CIV Akkerbouw Module Precisielandbouw Themadag 1 Satelliet plaatsbepaling en praktijktoepassingen Theorie 27 november 2014, Johan Booij
Leerdoelen De deelnemer heeft inzicht in de mogelijkheden, beperkingen en nauwkeurigheid van plaatsbepaling met GPS. De deelnemer heeft inzicht in de mogelijkheden, beperkingen en nauwkeurigheid van GPS-gestuurde sectiecontrole van verschillende machines. De deelnemer herkent de verschillende GPS onderdelen en kan de verschillende apparatuur instellen.
Programma - ochtend 10.00 10.05 Opening 10.05 11.00 Introductie Precisielandbouw en GPS 11.00 11.15 Pauze 11.15 11.45 Overzicht toepassingen landbouwmachines 11.45 12.30 GPS in de praktijk (Dhr. Stefan van Woerden) 12.30 13.30 Lunch
Programma - middag 13.30 14.15 GPS in de praktijk (Dhr. Stefan van Woerden) 14.15 14.30 Pauze 14.30 15.30 Introductie Precisielandbouw en GPS 15.30 16.00 Overzicht toepassingen landbouwmachines
Theorie GPS Wat is satellietplaatsbepaling? Satellietnavigatiesystemen GPS nauwkeurigheid & signaalcorrectie Toepassingen van GPS GPS nauwkeurigheid werktuig GPS stuursystemen Rechtrijden en parallelrijden
Wat is plaatsbepaling? Onder plaatsbepaling verstaat men de kunst om vast te stellen op welke plaats op aarde men zich precies bevindt, en de wijze waarop deze plaats wordt aangeduid.
Begrippen plaatsbepaling Coördinaten stelsel Rijksdriehoekstelsel (x en y) WGS84 (Longitude en Latitude) ETRS89 (Breedtegraad en Lengtegraad) UTM (Longitude en Latitude) Notaties Graden minuten en seconden Amsterdam ligt op 52 22' 30" N en 4 54' 30" E. Decimale graden Amsterdam ligt op 52.375 N en 4.9083 E Metric (meters of kilometers)
Satellietplaatsbepaling Bepalen van de locatie/positie op aarde met behulp van satellieten Begrip: GNSS (Global Navigation Satellite System) GPS is een merknaam! Principe: meten reistijd signalen (GHz frequentie) tussen satelliet en ontvanger (op aarde) Afstand berekenen uit nauwkeurige tijdmeting
Satellietplaatsbepaling Principe afstandmeting naar satelliet Satellieten sturen radiogolven naar de aarde Snelheid Radiogolven 300.000 km/sec (lichtsnelheid) Deze radiogolven bevatten: Huidige tijd satelliet(atoomklokken in satelliet) X, Y en Z-coördinaat van huidige plaats satelliet afstand satelliet - GPS ontvanger = tijdsverschil x lichtsnelheid
Satellietplaatsbepaling Nauwkeurige tijdsbepaling heel belangrijk 3 of 4 atoomklokken in elke satelliet Gebruiker geen atoomklok Tijd gebruiker onbekend extra gegeven nodig Minimaal 4 satellieten nodig voor plaatsbepaling
Satellietplaatsbepaling Voldoende dekking gedurende de hele dag; minimaal 20 satellieten nodig (cirkelen constant rond de aarde) Vrij zicht (bomen en gebouwen houden signalen tegen) Satellieten stelsels (constellatie) NAVSTAR-GPS (24 satellieten) GLONASS (22 satellieten) Galileo (2015) (30 satellieten)
Satellietplaatsbepaling Een vaste afstand tot 1 satelliet geeft een cirkel op aarde Bij 3 satellieten één snijpunt overlappende cirkels Snijpunt=positie! 1 extra satelliet voor hoogte en compensatie klokafwijking ontvanger.
Voorbeeld:
Satellietstelsels NAVSTAR-GPS ( Global Positioning System ) Verenigde Staten militair systeem Operationeel vanaf 1995 24 satellieten (20.200 km hoogte) Nauwkeurigheid < 15 meter Met Egnos correctie < 1,5 meter Toepasbaar als aanvulling op GPS met speciale ontvanger
Satellietstelsels GLONASS Russisch Momenteel operationeel 22 satellieten (19.100 km hoogte) Nauwkeurigheid < 20 meter Egnos correctie mogelijk Toepasbaar als aanvulling op GPS met speciale ontvanger GLONASS satelliet
Galileo Europees Operationeel vanaf 2020 Civiel systeem 27 satellieten + 3 reserve Hoogte 23.616 km Met Egnos correctie nauwkeurigheid <70 cm Ontvangers voor Galileo/NAVSTAR-GPS/Glonass Galileo Galileï
Toepassingsgebieden Toepassing van gps plaatsbepaling Navigatie via land, lucht, water Kartering natuur, landschap, infrastructuur (ook kadaster) Weg- en waterbouw Volksgezondheid Veiligheid Landbouw
Principe GPS signaalcorrectie Twee ontvangers ontvangen dezelfde signalen dezelfde fouten Referentie ontvanger op bekend punt Correctie berekenen Correctie sigaal verzenden naar ontvangers
GPS technieken in de landbouw GPS Omnistar DGPS RTK GPS
GPS Correcties RTK Fixed < 2 cm OmniSTAR HP < 10 cm DGPS 20-100 cm Egnos 100 300 cm Ruw signaal 500 1500 cm
GPS nauwkeurigheid & landbouwtoepassingen GPS zonder correctie : 500 tot 1500 cm Niet geschikt voor landbouwtoepassing GPS met EGNOS correctie : 100 tot 300 cm Beperkt geschikt (alleen kunstmest strooien en spuiten) GPS met Differential correctie (DGPS) : 10 tot 30 cm Geschikt voor (parallel rijden, variabel doseren en sectiecontrole) GPS met RTK correctie (RTK-GPS) : 1 tot 2 cm Zeer geschikt (zaaien-schoffelen, poten, aanaarden)
EGNOS correctie Europees satelliet correctie systeem 3 extra satellieten (geo-stationair) Netwerk van grondstations GPS met Egnos nauwkeurigheid < 1,5 m afwijking
DGPS correctie Differential GPS Netwerk van vaste grondstations UHF radio frequenties Tot 20 cm nauwkeurig
RTK correctie Real Time Kinematic GPS Vast grondstation In Nederland: binnen 10 km van de trekker FM radio frequentie correctie 06 GPS correctie via telefoon modem Nauwkeurig afwijking <2 cm
Vragen: Waar is het principe van satellietnavigatie op gebaseerd? Welke nauwkeurigheid is er mogelijk? Hoeveel satellieten zijn er minimaal nodig voor een juiste plaatsbepaling? Hoe word onnauwkeurigheid van GPS plaatsbepaling veroorzaakt?
GPS nauwkeurigheid Satelliet Klok Baangegevens Atmosfeer S/A Begin 2000 uitgeschakeld 0 20 40 60 80 100 Afwijking in meters
GPS toepassingen
Toepassingen landbouwbedrijf Gps signaal nu vooral gebruikt voor rechtrijden/ parallel rijden Breed toepassingsgebied van gps als gereedschap bij teeltmonitoring Gewas, bodem en perceelsregistratie en de daarop volgende acties > Grondbewerking Zaaien / poten / planten Gewasbescherming Bemesting Oogsten Valplek in suikerbieten
Welke GPS nauwkeurigheid nodig? Toepassing Kunstmeststrooien Mest uitrijden Stoppelbewerkingen Eis: parallel rijden DGPS (- 1 meter) DGPS OmniSTAR (- 30 cm)
Welke GPS nauwkeurigheid nodig? Toepassing: Zaaien, poten, planten zonder GPS gestuurde vervolgbewerk-ing Aansluitende werkgangen Eisen: Hoge rij tot rij nauwkeurigheid Minder nauwkeurig in de tijd? HP-DGPS 7-10 cm nauwkeurig
Welke GPS nauwkeurigheid nodig? Toepassing Ploegen, zaaien, planten, poten, aanaarden, schoffelen en egaliseren Vaste rijpaden systeem Eis: RTK-GPS met vast referentie station of dicht GSM netwerk Nauwkeurigheid: 0-2 cm
Welke GPS nauwkeurigheid nodig? Toepassing Synchroniseren van bewerkingen: Eis: Poten gevolgd door aanaarden Planten, poten, zaaien gevolgd door schoffelen en oogsten rijgewassen (groenten) 0-2 cm bij het werktuig RTK-GPS aansturing van tractor en werktuig (dubbele besturing)
Toepassing & nauwkeurigheid (keuze correctiesignaal) Welk GPS correctiesignaal (A, B of C) is nodig om voldoende nauwkeurig de positie te bepalen bij de volgende toepassingen? Bewerking: 1. Vastleggen valplek 2. Aardappel poten en aanaarden 3. Variabel aardappelen poten 4. GPS sectie-controle veldspuit 5. Schoffelen uien 6. Parallel rijden 7. Kunstmest strooien 8. Opbrenstbepaling combine Correctiesignaal: A. GPS + EGNOS correctie B. D-GPS C. RTK-GPS
Automatische trekker + machinebesturing Wat zijn de mogelijkheden? Grondbewerking Ploegen (Geoplough) Zaaibedbereiding enz. Gewasverzorging Zaaien, planten, poten (Geo seed) Gewasbescherming (+ sectiecontrol) Aanaarden, schoffelen Oogsten Bijv. wortels (trekbanden/opnamepunt precies boven de wortelrij)
Instellen systeem (1) Plaats GPS ontvanger Trekker: Bovenop cabinedak, zodat de ontvangst niet wordt verstoord Machine: Positie voldoende hoog zodat de ontvangst niet verstoord wordt. Iets voor het middelpunt waar de machine de bewerking uitvoert. Afhankelijk van rijsnelheid en reactiesnelheid GPS.
Stuursystemen (1) Stuurhulp/lightbar Een lightbar toont de afwijking van de ideale lijn Op een beeldscherm wordt de rijrichting getoond De chauffeur stuurt zelf langs de ideale lijn (net als TomTom )
Stuursystemen (2) Motor op/naast stuur Automatisch sturen met een motor op het tractorstuur De motor aangestuurd door de GPS ontvanger Door slip tussen motor en stuur neemt nauwkeurigheid af Relatief goedkoop Pas op de ontvanger bepaalt de max. haalbare nauwkeurigheid!
Stuursystemen (3) hydraulisch Volledig automatisch sturen Stuursysteem direct op de stuurhydrauliek van tractor (en werktuig) Nauwkeurigheid GPS ontvanger direct naar aansturing tractor/werktuig Extra ventielenblokken nodig voor koppeling met stuurhydrauliek tractor
Schematisch tekening systeem Gps-ontvanger op werktuig Gps-ontvanger op tractor
Aandachtspunt (1) Vlakke ligging perceel verhoogt nauwkeurigheid! Kuil 5 cm Trekker en werktuig 4 km/uur Trekker 4 km/uur Trekker 8 km/uur
Afwijking in mm bij verschillende manieren van RTK-GPS snelheid 4 km/uur 8 km/uur Stuursysteem sideshift trekker schijf sideshift trekker schijf vlak 21 27 18 21 30 19 kuilen 26 35 29 32 58 31 Cijfers geven de afwijking in mm naar beide zijden van de rij aan.
Aandachtspunten practicum Instellen systeem: aanmaken A-B lijn Automatische stuursystemen voor parallelle werkgangen De bewerkingsrichting: A-B lijn Eerst basislijn in bewerkingsrichting Dan beginpunt A en eindpunt B van deze lijn vastleggen Bij kromme lijn: de A-B lijn is de eerste werkgang A-B lijnen opslaan voor later gebruik Denk aan unieke codering A-B lijnen!
Instellen systeem (2): werkbreedte Afstand parallelle banen = werkbreedte machine Alle werkgangen zijn ingepland Werkgangen kunnen worden overgeslagen, waardoor: draaien op de kopakker wordt beperkt spuitbanen/sporen kunnen eerst worden overgeslagen
Instellen systeem (3): werkbreedte (2) A = kopakkers (groen) De rode lijnen zijn de werkgangen A A A A A
Instellen systeem (4) kopakkermanagement Voor de optie kopakkermanagement perceelsgrenzen/hoekpunten inmeten Aantal kopakker werkgangen aangeven Bij rechthoekig perceel alleen breedte perceel. Anders moet ook de afwijkende zijkant uitgezet worden. Zie afbeelding >
Vraag: Noem zoveel mogelijk voordelen van GPS besturing? Welke twee verschillende stuursystemen kunnen op een trekker gebouwd worden? Wat is het verschil in nauwkeurigheid tussen DGPS en HP-DPGS? Wat is de zogenaamde A-B lijn en waarvoor dient deze? Waarom wordt in sommige gevallen de machine ook voorzien van een GPS ontvanger?
Voordelen GPS besturing Rechtrijden eenvoudiger Betere controle op het werk Doorwerken bij slecht zicht en in het donker Uitzetten voor bewerkingen niet meer nodig Aansluitend bewerken niet meer noodzakelijk (tijdsbesparing) Schoffelen/aanaarden na zaaien/poten mogelijk Aardappelen bij aanaarden beter in het midden van de rug Effectievere benutting werkbreedte machines Structuurbederf kopakker lager Minder spierstress en psychische belasting (>vermoeidheid ogen) Minder slijtage trekker/werktuig (op lange termijn) Mogelijkheid tot verdere automatisering Reduceren van overlap (optimale benutting teeltoppervlakte)
Aandachtspunten GPS systemen Zorg voor goede perceelsadministratie bij het opslaan en terugvinden van o.a. A-B lijnen!! Elk perceel zijn unieke codering Instelling stuursystemen op machines vragen ook om een juiste afstelling Het afstellen van de hydrauliek voor het stuursysteem is erg belangrijk voor een goede werking van het systeem.
Sectiecontrole - spuiten Sectiecontrole voor spuitmachines CHD-spuit met dopaansturing Secties en afzonderlijke doppen in- en uitschakelen om overlap te voorkomen Eerst een werkgang langs de perceelsrand Komt de sectie of dop boven een bespoten deel; dan schakelt de sectie automatisch uit
Sectiecontrole en taakkaarten
Vragen? Pauze. daarna rondgang buiten bij de werktuigen met sectie-aansturing