Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Удаленная диспетчеризация и оперативный мониторинг технологических процессов. Учебное пособие
.pdf
41
широко применяемая на автомобильном транспорте, может дать
максимальную точность только около 2 м, что недопустимо для
технологий точного земледелия.
Данное оборудование востребовано в связи с тем, что оно
обеспечивает экономию средств. Например, в Европе экономический
эффект от применения GPS-оборудования в сельском хозяйстве
достигает 50…60 евро на гектар.
Применительно к системам навигации имеются понятия
абсолютной и относительной точности.
Абсолютная точность – это фактические координаты, при
помощи которых определяется местонахождение объекта, например,
строения, автомобиля, трактора или комбайна.
Для систем точного земледелия можно ограничиться
относительной точностью, т. е. текущим местоположением какоголибо объекта, например, относительно первого прохода, на данный
момент времени. В зависимости от используемого оборудования
относительная точность должна достигать значений порядка 2,5…30
см.
В настоящее время в мире действуют несколько сервисов
поправок, но в Российской Федерации работает только один – Omnistar
HP/XP. Сервис работает следующим образом: компания Omnistar
имеет собственную сеть базовых станций, расположенных по всему
миру. Они в автоматическом режиме вычисляют необходимую
коррекцию сигнала, а затем через геостационарные спутники передают
поправку на конкретный GPS-приемник.
Дополнительно к дифференциальным поправкам широко
применяется режим RTK, при котором на территории хозяйства
размещается своя стационарная или переносная базовая станция, и
поправки на приемники высылаются с неё радиосигналом с частотой
450 либо 900 МГц. При этом не нужно покупать подписку на каждый
приёмник, достигается достаточно высокая относительная точность
позиционирования, но, с другой стороны, необходимы значительные
разовые затраты на приобретение и установку оборудования. К тому
же существует ограничение по площади действия, обуславливаемое
характеристиками сигнала. Так, для стационарной базовой станции это
ограничение – круг радиусом 11 км, в центре которого находится
базовая станция, для переносной – немного меньше.
Для повышения точности определения местоположения, а,
следовательно, и показателей качества работы применяют коррекцию
42
сигнала. По средствам коррекции возможно добиться следующих
уровней точности вождения:
1. Сантиметровая точность
Таблица 5 – Сигналы сантиметровой точности
Вид сигнала GPS+RTK
Вид сигнала GPS
Точность
< 2,5 см
Запуск/сходимость
< 1 мин
Точность
< 2,5 см
Запуск/сходимость
< 1 мин
CenterPoint RTK подходит для:
Хозяйств, находящихся на расстоянии не более 13 км вблизи
установленной базовой станции RTK или сети базовых станций.
Хозяйств, поля которых расположены на открытой местности
без лесополос и с ровным рельефом.
Использования для пропашных сельскохозяйственных культур,
вспашки, выравнивания и дренирования земель, где необходима
максимальная горизонтальная и вертикальная точность.
CenterPointVRS подходит для:
Хозяйств, земли которых находятся в зонах устойчивого
покрытия сотовых операторов.
Работ, распределенных по большой географической площади.
Использования для пропашных сельскохозяйственных культур,
ленточного посева, выравнивания и дренирования земель и других
операций, требующих точности до 2,5 см.
Таблица 6 – Сантиментровый сигнал RTX
Точность
4 см
Запуск/сходимость
Стандарт*
CenterPointRTX подходит для:
Хозяйств, расположенных в любом месте земного шара.
Хозяйств, находящихся за пределами зон покрытия базовыми
станциями RTK.
Использования с дисплеями Trimble®FmX® или CFX-750ТМ.
Использования при сельскохозяйственных работах, требующих
точности 4 см.
43
2. Дециметровая точность
Таблица 7 – Сигналы дециметровой точности
Вид сигнала
Вид сигнала
Точность
5-10 см
Запуск/сходимость
Стандарт*
Точность
8-10 см
Запуск/сходимость
Стандарт*
OmniSTAR НР подходит для:
Высокоэффективного посева зерновых культур, орошения и
уборочных применений.
Работ под открытым небом.
OmniSTAR ХР подходит для:
Высокоэффективного орошения и культивации зерновых культур.
Работ под открытым небом.
OmniSTARG2 подходит для:
Работ, когда требуется наиболее уверенный прием спутниковых
сигналов за счет использования спутников ГЛОНАСС в дополнение к
стандартным спутникам GPS.
Работ, выполняемых в зонах, которые всегда находятся под открытым
небом.
3. Субметровая точность
Таблица 8 – Сигнал метровой точности
OmniSTARVBS подходит для:
Операторов, которые хотят быстрее начать работу и не нуждаются в
высоком уровне точности или повторяемости.
Точность
8-10 см
Запуск/сходимость
Стандарт*
Точность
< 1 метр
Запуск/сходимость
< 1 мин
44
Орошения зерновых культур, культивирования и других применений, в
которых точность и повторяемость не имеют наивысшего приоритета.
Таблица 9 – Основные характеристики систем параллельного
вождения
№
п/п
Наименование
Характеристики
1.
Ag GPS 252
Точность вождения агрегата 15…30см (в
зависимости от варианта оснащения).
Увеличивает производительность агрегатов на
13…20%.
2.
Ag GPS EZ Guide Plus
Точность вождения от гона к гону 15…30см.
Совмещается с любым трактором. Увеличивает
производительность на 13…20%.
3.
Автопилот EDrive
Точность прохождения смежных проходов 10
см. Позволяет водить трактор на склонах.
Устанавливается на любые импортные
тракторы с гидроусилителем руля.
4.
Ag GPS EZ Steer
Подруливающее устройство (удерживает
агрегат на заданной прямой линии при
движении по гону). Точность вождения
15…20см.
5.
Автопилот
Trimble Ag
GPS Autopilot
Обеспечивает идеально ровное вождение.
Уменьшает перекрытие при посеве до 5…10см,
не оставляя огрехов. Обеспечивает работу на
скоростях до 30 км/час.
6.
Outback - S2
Усовершенствованная система параллельного
вождения с повышенной точностью (5…10см).
Устанавливается на любое транспортное
средство.
7.
Novator Visia
«Tecnoma»
Приёмник сигнала GPS и адаптированный
с ним терминал автоматически осуществляют
точное (±30см) вождение агрегата.
45
Преимущества от внедрения и экономический эффект
- Расходы по внедрению системы GPS мониторинга
сельскохозяйственной техники и машин окупаются в течение посевной
или уборочной кампании за счет следующих оптимизированных
процессов.
- Снижение пробеговых показателей техники на 20-30%.
Достигается за счет контроля маршрутов и исключения приписок
водителей.
- Снижение расхода ГСМ (топлива). Достигается за счет
снижения пробега и контроля заправок и сливов топлива (при
подключении датчика уровня топлива). Например, для автопарка 10
автомобилей КАМАЗ со среднесуточным пробегом 150км экономия
пробега на 25% обеспечивает экономию 112 500 руб. в месяц.
Расчет: 10 машин х 150 км х 0,25 =375 км (сокращенный пробег)
375 км х 50 литров/100км = 187,5 л (перерасход топлива)
187,5 л х 20 руб. 1 литр х 30 дней = 112 500 в месяц (только за
счет сокращения пробега).
- Пресечение нецелевого использования. Техника «работает»
на Вас! Отсутствие «левых» рейсов и использования техники в личных
целях.
- Уменьшение амортизации парка техники.
- Учет и контроль всех технологических процессов. Точные
показатели отработанных моточасов, холостых пробегов, расчет
точной площади обработки.
- Контроль использования техники, сданной в аренду в другой
регион. В соседнем хозяйстве не успевают с севом, опрыскиванием,
уборкой?
- Эффективное управление персоналом. На основании данных,
накапливающихся в системе, более эффективное влияние на работу
персонала, повышение трудовой дисциплины.
- Уменьшение коммуникационных расходов. Диспетчер всегда
знает, где находится каждая машина и какую операцию она
производит.
- Косвенные показатели, такие как: оперативное управление в
соответствии с меняющейся обстановкой, увеличение
оборачиваемости транспортных средств (за счет сокращения времени
выполнения работ и простоев), повышение безопасности перевозок (в
том числе и за счет контроля работы водителя), оптимизация времени
доставки, возможность использования датчиков для контроля
различных параметров.
46
4. ИСПЫТАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ,
НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ
ТЕХНОЛОГИЙ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И УДАЛЕННОГО
МОНИТОРИНГА
Совершенствование методов и технологий глобальных
навигационных спутниковых систем (ГНСС) позволяет повысить
доступность и точность определений пространственных координат
объектов, делая их все более востребованными как для навигационного
и геодезического обеспечения, так и для решения широкого спектра
прикладных инженерных задач в различных отраслях.
В соответствии с требованием п. 1 Статьи 4 Федерального закона
от 14.02.2009 г. № 22-ФЗ «О навигационной деятельности» все
спутниковые геодезические и навигационные работы могут
выполняться только с использованием российской навигационной
системы, т. е. ГЛОНАСС. Закон не ограничивает применение
спутниковых приемников, принимающих совместно с ГЛОНАСС
сигналы зарубежных ГНСС: GPS (США), BeiDou (КНР) и Galileo (ЕС).
Кроме того, в настоящее время имеются серьезные тенденции по
импортозамещению в сфере ГНСС, включая производ ство
навигационной аппаратуры потребителя на российской и зарубежной
элементной базе.
Одним из образцов такой аппаратуры является бортовой
навигационный комплекс (НК) «Агронавигатор плюс» с системой
параллельного вождения, выпускаемый ООО «Центр точного
земледелия «Аэросоюз» (Новосибирск). В навигационном комплексе в
качестве приемного модуля ГНСС используется OEM плата NV08CCSM производства ЗАО КБ «Навис» [2].
Объект и цель исследований НК «Агронавигатор плюс» в базовой
комплектации включает приемный модуль (приемник) со специальным
программным обеспечением, выносную антенну и дополнительные
комплектующие (кабели, устройства крепления), а также техническую
документацию.
Испытания проводились при температуре воздуха от +5С до
+15С и слабой облачности.
Работы включали несколько этапов:
- в статическом режиме в условиях открытой местности
(предварительные);
- в кинематическом режиме в условиях открытой местности;
- в кинематическом режиме в сложных условиях приема
сигналов ГНСС (покрытая густой растительностью местность).
47
Для оценки точности определения местоположения
(пространственных координат) за истинные принимались координаты
точек треков, которые измерялись двухчастотным геодезическим
приемником ГНСС Leica Viva GS10 относительным методом в
кинематическом режиме. При испытаниях расстояние до базовой
станции, установленной на эталонном пункте, не превышало 30 км.
Также в ходе испытаний проводились измерения авиационным
навигатором Garmin GPSMAP 178 Sounder, применявшимся ранее для
целей навигации летательного аппарата при аэрогеофизической
разведке (согласно в настоящее время его использование невозможно).
Обработка результатов измерений, сравнительная оценка
точности, анализ и оформление полученного материала с выводами и
рекомендациями выполнялись сотрудниками отдела геодезического
обеспечения геологогеофизических работ СНИИГГиМС. Для
обработки результатов измерений, полученных приемником ГНСС
Leica GS10, использовался программный комплекс Waypoint GrafNav.
Отображение траекторий движения, полученных различными
приемниками, и их анализ, выполнялся в ГИС MapInfo, а также в
специальной программе построения графиков.
Координаты пункта фиксировались оператором нажатием
функциональной кнопки НК «Аэронавигатор плюс» с интервалом в
1минуту. Всего в течение 5 дней было выполнено 5 сеансов данные, по
которым приведены в таблице 10. Оценка точности выполнялась по
разностям измеренных и известных плановых координат пункта.
Навигационный комплекс не предназначен для наблюдений в
статическом режиме и не вычисляет среднее значение (в режиме
реального времени), однако данные исследования позволили получить
представление о возможных значениях погрешностей аппаратуры в
этом режиме. СКП определения координат в плане имело значение,
близкое к полученному ранее с помощью приемника Garmin eTrex 30 и
составило ~1,8 м.
Экспериментальные исследования в кинематическом режиме.
Испытания аппаратуры в этом режиме проводились на дорогах в
условиях их минимальной загруженности, как с соблюдением
благоприятных условий приема сигналов ГНСС на открытой
местности, так и на участках, покрытых лесной растительностью.
Исследования выполнялись по следующему алгоритму.
1. Выбирались прямолинейные участки дороги
протяженностью не менее 5 км с минимальным транспортным потоком
на удалении не более 30 км до базовой станции на отрытой и закрытой
48
местности. Расположение и характеристики участков дороги, на
которых были проведены испытания.
Некоторые участки располагались на закрытой местности
(смешанный лес), что позволило выполнить исследования в условиях
сложного приема сигнала.
Для оценки точности выдерживания маршрута, заявленной в
технических характеристиках НК «Агронавигатор плюс», вычислялись
разности между координатами точек траектории движения
автомобиля, полученными в одно и то же время НК
«Агронавигатор плюс» и приемником ГНСС Leica GS10. Для
участка 1 из модуля полученных разностей вычиталась величина Δlа,
равная 10 см, которая соответствовала измеренному расстоянию между
антеннами. Для некоторых участков установка антенн проводилась на
одной линии (параллельно про дольной оси), вследствие чего
величиной Δlа можно было пренебречь.
Также важно отметить, что в сложных условиях приема сигналов
ГНСС приемник также показал высокое качество решений (СКП в
пределах 0,5 м), что не свойственно аппаратуре данного класса.
На основе проведенных исследований можно сделать следующие
выводы:
- НК «Агронавигатор плюс» позволяет получить координаты
точек траектории движения в кинематическом режиме с СКП от 1 до
1,5 м (по результатам сравнения с двухчастотным приемником ГНСС);
- погрешность выдерживания траектории маршрута 0,5–0,6 м,
заявленная в технических характеристиках, была подтверждена на
практике методом сравнения фактического и измеренного расстояний
между маршрутами;
- в статическом режиме СКП определения координат - 2 м;
- НК «Агронавигатор плюс» менее чувствителен к сложным
условиям приема сигналов ГНСС, чем другая использованная
аппаратура навигационного класса, причем СКП определения
координат в плане составила 1,6…2,0 м, а СКП выдерживания
траектории - 0,6…1,1 м.
В целом полученная в результате исследований точность
определения плановых координат оказалась значительно выше, чем
ожидалось от аппаратуры подобного класса. Таким образом,
навигационный комплекс «Агронавигатор плюс» имеет ряд
неоспоримых преимуществ по сравнению с ранее применяемой и
исследованной в АО «СНИИГГиМС» аппаратурой и может быть
рекомендован к полетным испытаниям и внедрению при
49
навигационном обеспечении аэроэлектромагнитной геофизической
разведки.
Другой группой исследователей проведены сравнительные
испытания сразу нескольких систем параллельного вождения с
привлечением специалистов специалистами Новокубанского филиала
ФГБНУ «Росинформагротех» (КубНИИТиМ). В настоящее время на
отечественном рынке представлены как зарубежные, так и
отечественные устройства параллельного вождения (УПВ) машиннотракторных агрегатов (МТА). Согласно тематическому плану научноисследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ
на 2015 г., выполняемых по государственному заданию Минсельхоза
России специалистами Новокубанского филиала ФГБНУ
«Росинформагротех» (КубНИИТиМ) совместно со специалистами
Инженерного центра «ГЕОМИР» на полях научно-технического
центра, были проведены исследования различных устройств
параллельного вождения МТА при выполнении технологиче-ской
операции внесения твердых минеральных удобрений (аммиачной
селитры): ГЕОМИР-ПИЛОТ (изгото-витель - «ГЕОМИР»), RAVEN
Cruizer II («Raven»), Trimble EZ-guide 250 («Trimble»), Topcon X14
(«Topcon»), S-Lite Outback Guidance («Outback»), Trimble EZ-pilot CFX750 CenterPoint RTX («Trimble»).
Для сравнительной оценки УПВ исследования проводились
поэтапно. На первом этапе исследовались технические возможности
различных УПВ. Для этого все приборы были установлены
одновременно на трактор МТЗ-82 в агрегате с разбрасывателем
Bogballe M2 base (рисунок 24).
Рисунок 24 – Общий вид приборов, установленных в кабине
трактора.
Результаты опыта фиксировали путем записи треков движения
техники одновременно на всех приборах с последующим снятием
информации на флеш-накопитель для дальнейшего анализа, который
50
проводился путем сравнения треков со всех приборов с треком,
принятым за эталонный.
На втором этапе проводилась эксплуатационно-технологическая
оценка агрегата МТЗ-82+Bogballe M2 base при работе с системами
параллельного вождения и без УПВ с привлечением сигнальщиков.
Все системы параллельного вождения, используемые в
экспериментальных исследованиях, можно разделить на два типа:
системы, подсказывающие водителю, как скорректировать движение,
чтобы оно соответствовало установленному заданию (ГЕОМИРПИЛОТ, RAVEN Cruizer II, EZ-guide 250, Topcon X14,
S-Lite Outback Guidance), и системы, самостоятельно
корректирующие движение трактора с помощью исполнительного
механизма, подключенного к гидросистеме рулевого управления
(Trimble EZ-pilot/CFX-750/ CenterPoint RTX).
Для анализа результатов работы на четырех системах (RAVEN
Cruizer II; Trimble EZ-guide 250; Topcon X14; Trimble EZ-pilot/CFX 750)
велась запись треков движения техники. На системах S-Lite Outback
Guidance и ГЕОМИР-ПИЛОТ отсутствовала возможность записи
треков движения техники, поэтому было решено исключить их из
сравнительного анализа. Пример полученных треков изображен на
рисунке 25.
Рисунок 25 – Треки движения техники, полученные УПВ,
участвующими в эксперименте
Для одной из систем параллельного вождения (Trimble EZ-pilot/
CFX 750/CenterPoint RTX) была подключена платная спутниковая
поправка CenterPoint Rtx, обеспечивающая точность
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]