23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2009/03
Navigacijos įranga
  • Saulius SAGATYS
  • Mano ūkis

Norint paaiškinti, kuo skiriasi navigacijai naudojami imtuvai, reikia pradėti nuo to, kas yra palydovinė navigacijos sistema (PNS) ir kaip ji veikia.

Daugelis žino, kad GPS (angl. global positioning system) yra JAV gynybos departamentui priklausanti navigacijos sistema, kuri susideda iš trijų pagrindinių dalių: kosminio, antžeminio valdymo prietaisų ir vartotojų. Kosminė dalis – tai 24 orbitiniai palydovai (savo orbitose skrieja dar trys atsarginiai palydovai). Minėtų 24 palydovų orbitos išsklaidytos taip, kad bet kuriuo metu iš bet kurio žemės taško būtų matomi bent 9 palydovai. GPS palydovai yra atskaitos taškai, antžeminio imtuvo padėtis išskaičiuojama trianguliacijos būdu. Matuojant, kiek laiko radijo bangos sklido nuo palydovo iki imtuvo, sužinomas tikslus atstumas tarp jų. Taigi norint sužinoti imtuvo padėtį trimatėje erdvėje, reikia, kad tame taške susikirstų bent 4 palydovų skleidžiami signalai.

GPS sistemos stebėjimo ir priežiūros dalis – tai antžeminės stotys, kurios seka sistemos darbą ir fiksuoja nukrypimus.

Vartotojų dalis – tai vartotojai, naudojantys PNS imtuvus geografinei padėčiai nustatyti.

Padėties nustatymo klaidų pagrindinės priežastys

Tikslus laikas. Padėčiai nustatyti labai svarbus tikslus laiko matavimas (kada signalas išsiųstas ir kada priimtas). Todėl kiekviename GPS palydove sumontuoti 4 atominiai laikrodžiai (vienas matuoja laiką, 3 atsarginiai). Žinoma, mūsų naudojamuose GPS imtuvuose atominių laikrodžių nėra. Norint, kad imtuvo kaina būtų prieinama platesniam vartotojų ratui, juose naudojami ne tokie tikslūs laikrodžiai, todėl ir reikalingas papildomas ketvirtojo palydovo signalas laikui suderinti.

Palydovų orbitų pasikeitimai. Skaičiuojant objekto padėtį laikomasi prielaidos, kad palydovo orbita yra žinoma ir jo padėtis gali būti išskaičiuota bet kuriuo laiko momentu, tačiau laikui einant palydovų orbitos šiek tiek kinta, todėl reikalingos antžeminės stebėjimo ir priežiūros tarnybos, kurios atlieka reikiamas korekcijas.

Tikslumo skleistumas (DOP). Tai yra matomų palydovų išsidėstymas imtuvo atžvilgiu. Pavyzdžiui, jei visi palydovai susitelkę į „spiečių“, tikslumas bus mažesnis negu, kai jie išsisklaidę. Daugelis imtuvų rodo Horizontalųjį DOP (HDOP) – tai ilgumos ir platumos nustatymo kokybės įvertinimas; taip pat Pozicijos (PDOP) trijų dimensijų padėties nustatymo kokybę. Kuo mažesnė DOP vertė, tuo tiksliau nustatoma imtuvo padėtis. Paprastai pakanka, kad DOP būtų mažesnis kaip 4.

Atmosferos įtaka. Radijo bangos iš kosmoso, įeidamos į žemės atmosferą, lūžta, todėl pailgėja atstumas, kurį jos turi įveikti nuo palydovo iki imtuvo. Toks atstumo padidėjimas taip pat turi įtakos padėties nustatymui. Daugelyje šiuolaikinių navigacijos prietaisų galima apriboti minimalų palydovo aukštį virš horizonto. Pavyzdžiui, nustatyti taip, kad duomenys, gaunami iš palydovų, esančių žemiau kaip 8o virš horizonto, nebūtų naudojami skaičiavimams (kuo žemiau yra palydovas, tuo smailesniu kampu radijo bangos įeina į atmosferą, todėl ir lūžta didesniu kampu).

Signalo atspindžiai. Tai radijo bangų aido efektas, kai imtuvas gauna tą patį radijo signalą iš skirtingų šaltinių, t. y. tiesiogiai iš palydovo ir atsispindėjusį nuo pastatų, vandens telkinių paviršiaus ar kitų kliūčių. Imtuvas gauna tą patį signalą tik šiek tiek vėliau, toks „pavėlavęs“ signalas gali įvelti rimtų klaidų skaičiavimuose.

Būdai, kaip pagerinti padėties nustatymo tikslumą

GPS sistemos palydovai signalus transliuoja dviem dažniais: L1 (skirtas civiliams) ir L2. Abu dažnius L1 ir L2 gali priimti kariniai ir įgaliotų vartotojų imtuvai (kai kurie žemės ūkio mašinose naudojami imtuvai taip pat gali naudoti abu dažnius). Tai užtikrina didesnį tikslumą. Taip pat tikslesni yra nuolatinio veikimo imtuvai, jie nuolat priima signalus iš 4 ir daugiau palydovų. Žinoma, imtuvas, galintis nuolat priimti kelių palydovų signalus dviem dažniais, yra brangesnis ir imlesnis energijai. Kai GPS sistema pradėjo veikti (1995 m.), civiliams vartotojams skirtas signalas buvo transliuojamas su specialiai įvestomis klaidomis, kad tikslumas būtų mažesnis negu naudojamas kariškių. 2000 m. klaidinimo sistema buvo išjungta.

Analogišką amerikietiškai GPS palydovinės navigacijos sistemą, vadinamą GLONAS, turi ir Rusijos Federacija. Naujausi navigacijos imtuvai gali priimti abiejų sistemų signalus. Jie taip pat sumažina padėties nustatymo paklaidas.

Norint dar didesnio tikslumo, reikalingas nejudantis atskaitos taškas, pagal kurį būtų galima koreguoti GPS ir GLONAS sistemų paklaidas. Europos Sąjunga turi savo sistemą EGNOS, kuri veikia kartu su amerikiečių GPS ir ją papildo transliuodama korekcinį signalą, taip papildydama iki DGPS (angl. differential global positioning system) sistemos, tai jau yra palyginamoji navigacijos sistema.

Egzistuoja ir privačioms kompanijoms priklausančių korekcinio signalo transliavimo sistemų. Žinomiausia iš privačių yra OMNISTAR sistema. Toks signalas dažniausiai yra mokamas ir norint juo naudotis reikia susimokėti abonementinį mokestį (vidutiniškai apie 800 EUR metams), už jį gaunamas prisijungimo kodas, kurį reikia įvesti į suderinamą imtuvą.

Aukščiausias absoliutaus tikslumo lygmuo pasiekiamas naudojant rea­laus laiko kinematikos (RTK) įrenginius. Sistema taip vadinama todėl, kad bazinė stotis, pagal kurios duomenis koreguojami judančios mašinos padėties skaičiavimai, yra tiesioginio matomumo zonoje ir korekcija vyksta realiu laiku. Kadangi referencinė RTK stotis yra arti imtuvo, ją veikia tie patys neigiami veiksniai kaip ir imtuvą, todėl toks korekcijos būdas yra tiksliausias. Egzistuoja ir virtualūs RTK tinklai (Lietuvoje tai LITPOS sistema, naudojama geodeziniams matavimams). Tai yra bazinių stočių tinklas, kurių duomenys internetu perduodami į centrinį terminalą ir iš jo mobiliuoju internetu transliuojami vartotojui. Korekcija skaičiuojama naudojant kelių, arčiausiai vartotojo esančių, stočių (VRS – virtuali referencinė stotis) arba vienos, arčiausiai (ne toliau kaip 70 km nuo vatotojo) imtuvo esančios bazinės, stoties duomenis. Ir vienu, ir kitu atveju norint naudoti RTK korekciją, reikalingas palydovinės antenos priedas, galintis priimti RTK signalą (radijo modulis arba mobilus modemas).

Apžvelgus tiksliojo ūkininkavimo galimybes, galime konkretizuoti reikalavimus įrangai, pradedant nuo žemiausio lygmens.

Keletas praktinių patarimų, kaip išsirinkti naudingą, o ne šiaip gražų ir prabangų daiktą.

Prieš įsigyjant bet kokį PNS prietaisą, reikėtų išsiaiškinti, kokiu metodu gamintojas deklaruoja prietaiso tikslumą. Yra naudojami keli PNS prietaisų tikslumo deklaravimo būdai. Pavyzdžiui, to paties PNS imtuvo tikslumą galima apibūdinti: 1’ CEP, 1,2’ RMS arba 2,4’ 2DRMS. Lyginant dviejų skirtingų prietaisų charakteristikas, būtina įsitikinti, kad tikslumas nustatytas tais pačiais metodais. Kaip matyti, RMS metodu nustatyto tikslumo skaitinė vertė bus 1,2 karto didesnė negu CEP, o 2DRMS dvigubai didesnė negu RMS. Todėl prietaisas, kurio specifikacijoje nurodytas 5’ 2DRMS tikslumas, bus tikslesnis negu prietaisas, kurio tikslumas yra 3RMS.

Kuo didesnis ir informatyvesnis monitorius, tuo lengviau išvengti apmaudžių klaidų. Paveikslėlyje pavaizduotame Case IH valdymo monitoriaus AFS PRO 600 frag­mente pateikiama informacija, reikalinga efektyviam automatinio vairavimo valdymui. Viršutiniame kampe automatinio vairavimo įjungimo mygtukas ir statuso indikatorius. Funkcija „pasiekimas“ leidžia koreguoti norimą persidengimą. Toliau seka naujos trajektorijos įrašymo funkcija.

Tarkime, dirbdami kombainu norime atsikirsti naują barą. Tokiu atveju pastatome kombainą galulaukėje norima kryptimi, išsirenkame funkciją „nauja pradalgė“, tipas – „kryptis“, ir automatinės sistemos pačios nuvairuos kombainą tiesiai ­numatyta kryptimi ir lygiagrečiai atkartos kitas pradalges.

Funkcija „pažymėti“ leidžia koreguoti sistemas. Tarkime, jei automatinio vairavimo sistemos paklaida per didelė, pvz., kombainą netiksliai orientuoja į naują pradalgę, galima paslinkti numatytą važiavimo trajektoriją lygiagrečiai į reikiamą pusę. Paprasčiausia tai padaryti rankiniu būdu, pastačius kombainą į reikiamą pradžios tašką. Paspaudus šį mygtuką važiavimo trajektorija automatiškai perskaičiuojama pagal esamą mašinos padėtį. Pradalgės numeris rodo, kelintą važiavimą kartojama lygiagrečiai užduotai trajektorijai ir į kurią pusę (kairę ar dešinę). Tai ypač svarbi informacija. Navigacijos sistemas naudojantys ūkininkai dažnai skundžiasi, kad nei iš šio, nei iš to sistema „grąžina“ mašiną ant prieš tai buvusių vėžių. Dažniausiai tokiu atveju reikia atkreipti dėmesį į pradalgės numerį, mat, kai vairuojama rankiniu būdu, pagal navigacijos indikatorius paklaida būna didesnė ir pagal judėjimo greitį ir kryptį sistema gali „nuspręsti“, kad orientuojamasi į kitą pradalgę.

Žinoma, pirmiausia, ką reikėtų padaryti prieš imantis navigacijos galimybių, atidžiai perskaityti naudojamo prietaiso instrukciją. Jei navigacinė sistema dažnai „šokinėja“ nuo vienos prie kitos pradalgės, labai didelė tikimybė, kad nustatytas per siauras pradalgės paieškos diapazonas. Paprasčiausiose sistemose labiausiai paplitę mažos įstrižainės, monochrominiai monitoriai ir juose labai sunku sužiūrėti tokius skaičiukus, todėl ir padaromos apmaudžios klaidos.

DGPS SNR – tai DGPS korekcinio sig­nalo stiprumo (lyginant su foniniais elektromagnetiniais triukšmais) indikatorius. Šią informaciją labai paranku nuolat matyti. Pagal signalo stiprumą galima spręsti, kiek verta pasitikėti navigacijos duomenimis esamuoju laiku. Normaliai dirbant, DGPS SNR reikšmės skirtingoms technologijoms turėtų būti tokios: GPS – 6; EGNOS – 3+; OMNISTAR HP/XP – 7+. Taip pat ekrane palikta vietos lauko žemėlapiui, kuriame matyti išdirbtas ir neišdirbtas plotas. Norint valdyti visą paminėtą informaciją, reikalingas didesnės įstrižainės monitorius.

Būtina atsižvelgti į tolimesnes sistemos tobulinimo galimybes: programinės įrangos atnaujinimo, papildomų prietaisų prijungimo, aukštesnės tikslumo klasės signalo priėmimo. Pavyzdžiui, lygiagrečiam važiavimui ir paprasčiausiam automatiniam vairavimui EGNOS tikslumo pakanka (santykinis tikslumas pakankamas, o absoliutus nebūtinas), tačiau iš anksto parengtoms važiavimo trajektorijoms naudoti jau reikalingas didelis absoliutus tikslumas. Tuomet EGNOS nebepakanka, reikia OMNISTAR arba RTK signalo (apie skirtingų palydovinės navigacijos sistemų tikslumus išsamiai aprašyta „Mano ūkyje“ 2008/12). Ne visos antenos gali tuos signalus priimti ir ne visos sistemos gali būti atnaujintos dirbti didesniu tikslumu.

Navigacijos signalų ir tikslumo lygių spektras labai platus. Nuo imtuvų galimybių naudoti atitinkamo lygio tikslumą priklauso ir jo kainos. Imtuvai kainuoja nuo 200 iki 17 000 litų. Visus juos galima naudoti tiksliajam ūkininkavimui priklausomai nuo pageidaujamo lygmens. Jei reikia tik pasižymėti laukų ribas, juose esančias kliūtis ar vietą, kurioje užsikimšęs drenažas, tam, kad vėliau būtų galima sugrįžti ir jį sutaisyti, visiškai pakanka kelis šimtus litų kainuojančio nešiojamo GPS imtuvo.

Norint naudoti palydovinę navigaciją lygiagretiems važiavimams, turistinės ar automobilinės navigacijos sistemos tikslumo nepakaks. Nustatant automobilio padėtį priimama, kad jis yra ant kelio arba šalia jo, todėl turint tikslų kelių žemėlapį ir gerą programinę įrangą, didelis navigacinio signalo tikslumas nėra būtinas. Dirbant laukuose, nėra orientyrų, pagal kuriuos būtų galima koreguoti navigacijos netikslumus, todėl būtinas DGPS tikslumas. Įrangos pasirinkimo kriterijus lengviausia išsiaiškinti, aptariant konkretų pavyzdį, kaip paruošti kombainą naudoti tiksliojo ūkininkavimo sistemas. Kombainuose palydovinės pozicionavimo sistemos gali būti panaudojamos įvairiau ir įvairesniais lygmenimis negu traktoriuose.

Taigi pirmas lygmuo – lauko žemėlapių pagal derlingumą, drėgnumą ir kitus parametrus sudarymas. Tam reikia, kad kombaine būtų sumontuota:

  • grūdų drėgnio matavimo įranga;
  • grūdų kiekio (derlingumo) matavimo įranga;
  • duomenų kaupiklis (įrenginys, įrašantis surinktus duomenis į elektronines laikmenas);
  • duomenų įvedimo ir nuskaitymo įranga (dažniausiai valdymo pultas ir monitorius, pvz., AFS PRO 600 jungia tris prietaisus viename: duomenų kaupiklį, jutiminį monitorių ir valdymo pultą);
  • palydovinės navigacijos signalo imtuvas.

Reikia pridurti, kad nemaža dalis per pastaruosius penkerius metus į Lietuvą įvežtų naujų kombainų jau turi visą ar bent dalį minėtos įrangos (dažniausiai trūksta tik palydovinės antenos). Tereikia ja naudotis. Jei nėra antenos, pakaktų įrengti paprasčiausią ir pigiausią GPS anteną, kurios paklaida paprastai ne didesnė kaip 5 m, t. y. ne didesnė negu pjaunamosios plotis.

Pasidarius pirmuosius žemėlapius, juos išanalizavus, matyti, kad kai kurių problemų galima išvengti, jei tiksliau purkšime, tręšime ir sėsime. Tačiau jei žemėlapis bus padarytas naudojant mažo tikslumo imtuvą, tai ir lauko ribos bus netikslios. Be to, kombainas Lietuvoje vidutiniškai dirba tik 300 valandų, likusį laiką tą pačią anteną galima naudoti ant kitų mašinų.

Dirbant su kombainu, patartina rinktis aukščiausio lygio GPS signalo imtuvą, galintį priimti ir GPS ar GLONAS, ir ­DGPS (EGNOS) signalus. Pageidautina, kad imtuvą vėliau būtų galima pritaikyti ­OMNISTAR HP/XP ar RTK signalui priimti. Taip bus išvengta nereikalingų išlaidų, pereinant prie didesnio tikslumo sistemų, nes nereikės pirkti naujos antenos, pakaks įsigyti papildomus priedus ir (arba) atrakinimo kodus aukštesnio lygmens funkcijoms aktyvuoti.

Jei automatinio ar pagalbinio vairavimo sistemos naudojamos dirbant traktoriumi, logiška jas taikyti ir dirbant kombainu. Galima naudoti pagalbinio vairavimo sistemą (su vairą sukančiu elektros varikliu), tačiau naujame kombaine su integruotu GPS (DGPS) imtuvu žemėlapiams sudaryti galima įdiegti ir integruotą vairavimo sistemą. Tam reikia:

  • vairuojamųjų ratų posūkio kampo jutiklių,
  • prioritetinio vairavimo vožtuvo (vairuotojui pasukus vairą, automatiškai įsijungia rankinis režimas),
  • navigacijos valdymo bloko.

Užsakant naują traktorių ar kombainą, patartina užsakyti jį su vairuojamųjų ratų posūkio kampo jutikliais ir prioritetiniu vairavimo vožtuvu, sumontuotais gamykloje, kadangi tai palyginti nedaug padidina mašinos kainą (visiškas paruošimas automatinio vairavimo sistemai instaliuoti gali kainuoti apie 14 000 Lt). Jei įsigysite techniką be šių priedų, vėliau nusprendus juos sumontuoti kainuotų brangiau.

Prieš priimant galutinį sprendimą dėl investicijų į tiksliojo ūkininkavimo sistemas, reikia įvertinti jos panaudojimo perspektyvas. Iki šiol pagrindinė varomoji jėga, skatinanti diegti tiksliojo ūkininkavimo sistemas, buvo brangstanti nafta ir poreikis taupyti degalus, taip pat mažėjanti darbo jėgos pasiūla žemės ūkyje, skatinanti taupyti žmogaus darbo valandas, bei brangstančios medžiagos (pesticidai, trąšos). Iš kitos pusės, navigacijos signalai gaunami vis tikslesni ir pigesni, taip pat pinga ir įranga. Taigi galima daryti išvadą, kad minėtų veiksnių įtaka tik stiprės.