Высокоточное параллельное вождение сельскохозяйственной техники с Агронавигатором


Продолжение ...


Картинки-фотографии верхнего слайдера показывают уборку урожая комплексными механизированными бригадами с применением технологий параллельного вождения. Это когда от пяти до тридцати комбайнов синхронно убирают огромную площадь не создавая помех друг другу.

А вот картинка ниже - специально для разминки ума к наглядному уяснению заявленной темы про высокоточное параллельное вождение:

Ставропольские хлеборобы в битве за урожай...


Дело это происходило в Ставропольском крае и поэтому такое название не противоречит реальности.
Ну, а если в литературной обработке, то будет справедливым и такой комментарий к увиденному с самолета:

Поле битвы - как Курская дуга и отбившаяся от своих самоходка ....


Контраст конечно впечатляющий - в сравнении со стройными рядами и колоннами зерноуборочных комбайнов на фотографиях слайдера.
На вопрос, а какая разница прямо или криво ездить по полю - ответ в общем-то будет простой: цена кривой езды дорого обходится из-за непроизводительных затрат на топливо, время, моторесурс... В итоге, стоимость уборки условной тонны убранного зерна обойдется в несколько раз дороже - с уменьшением соответственно и зарплат участников кривой работы.



Хотя, надо отдать должное, именно в зерносеющих регионах - Краснодарском и Ставропольском краях, Оренбургской и Воронежской областях и было начато впервые активное внедрение технологий умного земледелия, которые сейчас уже там востребованы и развиваются..


Поэтому, пришло время осваивать эти технологии и на нашем Северо-Западе - начинать восстановление сельского хозяйства Нечерноземья уже сразу на уровне современных спутниковых технологий.



Основные компоненты системы параллельного вождения


Система параллельного вождения технологически состоит из агронавигатора и специального оборудования, дополняющего и расширяющего его функциональные возможности, собственно и создающие в комплексе целостную систему управления сельскохозяйственной техникой.



Можно выделить три типа агронавигаторов по техническому функционалу.


  • Агронавигатор – курсоуказатель, как базовый уровень ручного управления, это простейший навигатор сельскохозяйственной техники первого уровня.
  • Агронавигатор - авторуль, усовершенствованный до механизированного пилота на руль, это уже будет второй уровень.
  • Агронавигатор - автопилот, модернизированный до гидравлического управления, полноценная система третьего уровня.

Таким образом, речь идет о трех возможных системах параллельного вождения для практического применения в сельском хозяйстве – система с простейшим функционалом, с расширенным и полным функционалом.


Внимание:
Только система полного функционала - агронавигатор с автопилотом, могут обеспечить высокоточное параллельное вождение техники для целей растениеводства. При этом, под высокой точностью понимаем сантиметровую точность.


Соответственно и всё многообразие предлагаемых рынком агронавигаторов, можно по функционалу свести в три вышеуказанные группы.



A. Агронавигаторы простейшей группы – возможности для подключения подруливающих устройств не имеют, это только курсоуказатель для оператора-механизатора. Он показывает курс, а куда фактически едет агрегат, это уже дело водителя техники.


Курсоуказатель без дисплея

Пример: Светодиодная панель GreenStar Lightbar

Курсоуказатель с дисплеем

Пример: Кампус


Б. Агронавигаторы с расширенным функционалом – имеют возможность подключения электро-механических подруливающих устройств.

Такой агронавигатор уже управляет движением и, соответственно, отвечает за этот процесс в заданных параметрах.

Подруливающее устройство - этот механизм на базе электродвигателя, который управляется от системы параллельного вождения и передает усилие через резиновый валик на рулевое колесо, что позволяет удерживать сельхозмашину на заданном маршруте. Водитель при этом в любой момент может взять управление на себя.


Пример: Raven Cruizer II


В. Агронавигаторы с полным функционалом – автопилоты, имеют возможность подключения гидравлических подруливающих устройств, а также возможность управления прицепными и навесными устройствами. Это уже полноценная система управления – с контроллерами, датчиками и умными алгоритмами их работы.



Пример: Topcon System 350


Вот схема хорошо иллюстрирующая это на примере управления непосредственно трактором.




Отклонения от заданной траектории, вырабатываемые спутниковым приемником, через специальные устройства вводятся непосредственно в систему управления ходовой частью, обеспечивая движение по маршруту без вмешательства механизатора.


А эта схема иллюстрирует принцип управления навесными агрегатами.



Конструктивно агронавигатор состоит из двух основных компонентов – из дисплея с программным обеспечением и спутникового навигационного приемника. Дисплей и спутниковый приемник могут быть раздельными – в виде двух блоков, или приемник может быть интегрирован в дисплей.


В свою очередь, технологической основой агронавигатора является спутниковый приемник. Именно спутниковый приемник определяет сферу применения агронавигатора и его полезности - по точности местоопределения и вырабатываемого курсоуказания.

Точность вождения напрямую зависит от точности измерений спутникового приемника.


Отсюда правомерно выделение опять же трех условных групп спутниковых приемников для применения в агронавигаторах:


  • Неточный - имеет приемник бытового уровня: обеспечивает метровую и субметровую точность;

  • Точный - имеет приемник навигационный: обеспечивает дециметровую точность;

  • Высокоточный – приемник профессиональный геодезического класса: обеспечивает сантиметровую точность;


Более корректно на цифрах это выглядит так:

  1. Метровая точность – от метра и далее

Допустимое применение: орошение и подобные широкозахватные операции…

  1. Дециметровая точность – от 10 сантиметров до метра

Допустимое применение: посев, уборка, а так же орошение и подкормка …

  1. Сантиметровая точность – от 2,5 до 10 сантиметров

Допустимое применение: возделывание пропашных культур, ленточный посев, выравнивание и дренирование земель, а также все вышеуказанное для более грубой точности.

При взаимном наложении трех групп агронавигаторов по функционалу и трех групп спутниковых приемников по точности, получаем матрицу выбора.


Очевидно, что примитивный и неточный агронавигатор никто не поставит в центр полнофункциональной и сложной системы параллельного движения – это не имеет смысла. Его место в простой системе вождения, таких как полив полей и подобных операций. Отсюда и его бюджетная цена.

В то же время, агронавигатор с высокоточным спутниковым приемником, а также с возможностью подключения такого приемника, является универсальным инструментом, который может быть применен во всех трех системах параллельного вождения – от неточной до высокоточной. Его преимущество особенно проявляется в развитии выбранной и применяемой технологии – позволяя идти от простого к сложному, а также в растянутости инвестиционных вложений – докупается то, что реально требуется в данный момент.

Таким образом, руководителю или владельцу агропредприятия Северо-Западного Нечерноземья нужно четко понимать – для каких целей ему необходим агронавигатор, чтобы не купить «кота в мешке» и не знать потом, что с ним делать.


Купив простой и дешевый агронавигато, в лучшем случае применимый только для полива полей и еще пары аналогичных операций, применить его в иных целях - в более сложных технологических операциях будет невозможно.

Вот картинка показывающая это наглядно.



Заявленный как отечественный, агронавигатор Кампус за 60 000 рублей – обеспечивает простейшие операции: водяной полив, разбрызгивание жидких удобрений… И большего от него ожидать и требовать не следует.


Тем более, что подробной технической информации по нему от «производителей» добиться не удалось. На все вопросы - какой спутниковый приемник стоит в Кампусе и за счет чего удается получить рекламируемую 30 см точность, ответов не последовало.

Зато в интернете на сайте http://www.ya-fermer.ru/otzyvy-agronavigator-kampus, было найдено следующее:
"Погрешность у Кампуса +/- 2 метра... Слов нет, есть только маты. Когда работаешь с румом или опрыскивателем с захватом 18 метров - нормально, погрешность не видно. Но когда сеять пшеницу сеялкой СЗП 3.6 (ходил след в след) - точность 2 метра." Это благодарный отзыв счастливого обладателя указанного девайса.


По этому странному агронавигатору дополнительная информация изложена в разделе Агронавигаторы общего Каталога.


Руководителям и владельцам агрохозяйств Северо-Запада надо иметь ввиду при выборе подобного оборудования, что рекламная информация, сопровождающая многочисленные предложения агронавигаторов, как зарубежных так и уже имеемых отечественных для систем вождения умного земледелия, часто не разъясняет тонкие места их практического применения.


А главная и принципиальная из этих тонкостей состоит в следующем…


Спутниковый приемник агронавигатора, внутренний интегрированный или внешний, обеспечивает необходимую точность только при одном важном условии – он должен получить специальную дифференциальную поправку для собственного местаопределения от корректирующей станции. Если спутниковый приемник технологически способен получать такую поправку, но не получает по каким-то причинам, а также если он изначально не способен и не может ее принимать – ни о какой высокой точности речи быть не может.


Дифференциальная поправка – это данные, которые позволяют повысить точность определения местоположения до нескольких сантиметров или дециметров. Специальная базовая станция, сравнивая свои известные координаты, полученные в результате прецизионной геодезической съемки, с измеренными координатами местоположения трактора в поле, формирует поправки, которые передаются на трактор или комбайн по каналам связи – УКВ радиоканалу, сотовой связи GSM, по спутниковой связи…


На территории Северо-Западного Нечерноземья нужную корректирующую поправку спутниковый приемник агронавигатора может получить тремя путями:


Первый путь:

От собственной базовой станции самого агрохозяйства.

Для этого необходимо приобрети такую базовую спутниковую станцию и установить ее, например, в центре агрохозяйства. В радиусе двадцати километров эта база будет давать поправку всем остальным подвижным приемникам, установленным на тракторах, комбайнах, поливальных машинах и остальной технике.


В этом случае, есть реальная возможность обеспечить в режиме RTK высокую сантиметровую точность для техники и применяемых технологий умного земледелия. Становится доступной для внедрения вся возможная линейка точных сельскохозяйственных технологий.

Особенность этого варианта – существенная стоимость.

Потребуются немалые разовые затраты на приобретение спутникового оборудования для базы и ее привязки к государственной геодезической сети, с последующей поддержкой работоспособности.


Второй путь:

От региональной сети базовых станций Геоспайдер.

Эта высокоточная координатная сеть уже покрывает три области Северо-Западного Нечерноземья – Псковскую, Новгородскую и Ленинградскую области. Корректирующую поправку от Гекоспайдера можно получать абсолютно в любом месте.


Льготное подключение для агрохозяйств Северо-Западного региона – бесплатно на первый год внедрения и освоения любых технологий параллельного вождения.

Это сделано Геоспайдером специально – побуждая и инициируя скорейшее внедрение высокоточных технологий в нашем сельском хозяйстве.


Вся сельскохозяйственная техника, оснащенная агронавигаторами с высокоточными приемниками, будет получать корректирующую поправку независимо от времени суток и сезона года.

Особенность этого варианта – разумные расходы.

Агрохозяйства освобождаются от непрофильных и немалых единоразовых финансовых затрат на геодезическую основу. И наоборот, получают профессиональную техническую поддержку по вопросам практического применения высокоточного позиционирования в своей деятельности.


Третий путь – о котором часто говорят, как о само собой разумеющемся, предлагая оборудование западного производства, но без акцентирования внимания на ограниченные возможности его применения в России:


Это путь получения поправки от западных систем коррекции, передающих требуемую поправку через геостационарные спутники.
О таких дифференциальных GPS системах (DGPS) много и подробно пишется на сайтах продающих агронавигаторы – фактически перепечатыванием информации, так как она указывается в технических спецификациях самих спутниковых приемников – тоже в основном западного производства.

Речь идет о системах дифференциальной коррекции функционирующих и применяемых успешно в Европе, в Северной Америке, в Англии…, и которые якобы могут быть успешно быть применены и в России. Как говорится, остается только захотеть…


Это сервисы - SBAS (WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS), а также TerraSTAR, OmniSTAR, StarFIRE, Trimble CENTER POINT RTX, CENTER POINT RTK и некоторые другие.


Все их объединяют специально созданные базовые станции практически по всему миру – но у каждой системы эти станции свои.
А также спутники на геостационарных орбитах – у каждой системы опять же свои, транслирующие корректирующие поправки получателям.




Акцентируем внимание руководителей агрохозяйств - в качестве предварительного резюме по вышеизложенному.
Для тех, кто сочтет, что пришло время внедрения новых технологий - осваивать параллельное вождение сельскохозяйственной техники и начинать экономить на этом немалые ресурсы и деньги, есть два направления выбора:


Первое направление:
Особо не утруждая себя тонкостями спутниковой навигации, купить первый попавшийся девайс типа Кампуса, который стоит недорого, всего-то тысяч шестьдесят рублей - зато обещает точности в сантиметрах- дециметрах, и смело начинать его внедрение.
Повторим еще раз - реальная точность таких девайсов на агрополе чудес будет получена метрах и только в метрах, кто бы что не говорил и как бы убедительно не врал при продаже!

Второе направление:
Сознавая, что сыр бесплатный бывает только в известном месте, потратить немного своего дорогого времени на понимание несложной технической сути спутникового позиционирования - хотя бы в объеме изложенном выше. Это понимание убережет от пустой траты денег, времени и нервов, дав правильное направление внедрению новых технологий в агропроизводстве.

Повторим еще раз - сантиметровую и дециметровую точность можно получить только через алгоритм сторонней дифференциальной поправки для спутникового агронавигатора на конкретном тракторе или комбайне .

В свою очередь, этот единственно правильный путь дает три варианта реализации указанного алгоритма, уже упоминавшихся выше:

*Первый - поправка агронавигатором техники получается от собственной базовой станции агрохозяйства, что есть вполне реальный и реализуемый вариант для тех, кому это позволяют деньги.
*Второй - поправка агронавигаторами принимается от региональной сети базовых станций, что просто и быстро реализуется уже сегодня с малыми затратами.
*Третий - поправка принимается от специальных спутниковых дифференциальных сервисов западной юрисдикции, которые на территории Северо-Запада имеют объективные ограничения и вместо заявляемых дециметров будут объективно давать только метры и метры.



Объективные ограничения спутниковых сервисов коррекции для применения в условиях российского Северо-Запада


Первое ограничение

Широтная граница Северо-Запада России начинается от северного 58 градуса.
Долгота Санкт-Петербурга - восточная 30 градусов.
Долгота спутника 25E - восточная 25 градусов.
Угол места спутника 25E сервиса TerraSTAR из точки в Санкт-Петербурге – примерно 20 градусов

С учетом нахождения пользователей северо-западных территорий на периферии зоны покрытия геостационарного спутника 25Е и крайне малого угла места - не более 20 градусов, наблюдения этого спутника затруднены из-за наличия множественных закрытых зон по причинам рельефа поверхности, лесной растительности и откосов береговой черты.
Для получения достаточного уровня сигнал нужна прямая видимость этого спутника. Это та видимость, которой добиваются ориентированием тарелки спутникового телевидения – выискивая просвет между горками, деревьями или зданиями.
Все эти факторы, взятые в комплексе, крайне осложнят и растянут работу по времени, дав итоговую точность в метрах. В каких-то случаях этого может быть достаточно, но в рассматриваемых - для параллельного вождения в условиях Северо-Запада малоприемлемо.


Второе ограничение

Прием спутниковой коррекции от широкозонных систем возможен только через специальный приемник – имеющий возможность приема в L-band диапазоне частот. Стоимость такого приемника 300-500 тысяч рублей.


Третье ограничение

Экономическая целесообразность…
Месячная подписка на сервис спутниковой дифференциальной коррекции типа TerraSTAR или OmniSTAR обойдется в сумму порядка 20 000-30 000 рублей.
Месячная подписка на сервис региональной дифференциальной поправки в местных системах координат от сети ГЕОСПАЙДЕР – 5 000 рублей.



Таким образом, большая часть существующих западных сервисов коррекции практического применения в России не имеет.
Соответственно, не имеют реальной пользы функции и характеристики спутниковых ОЕМ-приемников, интегрированных в агронавигаторы и ориентированных на эти дифференциальные сервисы - это лишние затраты.


Информация же об этих сервисах в коммерческих проспектах оборудования, забивая канал объективного восприятия технологии, только мешает правильному выбору сельхозпроизводителем нужного ему варианта агронавигатора. А фактически такая информация просто вводит в заблуждение. Приводя к неправильному выбору оборудования и неоправданным финансовым затратам.


В ситуации пока еще отсутствия в России собственных систем дифференциальной коррекции – СКВД еще только развивается, роскошь затрат российских сельхозпроизводителей на оборудование работающее на основе DGPS - с декларированной возможностью принятия платных поправок от западных сервисов, абсолютно не оправдана технологически, финансово, а также и политически.


И какой же выход?


А видится он нестандартным, но разумным - когда при внедрении новых спутниковых технологий в сельском хозяйстве России, агропредприятиям перейти через этап дифференциальной GPS (DGPS), с его деци и метровым уровнем точности и начать сразу применение для параллельного вождения RTK технологий более высокой точности.


Иными словами, российским аграриям предлагается сделать качественный скачок – пропустив промежуточный этап эволюционного развития технологий, как это шло и происходило на западе по объективным причинам.

И если конкретно, то именно агропроизводителям Северо-Западного Нечерноземья - не тратить на такое оборудование время и деньги, и не отвлекаться на попытки получить приемлемый результат ожидая коррекций для своего оборудования от западных сервисов. Выше были показаны тонкости и особенности этих сервисов, с бесполезностью для Северо-Западного региона.



Россия – разработчик и собственник спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, а значит высокоточные технологии позиционирования в интересах умного земледелия страны должны основываться в первую очередь на возможностях именно этой системы, а не американской GPS NAVSTAR. Тем более в ситуации полной политической непредсказуемости Соединенных Штатов Америки в последнее время.


Россия уже имеет на территории страны развитые сети базовых станций, обеспечивающие высокоточный режим RTK и продолжается их интенсивное развитие. Тому пример - Геоспайдер в Северо-Западном регионе. Высокоточной координатной паутиной уже закрыты Новгородская, Псковская, Ленинградская, Мурманская области и Карелия.



Регион Северо-Западного Нечерноземья не является зерносеющим. По климатическим условиям это регион растениеводческий, а значит уже только по этой причине, в нем есть потребность в технологиях именно высокоточных - ориентированных на возделывание картофеля, свеклы, капусты и подобных культур.



Геодезические возможности для высокоточных технологий в интересах растениеводства на Северо-Западе уже созданы Геоспайдером!



----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------