Спутниковые технологии в сельском хозяйстве

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире все отрасли нашей жизни стремятся к оптимизации процессов производства. Мы хотим при минимальных вложениях получить максимальную выгоду. В сельскохозяйственной промышленности инструментом повышения эффективности всех этапов производства является внедрение так называемого «точного земледелия».

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.

2. Голосовая связь (CSD) позволяет обеспечивать связь на большие расстояния, но не далее 50-70 км, т.к. с увеличением расстояния увеличивается ошибка определения координат. Для работы необходим GSM-модем (встроенный или внешний) и SIM-карты с подключенной услугой передачи данных по голосовому каналу. Процесс передачи поправок похож на телефонный разговор: Ровер «звонит» на Базу, База «принимает звонок», и после этого начинается процесс передачи корректирующей информации, тарификация поминутная. Однако, следует обратить внимание на следующее:

- 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).

Системы дифференциальной коррекции

Современные сервисы дифференциальной коррекции позволяют определять координаты с дециметровой точностью и избавляют Вас от использования Базового приемника или сети Базовых станций.

Существует несколько подобных сервисов дифференциальной коррекции, например, RTX, Terrastar, Atlas. С помощью наземных станций, расположенных по всем миру, эти сервисы предрассчитывают и посылают корректирующую информацию на свои геостационарные спутники. А за покупку платной подписки Вы можете получать поправки прямо с этих спутников (либо по сети Интернет).

Этот способ получения поправок очень удобен, если нет возможности организовать связь между Базой и Ровером, а точность определения координат Вас вполне устраивает. Однако, плата за подписку на такие сервисы обычно высока, а Ваш приемник, забегая вперед, обязательно должен быть многочастотным.

SBAS –вспомогательная спутниковая система

WAAS, EGNOS, СДКМ, MSAS, GAGAN – вот основные системы дифф. коррекции, позволяющие обеспечить субметровую точность определения координат бесплатно на определенной территории.


Конечно, Вы можете не использовать источники корректирующей информации в принципе, если Вас устраивает точность автономного определения координат спутниковым приемником в 3-15 м.

Кстати, в с/х активно используется алгоритм улучшения относительной точности от прохода к проходу Pass-to-Pass. Эта технология обеспечивает повторяемость прохода до 20-40 см в течение 15 минут.

На этом этапе уже можно понять, сколько спутниковых приемников Вам необходимо, какую точность они обеспечат и нужно ли будет приобретать дополнительные устройства в виде модемов и антенн, а может и заложить в бюджет платную подписку на сервисы дифф. коррекции.

Еще один немаловажный момент: приемники бывают одночастотные и многочастотные.

Из-за специфики распространения спутникового сигнала одночастотные приемники обеспечивают высокоточные определения координат, только если База и Ровер не далее 8 км друг от друга. Многочастотные приемники лишены подобного ограничения, поэтому данную характеристику важно учитывать при планировании работ.

ПРИМЕНЕНИЕ

Сейчас в сельскохозяйственной промышленности активно используются системы параллельного вождения для коррекции движения трактора с помощью подруливающего устройства. Если машина отклоняется от заданного курса, то подруливающее устройство автоматически корректирует траекторию с помощью высокоточного RTK.

Также высокоточные спутниковые определения просто необходимы при дифференциальной подпочвенной подаче удобрений, где важную роль играют даже сантиметры.

Установка навигационного модуля высокой точности на борт агродрона позволит производить опрыскивание участков без пропусков и переобработки.

Создание тематических карт землепользования, расчет обработанной площади и контроль собранного урожая - далеко не все виды применения спутниковой навигации в сельскохозяйственной промышленности.

ИТОГ

При грамотном использовании ГНСС-технологий значительно сокращаются издержки практически на каждом этапе. Сокращается время простоев, улучшается качество труда. Повышается эффективность использования земельных участков, что в свою очередь увеличивает урожайность и благоприятно сказывается на окружающей среде.

Оснащение сельскохозяйственной техники навигационным оборудованием обходится недешево, однако окупаемость такой модернизации в среднем происходит уже через год. Чтобы рационализировать использование своих земель необходимо адекватно оценивать, что принесет Вам прибыль, а что будет пустой тратой средств. Для этого следует понимать принцип работы спутникового оборудования.

Главный критерий в выборе ГНСС-приемников это необходимая максимальная точность. Чем точнее оборудование позволяет определять координаты, тем более оно технически сложное и дорогое. Обязательно заранее продумывайте, как будет осуществляться передача поправок, и будет ли. Закладывайте в бюджет не только покупку оборудования, но и дополнительные расходы в виде модемов, услуг связи или подписок на сервисы дифференциальной коррекции.

Как показывает практика, освоить работу со спутниковым оборудованием можно за пару часов, максимум – пару дней. Не откладывайте на потом, разберитесь с этим вопросом и начните эффективное современное производство.