Globali esamos vietos padėties nustatymo sistema GPS (angl. Global Positioning System) leidžia nustatyti objekto koordinates bet kurioje pasaulio vietoje įvairiomis oro sąlygomis. Žemės ūkyje naudojantis palydovų duomenimis vykdoma tikslioji žemdirbystė: sėjama, tręšiami laukai bei purškiami pasėliai, nuimamas derlius ir kita.

Globali vietos padėties nustatymo sistema veikia naudojantis orbitoje skrendančių palydovų signalais ar duomenų paketais. GPS jutiklis gaudo iš palydovų siunčiamą signalą ir jį apdoroja. Vertinamas signalo sklidimo laikas, pagal kurį apskaičiuojamas atstumas. Apdorojus informaciją iš kelių palydovų, yra nustatoma GPS imtuvo (jutiklio) vieta.

Globali esamos vietos padėties nustatymo sistema naudojama įvairių objektų tikslioms koordinatėms nustatyti, žemės plotams skaičiuoti, transporto priemonių navigatoriuose, aviacijoje, laivyboje, žemės ūkyje, gynybos sektoriuje, kartografijoje, geodezijoje.

Šiuo metu veikia dvi globalios vietos nustatymo sistemos. Amerikiečių „NavStar“ (angl. Navigation Satellite Time and Ranging) ir rusų „Glonass“. Skaičiuojant ir rezervinius palydovus, „NavStar“ sistemoje veikia 31 palydovas. „Glonass“ tinklas sudarytas iš 24 orbitoje skriejančių palydovų. Palydovai skrieja apytiksliai 20 000 km aukštyje nuo žemės paviršiaus. Kiekvienas GPS palydovas radijo signalais į žemę perduoda informaciją apie savo buvimo vietą (koordinates), tikslų laiką ir identifikavimo kodą.

Europos gyventojai gali naudotis dvylikos „NavStar“ palydovų duomenimis. „Glonass“ sistemoje yra matomi šeši arba aštuoni palydovai, priklausomai nuo paros meto. Tiksliai navigacijai GPS jutiklis turi matyti mažiausiai keturis palydovus. Globali vietos padėties nustatymo sistema neveikia, jei nėra ryšio bent su keturiais palydovais. Kiek konkrečiu laiko momentu yra matoma palydovų, priklauso nuo vietovės, laiko ir palydovų „persidengimo“. Palydovai skrenda nustatytomis orbitomis ir matomas jų skaičius tam tikru laiko momentu kinta. Kinijoje ir Europoje dirbama prie savos palydovų sistemos. Europiečių „Galileo“ palydovų tinkle jau veikia pirmieji 8 palydovai, o galutiniai sistemos testavimo darbai turėtų vykti 2018 metais.

Nuo ko priklauso tikslumas

Atmosfera lemia palydovų siunčiamo signalo iškraipymus ir netikslumus. Įtakos tam turi ir reljefas, miškingos teritorijos, inžineriniai statiniai: aukštos įtampos elektros linijos, vėjo jėgainės. Svarbu, kad kuo platesnė pietų pusės horizonto dalis būtų atvira. Ten yra dalis geostacionaria orbita skriejančių palydovų, siunčiančių RTX arba StarFire korekcinius signalus GPS imtuvams. Siekiant užtikrinti didesnį tikslumą, modernesnės palydovinės sistemos naudoja abiejų palydovų tinklų (rusų ir amerikiečių) duomenis. Tokiose vietos padėties nustatymo sistemose būna įjungtos automatinio tinklo skanavimo funkcijos, leidžiančios apdoroti gaunamus duomenis ir suskaičiuoti esamą imtuvo (jutiklio) padėtį.

Dėl galimų trikdžių navigacinės sistemos veikia ± 3 m tikslumu. Tokio tikslumo visiškai pakanka automobiliniams navigatoriams ar išmaniesiems telefonams. Tačiau norint naudoti GPS žemės ūkyje tiksliajai žemdirbystei to negana. Siekiant gauti didesnį tikslumą, įvedamas korekcinis signalas. Šie signalai formuojami ir apdorojami stacionariose papildomose stotelėse. Šių stotelių padėtis yra tiksliai žinoma. Matuojant iš palydovų gautus duomenis ir juos lyginant su stotelės koordinatėmis, galima paskaičiuoti paklaidą. Paklaidos vertės dydžio korekcinis signalas perduodamas į mašinoje esantį GPS imtuvą, taip patikslinant esamą padėtį.

Korekcinis signalas perduodamas naudojantis tais pačiais palydovais, radijo bangomis arba per mobiliojo telefono ryšio kanalus. Kuo korekcinė stotelė yra arčiau dirbančios mašinos, tuo pasiekiamas didesnis tikslumas. Geriausia, kad korekcinė stotelė būtų prie pat lauko, kuriame dirba technika. Skaičiuojama, kad tikslumas mažėja 0,1 cm dydžiu, korekcinei stotelei nutolstant 1 km. Naudojamas palydovų tinklas turi gebėti dirbti kartu su korekcine stotele.

„Glonass“ tinklo korekcinio signalo duomenų negalima panaudoti mašinoje, dirbančioje su „NavStar“ palydovų tinklu ir atvirkščiai. Korekcinio signalo tikslumas sumažėja, kai stotelė ilgą laiką būna toje pačioje vietoje. Ilgainiui pasikeičia palydovų pozicija, tai ir korekcinis signalas turi būti tikslinamas. To nedarant prarandamas tikslumas. Įjungus korekcinę stotelę, maksimalus tikslumas, priklausomai nuo naudojamos sistemos, pasiekiamas per 1–5 min., kai kuriose sistemose tai užtrunka ir 15–30 minučių.

Įsigyjant GPS imtuvą dažniausiai vieną kartą susimokama už gaunamą įrangą ir programą. Pageidaujant gauti didesnį tikslumą, mokamas kasmetinis abonentinis mokestis. Net pageidaujant naudotis korekciniu signalu trumpą laiką, tai finansiškai nenaudinga, nes kaina būna ne daug mažesnė už metinį abonementą.

Rinkoje paplitusios ir sutinkamos navigacinės sistemos

• Egnos – naudoja „NavStar“ palydovų sistemą ir yra ± 30 cm tikslumo.
• StartFire 1 (SF1) tikslumas ± 15 cm, naudoja kompanija „John Deere“. Mokamos didesnio tikslumo sistemos SF2 ir SF3 gali dirbti atitinkamai su ± 5 ir ± 3 cm paklaidomis.
• Trimble – pirmus metus nemokama paslauga. Naudoja AGCO grupė („Fendt“, MF, „Valtra“), „CNH Inductrial“ („Case IH“, „Steyr“, „New Holland“). Signalas RangePoint RTX nuo antrųjų naudojimo metų yra mokamas ir užtikrina 10–15 cm tikslumą. Naudoja „Glonass“ palydovų tinklo duomenis. CenterPoint RTX metinis abonementas didesnis, tačiau deklaruojamas tikslumas ± 4 cm.
• Novatel – kompanijos „Novatel“ produktas su Terrastar C ir Terrastar L signalais. Naudoja „Fendt“, „CNH Industrial“, „Müller-Elektronik“.
• Kompanija „Claas“ naudoja Egnos ir OmniStar produktus.

Didžiausiam tikslumui pasiekti – realaus laiko kinematika

RTK (angl. Real-Time-Kinematic) suteikia didžiausią tikslumą ir kartotinumą. Tai yra susiję su tinklo tankumu ir (arba) skaičiavimo tikslumu. Kadangi tam reikalinga patirtis, tai atskirų paslaugos tiekėjų RTK signalas gali būti skirtingo tikslumo. Priklausomai nuo traktoriuje sumontuotos sistemos, korekcinis signalas gali būti gaunamas iš arčiausiai esančios korekcinės stotelės. Ši gali būti sumontuota pas įrangos pardavėją, ūkyje ar kitose vietose. Mobilios trikojės korekcinės stotelės naudojamos gana retai, atliekant specifinius darbus, pvz., lyginant kelius, įrengiant aikšteles.

GPS imtuvas gali naudotis ir mobiliu RTK signalo tinklu. Iš kelių korekcinių stotelių sudaromas atskiras tinklas. Naudojantis šių stotelių tinklu, arti darbo vietos sukuriama virtuali stotelė. Signalai perduodami radijo bangomis arba mobiliuoju telefono ryšiu. Signalo perdavimas radijo bangomis apribotas 15 km atstumu ir veikia tik lygumose, per daug nenutolstant nuo siųstuvo.

Lietuvoje nuo 2012 m. veikia lietuviškas globalios padėties nustatymo sistemos LitPOS palydovinės navigacijos tinklas. Bazinių stočių privalumas – jų imtuvai stabiliai tvirtinami prie kokios nors sienos. Jei kuris nors palydovas pasislinko savo orbitoje, bazinė stotis siunčia žinutę traktoriui, tad jis šį nuokrypį įvertina savo skaičiavimuose. Taip traktorius lauke pasiekia 2,5 cm tikslumą.

Korekciniam signalui siųsti vis labiau naudojamas mobiliojo telefono ryšio tinklas. Standartinis duomenų perdavimo paketas sudaro 1,3 MB per valandą, mėnesinis duomenų srautas – 1 GB. Viršijus šiuos limitus, duomenų srautas nėra visai stabdomas, o tik sumažinamas jo tiekimo greitis. Jei tais pačiais mobiliojo ryšio tinklais naudojasi ir kiti vartotojai, dėl padidėjusios informacijos srauto duomenų perdavimas gali strigti. Duomenų perdavimas pasienio zonose taip pat gali būti apribotas.

Jei dirbant susidaro netinkamos sąlygos ir RTK korekcinis signalas dingsta, dirbančios mašinos netampa visiškai „aklos“. „Trimble“ turi sukūrusi sistemą XFill, kuri, dingus signalui, pati pradeda skaičiuoti savo korekcinį signalą. Skaičiuojamasis korekcinis signalas pirmąsias 5 darbo minutes užtikrina tokį pat tikslumą, vėliau šis tikslumas pradeda mažėti. Jei korekcinio signalo nebūna daugiau kaip dvidešimt minučių, mašinos valdymo tikslumas tampa nepakankamas.

„Claas“ naudoja dinamišką skaičiavimo metodiką, kuri užtikrina pakankamą valdymo tikslumą 3–5 min. „John Deere“ savo sistemoje turi RTK-X programinį paketą, leidžiantį prognozuoti palydovų judėjimo trajektorijas artimiausias 14 dienų, jei prieš tai buvo kokybiškas ryšys su palydovais bent vieną valandą. Visos sistemos persijungia tuoj pat automatiškai vėl normaliam darbo režimui, kai tik pasiekiamas RTK korekcinis signalas. Ryšys su palydovais taip pat turi būti prieinamas.

Į ką būtina atkreipti dėmesį

Įsigyjant GPS, reikia įvertinti jos galimybes ir techninius parametrus. Ne visos sistemos gali būti išmontuotos ir įdiegtos į kitus traktorius.

Automatinio vairavimo sistema sudaryta iš:

• duomenų pateikimo ekrano,
• GPS antenos,
• GSM antenos,
• valdiklio (specializuotos paskirties kompiuterio),
• hidraulinio vairavimo vožtuvo,
• vairuojamųjų ratų pasukimo kampo jutiklio.

Be tikslių padėties duomenų, valdiklis preciziškam valdymui turi žinoti atstumą nuo antenos iki ašių, taip pat antenos sumontavimo aukštį. Sistemoje integruojamas giroskopas, fiksuojantis technikos judėjimą visomis kryptimis.

Jei techniką vairuoja operatorius pagal vaizdą ekrane, tai tikslumas labiausiai priklauso nuo operatoriaus įgūdžių. Paprastai taip užtikrinamas ± 10–15 cm tikslumas. Vairavimo sistemos, kurios technikos judėjimą keičia sukinėdamos vairo ratą, nesunkiai perkeliamos ir pritaikomos kitoms mašinoms. Gamintojai taip pat siūlo sistemas, kurios yra integruojamos į traktoriaus hidraulinę sistemą – taip jos tiesiogiai valdo vairuojamųjų ratų pasukimą. Tačiau įdiegus tokią sistemą, bent jau Vokietijoje, privaloma iš naujo atlikti traktoriaus techninę apžiūrą. Naudojant tokias sistemas, deklaruojamas tikslumas pasiekiamas, kai važiavimo greitis didesnis kaip 5 km/ val. Norint padidinti tikslumą, reikia papildomai montuoti vairuojamųjų ratų pasukimo kampų jutiklius, o tai automatiškai padidina įrenginio kainą.

Nauji nuo 90 AG traktoriai gali būti iš dalies paruošti automatinio vairavimo sistemai įdiegti. Tam būna sumontuotas vairo hidraulinis skirstytuvas, iki kabinos atvesti laidai su tinkamomis jungtimis. Apie 50 proc. traktorių iki 180 AG į rinką išleidžiami jau turėdami tokį paruošimą. Jei vartotojai pageidauja visą savo turimą mašinų parką naudoti su vairavimo sistemomis, reikia išsiaiškinti, kaip lengvai perkeliama sistema iš vienos mašinos į kitą. Naujose mašinose, kuriose yra sumontuotas hidraulinis vairavimo skirstytuvas, galima šias funkcijas pavesti valdyti ir vykdyti naudojantis ISOBUS sistemoms.

Naudojantis padėties nustatymo duomenimis, galima sėkmingai valdyti prikabintą techniką. Išjungti ar įjungti purkštuvo sekcijas, sumažinti ar padidinti trąšų barstytuvo skleidimo plotį ir kita. Paprastai duomenims perduoti naudojamas NMEA protokolas. Daugelis sistemų tarpusavyje suderinamos ir gali komunikuoti. Tačiau duomenų perdavimo dažnis turi būti tinkamas.

Padargų daliniams pločiams valdyti naudojamas 5 Hz dažnio kanalas. Vairavimo sistemoje naudojamas dažnis kinta nuo 10 iki 20 Hz. Kai kada sistemos sutrinka įdiegus ar atnaujinus programinę įrangą. Atnaujinus programinę įrangą, specialistai pataria patikrinti visos sistemos veikimą prieš išvykstant dirbti į laukus.

Kuo GPS vairavimo sistema dirba tiksliau, tuo praktikoje dažniau pageidaujama perkelti technologinių vėžių ir kitų laukų parametrų duomenis į kitų mašinų sistemas. Tai galima atlikti naudojantis USB atminties raktu. Tuomet tiksliai žinoma, kur yra AB linija ar konkrečios technologinės vėžės. Taip išvengiama dirbamų laukų persidengimo ar neįdirbtų ruožų. Lengvai ir greitai sudaromi laukų žemėlapiai. Ne visuomet galima suderinti skirtingomis sistemomis sudarytų žemėlapių duomenis. Viena sistema lauką supranta kaip lygų plotą, kita sistema įvertina ir jos kalvotumą. Kuo ilgesnė ir nuolaidesnė atkarpa skaičiuojama, tuo didesnis neatitikimas gaunamas tarp skirtingų sistemų. Tačiau visos sistemos dirba nepriekaištingai savo pačios vėžėse, kai naudojamas RTK korekcinis signalas.