Использование gps в сельском хозяйстве реферат

Обновлено: 05.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Навигация в сельском хозяйстве.

В настоящее время рост цен на семена, минеральные удобрения, средства защиты растений, технику и другие средства производства в сельском хозяйстве приводит к необходимости повышать эффективность их использования. Перед руководителями и специалистами сельского хозяйства стоит задача повышения уровня менеджмента, как важного фактора для достижения результативного хозяйствования. Поставленную задачу решает новое направление под названием точное земледелие, которое в настоящее время получает все большее распространение во многих странах.

Точное земледелие – это комплексная высокотехнологичная система сельскохозяйственного менеджмента, включающая в себя технологии глобального позиционирования (GPS), географические информационные системы (GIS), технологии оценки урожайности, технологию переменного нормирования и технологии дистанционного зондирования земли (ДЗЗ).

Точное земледелие может применяться для улучшения состояния полей и агроменеджмента, по нескольким направлениям:

• агрономическое - с учётом реальных потребностей культуры в удобрениях, то есть совершенствуется агропроизводство;

техническое - совершеннее управление рабочим временем на уровне хозяйства, улучшается планирование сельскохозяйственных операций;

экологическое - сокращается негативное воздействие аграрного производства на окружающую среду;

экономическое - рост производительности и/или сокращение затрат повышают эффективность аграрного производства.

Новые информационные и коммуникационные технологии позволяют легко и обоснованно управлять культурами на уровне поля. Принятие решений в сфере современного сельскохозяйственного производства требует специальной техники и машин, которые бы поддерживали технологии переменного внесения, например, переменного дозирования семян либо дифференцированного внесения удобрений и средств защиты растений.

Для внедрения точного земледелия необходимо следующее оборудование, устанавливаемое на тракторах, опрыскивателях, комбайнах и т.п.:

система позиционирования (например, на основе GPS /ГЛОНАСС навигационных спутниковых приемников);

аппаратно-программная система, которая интегрирует все доступные данные в разных форматах, в слоях и из различных источников, включая данные с различных датчиков и экспертные оценки агронома;

• оборудование для отбора проб почвы;

• оборудование для переменного дозирования (интегрированное в сеялку, разбрасыватель, опрыскиватель).

Спутниковая навигация уже применяется и в сельском хозяйстве, где используется для автоматической обработки земельных угодий комбайнами, уже сейчас позволяет значительно сократить производственные издержки, снизить себестоимость выпускаемой продукции. Круг применения технологий спутниковой навигации постоянно расширяется, и сейчас даже трудно представить, какие еще области применения космических навигационных систем появятся.

В настоящее время в агропромышленном комплексе достаточно широко применяются системы навигации для сельскохозяйственных машин и мобильных энергетических средств (тракторов). Основная задача такого рода систем - обеспечить прохождение трактора с агрегатом по полю так, чтобы каждая последующая полоса ложилась точно по краю предыдущей полосы без пропусков и перекрытий. Системы навигации являются неотъемлемой частью систем контроля и мониторинга, систем точного земледелия, систем автоматизированного вождения сельскохозяйственной техники и параллельного вождения.

В реальности, при традиционных способах обработки полей, без применения систем навигации, имеют место перекрытия и пропуски, в результате которых обработанное поле выглядит следующим образом.

Для обеспечения требуемой траектории движения трактора по полю с заданным расстоянием между смежными проходами существует несколько различных решений:

1) Установка видимых о риентиров (вешек) при вспашке, на которые
механизатор будет ориентироваться во время работы;

Применение выкидных или пенных маркеров;

Использование спутниковых навигационных систем.

Даже опытный и добросовестный механизатор при работе с широкозахватными машинами не выдерживает точного расстояния стыковых проходов, не прибегая к помощи маркеров или помощников-сигнальщиков. Проблема точного вождения машинно-тракторных агрегатов усугубляется с увеличением ширины захвата современных сельскохозяйственных машин.

Ниже приведен пример космического снимка поля, обработанного с использованием систем спутниковой навигации.

Преимущества спутниковой навигации для обеспечения требуемой траектории движения трактора состоят в следующем:

• Не требуются проведения работ по предварительной разметке поля;

Не требуются дополнительные расходные материалы для маркирования рядов;

Максимально используется ширина агрегата, сводятся к минимуму перекрытия соседних рядов;

Исключаются пропуски между соседними рядами;

Увеличивается коэффициент загрузки техники;

Обеспечивается возможность работы в условиях плохой видимости;

Повышается комфортность работы, снижается утомляемость водителя.

При выполнении технологических операций, требующих высокой точности, механизатору крайне сложно работать с необходимой скоростью в течении всей смены. Для решения подобных задач все более широко используются автопилоты для сельскохозяйственной техники. Применение данных систем позволяет повысить производительность и эффективность труда, снизить затраты на расходные материалы, сократить стыковую полосу (полосу между двумя проходами техники).

В целом подобные системы позволяют решать следующий спектр

определение географического местоположения, направление и скорости движения сельскохозяйственных транспортных средств;

контроль погрузки, транспортировки и разгрузки сельскохозяйственных грузов;

контроль расхода топлива, а также его несанкционированных сливов;

учет обработанных сельскохозяйственной техникой земельных угодий;

контроль времени начала и окончания выполнения работ;

контроль соблюдение скоростного режима при выполнении сельскохозяйственных работ;

контролировать нахождение объекта в пределах обозначенного участка (поля) с контролем времени входа/выхода;

контроль соблюдения маршрута и вскрытие фактов его нарушения; контроль расхода топлива согласно пройденному пути.

Динамичное развитие аграрного производства требует внедрения высокоэффективной системы земледелия, современных технологий сбора и обработки информации, необходимой для решения многочисленных производственных и управленческих задач с использованием современных технологий, в том числе - географических информационных систем (ГИС).

Применение космических и информационных технологий позволяет придать процессу управления сельским хозяйством страны такие свойства как глобальность, системность, оперативность, непрерывность.

В последние годы в области использования результатов космической деятельности в сельском хозяйстве отмечается определенный прогресс.

Но ГИСы в АПК сопровождают следующие проблемы внедрения:

Затраты времени на освоение, необходимость повышения квалификации специалистов.

Отсутствие на отечественном рынке роботизированной с.х. техники, в том числе, российского производства.

4. Отсутствие отечественного программного обеспечения.

5. Низкая доходность предприятий АПК, снижающая вероятность
внедрения ГИС.

Встатье рассмотрена система навигации в сельском хозяйстве. Описано положительное влияние на количество и качество урожая своевременного выполнения технологических операций.

Ключевые слова: навигация, сельское хозяйство, Глонасс, GPS-приемник.

На современном этапе развития агропромышленного производства в России одним из наиболее популярных и рентабельных направлений в области ресурсосберегающих технологий, стала навигация. Навигатор для сельского хозяйства решает несколько иные задачи, нежели в области транспорта и логистики грузоперевозок.

Навигационные системы в области растениеводства призваны решать следующие задачи:

Экономия удобрений, средств защиты растений, семян, топлива и других средств производства за счет сокращения ширины линии двойной обработки между двумя проходами сельскохозяйственной техники. Это составляет от 3 до 15 % и более (на разных технологических операциях) от стоимости проводимых работ. Интенсификация использования сельскохозяйственной техники (дают возможность качественно работать в полях в ночное время суток, в туман, при запыленности и задымленности). Это в свою очередь позволяет более своевременно выполнять все технологические операции, что положительно сказывается на количестве и качестве урожая. Повышение точности, а значит качества выполнения всех технологических операций.

На российском рынке, в настоящее время, можно найти навигационные системы для сельскохозяйственной техники различных производителей которые делятся на два основных типа: — система параллельного вождения (курсоуказатель, электронный маркер); — автопилот для трактора или комбайна (гидравлический или подруливающее устройство). Системы, обеспечивающие параллельное вождение, как правило, состоят из:

- GPS-приемника (сейчас на рынке появляются приемники, дающие возможность использовать для определения координат, в том числе, и спутники ГЛОНАСС);

- Основного модуля, в котором происходит обработка данных, настройка системы и вывод указания курса на дисплей для механизатора;

- Провода, соединяющего антенну с основным модулем и провода питания, который позволяет подключить прибор к бортовой электросети чаще всего от прикуривателя в тракторе [6].

- Такого типа GPS-навигаторы для сельского хозяйства работают по схеме:

- Система параллельного вождения оперативно устанавливается на любую технику;

- Настройка системы и обучение механизаторов тоже не занимает много времени (при настройках вводится ширина захвата агрегата, который установлен на трактор, или ширина жатки);

- После этого можно непосредственно осуществлять параллельное вождение по курсоуказателю, который появится на основном блоке прибора (при этом двигаться можно, как в режиме прямых линий, так и повторяя все неровности первого прохода).

Системы параллельного вождения позволяют механизатору работать с точностью 20–40 см (с большей точностью физически сложно вести любой трактор по указанному курсу в соответствии с требованиями к выполнению технологических операций). Однако некоторые приборы обладают большей точностью — другие меньшей (в зависимости от поправки GPS-сигнала, используемой на приборе). Цена систем параллельного вождения варьирует в зависимости от точности работы прибора, возможностей развивать ее в дальнейшем до автопилота (или с базовой RTK GPS станцией) и др. [5].

Характеристики ряда систем параллельного вождения приведены в таблице*

Система параллельного вождения

Характеристика

Точность вождения агрегата 30–2,5 см (в зависимости от варианта оснащения). Увеличивает производительность агрегатов на 13–20 %

EZ — Guide Plus

Точность вождения от гона к гону 15–30 см. Совмещается с л юбым трактором. Увеличивает производительность на 13–20 %

Автопилот E-Drive

Точность прохождения смежных проходов 10 см. Позволяет водить трактор на склонах. Устанавливается на любые импортные тракторы с гидроусилителем руля

Ag GPS EZ — Steer

Подруливающее устройство (удерживает агрегат на заданной прямой линии при движении по гону). Точность вождения 15–20см

Автопилот Trimble Ag GPS Autopilot

Обеспечивает идеально ровное вождение. Уменьшает перекрытие при севе до 5–10 см, не оставляя огрехов. Обеспечивает работу на скоростях до 30 км/час

Outback — S2

Усовершенствованная система параллельного вождения с повышенной точностью (5–10 см). Устанавливается на любое транспортное средство. Русифицированное меню

Приёмник сигнала GPS и адаптированный с ним терминал автоматически осуществляют точное (±30 см) вождение агрегата

EZ-Guide Plus

Точность вождения агрегата 30 см. Упрощает движение по кривой и развороты. Жидкокристаллический дисплей

Trimble EZ-Guide 500 (OnPath b HP|XP)

Точность вождения 7–25 см. Антенна диапазона L1/L2. Отслеживает огрехи, измеряет площадь поля. Подключается к подруливающему устройству TrimbleEZ-Steer

Приёмники GPS и ГЛОНАСС. Точность вождения до 2–3 см. Одновременно с курсороуказателем измеряется площадь поля. Интегрированный дисплей работает в ручном и автоматическом режиме

Raven Cruizer

Точность вождения 15–20 см. Подключается к подруливающему устройству SmartSteer игидравлическому автопилоту Smart Trax

AutoFarm ATC

Точность вождения 15–20 см. Работает с поправкой Omnistar. Подключается к подруливающему устройству OnTrack, которое устанавливается на рулевое управление

AutoFarmA5 DGPS +автопилот

Точность вождения 5–10 см

Точность вождения 50 см. Приёмник системы GPS. Измеряет скорость агрегата, обработанную площадь поля. Пульт располагается в кабине трактора

Аэроюнион Аэронавигатор

Teejet Centerline 220

Точность вождения 35–40 см. Ориентирована на работу с автопил отом. Русскоязычное меню

В системе используется дисплей Green Star, мобильный процессор и приёмник сигнала StarFire, обеспечивающий высокую точность позиционирования

Точность вождения 20–30 см

Совмещает большой жидкокристаллический дисплей и автопилот компанииAutoFarm. Система многофункциональна

Mueller Electronik

Точность вождения 25–30 см. 12-канальный DGPS-приемник.

Комплект универсален: устанавливается на любые машины. Имеются функции автопилотирования и коррекции положения на склонах. Работает с системойGreen Star

В настоящее время существуют системы двух уровней: полностью автоматизированная система, когда вмешательство механизатора в управление не требуется, и вспомогательная система — подруливающее устройство, когда механизатору нужно следить за препятствиями на пути и брать управление на себя при разворотах и на концах загона.

Согласно оценкам экспертов, в зерновых севооборотах можно сэкономить 250–500 руб. затрат на 1 гектар благодаря использованию систем параллельного вождения. В севооборотах с пропашными культурами экономия, по этим оценкам, достигает даже 500–1500 руб./га. Еще больший потенциал предполагается в овощеводстве. Первые практические испытания показали, что благодаря системам параллельного вождения можно сэкономить до 8 % горючего. В хозяйствах имеющих 1000 га земли, при четырехкратной обработке площадей в год можно сэкономить 4000 л. дизельного топлива. Кроме того, сокращается время простоев техники из-за усталости или ошибок механизатора; по оценкам тех же экспертов, этот эффект дает экономию в 50–250 на час работы.

В настоящее время на Российском рынке представлено широкое разнообразие подобных приборов:

- От фирмы Leica — mojoMINI (оптимальное сейчас соотношение по цене-качеству среди недорогих приборов), Mojo3D;

- От Claas Systems — Outback S-lite (широкораспространенныйприбор), Outback S3, Outback Sts;

- От Trimble — EZ-Guide 250 (распространенные приборы, заменил собой систему EZ GuidePlus), EZ-Guide 750 (заменил собой систему ИЗИ-Гайд 500);

- От Raven — Cruizer, Cruizer II;

- От JohnDeere — в России используется StarFire;

- От TeeJet — Matrix, Voyager.

Подводя итог, выше сказанному можно отметить что, эти технологии обеспечивают более точное вождение агрегата в поле и объективную оценку проведения работ. В результате повышается урожайность, улучшается качество продукции и сокращаются затраты на средства производства. Однако внедрение таких технологий связано с достаточно высокими первоначальными инвестициями. Тем не менее, экономические расчеты показывают, что, несмотря на высокую стоимость внедрения технологий прецизионного земледелия они могут окупиться в условиях сельсхозпроизводства нашей страны при условии тщательного планирования инвестиций и оптимизации менеджмента в самих хозяйствах, а также улучшения условий кредитования со стороны банковских структур и государства.

2. Математические основы специальности: Учебн. для вузов/ В. П. Кожухов, В. М. Жухлин, В. А. Логиновский, А. Н. Лукин, В. Т. Кондрашихин. М.: Транспорт, 1993. 200 с.

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, параллельное вождение, точность вождения, подруливающее устройство, система, сельское хозяйство, автоматическое вождение, автопилот, Россия, сельскохозяйственная техника.

Эффективным способом снижения себестоимости продукции является применение новых методик выполнения работ. GPS навигация позволяет минимизировать расходы на обслуживание сельскохозяйственной техники и повысить эффективность производства. В рамках снижения затрат времени использование современных технологий позволяет работнику сосредоточить внимание на четком соблюдении требований выполнения технологического процесса.

Мониторинг с помощью систем GPS навигации

Мониторинг с помощью систем GPS направлен на решение следующих задач:

учет задействованных единиц техники в любое время;
четкое определение месторасположения участков, на которых проводятся работы;
мониторинг скорости и направления движения задействованных единиц техники;
учет эффективности выполнения работ;
возможность слежения за отклонениями в рабочем маршруте.

Устанавливаемые компьютерные программы со стандартным набором функций позволяют привести в порядок весь агропромышленный комплекс. Постоянное усовершенствование программных модулей дает возможность расширять сферу использования GPS мониторинга.

Возможности современных технологий в сельском хозяйстве

Точное земледелие получило распространение во многих странах. Это связано с появившейся возможностью обработки полей в зависимости от реальных потребностей выращивания культур на конкретном участке. Средства обработки можно дифференцировать в пределах различных участков поля, снижая при этом общий расход применяемых веществ и минимизируя наносимый ущерб окружающей среде.

К новым технологиям в сельском хозяйстве можно отнести:

Создание электронных карт полей и возможность их использования в современном программном обеспечении. Для создания карт используется высокоточное GPS оборудование в полевых условиях. На основе полученных результатов можно создавать базы данных полей с возможностью внесения агрохимических характеристик.
Проведение агрохимического обследования с высокоточными результатами.
Мониторинг техники.
Создание систем картирования урожайности.
Возможность внесения удобрений дифференцированной методикой.

Использование навигационных систем для сельскохозяйственной техники

Навигация является одним из наиболее рентабельных вложений в развитие сельского хозяйства. Используется 2 наиболее часто применяемых типа навигационных систем:

Система параллельного вождения плюс автопилот для трактора или комбайна. Позволяет сократить длину холостого хода и уменьшить ширину разворотной полосы. Точность выполнения работ в системах параллельного вождения с применением автопилотирования может составлять до 2,5 см. Такая система состоит из GPS приемника, основного модуля для обработки данных и блока питания, который позволяет подключать прибор к бортовой электросети. Автопилотирование состоит из электрогидравлической системы автоматического управления. Водитель сельскохозяйственной техники выполняет маневры на поворотах, что дает возможность в полной мере сосредоточить ему внимание на выполнении сложного технологического процесса. Прибор имеет возможность считывать и запоминать начальные и конечные точки движения, а также строить в автоматическом режиме параллельные линии для движения.
Курсоуказатель. Показывает направление следования техники с учетом установленной ширины захвата и прорисовкой линии обработанной поверхности. Движение можно осуществлять в режиме прямых линий или с повторением неровностей первого прохода. Точность вождения в современных курсоуказателях может быть на уровне 15 см.

Система параллельного вождения (курсоуказатель) рассчитана на выполнение работ даже в условиях плохой видимости.

Отклонения, которые допускаются при этом находятся в минимальных пределах:

для посевных работ ±10 см;
при проведении опрыскивания ±30 см;
во время пропашных работ ±3 см.

Преимущества и недостатки использования систем GPS навигации

Полного руководства процессом сельскохозяйственного производства можно достичь с помощью комплексного использования систем навигации. К преимуществам оснащения техники современными системами можно отнести:

Оптимизация расхода сырья и материалов.
Повышение урожайности.
Повышение качества получаемой продукции.
Улучшение качественных характеристик земли за счет рационального ее использования.

После установления GPS трекеров (маячков) на всю технику и служебный транспорт можно точно рассчитать и вести учет затраченного топлива и времени.

К недостаткам можно отнести следующие возможные проблемы:

Стоимость качественного и надежного навигационного оборудования – внедрение современных технологий тормозит по причине дороговизны оборудования.
Технические сложности. В условиях сельской местности не всегда удастся найти специалиста, который сможет работать на современном оборудовании (проблема квалифицированных кадров).
Отсутствие практики. Стремительное совершенствование и разработка новых технологий не позволяет получить быстрый практический опыт и навыки использования навигационных систем.

Проблема внедрения современных технологий в сельском хозяйстве обусловлена дефицитом информации руководителей предприятий о преимуществах использования новых методик. В тоже время, в рамках конкурентной борьбы за рынки сбыта и получении максимальной прибыли при оптимизации затрат, системы навигационного управления постепенно внедряются предприятиями, которые уже успели оценить все преимущества современных технологий.

Концепция точного земледелия подразумевает использование различных технологий, в том числе спутниковых навигационных систем, для снижения уровня трудовых и материальных затрат и повышения при этом качества и количества продукта.

ОБЩИЕ ЗАДАЧИ

Непосредственно ГЛОНАСС/GPS - технологии используются на различных этапах производства.

1. Контроль с/х техники. Оптимизация маршрута движения с достаточной точностью обеспечивает:

- исключение пропусков и повторных проходов участков
- снижение расхода топлива
- снижение расхода семян, удобрений и химикатов
- точный контроль полива и опрыскивания
- возможность работы в ночное время и в условиях плохой видимости без потери качества
- исключение неэффективного и неправомерного использования техники

2. Мониторинг и анализ площади посева. Для успешного составления задания по обработке почв, удобрению и сбору урожая необходимо иметь качественную цифровую карту местности. А также создавать тематические карты по различным характеристикам: урожайность, тип почвы и пр.

- создание цифровой карты местности
- координатный анализ почвы

ПРИНЦИП РАБОТЫ С ГНСС-ОБОРУДОВАНИЕМ

Чтобы подобрать спутниковое оборудование для высокоточного земледелия, необходимо четко определить, для каких задач Вы собираетесь его использовать и какая точность определения координат должна быть обеспечена.

И прежде, чем перейти к непосредственному выбору модели приемника, не помешает разобраться в технологии проведения работ со спутниковым оборудованием.

Существует 2 способа определения координат:

1. В режиме реального времени (RTK – Real Time Kinematic) Вы получаете координаты непосредственно во время съемки, и, таким образом, можете контролировать движение и отслеживать свою траекторию.

2. При постобработке, когда спутниковые данные сначала обрабатываются на компьютере в специализированном ПО для постобработки ГНСС-данных (ГНСС – Глобальные Навигационные Спутниковые Системы).

В данном случае наиболее интересен режим RTK, так как позволяет получать данные о движении техники мгновенно. Чтобы его реализовать необходимо наличие источника дифференциальных коррекций (поправок). В поправках передается корректирующая информация, позволяющая уточнить координаты Вашего приемника до приемлемой точности. Выбор источника поправок зависит в основном от желаемой точности определения координат, возможности реализации передачи корректирующей информации и, естественно, от бюджета.

Самый точный способ передачи поправок подразумевает наличие отдельного приемника – Базы. Базовый приемник необходимо разместить на точке с известными координатами и осуществить передачу корректирующей информации (поправок) на Ровер (подвижный приемник) для достижения сантиметровой точности определения координат.

Передачу данных между Базой и Ровером можно организовать по 3 каналам связи:

1. УКВ-радио (УКВ-ультракоротковолновое радио). В этом случае необходим УКВ-модем. Он может быть как встроенным в приемники, так и внешним. В зависимости от его мощности (2-35 Вт) и рельефа местности можно обеспечить передачу поправок на расстояние 5-30 км. Связь в таком случае бесплатна, но придется потратиться на оборудование. А еще Вы можете подключить сколько угодно Роверов к одной Базе. Главный же минус этого типа связи в необходимости получить официальное разрешение на использование частоты, а это довольно затянутый процесс.

- существуют районы, где просто отсутствует покрытие сети GSM,

- оператор связи в Вашем регионе может не поддерживать услугу CSD (передачи данных по голосовому каналу),

- одна База может передавать поправки только одному Роверу единовременно (по аналогии: один абонент не может разговаривать сразу с несколькими). Эта проблема решается подключением дополнительных GSM-модемов к Базе, но каждый из них должен быть обеспечен SIM-картой.

3. Интернет. На сегодняшний день это самый распространенный способ связи приемников для передачи поправок. Естественно, приемники должны быть оборудованы GSM/GPRS-модемами и SIM-картами с возможностью выхода в сеть Интернет. Так, одна База может обеспечивать поправками сразу множество Роверов на большом расстоянии (50-70 км), но остается проблема покрытия регионов сетью Интернет.

Как видно, каждый из них наделен как достоинствами, так и недостатками, поэтому необходимо заранее продумать, как будет осуществляться связь между приемниками: доступна ли сеть Интернет в данном регионе или придется воспользоваться внешним радиомодемом.

Причем, независимо от способа связи, Вы можете использовать в качестве Базы свой приемник, либо за отдельную плату воспользоваться уже существующей сетью Базовых Станций (БС).

Читайте также: