Możliwości technicznych wspomagania maszyn rolniczych technologią GPS korzyści związane z obniżeniem kosztów prowadzenia zasiewów i nawożenia gruntów rolnych Autor: Robert Pośnik Olsztyn 10-11.09.2018 Materiał opracowany przez Fundacja Instytut Inicjatyw Partnerskich na Rzecz Innowacji Instytucja Zarządzająca PROW 2014-2020 Minister Rolnictwa i Rozwoju Wsi Europejski Fundusz Rolny na rzecz Rozwoju Obszarów Wiejskich: Europa inwestująca w obszary wiejskie. Materiał współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Schematu II Pomocy Technicznej Krajowa Śieć Obszarów Wiejskich Programu Rozwoju Obszarów Wiejskich na lata 2014-2020. 1
Możliwości stosowania technologii GIS we wsparciu optymalizacji zabiegów agrotechnicznych w gospodarstwie
Wprowadzenie Potencjalne wzrosty plonów poprzez poprawę jakości gleb, agrotechniki, nawożenia itp. World Agriculture: towards 2015/2030, Summary report, FAO 2002 Plony aktualne na świecie w relacji do plonów potencjalnych (%) cyt za: The State of Food and Agriculture, FAO 2012 3
Wprowadzenie Produktywność gospodarstw rolnych w Polsce na tle innych krajów europejskich 4
Wprowadzenie Pomimo wzrostu globalnej produkcji zbóż, nie przybywa ich rezerw obecnie Stock/Use Ratio około 0,2 www.fao.org/worldfoodsituation/wfs-home/csdb/en www.theglobaleducationproject.org/earth/food-and-soil.php 5
Wprowadzenie Według ONZ ds. Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) w celu wyżywienia ponad 9 mld ludzi w 2050 r., produkcja żywności musi wzrosnąć o 60%. Według ekspertów nadzieją na wzrost produktywności jest TECHNOLOGIA, może ona wspomóc rolnictwo i wspomóc procesy zapewnienia wyżywienia populacji w 2050 r.
Wprowadzenie Zastosowanie rolnictwa precyzyjnego wpływa na 30% wzrost wartości agrobiznesu (praca, sprzedaż, eksport), w tym wzrost popytu na usługi. Zarówno na informacje do zarządzania jak i postępu technologicznego, takie jak: systemy sterowania GPS, rozsiewacze nawozów i opryskiwacze, systemy zmiennej prędkości nawadniania, kontrolerów i robotyki podejmowania decyzji w czasie rzeczywistym w oparciu o sieci czujników i teledetekcję. 7
Wprowadzenie Termin rolnictwo precyzyjne odnosi się do koncepcji zarządzania skupiającej się na obserwacji, pomiarach i odpowiedzi na zróżnicowanie upraw, pól i zwierząt. Do korzyści należy zwiększenie plonów, zmniejszenie kosztów oraz optymalizacja nakładów. K r y t y c z n y m wyzwaniem na drodze do skutecznego wdrażania rolnictwa precyzyjnego jest przezwyciężenie ryzyka inwestycyjnego, mentalności oraz złożoności rozwiązań. 8
Wprowadzenie Krytycznym wyzwaniem na drodze do skutecznego wdrażania rolnictwa precyzyjnego jest przezwyciężenie ryzyka inwestycyjnego, mentalności oraz złożoności rozwiązań. Podejmując decyzję o przyjęciu technologii i metod rolnictwa precyzyjnego, rolnicy rozważają zyski i bezpośrednie korzyści dla własnych gospodarstw.
Szanse ograniczenie kosztów produkcji w celu utrzymania wysokiego poziomu dochodów gospodarstwa lub ich wzrostu, reagowania na uszczuplanie i degradację zasobów naturalnych (gleby, wody, powietrza i bioróżnorodności), zmniejszenie zużycia wody pitnej w rolnictwie dzięki skutecznemu wykorzystaniu nowoczesnej techniki nawadniania i uprawom dostosowanym do warunków klimatycznych, poprawa polityki nawozowej w gospodarstwach rolnych,
Szanse rozwiązanie problemu rozbieżności w plonach w gospodarstwach homogenicznych na obszarze kraju, obniżenie poziomu pestycydów, a także wykorzystania nawozów i wody, przy jednoczesnym zwiększeniu żyzności gleby i optymalizacji plonów, poprawa konkurencyjności gospodarstw rolnych, dostarczenie nowoczesnych technologii diagnozowania łanu dla małych, średnich i dużych gospodarstw rolnych,
Ograniczenia Technologia rolnictwa precyzyjnego jest niezbędna dla zachowania postępu i rozwoju gospodarstw rolnych w Polsce. podniesienie wiarygodności, funkcjonalności i znajomości tych technologii oraz ich faktycznej implementacji w gospodarstwach rolnych, niwelacje ograniczeń dostępu do technologii dla małych i średnich gospodarstw, obniżenie kosztów stosowania technik rolnictwa precyzyjnego w dużych gospodarstwach rolnych, dostosowanie metod rolnictwa precyzyjnego do wszystkich rodzajów i rozmiarów gospodarstw rolnych, 12
Ograniczenia Technologia rolnictwa precyzyjnego jest niezbędna dla zachowania postępu i rozwoju gospodarstw rolnych w Polsce. wzmocnienie świadomości na temat istoty zrównoważonego charakteru rolnictwa, dostęp do szeroko pojętych systemów edukacji i wsparcia eksperckiego, tworzenie świadomości potrzeb stosowania technologii i nowoczesnych metod produkcji wśród młodzieży oraz studentów szkół wyższych, brak programów unijnych dedykowanych dla tego rodzaju inicjatyw. Inne 13
Integracja wiedzy Hodowcy nasion Instytuty naukowo badawcze Ośrodki doradztwa rolniczego Administracja Publikacje branżowe i czasopisma Producenci nawozów Edukacja i szkolenia Prace naukowo badawcze / Rozwiązania technologiczne Portal komunikacji z Producentem Rolnym Producenci maszyn rolniczych Producenci urządzeń pomiarowych Inwentarz żywy Gospodarstw a rolne Gospodarstw a Rybne Społeczność stosująca technologie- Rolnictwo Precyzyjne
Potrzeby biznesowe wprowadzenie metod rolnictwa precyzyjnego polegającego na stosowaniu automatyzacji i innych technologii, w celu zwiększenia precyzji i wydajność kluczowych praktyk związanych z zarządzaniem rolnictwem, wprowadzenie procesów innowacji dla usług rolnictwa precyzyjnego, aby rozwiązać problem wysokich kosztów rozwoju i wykorzystywania technologii w gospodarstwach małych i średnich, czynne zaangażowania rolników i całego łańcucha dostaw w rozwijanie technologii, aby zapewnić wyraźne korzyści dla gospodarstw i pomóc im w osiąganiu większej odporności rynkowej poprzez udostępnianie instrumentów diagnostycznych,
Potrzeby biznesowe wykorzystywanie rolnictwa precyzyjnego zapewniającego nowe podejścia do całościowego zarządzania gospodarstwem rolnym, takimi jak maszyny sterowane technologią GPS/GNSS, sceny satelitarne z programu Copernicus oraz zdalnie kierowane bezzałogowe systemy powietrzne (BSP/UAV), integracja urzędowych rejestrów w celu wzmocnienia środków analitycznych otwarcie rejestrów publicznych dla usług komercyjnych, budowa systemu informatycznego w celu udostępniania danych i analizy danych (BigData), a także optymalizacji związków między nawożeniem, pogodą, glebą, wodą i plonami (zasoby ARiMR, GIW inne będące w nadzorze MRiRW),
Oczekiwania biznesowe Poniżej wymieniono w zależności od podmiotu potencjalne oczekiwania przyszłych beneficjentów w stosunku do technik rolnictwa precyzyjnego: gospodarstwa rolne konieczność zwiększenia produktywności poprzez redukcję kosztów, konieczność zwiększenia plonów poprzez stosowanie właściwych zabiegów agrotechnicznych, obniżenie wysokich kosztów inwestycji w urządzenia dla rolnictwa precyzyjnego i oprogramowania, wsparcie w stosowaniu przepisów gospodarowania na gruntach rolnych w szczególności stosowania nawozów, wsparcie dydaktyczne i edukacyjne brak znajomości i wiedzy w danym obszarze,
Oczekiwania biznesowe Doradcy rolni dostarczenie oprogramowania integrującego wiele różnych formatów i rozwiązań, brak możliwości szerokiego doradztwa dla rolników rozproszenie rozwiązań technicznych i informatycznych, doradcy rolni powinni odgrywać kluczową rolę w informowaniu rolników o metodach rolnictwa precyzyjnego. Wymaga to stworzenia specjalistycznych narzędzi do analizy danych, ze szczególnym naciskiem na rachunek kosztów i korzyści. brak jest sprawdzonych modeli wspomagania decyzji oraz narzędzi analitycznych w rolnictwie precyzyjnym, które muszą być dostępne dla doradców rolniczych oraz rolników.
Oczekiwania biznesowe producenci nawozów sztucznych oraz hodowcy nasion dostarczenie wiedzy o właściwych potrzebach poszczególnych gospodarstw w zakresie stosowania nawozów oraz nasion, możliwość skutecznego dawkowania nawozów na gruntach rolnych oraz doboru nasion, możliwość efektywnego testowania swoich produktów w nadzorowanej produkcji rolnej w poszczególnych gospodarstwach,
producenci maszyn rolniczych Oczekiwania biznesowe rozszerzenie sprzedaży maszyn rolniczych z urządzeniami i oprogramowaniem dla metod produkcji związanej z rolnictwem precyzyjnym, upowszechnianie metod produkcji z wykorzystaniem technik rolnictwa precyzyjnego, zwiększenie poziomu sprzedaży, rozwój obszarów odpowiedzialnych za utrzymywanie i serwisowanie oprogramowania odpowiedzialnego za prace urządzeń pomiarowych. Producenci urządzeń pomiarowych upowszechnianie metod produkcji rolnej z wykorzystaniem technik rolnictwa precyzyjnego, zwiększenie poziomu sprzedaży, obniżenie kosztów oferowanych produktów, możliwość integracji wielu rozwiązań,
Korzyści Szacowane korzyści stosowania technik rolnictwa precyzyjnego w gospodarstwie: optymalizacja czasu pracy +4% efektywniejszy siew +4% większe oszczędności na paliwie +13% większa żywotność sprzętu rolniczego +9% efektywniejsze stosowania nawozów sztucznych i mineralnych +10% ograniczenie kosztów sankcji administracyjnych nakładanych przez służby kontrolne od 0-100% - w zależności od przepisów krajowych, większe plony +15% efektywniejsze zarządzanie kosztami administrowania gospodarstwem +12% 21
Korzyści Szacowane korzyści stosowania technik rolnictwa precyzyjnego dla otoczenia biznesowego w kraju: Dostęp do danych analitycznych w celu poprawy metod zabiegów agrotechnicznych, Możliwość rozwoju badań naukowo badawczych poprzez ich empiryczne testowanie w rzeczywistych gospodarstwach rolnych, Podniesienie dostępu do technik rolnictwa precyzyjnego poprzez udostępnienie serwisów informatycznych on line Możliwość bezpośredniego wsparcia doradców rolnych działań prowadzonych w gospodarstwach rolnych,
Korzyści Szacowane korzyści stosowania technik rolnictwa precyzyjnego dla otoczenia biznesowego w kraju: Obniżenie cen usług i poprawienie ich dostępności dla małych i średnich gospodarstw, Podniesienie możliwości dydaktycznych dla szkół rolniczych poziomu średniego i wyższego, Zwiększenie produktywności gospodarstw rolnych na poziomie całego kraju, Prognozowanie poziomu potrzeb azotowych w kraju, Ochrona środowiska i ograniczenie wpływu sankcji KE z tytułu nie przestrzegania norm środowiskowych Inne..
Technologia globalnego pozycjonowania wsparciem systemów informacji przestrzennej GIS
Co to jest system GPS? GPS (pełna nazwa Navstar GPS) to Globalny System Pozycjonowania (ang. Global Positioning System). Jego zadaniem jest dostarczanie użytkownikom informacji o położeniu oraz ułatwienie nawigacji po terenie. System został stworzony przez Departament Obrony USA. Obejmuje swoim zasięgiem całą kulę ziemską. 25
Co to jest system GPS? satelity GPS System składa się z 3 segmentów: u kosmicznego u naziemnego u użytkownika użytkownik naziemna stacja kontroli 26
Segment kosmiczny Segment kosmiczny składa się z konstelacji satelitów. W tej chwili jest ich 31, planowana jest liczba 36. Satelity krążą wokół Ziemi po orbitach kołowych na wysokości 20 183 km. Są rozmieszczone w taki sposób, że z każdego punktu na powierzchni Ziemi, w każdym momencie nad horyzontem znajdują się przynajmniej 4 satelity GPS, a często więcej. 27
Segment naziemny Segment naziemny składa się z 12 stacji rozmieszczonych równomiernie wzdłuż równika. Dzięki temu każdy satelita jest przez całą dobę obserwowany przez przynajmniej 2 stacje naziemne. Pozwala to wyznaczać dokładnie parametry orbit satelitów (tzw. efemerydy). Dzięki temu wiemy gdzie, w którym momencie znajdzie się każdy satelita. 28
Segment użytkownika Segment użytkownika to po prostu użytkownik z odpowiednim urządzeniem anteną, potrafiącą rejestrować sygnały z satelitów i na ich podstawie obliczać położenie, w którym się znajduje. Na ten segment składa się nawigacja morska, lotnicza, drogowa, ale także geodezja i, oczywiście, rolnictwo precyzyjne. 29
Inne systemy podobne do GPS GPS to niejedyny system służący do nawigacji. Swoje własne stworzyli: u Rosja GLONASS: 28 satelitów u Unia Europejska Galileo: 18 satelitów (planowane 30) u Chiny BeiDou: 22 satelity (planowane 35) u Indie NAVIC: 6 satelitów (8 planowanych) Swój system planuje również Japonia QZSS 30
Inne systemy podobne do GPS Systemy indyjski, chiński i japoński mają mieć przeznaczenie regionalne. (Chociaż BeiDou system chiński już od 2020 ma być dostępny dla całego świata). Jednak systemy GPS, GLONASS i Galileo mają przeznaczenie globalne. Każdy z nich działa na nieco innych częstotliwościach, ale dzięki odpowiednim antenom jesteśmy w stanie jednocześnie korzystać z dostępnych satelitów wszystkich systemów jednocześnie. To pozwala znacząco zwiększyć dokładność pomiaru położenia. 31
Na co zwracać uwagę wybierając antenę Na następnych slajdach przedstawimy cechy, które powinien spełniać odbiornik GPS wykorzystywany w rolnictwie precyzyjnym. Dotyczą one przede wsystkim dokładności i stabilności, ale również ceny takiego urządzenia. Na rynku dostępne są różne rodzaje takiego sprzętu, różnych producentów, dlatego warto orientować się we własnych potrzebach oraz wiedzieć, jaki sprzęt pozwoli nam je zreazlizować. 32
Obsługa różnorodnych systemów Na początek warto zwrócić uwagę na systemy satelitarne, jakie obsługuje antena. Bez większego trudu można na rynku znaleźć anteny obsługujące jednocześnie 4 systemy: GPS, GLONASS, Galileo i BeiDou. Pozwala to korzystać z wszystkich dostępnych satelitów wszystkich systemów, zwiększając tym samym dokładność pomiaru położenia. Ma to duże znaczenie zwłaszcza w przypadku, gdy na polu lub na jego granicy występują drzewa, ściana lasu, słupy wysokiego napięcia. W takiej sytuacji sygnał z satelity może odbić się od przeszkody i zostać zarejestrowany dwukrotnie, a to może spowodować błąd obliczenia położenia. Na szczęście wykorzystanie większej liczby satelitów pozwala wyelminować ten błąd. 33
Obsługa różnorodnych systemów Z drugiej strony, na polu pozbawionym takich przeszkód, jak opisane w poprzednim przypadku, sam system GPS powinien w zupełności wystarczyć. Wydaje się jednak, że odbiornik obsługujący kilka systemów, np. GPS/GLONASS/Galileo jest dobrym stabilnym rozwiązaniem, pozwalającym unikać tego typu błędów. 34
Możliwość obsługi SBAS SBAS oznacza satelitarny system wspomagania (ang. Satellite-based Augmentation System). Działa w ten sposób, że poprawki położenia satelitów GPS (GLONASS, Galileo) są obliczane i wysyłane do urządzenia, mającego możliwość obsługi takiego sygnału. Dzięki temu znacząco zwiększamy dokładność pomiaru GPS. Istnieje kilka takich systemów, działających w różnych częściach świata. Dla nas najważniejszy jest EGNOS, działający na terenie Europy. 35
Możliwość obsługi SBAS Oprócz europejskiego systemu EGNOS istnieją również: amerykański WASS i japoński MSAS. Ponadto planowane są kolejne tego typu systemy: SDCM w Rosji i GAGAN w Indiach. Na mapie zaznaczone są obszary, w których działają poszczególne systemy. WASS EGNOS SDCM GAGAN MSAS WASS 36
Rejestrowana częstotliwość Wszystkie systemy typu GPS korzystają z dwóch lub więcej różnych częstotliwości do przesyłania sygnału do anten. W przypadku samego GPS są 2 częstotliwości, oznaczone jako L1 i L2. Tylko zastosowanie częstotliwości L1 pozwala korzystać z darmowych poprawek SBAS, o których mówiliśmy chwilę wcześniej. Odbiornik L2 pozwoli, co prawda, uzyskać większą dokładność nawigacji, ale za cenę opłat za korzystanie z SBAS. W przypadku rolnictwa precyzyjnego nie warto ponosić tych dodatkowych kosztów, ponieważ dokładność uzyskiwana dzięki L1 jest wystarczająca. 37
Instalacja anteny Oczywiście, warto wybrać taką antenę, której samodzielna instalacja i podłączenie z wszystkimi urządzeniami, z których chcemy korzystać, jest jak najprostsza (tzn. zajmuje nie więcej niż 15-20 minut). Bardzo przydatny może być moduł Bluetooth, który umożliwia bezprzewodową instalację urządzenia. (poza tym, to mniej kabli w kabinie). Bluetooth pozwala również bezprzewodowo łączyć się ze smartfonem lub tabletem wyposażonym w odpowiednie oprogramowanie w celu śledzenia lub rejestracji pracy. 38
Częstotliwość aktualizacji pozycji W przypadku poruszającego się pojazdu istotne jest jak często urządzenie określa położenie pojazdu. Dla przykładu u 1Hz czyli raz na sekundę; przy takiej częstotliwości pojazd powinien poruszać się bardzo wolno (ok. 3km/h), przy większej prędkości dokładność określenia pozycji będzie zbyt mała u 5Hz czyli 5 razy na sekundę; wystarczająca w większości przypadków, pozwala dokładnie określać trasę przejazdu u 10Hz czyli 10 razy na sekundę; wymagana dla chcących korzystać z automatycznego systemu prowadzenia 39
Dokładność nawigacji Przed wyborem odpowiedniego urządzenia warto zorientować się nt. wymaganego poziomu dokładności. Dokładność różnych anten waha się od kilku metrów do centymetra. Oczywiście, te najbardziej dokładne są jednocześnie znacznie droższe. W większości prac polowych wystarcza dokładność ok. 30 cm, choć są również i takie, które wymagają dokładności większej i takie, które wymagają mniejszej dokładności. 40
Dokładność nawigacji Należy rozróżnić 2 różne dokładności: u dokładność bezwzględna dokładność, z jaką jesteśmy w stanie określić położenie danego punktu w dowolnym czasie. Ma ona znaczenie dla prac geodezyjnych; u dokładność względna (pass to pass) dokładność, z jaką jesteśmy w stanie wskazać to samo miejsce w krótkim okresie czasu (po kilku, kilkudziesięciu minutach), a także z jaką jesteśmy w stanie określić względne położenie w stosunku do innych punktów podczas tego samego pomiaru. Ma ona znaczenie przy pracach polowych, gdy chcemy określić trasę przejazdu względem wcześniej przejechanego odcinka. 41
Dokładność nawigacji Różnice między dokładnością względną i bezwzględną ilustruje poniższy przykład duża dokładność bezwzględna duża dokładność względna mała dokładność bezwzględna duża dokładność względna mała dokładność bezwzględna mała dokładność względna 42
Podstawowe rodzaje anten GPS Przedstawimy tutaj podstawowe rodzaje odbiorników GPS (oczywiście, mogą one wykorzystywać również sygnały z satelitów innych systemów, jak GLONASS lub Galileo) pod kątem dokładności i przykładowych zastosowań. 43
Antena GPS w smartfonie u Dokładność bezwzględna: 2-20m u Dokładność względna: 1-3m Nadaje się m.in. do u pomiaru powierzchni pola działki, u jeżdżenia po równoległych pasach, u a także do notatek polowych, np. próbek gleby, do oznaczania miejsca składowania materiałów, punktu wjazdu na pole itp. 44
Zewnętrzny tracker GPS u Dokładność bezwzględna: 2-20m u Dokładność względna: 0,5-2m Nadaje się m.in. do u pomiaru powierzchni pola działki, z większą dokładnością niż z użyciem smartfonu, u jeżdżenia po równoległych pasach, u a także do notatek polowych, np. zaznaczania miejsca zatrzymania pracy, wjazdu na pole, oznaczania przeszkód. 45
Antena typu Smart u Dokładność bezwzględna: 1,5m u Dokładność względna: 0,2-0,5m Nadaje się m.in. do u pomiaru granic działki i powierzchni (choć nie do celów prawnych), u jeżdżenia po równoległych pasach, nawet podczas mgły i nocą, u a także do wszelkiego rodzaju notatek polowych. 46
Antena zewnętrzna RTK u Dokładność bezwzględna: 1cm u Dokładność względna: 1cm Nadaje się m.in. do u pomiaru granic działki i powierzchni, także do prac konstrukcyjnych, u jeżdżenia po równoległych pasach, nawet podczas mgły i nocą, operacji w bardzo wąskich rzędach, nawet do autosterowania, u a także do wszelkiego rodzaju notatek polowych. 47
Pomiary RTK RTK (ang. Real Time Kinematic) oznacza pomiary w czasie rzeczywistym. Wymagają dodatkowej anteny ustawionej na punkcie referencyjnym (o znanych współrzędnych). Jednocześnie ustalane są współrzędne anteny na punkcie referencyjnym oraz anteny umieszczonej na poruszającym się pojeździe. Dzięki temu, że znamy dokładnie położenie pierwszej anteny, możemy wprowadzić poprawki do pomiaru. Te same wprowadzamy do położenia obliczonego za pomocą kamery umieszczonej na pojeździe. Daje to bardzo dużą dokładność, ale też takie urządzenia są znacznie droższe, niż pozostałe rozwiązania. 48
Umieszczenie anteny na pojeździe Antenę należy umieścić w miejscu, w którym jak najmniej urządzeń i innego rodzaju przeszkód mogłoby zasłaniać sygnał z satelitów. Najlepszym miejscem jest dach kabiny pojazdu. Należy przy tym zwrócić uwagę, że może to chwilowo obniżać dokładność określania pozycji pojazdu, np. przy przechyłach kabiny wtedy antena GPS, pokazując swoją pozycję dokładnie, nie pokazuje jednak miejsca pojazdu, nad którym była umieszczona. Różnice tego typu mogą 49 dochodzić do ok. pół metra.
Po co Wyposażenie maszyny rolniczej w antenę GPS jest warunkiem wykorzystania możliwości rolnictwa precyzyjnego. maszynie rolniczej antena GPS? Dzięki temu można z dużą dokładnością (od kilkudziesięciu do kilku centymetrów) określić położenie maszyny na uprawianym polu. 50
Rolnictwo precyzyjne W tradycyjnych systemach gospodarowania pojedyncze pole traktowane jest jako obszar jednolity pod względem jakości gleby, jej odczynu i zasobności w składniki pokarmowe. W rzeczywistości warunki te są zmienne. Rolnictwo precyzyjne pozwala na dostosowanie wszystkich zabiegów uprawy gleby i roślin do zmiennych warunków (odczynu gleby i jej zasobności w składniki mineralne) na poszczególnych polach uprawnych i dostosowanie do nich norm wysiewu nasion, wielkości nawożenia, czy dawki pestycydów. Jest to bezpieczniejsze dla środowiska naturalnego. 51
Rolnictwo precyzyjne Schemat organizacji rolnictwa precyzyjnego przedstawiono na rysunku Analizy Kombajn monitorowania plonu Mapy plonu Dane glebowe i roślinne Ochrona Nawożenie Modele Siew Mapy aplikacji 52
Wykorzystanie systemów GPS w rolnictwie precyzyjnym Pozyskiwanie informacji i ich dokumentacja stanowią podstawę rolnictwa precyzyjnego. Wykorzystywane są informacje dotyczące zmieniających się w czasie i przestrzeni cech roślin, środowiska i warunków zewnętrznych. Informacje te można uzyskać dzięki wyposażeniu maszyn rolniczych w systemy GPS. Pozwala to na identyfikację zmieniających się cech roślin i warunków środowiska oraz określenie ich precyzyjnego położenia na polu uprawnym. 53
Jak wykorzystać GPS? Odbiorniki GPS można wykorzystać do wyznaczania odległości oraz do zaznaczania i archiwizowania punktów na uprawianym obszarze, na przykład: u miejsc pobrania próbek glebowych, u miejsc szczególnie zakamienionych, zachwaszczonych, podmokłych, u miejsc, gdzie występują przeszkody terenowe. 54
Jak wykorzystać GPS? Na rysunku przedstawiono przykładowe schematy nawigowania i sposoby ich wyświetlania. Wykorzystanie odbiornika GPS pozwala na zaplanowanie trasy przejazdu maszyny omijającej przeszkody terenowe (np. drzewa, obniżenia terenu) 55
Korzyści dla rolnika GPS umożliwia dokładniejsze, niż w przypadku kierowania przez człowieka, prowadzenie maszyny po ścieżce. Jest to szczególnie istotne, gdy rolnik wykonuje prace na polu nocą. Zarówno żniwa, jak i inne zabiegi na polu prowadzone są bardzo często po zmroku. Obok widzimy wyświetlacz Compass pozwalający na obserwację trasy i lokalizację maszyny rolniczej 56
Korzyści dla rolnika Wykorzystanie odbiorników GPS w maszynach rolniczych przyczynia się do: u przyspieszenia czasu pracy u zwiększenia jej komfortu (mniejsze zmęczenie) u oszczędności finansowych (mniejsze zużycie paliwa). 57
Korzyści dla rolnika Przykładowy widok ekranu wirtualnego terminala. 58
Mapy zasobności gleby i mapy plonów Systemy pozycjonowania ułatwiają także tworzenie specjalnych map, które pokazują rolnikowi np. zasobność jego gleby. Aby stworzyć taką mapę trzeba pobrać próbki i zmierzyć ph gleby oraz zasobność w składniki mineralne. Trzeba dokładnie określić miejsca pobrania gleby. Miejsca te rejestrowane są przez komputer i po analizie chemicznej zebranych próbek odpowiednio skonfigurowany program komputerowy sporządza elektroniczną mapę zapotrzebowania gleby na dany składnik. 59
Mapy zasobności gleby i mapy plonów W ten sposób możną wykonać mapę rozsiewu nawozów, która umożliwia precyzyjne ich dawkowanie. W tej czynności także pomocne są systemy pozycjonowania. Elektroniczną mapę aplikacyjną, na której rozmieszczone są strefy zmiennego dawkowania przesyła się do komputera polowego, który połączony jest z komputerem rozsiewacza, co pozwala na dokładne nawożenie według mapy. Rozsiewacz używający GPS wie, ile trzeba wysiać nawozu lub innego składnika w konkretnym miejscu na polu. 60
Korzyści dla rolnika Przykładowy sprzęt do pobierania prób glebowych. 61
Korzyści dla rolnika Pole uprawne o powierzchni kilkunastu ha z oznaczonymi miejscami pobrania prób glebowych i ustaloną w nich zasobnością gleby. 62
Korzyści dla rolnika Mapa zasobności gleby w potas na podstawie interpolacji wyników dla pobranych prób gleby w punktach (przedstawionych na poprzednim rysunku). 63
Korzyści dla rolnika Mapa rodzaju gleb w obrębie pola. 64
Mapy zasobności gleby i mapy plonów Zastosowanie GPS pozwala również sporządzić mapę dotyczącą ilości plonów zebranych w określonych miejscach działki. Dzięki nawigacji satelitarnej znane jest dokładne położenie pojazdu, natomiast miernik plonu w kombajnie pozwala uzyskać informacje o jego wielkości. Pomiar odbywa się w krótkich odstępach czasu mierząc objętość ziarna lub jego masę. Opracowanie takiej mapy jest pomocne w przypadku realizacji strategii prowadzenia pola w przyszłych latach. Poza tym, rolnik na bieżąco wie, jakie ma zbiory. 65
Mapy zasobności gleby i mapy plonów Czujnik pomiaru plonu zamontowany na kombajnie zbożowym wyposażonym w komputer pokładowy i odbiornik GPS. 66
Mapy zasobności gleby i mapy plonów Dzięki odbiornikowi GPS znane jest dokładne położenie kombajnu. Oba urządzenia scala komputer umożliwiający przeniesienie uzyskanej mapy plonów do komputera stacjonarnego. 67
Mapy zasobności gleby i mapy plonów Przykładowa mapa plonów. 68
Zmienne dawkowanie nawożenia i środków ochrony roślin Na podstawie sporządzonych map pola uprawnego można również zastosować zróżnicowane dawkowanie środków ochrony roślin, nawozów czy zmienny wysiew nasion. Stosuje się do tego zestaw składający się z komputera polowego z GPS i oprogramowaniem, który jest sprzężony z komputerem maszyny aplikującej nawóz lub środek ochrony roślin. Wielkość dawki jest monitorowana w czasie rzeczywistym bez względu na prędkość poruszania się maszyn. 69
Zmienne dawkowanie nawożenia i środków ochrony roślin Zestaw z rozsiewaczem nawozów przystosowanym do wysiewania zmiennych dawek nawozu. Precyzyjne dawkowanie pozwala na uzyskanie oszczędności nawozów, środków ochrony roślin, zmniejszenie chemizacji i niedopuszczenie do przenawożenia pól. Jest to istotne z punktu widzenia ochrony środowiska. 70
Zmienne dawkowanie nawożenia i środków ochrony roślin Na rysunku przedstawiono zamontowane na dachu urządzenie badające zasobność azotu w liściach, pozwalające na rozsiewanie nawozu na podstawie oceny barwy liści. 71
Nawigacja równoległa z wykorzystaniem GPS W czasie nawożenia, oprysków, wysiewu nasion w sposób tradycyjny istnieje możliwość wykonania tych zabiegów w sposób nierównomierny i powstania tzw. omijaków i zakładek. Zastosowanie nawigacji równoległej z wykorzystaniem GPS pozwala bez względu na panujące warunki i ukształtowanie pola prowadzić maszyny po pasach równoległych niwelując te wady. Zestaw maszyn jest kierowany na podstawie wskazań urządzeń lub prowadzony jest automatycznie. 72
Zalety zastosowania systemów automatycznego prowadzenia oraz wspomagających operatora Wśród zalet automatycznych i manualnych systemów kierowania należy wymienić: u możliwość wykorzystania technologii w siewach i sadzeniu, opryskach, nawożeniu mineralnym a nawet nawożeniu organicznym, wapnowaniu czy pracach na użytkach zielonych u ograniczenie kosztów paliwa, środków ochrony roślin, nawozów, materiału siewnego u możliwość tworzenia map plonu, które można wykorzystać do tworzenia map nawożenia i precyzyjnego stosowania nawozów 73
Zalety zastosowania systemów automatycznego prowadzenia oraz wspomagających operatora u możliwość przystosowania starszych ciągników i maszyn do systemów automatycznego prowadzenia; u optymalizację wykorzystania szerokości roboczych maszyn - ograniczenie powierzchni tzw. nakładek; u zmniejszenie ilości czasu potrzebnego na wykonanie zabiegów czy upraw; u zwiększenie komfortu pracy a nawet umożliwienie pracy w mgle czy nocą; u zmniejszenie kosztów a w konsekwencji większy zysk gospodarstwa. 74
Systemy jazdy równoległej systemy automatyczne i manualne Najprostsze i najtańsze urządzenia wspomagające operatorów maszyn rolniczych to urządzenia typu Light-bar i Parallel-tracking, w ich skład wchodzi antena odbierająca sygnał GPS oraz panel / wyświetlacz. Operator jest informowany o konieczności korekty toru jazdy za pomocą diod lub informacji wskazanych na terminalu wyświetlacza. Omawiane urządzenia pozwalają na wykorzystywanie pełnej szerokości roboczej maszyn rolniczych oraz redukuje pokrywających się sąsiednich przejazdów. Wykorzystanie urządzeń typu Light-bar i Parallel-tracking to: u u uprawa gleby nawożenie mineralne i organiczne u rozsiewanie wapna. 75
Systemy jazdy równoległej systemy automatyczne i manualne Systemy automatyczne AutoTrack składają się z: u u u anteny odbierającej skorygowany sygnał GPS, wyświetlacza oraz kierownicy elektrycznej. Całe zestawy wraz z kierownicą można bardzo szybko zamontować i korzystać z nich na kilku maszynach tj. ciągnikach, kombajnach, opryskiwaczach. Systemy jazdy automatycznej to rozwiązania najdroższe, ale najbardziej uniwersalne i pozwalające osiągnąć najwyższą precyzję przy minimalnym zmęczeniu operatorów maszyn. 76
Systemy jazdy równoległej systemy automatyczne i manualne Urządzenie typu Light-bar - COPILOT CLAAS wskazuje za pomocą diod odchylenie od lini prostej Kierownica elektryczna Trimble EZ-Steer 77
Kilka rzeczy na koniec u Dobry zestaw GPS dający wystarczającą dokładność do większości prac powinien kosztować ok. 1500 dolarów, u Zestaw RTK to już wydatek ok. 3000 dolarów, u Wiele firm sprzedających urządzenia do rolnictwa precyzyjnego oferuje rozwiązania modułowe: na początku można kupić pojedynczą antenę, po jakimś czasie dokupić antenę do pomiarów RTK. A jeszcze później moduł do autosterowania. 78
Kilka rzeczy na koniec u Nie są to najtańsze urządzenia, ale powinny zwrócić się bardzo szybko dzięki oszczędności czasu i materiałów. u Nie mówiąc o znacznym zwiększeniu komfortu pracy, dzięki wykorzystaniu np. takiego urządzenia: 79
Chcesz wiedzieć więcej? O GPS i innych systemach: u Kazimierz Czarnecki Geodezja współczesna w zarysie, Wydawnictwo GALL, 2010. u Janusz Narkiewicz GPS i inne satelitarne systemy nawigacyjne Wydawnictwa Komunikacji i Łączności WKŁ, 2016. u Jacek Januszewski Systemy satelitarne GPS, Galileo i inne, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006. 80