Информационные технологии повышения эффективности использования тракторов и автомобилей
Системы глобального позиционирования
Важнейшее направление повышения безопасности и эффективности тракторов и автомобилей — использование космических навигационных систем. В настоящее время наиболее популярны глобальные системы спутниковой навигации GPS (США), ГЛОНАСС (РФ) и Galileo (страны Евросоюза). Эти системы совместимы, включают в себя около 30 спутников, в том числе несколько резервных.
Спутники вращаются со скоростью около 3 км/с на высоте порядка 20 тыс. км. За сутки спутники совершают почти два оборота вокруг Земли. Спутники GPS вращаются на шести орбитах, ГЛОНАСС и Galileo — на трех орбитах.
Навигационные системы позволяют определять координаты объекта с точностью до 10 м. ГЛОНАСС точнее определяет координаты в северных широтах, а GPS — ближе к экватору.
Для получения большей точности (0,5…1,0 м) используют опорные станции, которые располагают на расстоянии до 500 км от объекта. При необходимости получения сантиметровой точности (для земледелия) используют систему RTK (Real Time Kinematic — кинематика реального времени), включающую наземные станции, расположенные в поле, которые корректируют сигнал с базовой станции и передают его на приемник трактора.
В России с 2017 г. функционирует система Экстренного реагирования при авариях (ЭРА-ГЛОНАСС). ТС стран Таможенного союза должны оснащаться соответствующими связными терминалами ГЛОНАСС/GPS. Эти терминалы могут в автоматическом режиме передать информацию о тяжелых авариях. Органы ГИБДД получат возможность останавливать двигатель машины на расстоянии (угон, преследование, опасное маневрирование и др.). Предполагается, что ЭРА-ГЛОНАСС будет совместима с внедряемой странами Евросоюза аналогичной системой eCall.
Принципы функционирования и области использования навигационных систем
- 32.2.1. Общие сведения
- 32.2.2. Системы автоматизированного управления тракторами
Общие сведения
Принцип работы спутниковых навигаций основан на измерении расстояния от антенны объекта до спутников. Вычисления можно производить с высокой точностью, зная скорость распространения радиоволн, координаты спутников, пролетающих над объектом, и время распространения радиосигнала.
Для этого спутники излучают сигналы точного времени, синхронизированные с атомными часами.
Чем больше одновременно наблюдаемых спутников, тем координаты точнее. Такой эффект дает совместное использование разных систем навигации.
На автомобиле спутниковую навигацию используют для построения маршрута.
Она может информировать водителя о пробках и камерах контроля скорости, объектах на маршруте, контролировать работу парктроников и сообщать диспетчеру местонахождение и техническое состояние автомобиля. Система позволяет дистанционно блокировать ТС.
На тракторах с помощью систем навигации можно решать следующие задачи:
- контролировать использование ТС в режимах «online» и «архив»;
- автоматизировать процесс вождения;
- проводить мониторинг урожайности и плодородия полей;
- дозировать внесение семян, удобрений и гербицидов в зависимости от реальной потребности;
- накапливать, хранить и наглядно отображать динамику процессов;
- контролировать техническое состояние ТС.
Системы автоматизированного управления тракторами
Системы автоматизированного управления движением состоят из устройства параллельного вождения, контроллера и исполнительного механизма. Исполнительный механизм подключают к гидравлике трактора или в виде электропривода устанавливают на рулевую колонку.
Система параллельного вождения предполагает активное участие механизатора в управлении машиной. Она состоит из GPS/ГЛОНАСC приемника с антенной, контроллера и указателя курса. Оборудование легко и быстро устанавливается на трактор.
Указатель курса может быть в виде светодиодных индикаторов в пластиковом корпусе. Его устанавливают перед рулем. Перед началом работы механизатор выбирает способ движения, устанавливает расстояние между рядами и чувствительность прибора.
Текущее положение машины определяется системой навигации, а запоминание маршрута, вычисление отклонений от него и индикация в случае отклонения осуществляются процессором. Если индикатор светится в центре — трактор идет правильно, если вправо, надо поворотом руля влево вернуть индикатор в центр. Такое простейшее устройство обеспечивает точность вождения в пределах 30 см.
Более продвинутый вариант предполагает графическое отображение движения трактора на дисплее и индикацию отклонений. Для большей точности вождения (до 10 см) требуется установка контроллера для корректировки направления движения и подруливающее устройство.
Система параллельного вождения — простая и относительно дешевая часть системы точного земледелия. Она обеспечивает точность вождения до 10 см между рядами, позволяет эффективно работать ночью. Система параллельного вождения предназначена для использования с широкозахватными машинами. Благодаря точности вождения (не требуется больших перекрытий смежных рядов) уменьшается на 10% расход удобрений, семян, гербицидов. Сокращается также на 20% расход ГСМ.
В России для параллельного вождения используют оборудование известных мировых производителей: TOPCON, Agro com, John Deer.
Системы от John Deer предназначены для применения только на собственной технике. Оборудование остальных производителей можно устанавливать на любые тракторы и самоходные машины, в том числе отечественные.
Автоматическое вождение (автопилот) предполагает работу машинотракторного агрегата без активного участия тракториста. Она обеспечивает точность движения в пределах до 2 см. На тракторе устанавливаются датчики угла поворота колес и электрические подруливающие устройства. Более точные результаты дает использование электрогидрораспределителя, который направляет масло в гидроцилиндры управления колесами (в обход штатного рулевого гидрораспределителя). Если трактор подготовлен на заводе и уже имеет системы параллельного вождения, достаточно подключиться к нему через шину САN.
Система точного земледелия предполагает применение индивидуальных агротехнологий на каждом отдельном участке поля. Она включает в себя мониторинг температуры почвы, приземного слоя воздуха, скорость ветра, влажность и др. Программное обеспечение (ПО) заполняет технологическую карту от обработки поля до уборки урожая, производит экономические расчеты и выдает информацию. Это позволяет специалистам корректировать технологию. Такая система особенно эффективна в крупных хозяйствах.
Для ее реализации необходимо следующее оборудование: ГЛОНАСС/GPS-приемник, бортовой компьютер, система автопилотирования или параллельного вождения, геоинформационные системы (ГИС), содержащие данные аэрокосмического зондирования земли (карта урожайности, кислотности, химического состава почв), датчики мониторинга урожая, датчики определения влажности, температуры состояния растений и др.
Для внедрения технологии точного земледелия необходимо составить электронные карты полей. Они разрабатываются на основе данных ГИС (картирование полей) и включают в себя карты плодородия (агрохимического обследования почв), карты удельных сопротивлений, севооборотов и др. Используя специальные программы, эти карты обрабатывают и получают рекомендации по применению оборудования, дифференцированному внесению удобрений, семян и др.
Эти программы могут не только предписывать те или иные агротехнологии, но и создавать карты эффективности полей и др. В системе точного земледелия должна быть метеостанция, связанная с GPS/ГЛОНАСС.
Точное земледелие наиболее перспективное направление развития механизации растениеводства. Оно обеспечивает повышение производительности, уменьшение затрат, повышение надежности техники, увеличение урожайности, контроль и документирование операций.