MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE BRNO 2013 Bc. JAN ŠAFAŘÍK

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Vyuţití druţicových systémů v nasazení mobilní techniky v rostlinné výrobě Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Jan Červinka, CSc. Vypracoval: Bc. Jan Šafařík Brno 2013

3 Mendelova univerzita v Brně Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Agronomická fakulta 2012/2013 ZADÁNÍ DIPLOMOVOVÉ PRÁCE Autor práce: Studijní program: Obor: Bc. Jan Šafařík Zemědělská specializace Management techniky Název tématu: Vyuţití druţicových systémů v nasazení mobilní techniky v rostlinné výrobě Rozsah práce: Zásady pro vypracování: 1. Uveďte přehled GPS naváděcích zařízení pouţívaných v zemědělství v ČR. 2. Vyjmenujte druhy korekčních signálŧ a uveďte vlivy, které ovlivňují jejich přesnost. 3. Vypracujte metodiku měření a následně s její pomocí proveďte polnělaboratorní měření GPS. 4. Výsledky měření zpracujte tabelárně a graficky. 5. Z výsledkŧ měření uveďte úměrné závěry pro provoz naváděcích zařízení GPS v zemědělském podniku. Datum zadání diplomové práce: říjen 2011 Termín odevzdání diplomové práce: duben 2013 Bc. Jan Šafařík Autor práce doc. Ing. Jan Červinka, CSc. Vedoucí práce prof. Ing. Jan Mareček, DrSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. Děkan AF MENDELU

4 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma Vyuţití druţicových systémŧ v nasazení mobilní techniky v rostlinné výrobě vypracoval samostatně a pouţil jen pramenŧ, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a mŧţe být pouţita ke komerčním účelŧm jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne.. podpis diplomanta......

5 PODĚKOVÁNÍ Touto cestou děkuji vedoucímu bakalářské práce doc. Ing. Janu Červinkovi, CSc. za jeho vstřícný přístup během celé práce, za jeho konstruktivní kritiku a cenné rady. Dále děkuji panu Ing. Jiřímu Junovi za pomoc a rady při prováděném měření, konzultace a připomínky k diplomové práci. Také děkuji vedení Zemědělského druţstva vlastníkŧ Fryšták za umoţnění polního měření. Děkuji svým rodičŧm za kaţdodenní podporu během studia, bez níţ by nebylo moţné se věnovat všem těm krásným a zajímavým věcem.

6 ABSTRAKT Diplomová práce analyzuje moţnosti vyuţití druţicových systémŧ v nasazení mobilní techniky v rostlinné výrobě. Je rozdělena na teoretickou část, která je sloţena ze 4 blokŧ a praktickou část, ve které zahrnuje polně laboratorního měření. Teoretická část obsahuje základní informace o daném problému. V ní je seznámení s nejznámějšími systémy druţicové navigace na určení polohy, kde je popis systémŧ GLONAS, Galileo a GPS. Systému GPS je věnována větší pozornost a je zde popsána historie systému GPS, princip fungování, přesnosti systému, vlivy ovlivňující přesnost naváděcích systémŧ a korekce chyb systému GPS. Korekce chyb jsou rozděleny na DGPS, RTK a RTK VRS systémy. Dále následuje zhodnocení současného stavu naváděcích systémŧ v zemědělství a nejčastěji pouţívané systémy. V poslední teoretické části se hovoří o přínosech a moţnostech naváděcích systémŧ GPS v rostlinné výrobě. V praktické části je popis měření přesnosti navádění stroje po pozemku s vyhodnocením výsledkŧ. Klíčová slova: druţicové systémy, GPS, DGPS, RTK, odchylka ABSTRACT This thesis analyzes the possibility of using satellite systems in the deployment of a mobile technology in crop production. It is divided into a theoretical part, which consists of 4 blocks and a practical component which includes field laboratory measurements. The theoretical part contains basic information about the problem. In her introduction to the most famous satellite navigation systems to determine the location where the description of GLONAS, Galileo and GPS. GPS system is given more attention and is here described the history of the GPS system, the principle of operation, system accuracy factors affecting precision guidance systems for error correction and GPS. Correction of errors are divided into DGPS, RTK and VRS RTK systems. This is followed by evaluation of the current state of guidance systems in agriculture and most commonly used systems. In recent theoretical part discusses the benefits and possibilities of GPS guidance systems in crop production. The practical part is conducted measurement precision guidance equipment on the land, assessing the results. Keywords: satellite systems, GPS, DGPS, RTK, deviation

7 Obsah 1 ÚVOD CÍL PRÁCE ZÁKLADY NAVIGACE Systémy druţicové navigace pro určení polohy GLONASS Galileo Sluţby systému Galileo Systém GPS NAVSTAR GPS Rozdělení časových období Sloţení segmentŧ GPS Princip fungování GPS Přesnost naváděcích systémŧ Vlivy ovlivňující přesnost naváděcích systémŧ Korekce chyb GPS Diferenční GPS (DGPS) Korekční systém RTK (Real Time Kinematics) Real Time Kinematics Virtual Reference Station (RTK VRS) SOUČASNÝ STAV NAVÁDĚCÍCH SYSTÉMŦ V ZEMĚDĚLSTVÍ Vyuţití GPS systémŧ u mobilní techniky Vyuţití navigačního systému při přípravě pŧdy Vyuţití navigačního systému při setí Vyuţití navigačního systému při hnojení N-Senzor Vyuţití navigačního systému při ochraně rostlin Systém řízení sekcí... 40

8 5 ROZDĚLENÍ NAVIGAČNÍCH SYSTÉMŦ VYUŢÍVANÝCH V MOBILNÍ TECHNICE K ŘÍZENÍ STROJE Komponenty systému navigace montovaných ve strojích Manuální systém navádění Navádění s asistovaným řízením Automatizované řízení strojŧ Systémy řízení nářadí Systém TRUEGUIDE Systémy TRUETRACKER Reţimy navádění stroje po pozemku Modely vyuţívané při vedení stroje po pozemku PŘÍNOSY A MOŢNOSTI NÁVÁDĚCÍCH SYSTÉMU GPS U MOBILNÍ TECHNIKY V ROSTLINNÉ VÝROBĚ MĚŘENÍ PŘESNOSTI PŘI NAVÁDĚNÍ STOJE PO POZEMKU Metodika práce Pouţité vzorce pro výpočet a vyhodnocení měření přesnosti Polní měření Pouţité navigační zařízení při měření Pouţité pomŧcky a základní informace k měření Vlastní měření a jeho postup Měření při vedení soupravy podle navigačního zařízení FMX Měření při vedení soupravy podle diskového znamenáku Měření přesnosti navádění soupravy Naměřené a vypočtené hodnoty Měření č. 1 - Vedení soupravy podle diskového znamenáku na rovině Měření č. 2 Vedení soupravy podle GPS navigace na rovině... 65

9 Měření č. 3 Vedení soupravy podle diskového znamenáku ve svahu Měření č. 4 Vedení soupravy podle GPS navigace ve svahu Vyhodnocení výsledkŧ měření přesnosti u vedení pracovní soupravy po pozemku ZÁVĚR Seznam literatury.80 Seznam obrázkŧ...83 Seznam tabulek 85

10 1 ÚVOD V dnešní době se setkáváme s velkou řadou technických pomŧcek a vybavení, které lidskou práci pomáhají zjednodušovat, zefektivňovat a usnadňovat. Tato zařízení jsou vyuţívána v mnoha odvětvích a oborech, mezi něţ patří i zemědělství. V zemědělské činnosti se těchto technických prostředkŧ začalo v hojné míře vyuţívat, a to v rostlinné výrobě, při navádění, řízení, sběru dat o pozemku a kontrolování mobilní techniky v pracovním procesu. V rostlinné výrobě dochází k nahrazování starých pěstebních postupŧ novými. To má slouţit k zefektivnění práce na pozemcích a zlepšení výnosŧ, ale také ke zlepšení zacházení s pŧdou, pěstovanou rostlinou a přírodou. A proto se v dnešní době úspor a šetření rostlinná výroba neobejde bez neustálého hledání úspor v produkčních nákladech. K této úspoře nákladŧ nám má pomoci vyuţití druţicových systému navigace, které se v zemědělství, potaţmo v oblasti rostlinné výroby u mobilní techniky stává nepostradatelnou součástí kaţdodenních prací. Díky navigačním systémŧm máme moţnost zvýšení efektivity provozu mobilní techniky a získávání dŧleţitých informací, které je moţné spojovat s polohou stroje. U mobilní techniky jde především o navádění stroje po pozemku a to moţností paralelního navádění k základní linii. Tím je myšleno dodrţení správné vzdálenosti, která odpovídá pracovnímu záběru stroje. Systémy se mimo jiné staly základem tzv. Precizního zemědělství, které se řídí zásadou provádět pěstební zásahy v pravý čas se správnou intenzitou na správném místě. A dále jsou pouţívány v ekologickém zemědělství, které se v dnešní době stále více rozšiřuje. Pouţívání druţicových systémŧ navigace má své velké výhody. Mezi ně patří usnadnění práce obsluhy stoje, coţ je zapříčiněno sníţením únavy a stresu osob zabývajících se obsluhou, prodlouţení pracovní doby o práci v noci, za mlhy a v prašných podmínkách, k redukci vynechávek a dvojího překrytí záběru. Dalšími výhodami je dobrý vliv na ekonomickou a ekologickou oblast, sníţení nákladŧ na aplikované přípravky na ochranu rostlin, hnojiva a osivo. Toho je dosaţeno efektivním vyuţitím mobilní techniky během pracovní doby. 9

11 2 CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce je analýza současného stavu vyuţití druţicových systémŧ pro mobilní techniku v rostlinné výrobě. Práce je zaměřena na rozdělení a srovnání rŧzných naváděcích systémŧ, vytvoření přehledŧ korekčních signálŧ a vlivŧ, které na ně pŧsobí. V práci jsou popsána řešení, která jsou v praxi vyuţívána při určení přesné polohy stroje a jeho vedení po pozemku. Součástí práce je praktické polní měření, jehoţ cílem je zjištění vhodnějšího zpŧsobu navádění mobilních prostředkŧ v rostlinné výrobě. Výsledek práce a naměřené hodnoty jsou tabulkově a graficky zpracovány. 3 ZÁKLADY NAVIGACE Určování polohy, směru pohybu a navigace bylo pro lidstvo dŧleţité uţ od začátku budování civilizace. Navigací se rozumí postupy, kterými lze stanovit svou polohu kdekoliv na zemi, moři nebo obecně v nějakém prostoru a najít podle navolených kritérii nejvhodnější cestu. Termín navigace je odvozen z latinského slova navis, coţ znamená loď. Tímto termínem byla pŧvodně definována plavba po moři, ale postupně se pod tímto výrazem začalo objevovat zjišťování polohy, směru a volby trasy a termín se rozšířil i do dalších druhŧ dopravy a dalších činností. [20] Na začátku 20. století nastal významný pokrok v navigaci, a to s objevením bezdrátové komunikace. V té době se začaly vyskytovat navigační systémy určené pro lodní a leteckou dopravu. U některých z těchto systémŧ se uţ prokazovala jistá globálnost. K celkovému globálnímu pokrytí došlo ve druhé polovině 20. století, kdy byly vytvořeny schopné druţicové systémy. O vybudování prvních globálních navigačních systémŧ se zaslouţila vojska světových mocností, jelikoţ umění určit polohu kdekoliv na zemi bylo vţdy velkou strategickou výhodou. V civilním sektoru se systémy navigace objevily ke konci 20. století. [20] V současnosti bylo docíleno velkých pokrokŧ k zajištění přesné a spolehlivé navigace, dochází k modernizaci stávajících navigačních systémŧ a k budování nových, jeţ budou mít rozšířené funkční moţnosti. Na globální pokrytí zemského povrchu splňují poţadavky druţicové systémy GNSS (Global Navigation Satellite Systém). Tyto 10

12 sytémy umoţňují určení polohy jakéhokoli místa kdekoliv na Zemi. Druţicové navigační systémy se skladají ze tří segmentŧ: Kosmícký segment Druţice vytvoří soustavu majákŧ s vhodným rozmístěním pro nejlepší pokrytí Země s minimální chybou určení polohových souřadnic navigačním zařízením (přijímačem) v uţivatelském segmentu. Kaţdá z těchto druţic je vybavena přijímačem, vysílačem a atomovými hodinami. Elektrickou energii získává pomocí solárních panelŧ a za pomocí raketových motorŧ je schopna korigovat svou polohu. Řídící a kontrolní segment skládá se ze soustavy monitorovacích stanic. Tyto stanice slouţí k měříní obsahu a kvality navigačních signálŧ a k měření přesné polohy navigačních satelitŧ. Pro trvalé monitorování kaţdé navigační druţice je dŧleţité, aby rozmístění monitorovacích stanic bylo, pokud je to moţné, po celém zemském povrchu. Data naměřená v monitorovacích stanicích jsou předávána do řídící stanice. V řídící stanici se provádí vypočet kosmického segmentu a oprava navigačních signálŧ (dat), které přícházejí uţivatelskému segmentu z navigační druţice. Prostřednictvím uploadovacích stanic jsou opravené navigační signály (data) posílány k jednotlivým satelitŧm. Uploadovací stanice se často nachází ve stejném objektu s monitorovací stanicí. Součástí řídícího segmentu je i administrativní centrum a obsluţný personál. Uţivatelský segment se skládá z navigačních zařízení (přijímačŧ) jednotlivých uţivatelŧ. Přijímače umoţňují přijímat signály z druţic a získávají z nich informace o své poloze a čase. Schopnost přijímat a dekódovat signály z druţic tvoří v uţivatelském segmentu pasivní přijímače. Druţice vysílají signál, zatímco navigační zařízení (přijímač) zjišťuje čas jejich příjmu. Vzdálenost přijímače k druţici se určuje z doby, která uplyne mezi vysíláním a příjmem signálu. Z těchto parametrŧ a z polohy druţic v daném okamţiku určí přijímač uţivatele svou polohu. Poloha druţic se zjistí z informací, které druţice vysílají ve formě parametrŧ svých drah a výpočet přesných souřadnic je provede z těchto parametrŧ přijímačem uţivatele. [20] 11

13 Obr. 3.1 Obecné schéma družicového navigačního systému (Šebesta, 2012) 3.1 Systémy druţicové navigace pro určení polohy S druţicovou navigací se začínáme setkávat v 60. letech minulého století, kdy byly provedeny první pokusy vyuţití satelitŧ při úlohách navigace. Z hlediska strategie kosmického prostoru byl vývoj navigačních systémŧ v prvopočátcích omezen jen pro vojenský sektor a jeho vyuţití. Největší zásluhu na vývoji systémŧ druţicového navigačního systému má americká armáda - námořnictvo a vzdušné síly, které byly u vytvoření v současnosti nejznámějšího systému GPS NAVSTAR. Ten se v polovině devadesátých let minulého století začal rozšiřovat i do civilního sektoru. V praxi je tento globální polohový systém nejvyuţívanějším zařízením pro určení polohy a řízení stroje. S nepatrným zpoţděním byl vyvinut ruský (dříve sovětský) systém GLONASS, ten měl konkurovat systému GPS, ale potýkal se s technickými problémy. V současnosti probíhá modernizace stávajících systémŧ GPS NAVSTAR a GLONASS a současně probíhá vývoj a budování nových globálních druţicových navigačních systémŧ GNSS (Global Navigation Satellite System). K těmto novým systémŧm se řadí evropský systém GALILEO, který by měl omezit závislost na systému GPS, jeţ je v Evropě nejpouţívanější, ale současně by měl být kompatibilní jak se systémem GPS, tak i systémem GLONASS. V kombinaci s těmito systémy by se měla zvýšit spolehlivost i přesnost v rŧzných odvětvích a aplikacích, např. v zemědělství. [20] 12

14 3.1.1 GLONASS Systém GLONASS (Globalnaja navigacionnaja sputnikovaja sistema, Global Navigation Satellite System) je pŧvodně sovětským, nyní ruským druţicovým navigačním systémem. Systém spravuje a kontroluje Úřad ruských vojenských kosmických sil a je vytvořen na podobném principu jako systému GPS NAVSTAR, tak aby informoval o čase a poloze na Zemi po dobu 24 hodin. [2] Vývoj systému byl zahájen v polovině 70. let 20. století na základě dokumentu Ministerstva obrany SSSR o vývoji jednoduchého navigačního systému pro vyuţití kdekoliv na Zemi. Schválení dokumentu proběhlo v roce 1976 a první testovací druţice byla vypuštěna roku V roce 1991 bylo na oběţných drahách jiţ 12 druţic a na konci roku 1995 byl systém plně provozuschopný. Systém se od prvopočátku svého vzniku potýkal s problémy, které se projevily na konci 90. let, kdy kosmická část systému byla v úpadku. Systém byl v roce 2001 v praxi nepouţitelný, jelikoţ ho tvořilo jen 8 plně funkčních druţic. Od téhoţ roku byla prováděna obnova systému GLONASS do plného operačního stavu a v současné době je systém plně funkční. Systém GLONASS se stejně jako ostatní GNSS systémy skládá ze tří segmentŧ, kterými jsou kosmický, řídící a uţivatelský. [20] Obr. 3.2 Družice systému GLONASS ( Kosmický segment tvoří 24 druţic obíhajících ve výšce km nad povrchem Země rozmístěných ve třech oběţných drahách se sklonem 64,8 (Obr. 3.3). Oběţná doba druţic je kolem 11 hodin. Dráhy jsou vzájemně posunuty o 120, na kaţdé dráze je rovnoměrně rozmístěno osm druţic po 45. Charakteristickým znakem GLONASS kon- 13

15 stelace je pravidelné opakování rozmístění druţic kolem Země kaţdých osm dní. To znamená, ţe kaţdých osm dní je druţice nad stejným místem na Zemi. S takovouto konstelací druţic je dosaţeno viditelnosti minimálně 6 a maximálně 11 druţic kdekoliv na Zemi v jakémkoli čase. [20] Obr. 3.3 Oběžné dráhy systému GLONASS ( Řídící a kontrolní segmenty u systému GLONASS jsou téměř všechny rozmístěny na území Ruské federace a bývalých státŧ SSSR. To má za následek, ţe monitorování druţic je časově omezeno. Hlavní sídlo řídícího centra se nachází v Krasnoznamensku poblíţ Moskvy. Uţivatelský segment systému GLONASS vyuţívá dvou signálŧ. Přesnější (autorizovaný) signál slouţí jen pro účely vojsk Ruské federace a vybraných vládních institucí. Ty vyuţívají sluţbu HP (High Positioning) a mají zaručenou vyšší přesnost. Druhý signál, který je méně přesný (neautorizovaný), slouţí pro civilní uţivatele a ti mohou vyuţívat sluţbu SP (Standard Positioning). [20] Galileo Mezi globální navigační systémy patří i systém Galileo, s nímţ je plánováno jako s autonomním evropským globálním druţicovým polohovým systémem (GNSS). Prvopočátky plánování tohoto systému sahají do roku 1999, kdy financování měli zajistit soukromí investoři a první spuštění bylo plánováno na rok Pro příliš velká rizika 14

16 soukromí investoři od tohoto finančního projektu odstoupili a s plánem uhradit a realizovat projekt přišla Evropská unie, která je v tomto projektu reprezentovaná Evropskou komisí (EC) a Evropskou kosmickou agenturou (ESA). Jedním z hlavních dŧvodŧ pro vznik Galilea byla snaha o získání kontinentálního systému nezávislého na GPS nebo GLONASS. Tyto systémy (GPS a GLONASS) jsou vojenské a není zde záruka, ţe při výjimečných situacích budou plně funkční k civilnímu vyuţití. A proto je systém Galileo primárně navrţen jako projekt, který bude řídit a spravovat civilní správa. GNNS Galileo měl byt pŧvodně uveden do provozu v roce 2010, ale tak se nestalo a podle nových plánŧ je jeho spuštění plánováno na rok Hlavním administrativním sídlem se stala v roce 2012 Praha. Obr. 3.4 Logo systému Galileo ( Stejně jako systémy GPS a GLONASS se systém Galileo skládá ze tří segmentŧ. Kosmický segment bude tvořen z 30 druţic, z nichţ bude 27 druţic aktivních a 3 záloţní. V současnosti by ve vesmíru mělo být dosaţeno plného stavu druţic i plného operačního stavu. Kaţdá z rovin oběţné dráhy druţic svírá úhel 56 vŧči rovníku Země. Tím se dosáhne toho, ţe v místech leţících aţ na 75 zeměpisné šířky by vyuţití navigačních systémŧ mělo fungovat bez potíţí. Dráhy jsou vzájemně posunuty o 120 a druţice se na nich pohybují ve výšce km nad povrchem. Druţice by zeměkouli měla obletět během 14 hodin. Systém Galileo se oproti šesti oběţným drahám systému GPS vyznačuje jen třemi oběţnými dráhami (Obr. 3.5). Pravidelným rozmístěním druţic, 15

17 kdy na kaţdé oběţné dráze bude umístěno deset pozic pro druţice, z toho devět aktivních a jedna záloţní, je zajištěna spolehlivá funkce systému. Při selhání jedné z druţic bude rychle provedeno doplnění na plný počet. [19] Obr. 3.5 Oběžné dráhy družic systému Galileo ( Služby systému Galileo Civilní evropský navigační druţicový systém Galileo by měl poskytovat 5 druhŧ sluţeb: Open Service OS (Základní sluţba) jedná se o základní, veřejně dostupný signál poskytovaný zdarma. U tohoto signálu se bude vyuţívat dvou pásem a to MHz a MHz. Horizontální přesnost u přijímačŧ bude lepší neţ 4 m a vertikální přesnost vyšší neţ 8 m. Při pouţití jednoho pásma bude horizontální přesnost pod 15 m a vertikální pod 35 m. Přijímače budou moci zároveň vyuţívat i signál GPS, jelikoţ byla uzavřena dohoda o kompatibilitě. Safety of Life service SoL (Sluţba kritická z hlediska bezpečnosti) tato sluţba by měla primárně zlepšovat základní sluţbu OS tak, ţe během malého časového intervalu (několik sekund) varuje uţivatele v případě, ţe by došlo z nějakých dŧvodŧ k nesprávnému fungování systému (přesnost apod.). Jde o rozšířený signál zahrnující integrovanou funkci. Signál je hlavně předurčen pro bezpečnostně-kritické funkce, které poţadují kvalitní signál. 16

18 Commercial Service CS (Komerční sluţba) sluţba vyuţívá oproti sluţbě základní ještě dva další signály, tím bude moci poskytnout lepší přesnost neţ OS. Díky komerčnímu kódování, jehoţ řízení bude zajišťovat poskytovatel sluţeb a budoucí operátor systému Galileo, je zajištěna ochrana těchto signálŧ. Kontrola přístupu je prováděna na úrovni přijímače, kde je vyuţit přístupový klíč. Sluţba bude šifrována a zpoplatněna. Public Regulated Service PRS (Veřejně regulovaná sluţba) u této sluţby se vyuţívají dva šifrované signály, přístup k nim je kontrolovaný a má dlouhodobou podporu. Sluţba bude určena pro státem vybrané uţivatele (armádu a bezpečnostní sloţky státu). Search And Rescue servis SAR (Vyhledávací a záchranná sluţba) jedná se o sluţbu nouzové lokalizace fungující s moţností oboustranné komunikace v rámci celosvětové druţicové záchranné sluţby COSPAS/SARSAT. [20] Systém GPS NAVSTAR GPS GPS (Global Positioning System) sytém pŧvodně označovaný jako NAVSTAR- GPS je pasivní dálkoměrný systém. Jedná se o vojenský polohový systém provozovaný ministerstvem obrany Spojených státŧ Amerických. S pomocí tohoto systému lze určit polohu a přesný čas kdekoliv na zemském povrchu nebo nad ním. Vyuţívání systému bylo primárně moţné jen pro vojenské účely, ale postupem času se začalo vyuţívat i k civilním účelŧm Rozdělení časových období Za vznikem projektu systému NAVSTAR-GPS stojí předchozí systém TRANZIT. Tento systém byl rozšířen a bylo provedeno zkvalitnění signálu, zlepšení dostupnosti a přesnosti signálu a také zlepšení poskytovaných sluţeb. Práce na projektu NAVSTAR- GPS začaly v prosinci 1973, kdy byl dán souhlas k zahájení projektu. Práce byly rozfázovány do tří období. 17

19 První období, během něhoţ měl být systém ověřován, probíhalo v letech V tomto období probíhaly testy na pozemních stanicích a rovněţ byla zkonstruována první pokusná uţivatelská zařízení. V únoru 1978 došlo k vypuštění první druţice a v prosinci téhoţ roku uţ byly k dispozici 4 druţice, které umoţňovaly po omezenou dobu třírozměrnou navigaci, a to především v oblasti testovacího polygonu v Arizoně. Celkem v tomto období bylo vypuštěno na oběţnou dráhu 11 druţic označovaných jako druţice Bloku I. [19] Ve druhém období, které probíhalo v letech , se budovala řídící střediska a začal vývoj dalších druţic tzv. Bloku II. Dále začal vývoj, ověřování a testování uţivatelských přijímačŧ. Testování prototypŧ těchto přijímačŧ probíhalo na testovacím polygonu nebo na moři. [19] Ve třetím období, které trvalo od roku 1985 do července 1995, byly druţice tzv. Bloku II. vylepšovány a postupně byly doplňovány k druţicím Bloku I., které později plně nahradily. Tím došlo ke zvýšení výkonnosti a postupnému rozšíření moţností systému. Od roku 1993 je tedy moţná třírozměrná navigace kdekoliv na Zemi po dobu 24 hodin. Plného operačního stavu pro vojenské a částečně i civilní účely bylo dosaţeno v červenci 1995, kdy bylo rozmístěno všech 24 druţic Bloku II., které tvoří kompletní stav ve vesmíru. [3] Systém GPS-NAVSTAR prošel od roku 1995 aţ do současné doby významným procesem modernizace, čímţ došlo ke zlepšení funkčnosti systému, k zvýšení počtu uţivatelŧ a k vyuţívání systému v rŧzných oborech lidské činnosti. Provoz systému GPS je dotován z rozpočtu USA ve výši cca 600 aţ 900 milionŧ amerických dolarŧ ročně. [19] 18

20 Obr. 3.6 Družice GPS na oběžné dráze ( Složení segmentů GPS Stejně jako ostatní systémy se i systém GPS skládá ze tří segmentŧ a těmi jsou: Kosmický segment pŧvodně tvořilo 24 druţic, ale v současné době se tento stav změnil a došlo k navýšení na 36 druţic, coţ odpovídá maximálnímu moţnému počtu vyuţívaných aktivních druţic, které jsou na oběţných drahách systematicky rozmístěny. Při přidání dalších druţic do segmentu, bude nutné provést změnu vysílaného signálu. Druţice obíhají nad zemským povrchem po šesti kruhových drahách ve výšce km s inklinací 55 k rovníku Země a vŧči sobě jsou vzájemně posunuty o 60 (Obr. 3.7). Kaţdá dráha pŧvodně obsahovala 4 pravidelně rozmístěné pozice pro druţice. Nyní je těchto pozic 5-6 a jsou nepravidelně rozmístěny. Doba obletu zeměkoule trvá druţici přibliţně 11 h 58 min. při rychlosti pohybu druţice 3,8 km/s. Poloha druţic GPS je v šesti kruhových drahách umístěna tak, aby v kaţdé dráze obíhal stejný počet satelitŧ. Tímto umístěním je zajištěna viditelnost minimálně 4 a maximálně 12 druţic a je zajištěno poskytování přesných údajŧ o poloze a uţivatelská mobilita po 24 hodin denně, 7 dní v týdnu a 365 dní v roce. V České republice je pravidelně viditelných 8 druţic. [20] 19

21 Obr. 3.7 Oběžné dráhy družic GPS ( Řídící a kontrolní segment tvoří hlavní kontrolní stanice MCS (Master Control Station), která se nachází na Schrieverově letecké základně v Colorado Springs (záloţní řídící středisko je v Gaithersburg (Meryland, USA)). Dále je tvořen 4 kontrolními stanicemi (Ground Antenna), které mají komunikační výbavu (anténu) pro zavedení dat do druţic, a 18 monitorovacími stanicemi umístěnými rovnoměrně po obvodu Země poblíţ rovníku (Obr. 3.8). Všechny stanice se nacházejí na základnách letectva Spojených státŧ amerických. Obr. 3.8 Rozmístění stanic řídícího a kontrolního segmentu ( 20

22 Úkolem řídícího segmentu je přesná kontrola stavu atomových hodin druţic a sledování drah monitorovacími stanicemi. K výpočtŧm korekce efemeridŧ (nebo k případné opravě samotných drah druţic) dochází v hlavní centrální stanici, kde se také provádí synchronizace atomových hodin a vypočítávají se koeficienty ionosférického modelu. Zjištěné informace se odesílají do povelových stanic a z nich jsou minimálně jednou za den vysílány k druţicím, odkud jsou zasílány do GPS přijímačŧ. Řídící segment také zajišťuje správný provoz systému a to správou a údrţbou druţic, stahováním zastaralých druţic z oběţné dráhy, přípravou nových druţic určených pro vypouštění na oběţnou dráhu a jejich uvedením do operačního reţimu. [20] Uţivatelský segment tvoří ho uţivatelské GPS přijímače, které přijímají signály z jednotlivých druţic, jeţ se zrovna vyskytují nad obzorem. Přijímač z přijatých dat a předem definovaných parametrŧ vypočítá polohu antény, nadmořskou výšku a zobrazí přesné časové údaje. GPS přijímače jsou tedy pasivní prvky, jelikoţ signál jde pouze od druţice k uţivateli. Přijímače se skládají z antény, předzesilovače, procesoru, časové základny a komunikačního rozhraní. [19] Princip fungování GPS Princip fungování je zaloţen na stanovení vzdálenosti mezi vysílačem na druţici a přijímačem na základě časového intervalu mezi vysíláním a přijetím signálu. Ve vysílaném signálu jsou informace, kdy byl signál vyslán a z kterého satelitu. Tyto přijaté informace se zpracovávají v mikropočítači přijímače a data o dráze pohybu všech druţic daného systému se ukládají do jeho paměti. Tato data jsou minimálně kaţdých 12 hodin upřesňována pomocí korekcí (efemerid), které jsou stanoveny na základě měření na pozemních monitorovacích stanicích. V podstatě jde o to, ţe jedna druţice vyšle informaci o své poloze (údaje souřadnic) a okamţitém čase do místa lokalizace. V tom stejném čase vyšle druhá druţice na totéţ místo údaje o své poloze. Oba tyto signály se do místa, kde je lokalizovaný objekt, šíří rychlostí světla a dříve k tomuto objektu dorazí signál z té druţice, která je k místu lokalizace blíţe. Z okamţiku, kdy oba signály dopadnou, lze potom určit příslušnou vzdálenost mezi souřadnicemi první a druhé druţice. K tomu, aby bylo moţné určit polohu, je 21

23 potřebný ještě jeden signál. To znamená, ţe je zapotřebí celkem 3 signálŧ z 3 viditelných druţic (2D poloha) (Obr. 3.9). A proto, aby bylo moţné vypočítat 3D polohu (zeměpisná šířka, délka a nadmořská výška), je výhodnější pro lepší přesnost přijímat signál minimálně ze 4 druţic. [23] Obr. 3.9 Princip určování polohy ( Informace jsou vysílány navigačními signály druţice ve dvou rŧzných vysílacích kanálech. Prvním z nich je kanál L1 o frekvenci 1575,4 MHz, na níţ je vysílán kód C/A (Coarse or Civilian Access Code), který je dostupný pro civilní vyuţití pro určení polohy s přesností 30 aţ 100 m, dále je zde šířen kód P (Precision Code), který je přístupný pouze americkému ministerstvu obrany a je šifrovaný. Druhým z těchto kanálŧ je kanál L2 o frekvenci 1227,62 MHz, zde je vysílán vojenský kód P(Y). U novějších druţic je připraveno i vysílání kódu C/A. [23] Druţice se pohybují rychlostí kolem km/h a vysílaný signál se k hledané poloze dostane za krátkou dobu (rychlost světla). Pokud však dojde při určení času k odchylce o pouhou tisícinu sekundy, dochází k navigační chybě. Přesným systémem (kód P) dochází k eliminování časové odchylky a tím je určení polohy zpřesněno aţ na několik centimetrŧ. [23] 22

24 3.1.4 Přesnost naváděcích systémů Kaţdý naváděcí systém má svou přesnost a ta je udávána výrobcem naváděcího systému. Přesnosti jsou rozděleny na statickou, dynamickou (navádění na další řádek) a absolutní. Statická přesnost po dobu 24 hodin je GPS přijímač umístěn na místě o přesně známých souřadnicích. Na tomto místě přijímač GPS ukládá v pravidelně přesných intervalech zjištěné souřadnice. Z těchto zjištěných souřadnic lze určit kvalitu přijímače, a to odchylkou mezi zjištěnými hodnotami souřadnic a hodnotou přesných souřadnic. Kvalitnější bude tedy ten přijímač, u kterého bude odchylka mezi souřadnicemi co nejmenší. (Obr. 3.10). [1] Obr Diagram pro vyhodnocení statistické přesnosti (Bauer, 2006) Dynamická přesnost (navádění na další řádek) v podstatě se jedná se o odchylku od správné paralelní linie při vedení traktoru. Přezkoušení se provádí při 15 minutovém testu s následným vyhodnocením 95 % naměřených hodnot, které leţí co nejblíţe správné paralelní linii. Z tohoto souboru dat se největší odchylky graficky vynesou. Pro hodnocení naváděcích systémŧ je tato přesnost nejvýznamnější. [1] Absolutní přesnost vyjadřuje s jakou přesností je systém schopen navádět po známých souřadnicích. Toho lze vyuţít např. při opakovaném zpracování pŧdy, kdy je jiţ zaznamenána dráha, po niţ se jiţ traktor pohyboval. [1] 23

25 3.1.5 Vlivy ovlivňující přesnost naváděcích systémů Je spousta vlivŧ, které ovlivňují výslednou přesnost určení polohy. Při pouţívání naváděcích systémŧ GPS pro navigaci není třeba znalost o chybách systému, jelikoţ přesnost bude se všemi rŧznými vlivy pokaţdé do cca metrŧ. Proto je dobré vědět, co všechno mŧţe ovlivnit přesnost naváděcích systémŧ GPS. Konfigurace druţic nad místem pozorování k bezproblémovému určení polohy je zapotřebí viditelnost minimálně 4 druţic, čím více jich je, tím je určení polohy rychlejší a přesnější. To je především dŧleţité pro fázová měření, kdy velké nepřesnosti v měření mohou zpŧsobit výpadek signálu. Další dŧleţitou věcí je konfigurace druţic nad místem pozorovatele. K tomu je zapotřebí dostatek druţic a ideální je, kdyţ je jedna druţice umístěna přímo nad pozorovatelem a další je 20 nad obzorem. Mŧţe se stát, ţe nedosáhneme přesných výsledkŧ z dŧvodu umístění druţic nízko nad obzorem i při dostatečném počtu druţic. [16] Vliv atmosféry přesnost systému je nejvíce ovlivněna prŧchodem signálu atmosférou (ionosférou a troposférou). U ionosféry lze vlivy odstranit měřením na dvou frekvencích a to v případě fázových měření. Odstranění vlivu troposféry, lze provést vhodnou matematickou úpravou. Při běţném vyuţívání navigačního systému nedokáţe uţivatel chyby ovlivnit. Co ale mŧţe ovlivnit chyby, je navigační zpráva, která nese data o aktuálním stavu ionosféry a při výpočtu tak dochází k jisté eliminaci (Obr. 3.11). [16] Obr Vliv atmosférických chyb ( 24

26 Stav druţic systému společně se signálem putujícím mezi jednotlivými druţicemi je přenášena i navigační zpráva, v níţ je informace o tom, jestli lze druţici do výpočtu zahrnout nebo ne. Pokud druţice při údrţbě, korekci drah nebo testování neposkytuje kvalitní data, je přijímačem vyloučena z výpočtu. [16] Vícenásobné šíření signálu Přicházející signál do přijímače se cestou odrazí od jiných překáţek a dochází ke zkreslení tranzitního času. Tato chyba se hodně špatně zjišťuje a nejvíce se vyskytuje u druţic, které letí nízko nad horizontem (Obr. 3.12). [16] Obr Vícenásobný příjem signálu ( Kvalita parametrů vysílaných v druţici v rámci putujícího signálu vysílá druţice informace o svých parametrech. Kvalita těchto vysílaných parametrŧ má vliv na přesnost určení polohy. Parametry nelze nikterak ovlivnit. [16] Typ přijímače v podstatě je moţné rozlišení mezi přijímači pro kódová nebo fázová měření. Přijímače pro fázová měření jsou cenově o hodně draţší neţ přijímače pro kódová měření a pouţívají se především ke geodetickým pracím. Kódové přijímače jsou pak klasické ruční navigační přístroje. [16] Šum signálu signál přijímaný do přijímače je z druţic obíhajících na drahách km nad rovníkem. Signál není tedy velmi silný, a proto mŧţe být bez problémŧ rušen. Klasickým příkladem, kdy dochází k šumu, je při nízké poloze druţice nad horizontem nebo ve vegetací zarostlém prostředí. [16] Chyby atomových hodin druţice naváděcích systémŧ jsou vybaveny velmi přesnými atomovými hodinami, přesto v rámci vysílaných údajŧ o druţici jsou vysílány i opravy těchto hodin. Hodiny u přijímačŧ jsou méně přesné o několik 25

27 řádŧ neţ hodiny na druţici a z toho dŧvodu se při určování polohy uvádí jako čtvrtá neznámá chyba hodin přijímače. [16] 3.2 Korekce chyb GPS Aby bylo moţné zlepšení a zpřesnění navádění, bylo nutné zvýšení přesnosti. Ta se pohybovala v řádech metrŧ, coţ je pro navádění zemědělské mobilní techniky nepouţitelné. Aby bylo dosaţeno vyšší přesnosti v navádění z metrŧ na centimetry, tak se začalo vyuţívat systému DGPS (Differential Global Position Systém), coţ je diferenční systém, který spočívá v úpravě korekčního signálu GPS. Systém DGPS je nejčastější, ale oproti dalšímu korekčnímu systému RTK (Real Time Kinematics) není tak přesný. RTK systém umoţňuje přesnost mezi jízdami +/- 2,5 cm, kdeţto u DGPS je to +/- 15 aţ 25 cm. Významní výrobci zemědělské mobilní techniky si vytvořili vlastní systémy, které fungují na principu DGPS a RTK jen pro jejich stroje. Mezi tyto systémy patří Auto Guide, který vyuţívá společnost AGCO. Dále systém AutoTrack a RTK Extendy od firmy John Deere, systém E-Drive pouţívaný společností Claas a systém Trimble Autopilot, který vyuţívá koncern CNH. Systém společnosti Trimble, je také moţné dodatečně namontovat do většiny mobilní techniky od rŧzných výrobcŧ. U těchto systémŧ se vyuţívá placených i neplacených korekčních signálŧ. V roce 2009 uvedla do provozu firma Leading Farmers CZ, a.s. soukromou korekční síť RTK VRS (Real Time Kinematics Virtual Reference Station). Tato síť byla první v České republice a je určená přímo pro zemědělskou činnost. Korekci signálu poskytují v ČR i další firmy, a to např. Trimble, která poskytuje privátní síť Trimble VRS Now Czech, dále síť TopNET od společnosti GEODIS Brno a síť CZEPOS, která je provozována státem Diferenční GPS (DGPS) Systém DGPS je zaloţen na pouţívání tzv. referenčních stanic (přijímačŧ GPS). Z dŧvodu kódového měření se pouţívají minimálně dva přijímače GPS. Jedním z nich je právě referenční stanice. Ta je umístěna na místo o známých souřadnicích a do přijímače DGPS, který je umístěn ve stroji, přenáší korekční signál. Referenční stanice přijímají stejný signál GPS jako přijímače umístěné ve stroji. Chybu neboli odchylku polohy v reálném čase lze určit díky známému místu postavení referenční stanice, která 26

28 zašle zprávu o korekci polohy geostacionárním satelitŧm a ty umoţňují přijaté korekce vysílat do přijímače umístěného ve stroji, který přijaté korekce vyuţije k vypočtení své polohy. Po celém světě se budováním sítě referenčních stanic zabývají komerční organizace, které za vyuţívání vyţadují správní poplatek. Velikost poplatku závisí na přesnosti korekce, období, po které bude stanice vyuţívána, velikosti pokrytého území a na provozovateli. Korekční signál si je také moţné pronajmout na kratší období (měsíce nebo např. 100 hodin), coţ je ekonomicky výhodnější. Mezi zpoplatněné systémy s vyšší přesností patří například systémy XP a HP provozující společnost OmniSTAR. Korekční signály mohou být i bezplatné. Mezi ně se řadí např. evropský systém Egnos (European Geostationary Navigation Overlay Service) nebo severoamerický WAAS (Wide Area Augmentation Systém). U těchto bezplatných korekčních signálŧ není přesnost vysoká. Úroveň přesnosti, orientační cena a vyuţití je uvedeno v tab. 1. Tab. 1 Úroveň přesnosti pojezdů ( Označení DGPS (EGNOS) XP Přesnost bezprostředně mezi jízdami Přesnost meziroční Příklad poskytovatele v ČR Orientační cena (proměnná) 15 aţ 25 cm nespecifikovaná EU (ESA) bezplatná 7,5 aţ 12,5 cm 20 cm OmniSTAR HP 5 aţ 10 cm 10 cm OmniSTAR Kč/rok; Kč/měsíc Kč/rok; Kč/měsíc Vyuţití Postřiky, hnojení, příprava pŧdy Postřiky, hnojení, příprava pŧdy, setí běţných plodin Postřiky, hnojení, příprava pŧdy, setí běţných plodin RTK 2,5 cm 2,5 cm RTK VRS Leading Farmers CZ, a.s Kč/rok; Kč/měsíc Postřiky, hnojení, příprava pŧdy, setí běţných plodin, setí přesných plodin, meziřádková kultivace 27

29 3.2.2 Korekční systém RTK (Real Time Kinematics) Metoda kinematického měření v reálném čase je velice moderní a vyspělá metoda a v systémech, které jsou ke korekci signálu GPS určeny, je prozatím tato metoda nejpřesnější. Systém RTK umoţňuje meziroční přesnost 2,5 cm, coţ je zpŧsobeno tím, ţe je systém stabilní, coţ je dŧleţitá vlastnost tohoto systému. Té samé přesnosti, jako je u meziroční přesnosti, je systém schopen dosáhnout i mezi jednotlivými jízdami. Základní podstatou metody je získání aktuálních přesných korekcí měřených souřadnic v reálném čase. K poskytnutí těchto korekcí systém vyuţívá vlastní pozemní (referenční) stanici (Obr. 3.13) umístěnou na místě o známých souřadnicích. Pozemní stanice přijímá stejný signál jako mobilní stroj. Přijímaný signál pozemní stanice převádí do jiného formátu a za pomoci krátkých radiových vln (radiomodemu) ho zasílá do roveru (přijímače ve stroji), který je umístěn v mobilním stroji. V tomto roveru (přijímači) dochází k výpočtu korekcí porovnáním signálu přijatého z pozemní stanice o známých souřadnicích. Takto vypočtené korekce jsou vyuţity při zpracování druţicového signálu přijímaného roverem (přijímačem) ve stroji ke zvýšení přesnosti, při určení polohy stoje. [24] Obr Princip fungování RTK systému ( 28

30 Správná funkčnost systému je závislá na dosahu radiomodemu. Tento dosah je velmi závislý na terénních podmínkách, počasí, vlhkosti vzduchu či vlhkosti zemského povrchu, také mŧţe docházet k rušení nebo interferenci signálu. Při běţném vysílacím výkonu 0,4-0,5W je maximální dosah v otevřené krajině zhruba 3 aţ 5 km. Dosah radimodemu lze, při pouţití speciální antény umoţňující eliminaci interferencí a při vybudování kvalitního anténního systému na referenční stanici zvýšit na 5 aţ 10 km. K zajištění centimetrové přesnosti by vzdálenost mezi referenčním a pohyblivým přijímačem neměla být větší neţ 10 km. [24] Real Time Kinematics Virtual Reference Station (RTK VRS) Jde o metodu, která pro příjem korekce nevyuţívá vlastní referenční stanice jako je tomu u předchozích korekčních systémŧ, ale tzv. virtuální referenční stanice (VRS). (Obr. 3.14) Do zemědělského stroje je přenos korekčního signálu zajištěn internetovým připojením přes mobilní modem, a to buď za pomoci GPRS telefonního modemu nebo krátkovlnné vysílačky. Díky zkombinování satelitního přenosu dat a GPRS přenosu je počet výpadkŧ ve spojení omezen na minimum, coţ je ve srovnání s příjmem satelitních korekcí na frekvenci L2 velkou výhodou. Dalším pozitivem tohoto systému je zlevnění celé technologie, jelikoţ uţ není potřeba pořizovat na kaţdou farmu základnovou stanici a nejsou tak vyţadovány další investice. Přenos korekčního signálu GPRS sítí je mimo jiné rovněţ technologická novinka, jejíţ realizace probíhá v ČR. Dostupnost signálu je závislá na kvalitním pokrytí mobilní sítí nad polnostmi zemědělského podniku. Jestliţe je problém s přijímáním mobilní sítě, je moţné k přenosu signálu do strojŧ vyuţít krátkovlnné vysílačky. [4] 29

31 Obr Princip fungování RTK VRS ( Princip fungování systému RTK VRS spočívá v tom, ţe je na daném uzemním celku vytvořena síť, která je sloţena z jednotlivých stálých základnových stanic GPS RTK. Z těchto stanic jsou neustále zasílány informace o naměřené poloze do centrálního serveru (VRS server). Do tohoto serveru také zasílá informace o své poloze kaţdý rover (stroj s GPS RTK přijímačem, postřikovač, traktor, sklízecí mlátička, sklízecí řezačka, atd.). RTK VRS software na serveru (VRS server) neustále vypočítává podle interpolace údajŧ z jednotlivých základnových stanic sítě a dalších vstupŧ korekční údaje pro místa, kde se právě teď nacházejí jednotlivé rovery (stroje) a tyto korekční údaje jim zasílá nazpět. Na pozemku, na kterém se zrovna rover (stroj) nachází, se vytvoří tzv. virtuální stanice (VRS), a výpočet korekcí pro dané místo se provádí dokud nedojde k zásadní změně polohy roveru (stroje). K zajištění komunikace mezi základnovými stanicemi a serverem se vyuţívá mobilního internetu, toho se vyuţívá i pro komunikaci mezi roverem (strojem) a serverem. [17] 30

32 4 SOUČASNÝ STAV NAVÁDĚCÍCH SYSTÉMŮ V ZEMĚDĚLSTVÍ Systémy satelitního navádění GPS jsou v současnosti v zemědělství velice rozšířenou technickou pomŧckou. Našli bychom je v kaţdém podniku, který se zabývá produkcí rostlinné výroby. Tyto systémy se dají vyuţít nejen k určování polohy a řízení traktorových souprav, sklízecích mlátiček a dalších samojízdných strojŧ, ale i ke zjišťování výnosŧ, mapování pozemkŧ a k dalším potřebným funkcím. V ČR se systémy GPS rychle rozšířily a v jejich vyuţívání patří naše republika na evropskou úroveň. Zavedení systému GPS do zemědělství bylo hlavním prŧlomem v pěstování rostlinné produkce a nepřímo tak tyto systémy stály za vznikem tzv. precizního zemědělství (precision farming) (Obr. 4.1). Metoda precizního zemědělství představuje hospodaření na pozemku podle lokálních podmínek a vlastností daného pozemku s optimalizací nasazení produkčních faktorŧ. Snahou této metody je přizpŧsobení dané operace lokálním podmínkám pozemku. Díky informacím o lokálních změnách (prostorové variabilitě) měřených činitelŧ je moţné určit, jaký zásah na pozemku bude přesně potřeba. K těmto zásahŧm mají pomoci systémy GPS, které zvyšují efektivnost u vyuţívaných technologií při pěstování rostlin. Ty mají také vliv na úsporu provozních prostředkŧ, pracovního času a strojŧ. Dále dochází ke zlepšení celkové produkce díky vyšším výnosŧm a k zlepšení kvality produkce. Minimalizuje se zátěţ na ţivotní prostředí a dochází ke zlepšení výrobních procesŧ. Precizní zemědělství je ekonomicky a ekologicky výhodné. [13] 31

33 Obr. 4.1 Využití systému precizního zemědělství ( Při přesném určení polohy antény GPS umístěné na stroji, který pracuje v systému precizního zemědělství, je moţné vyuţití pro rŧzné operace přímo při pěstování rostlin a zároveň i k získávání informací, z kterých se vytváří informační systémy, které jsou určeny pro podporu rozhodování (DSS Decision Support Systems). Systémy GPS v současnosti vyuţívají v rostlinné výrobě u zemědělských strojŧ manuálního nebo automatického navádění pohybu stroje po pozemku, a to ke zpracování pŧdy, mechanické kultivaci, k aplikaci chemických postřikŧ a hnojiv a také při setí a sklizni. Dále je systémŧ vyuţíváno při variabilní aplikaci hnojiv a pesticidŧ, při setí s variabilním výsevkem, ale také při zpracování a sběru dat a při mapování pozemkŧ ( field scouting, výměry a hranice pozemkŧ, vzdálenosti, výnosy, překáţky na pozemcích, cesty a další bodové, liniové a plošné prvky). [14] 32

34 4.1 Vyuţití GPS systémů u mobilní techniky V zemědělském podniku je účelné vybavit navigačním systémem GPS stroje, které se vyuţívají v rostlinné výrobě, a to k přípravě pŧdy, setí a sázení, plečkování, hrubkování, hnojení do páskŧ a k meziřádkové úpravě. Dále je potřebné systémem GPS vybavit stroje, které slouţí k ochraně rostlin a hnojení. Zvláště u těchto operací jde o odstranění překryvŧ nebo míst, kde nebyl prostředek aplikován a s tím souvisí i přesné vypínání ať uţ celého postřikovače nebo jen jeho částí na souvratích a v klínech. Další moţností, kterou lze vyuţívat, je variabilní aplikace hnojiv a postřikŧ, to má pozitivní vliv na rovnoměrnou aplikaci těchto pouţívaných prostředkŧ. Stejně tak jako u ochrany rostlin a hnojení, je i u přípravy pŧdy dŧleţité odstranění překryvŧ a sníţení počtu jízd po pozemku. Při přípravě pŧdy je moţné provádět pracovní jízdu přes jeden nebo dva záběry. U setí se systémy GPS vyuţívají k přesnému zaloţení porostu a kolejových řádkŧ, tím jsou ulehčeny následující operace v rostoucím porostu (např. plečkování kukuřice, meziřádková úprava, provádění postřikŧ a hnojení). Systémy se v praxi vyuţívají i při sklizni zemědělských plodin u sklízecích řezaček a mlátiček. Vyuţívané systémy GPS jsou náhradou za dříve pouţívané pěnové znamenáky a zároveň je navádění pomocí GPS výhodnější neţ pouţívání mechanických diskových znamenákŧ Vyuţití navigačního systému při přípravě půdy K dosaţení silných a kvalitních porostŧ s velkými výnosy je dŧleţité nejprve tyto porosty velmi dobře zaloţit. Základem k dobrému zaloţení porostu je velmi dobře připravená pŧda. Při špatném připravení pŧdy mŧţe dojít k poklesu kvality porostu, coţ má za následek sníţení výnosu. Pro tuto operaci se stále častěji vyuţívají širokozáběrové kompaktory s mnoha sdruţenými pracovními operacemi. To umoţňuje připravit pŧdu pro setí nejlépe na jeden přejezd. V současnosti lze pro tuto operaci vyuţívat traktory s vysokým výkonem, coţ umoţňuje pouţívání velkých záběrŧ pracovního zařízení. Tyto záběry se pohybují okolo 10 m, ale mŧţou být i větší. Při vyuţívání tak velkých pracovních záběrŧ dochází zejména v letních přísušcích a prašnosti k překryvŧm záběru. Tyto překryvy mŧţou být kolem jednoho metru, coţ je deset i více procent pracovního záběru kompaktoru. Tím je zbytečně projeto více nafty, u pracovních orgánŧ dochází k většímu opotřebení a zároveň je prodlouţena pracovní doba obsluhy. Proto je u těchto pracovních souprav vyuţíváno paralelního systému navádění po pozemku pomocí GPS, 33

35 coţ pomáhá k dokonalejšímu ovládání pojezdu. K tomu ovládání se vyuţívá jednoduchých naváděcích systémŧ, a to poloautomatizovaných (asistované řízení - elektromotor na volantu). Tyto systémy umoţňují eliminaci překryvŧ při přesném nastavení záběru, a to i za špatné viditelnosti, kdy u asistovaného řízení je traktor automaticky veden po zvolené dráze. Další výhodou těchto systémŧ je moţnost provádět pracovní jízdy ob jeden nebo dva záběry, čímţ je dosaţeno většího poloměru při otáčení na souvratích. Po otočení je pracovní souprava navedena navigací do nezpracovaných záběrŧ. Tím se dociluje niţšího opotřebení pneumatik a zejména pak pásŧ u pásových traktorŧ. Zrovna tak je docíleno niţšího namáhání rámŧ a závěsŧ traktoru a stroje. Tím, ţe otáčení pracovní soupravy na souvratích probíhá bez prodlev, má za následek zrychlení práce. Při přípravě pŧdy je dostačující bezplatný signál, který má korekci pro přesnost +/- 15 aţ 20 cm. [5] Obr. 4.2 Pásový traktor při přípravě půdy s vynecháním přes jeden záběr. Asistované řízení jej poté navede přesně do vynechané plochy. ( 34

36 4.1.2 Vyuţití navigačního systému při setí Zavedením navigačních systémŧ navádění GPS do operací setí a sázení byl dán základ k přesnému zaloţení porostu. Toto přesné zaloţení porostu je hlavním úkolem setí a přesně zaloţený porost je základem pro správné provedení následných operací a zvyšuje stabilitu výnosu. K navádění stroje při setí se vyuţívá automatizovaného navádění (autopiloty), ale je moţné vyuţít i poloautomatizované systémy (asistované řízení). Systém autopilotu je plně zakomponován v hydraulice traktoru nebo samojízdného stroje. Toto zabudování je moţné vyuţívat např. pro navádění jízdy po křivkách, coţ umoţňuje okamţitou reakci podvozku na pokyny navádění a není proto nutností, aby se setí provádělo jen rovně. Oproti systémŧm s manuálním a poloautomatizovaným naváděním, je systém autopilotu vybaven kontrolními mechanismy, mezi něţ patří čidla natočení kol, korekce naklonění stroje ve svahu, coţ mŧţe zpŧsobit odchylky od dráhy pojezdu. Potom je také k dispozici ovládací monitor, s jehoţ pomocí je např. moţné ovládání ještě jednoho autopilotu, který se s anténou umisťuje přímo na taţný stroj. Tento autopilot má koordinovat jízdu soupravy při skluzu ve svahu u připojeného stroje. K této koordinaci dochází s pomocí hydraulický ovládaných diskŧ na secím stroji. Automatizované systémy lze vyuţít při všech polních operacích, ovšem jejich největší přínos přichází hlavně v prvopočátku sezóny, kdy se vyuţívají pro setí a sázení. Tyto systémy jsou vyuţívány např. i při sázení brambor, kdy jsou pouţity širokozáběrové sazeče. Dále je s nimi moţné vysévat i přesné porosty cukrovky nebo kukuřice s následným přesným hnojením či kultivací. Pro tyto účely se vyuţívá signálu DGPS nebo pro lepší přesnost signálu RTK, který má oproti ostatním technologiím stabilní korekci nejen mezi dvěma bezprostředními jízdami, ale i meziročně. Z toho plyne, ţe mapu, která je vytvořena pojezdem se strojem s navigací RTK, je moţné uschovat a vyuţít ji znovu při dalších operacích, kdy systém bude navádět stroj automaticky ve stejných kolejích. Toho lze vyuţít např. při setí kukuřice do hrŧbkŧ, kdy hrŧbky budou jiţ vytvořeny na podzim. [6] 35