sistemos tikslumą 5 proc., kviečių auginimo bendrą savikainą (kuri, tarkime, yra 700 Eur/ha) galima sumažinti iki 5 proc., tad ūkininko išlaidos hektarui apdirbti gerokai sumažėja, kartu mažėja ir produkcijos paruošimo savikaina.

Sistemų tipai

Automatinio vairavimo sistemą paprastai sudaro GNSS imtuvas, valdymo terminalas, navigacijos kompiuteris, ratų posūkio jutikliai, elektroninis vožtuvų valdymo blokas ir kiti elementai.

Galimos trijų tipų automatinės vairavimo sistemos: valdomos rankiniu būdu, automatizuotos, valdančios vairą automatiškai, ir intelektualios.

Rankiniu būdu valdomos sistemos lygiagretų vairavimą atlieka pagal šviesos indikatorius arba terminalo ekrane esančias LED lemputes. Ekrane rodoma važiavimo krypties paklaida, kuri koreguojama rankiniu būdu. Tikslumas priklauso nuo valdymo sistemos parametrų (jautrumo, atstumo priskyrimo LED lemputėms ir kt.) nustatymo ir vairuotojo įgūdžių. Ši sistema yra puikus žingsnis diegiant pažangesnes vairavimo ir kitų automatinių mašinų valdymo sistemas ir idealiai tinka, kai lauke dirbama be technologinių vėžių (trąšoms paskleisti, herbicidams purkšti).

Automatizuotos vairavimo sistemos autonomiškai valdo vairą, todėl vairuotojui nereikia vairuoti rankomis. Operatorius daugiau laiko gali skirti traktoriaus, purkštuvo ar kitos žemės ūkio mašinos darbo parametrams stebėti. Ši sistema integruojama į transporto priemonės konstrukciją. Naudojant automatizuoto vairavimo sistemą, vairavimo korekcijos signalų diapazonas apima visus reikalingus tikslumus.

Intelektualiose valdymo sistemose galimi skirtingi vairavimo (orientavimo) modeliai, atsižvelgiant į lauko formą. Gali būti naudojamos kartu su kitomis sistemomis.

Korekcinis signalas ir tikslumas

Ūkininkai turi galimybę pasirinkti tokį automatinio vairavimo sistemos tikslumą, koks jiems reikalingas žemės darbams atlikti. Automatinio vairavimo technologijomis didinamas atliekamų darbų tikslumas, kai tik to reikia – visai nepriklausomai nuo to, kokią žemės ūkio techniką ūkininkas naudoja. Pavyzdžiui, naudojant John Deere StarFire imtuvus, didžiausiam darbo našumui užtikrinti galima rinktis iš keturių tikslumo lygių.

„Claas“, „John Deere“, „New Holland“ ir kitos žemės ūkio technikos gamintojos automatiniam vairavimui naudoja E- DIF, EGNOS, OMNISTAR HP / XP, BASELINE HD, RTK NET, RTK korekcinius signalus. Priklausomai nuo naudojamo korekcinio signalo, skiriasi ir automatinio vairavimo sistemos tikslumas.

Labai svarbu, ar už korekcinio signalo licenciją reikia mokėti, ar ne. Pavyzdžiui, EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) daugelyje Europos šalių galima naudoti be licencijos mokesčio. Jis papildo GPS ir naudodamas 34 antžemines stotis sukuria korekcinį signalą. EGNOS tinka visoms mašinoms. Dėl tikslumo, kuris yra +/- 15–30 cm, jis idealiai tinka daugelio augalų purškimui, tręšimui ir žemės dirbimo darbams.

E-DIF yra algoritminis korekcinio signalo skaičiavimas naudojant tik GPS duomenis. Pradiniame etape jis apskaičiuoja, kaip esamas palydovų išsidėstymas keisis per artimiausias kelias valandas. Signalas prieinamas visame pasaulyje. Atliekamų darbų tikslumui užtikrinti reikia gauti signalus ne mažiau kaip iš keturių palydovų. Šis signalas užtikrina tokį pat tikslumą, kaip ir EGNOS (+/- 15–30 cm), todėl idealiai tinka naudoti augalų purškimo, tręšimo ir žemės dirbimo darbams. Tačiau, norint tokį tikslumą išlaikyti, būtina kuo dažniau pakartotinai nustatyti mašinos buvimo koordinates.

OMNISTAR HP / XP / G2 veikia beveik tokiu pat būdu, kaip EGNOS. Ši sistema turi dviejų dažnių GPS imtuvą, leidžiantį pasiekti daug didesnį GPS tikslumo lygį. Teikiamai korekcinio signalo paslaugai reikalinga licencija. Atlikus paleidimo etapą, užtikrinamas tikslus padėties duomenų tiekimas. Korekcinio signalo imtuvas reaguoja ypač greitai ir pasiekia +/- 5–12 cm tikslumą. OMNISTAR gali būti lengvai įrengiamas įvairių gamintojų traktoriuose. Korekcinis signalas tinka didesnio tikslumo reikalaujantiems žemės ūkio darbams, pavyzdžiui, šienavimui, derliaus nuėmimui, neretai jis taikomas ir sėjai.

BASELINE HD, kuri siūloma kompanijos „Claas“ technikoje, yra referencinė stotis, skirta mobiliam naudojimui ir pasiekia nuo 4 iki 6 cm korekcinio signalo tikslumą. BASELINE HD sukuria nuosavą korekcinį signalą, kuris papildomai nekainuoja. Signalą gali naudoti daug mašinų, turinčių galimybę prisijungti prie siunčiamo signalo dažnio. Integruota kraunama baterija yra pritaikyta ilgam darbui.

RTK (Real Time Kinematic) yra tinkamiausia technologija, kai svarbus kiekvienas centimetras, pavyzdžiui, sėjant ar nuimant derlių. Referencinė stotis yra stacionari ir turi sumontuotą dviejų dažnių priėmimo technologiją. Ji siunčia korekcinį signalą bet kokiam kiekiui mašinų, dirbančių su visai automatine GPS vairavimo sistema iki 15 km spinduliu. Visos šios mašinos kartu pasiekia aukštą darbo tikslumo lygį.

RTK NET išplečia veikimo atstumą regionuose, kuriuose nėra prieigos prie bazinės stoties. Korekcinis signalas siunčiamas mobiliųjų telefonų tinklu. RTK NET veikimo atstumas neribotas, todėl puikiai tinka paslaugų tiekėjams ir ūkiams, ieškantiems aukščiausio pasikartojančio tikslumo. RTK ir RTK NET naudoja dviejų dažnių technologiją. Sistema išsiskiria labai greita signalo siuntimo pradžia (paleidimu) ir aukščiausiu pasikartojančiu tikslumu, siekiančiu +/- 2–3 centimetrus.

Nors gali susidaryti nuomonė, kad įmanomi įvairūs korekcinių signalų variantai ir jie gana lengvai prieinami, tačiau kai kurie jų tam tikrose šalyse yra negalimi. EGNOS tik Europoje tiekia vartotojams nemokamą paslaugą. WAAS nemokama paslauga tiekiama Šiaurės Amerikoje. Šios sistemos netinka naudoti mašinų parkuose (pvz., darbui su kombainais). Nurodyti tikslumo duomenys priklauso nuo mašinoje sumontuoto GPS imtuvo tikslumo, esant idealioms sąlygoms.

Skiriasi santykinis ir absoliutus tikslumas. Santykinis tikslumas (važiavimas po važiavimo) apibrėžia kitų važiavimų tikslumą 95 proc. atvejų, 15 min. intervalu nuo pirmojo važiavimo. Absoliutus tikslumas apibūdina, kokiu tikslumu vėl galima surasti nustatytą padėtį vėliau. Faktinis visos sistemos tikslumas gali skirtis nuo aukščiau nurodytų tikslumo reikšmių. Jis priklauso nuo skirtingų veiksnių, susijusių su mašinomis (atstumas tarp ašių, subalansavimas, kalibravimas ir t. t.), prikabintų padargų (pasislinkimas į šoną, reguliavimas, priekinių padargų naudojimas ir t. t.), taip pat nuo lauko ir dirvožemio sąlygų.

Jei korekcinis signalas perduodamas naudojant mobiliųjų telefonų tinklą, galimybės priklauso nuo paslaugos tiekėjo tinklo padengimo. Mašinų tiekėjai neprisiima atsakomybės dėl aplinkybių ar įvykių, kuriems jie neturi įtakos. Pavyzdžiui, trukdžiai atmosferoje / troposferoje / jonosferoje, globalios padėties nustatymo sistemos (GPS, GLONASS, GALILEO) palydovų ir jų antžeminių referencinių stočių ar palydovų, priklausančių korekcinio signalo tiekėjams (EGNOS, OMNISTAR ir kt.), gedimai, netinkamas veikimas ar nepakankamas palydovų skaičius.

E-DIF yra patentuotas korekcijos skaičiavimo algoritmas, kuris korekcijos koeficientui skaičiuoti naudoja tik standartinių GPS palydovų signalus. Todėl E-DIF, kaip alternatyvi bazinio tikslumo korekcijos sistema, yra prieinama visame pasaulyje ir kelių minučių intervalu atliekant važiavimą po važiavimo, jos tikslumas gali būti palyginamas su SBAS paslaugomis (EGNOS, WAAS). Todėl E-DIF gali būti naudojama tik važiavimui po važiavimo. E-DIF visai netinka dirbant tarpueiliuose, transporto valdymui ar mašinų parkui (pvz., dirbant su kombainais). Taip pat neįmanoma įrašyti taškų absoliučiam padėties nustatymui. Važiavimo linijos pasislinkimas (palydovų pasislinkimas), esant dideliam laiko tarpui tarp darbų, gali būti koreguojamas naudojant atnaujinimo funkciją (referencinio taško nustatymas).

***

Automatinio vairavimo sistema suprantama kaip įvairių sudėtingų komponentų deriniai, kai traktorių, kombainų veikimą, vairavimą ir valdymą atlieka elektronika ir mašinose sumontuota įranga, o ne vairuotojas. Automatizuotos mašinų valdymo sistemos perima žemės ūkio mašinų parametrų valdymą, todėl operatorius visiškai gali perduoti atsakomybę automatinio vairavimo sistemai.