Крастин А.В.
ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ GPS НАВИГАЦИИ GARMIN GPSMAP 276C В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛЕЙ *
Аннотация:
в современном сельском хозяйстве актуальной является задача оптимизации работы сельскохозяйственной техники с использованием GPS-навигации. В данной статье рассматривается возможность применения бытового GPS-навигатора Garmin GPSMAP 276C для точного определения местоположения сельскохозяйственного оборудования, такого как опрыскиватели и посевная техника. Особое внимание уделяется функции параллельного вождения, что позволяет оптимизировать процесс обработки полей, уменьшая перекрытие и пропуски. Помимо этого, навигатор позволяет контролировать выполнение проходов, логировать зоны обработки и обеспечивать работу в темное время суток. Несмотря на широкое распространение профессиональных и дорогостоящих GPS-систем, таких как системы точного земледелия Trimble, исследование демонстрирует потенциал использования более доступных решений для малых и средних хозяйств.
Ключевые слова:
GPS навигация, GPS в сельском хозяйстве, агронавигация, обработка полей, параллельное вождение
DOI 10.24412/2712-8849-2023-1168-660-673
УДК 004
Крастин А.В.
директор,
разработчик методики модернизации бытовых навигаторов
для применения в сельском хозяйстве
ООО «Навигация»
(г. Магнитогорск, Россия)
ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ
GPS НАВИГАЦИИ GARMIN GPSMAP 276C
В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛЕЙ
Аннотация: в современном сельском хозяйстве актуальной является задача оптимизации работы сельскохозяйственной техники с использованием GPS-навигации. В данной статье рассматривается возможность применения бытового GPS-навигатора Garmin GPSMAP 276C для точного определения местоположения сельскохозяйственного оборудования, такого как опрыскиватели и посевная техника. Особое внимание уделяется функции параллельного вождения, что позволяет оптимизировать процесс обработки полей, уменьшая перекрытие и пропуски. Помимо этого, навигатор позволяет контролировать выполнение проходов, логировать зоны обработки и обеспечивать работу в темное время суток. Несмотря на широкое распространение профессиональных и дорогостоящих GPS-систем, таких как системы точного земледелия Trimble, исследование демонстрирует потенциал использования более доступных решений для малых и средних хозяйств.
Ключевые слова: GPS навигация, GPS в сельском хозяйстве, агронавигация, обработка полей, параллельное вождение.
Введение.
В современной аграрной индустрии проблема точного и эффективного ведения сельскохозяйственных работ стоит особенно остро. С учетом уменьшения доступных плодородных земель и возрастающего давления на урожайность, сельскохозяйственные производители все чаще ищут способы оптимизации своей деятельности. Одним из таких способов является использование системы спутниковой GPS-навигации, которая может существенно повысить точность и эффективность обработки полей.
Существующие на рынке решения, например, системы точного земледелия от компании Trimble, безусловно, предлагают высокую степень точности. Однако их высокая стоимость делает их недоступными для многих малых и средних сельскохозяйственных предприятий. В связи с этим возникает потребность в поиске более доступных, но при этом эффективных решений.
В данной статье мы рассмотрим потенциал GPS-навигатора Garmin GPSMAP 276C как альтернативного решения для сельскохозяйственных нужд. Через объективный анализ мы надеемся показать, что даже бытовые устройства могут предложить решения, которые будут сочетать в себе доступность и высокую функциональность, необходимую для современного земледелия.
В настоящее время задачи применения спутниковых GPS навигаторов заключается в следующем:
определение точного местоположения орудия сельскохозяйственной техники (опрыскиватель, посевная и уборочная техника),
определение направления движения,
определения необходимого смещения для обеспечения параллельного вождения в зависимости от выбранной ширины орудия,
контроль выполнения проходов (логирование зон обработки),
подсчет суммарного пробега и времени работы сельскохозяйственной техники,
возможность обработки в темное время суток, контроль за границами обрабатываемых полей.
Рис. 1. Туман-2М cамоходный опрыскиватель-разбрасыватель.
Спутниковая навигация и контроль обработки полей, в основном выполняется с использованием спутниковых GPS приемников использующих поправки с базовых станций, а также использованием дорогостоящего геодезического оборудования. Однако возможность использования бытовых и относительно недорогих GPS навигаторов изучена недостаточно.
Главной проблемой применения профессиональных GPS навигаторов (например систем точного земледелия Trimble) является их дороговизна, что в свою очередь является весомым аргументом для небольших хозяйств.
В данной работе исследуется возможность применения бытового GPS навигатора Garmin GPSMAP 276C в качестве системы параллельного вождения для опрыскивания полей, а также приводится методика подготовки и загрузки картографических данных с помощью бесплатного программного обеспечения.
Рис. 2. GPS Навигатор Garmin GPSMAP 276C.
GPS навигатор Garmin GPSMAP 276C включает в себя яркий цветной экран, слот для картриджа памяти Garmin, усиленное виброустойчивое крепление RAM, кабель питания от бортовой сети, а также высокочувствительную внешнюю GPS антенну GA-26 установленную в центре крыши сельскохозяйственной техники. Слот для картриджей памяти обеспечивает удобный способ для добавления новых карт обрабатываемых полей. Цена данного навигатора в три раза ниже стоимости начальной модели в линейке профессиональных GPS навигаторов Trimble EZ-250. Данный GPS навигатор имеет встроенную функцию определения пройденного расстояния, источник точного времени, а также функцию расчета площади.
Материалы и методы.
Используемое оборудование в данном исследовании - Garmin GPSMAP 276C представляет собой универсальный навигатор, предназначенный для использования в различных условиях – от морских экспедиций до автомобильных поездок и пеших прогулок.
Дисплей: GPSMAP 276C обладает ярким, цветным, 3,8-дюймовым дисплеем, который хорошо читается даже при ярком солнечном свете.
Память и карты: В устройстве предусмотрена возможность загрузки дополнительных карт с помощью карт памяти. Предустановленная базовая карта включает в себя основные дороги и населенные пункты.
Точность: С помощью WAAS (Wide Area Augmentation System) навигатор может обеспечивать абсолютную точность определения местоположения до 3 метров. Эта функция позволяет увеличивать точность определения местоположения в сложных условиях, таких как горные районы или густые леса.
Питание: Устройство может работать как от встроенного аккумулятора, так и от внешних источников питания. В режиме активного использования аккумулятора заряда хватает на несколько часов непрерывной работы.
Прочность и водонепроницаемость: Корпус навигатора выполнен из ударопрочного пластика и имеет водонепроницаемый стандарт IPX7, что делает его надежным спутником даже в сложных погодных условиях.
Этот навигатор стал популярным выбором среди путешественников, моряков и любителей активного отдыха благодаря своей надежности, многозадачности и высокой точности определения местоположения.
Для достижения поставленных целей исследования была разработана следующая методика:
Тестирование точности определения местоположения в движении:
Выбор определенного участка для проведения теста с различными условиями (например, открытое поле, лесистая местность).
Проведение многократных проходов с использованием GPS навигатора Garmin GPSMAP 276C.
Фиксация данных о местоположении в различных точках маршрута.
Измерение фактического расстояния между проходами при использовании функции параллельного вождения:
Проведение проходов с использованием функции параллельного вождения на навигаторе.
Использование измерительных средств (лазерный дальномер, мерные ленты, геодезические рулетки) для определения фактического расстояния между проходами.
Сравнение данных, полученных с помощью навигатора, с данными, полученными с помощью измерительных средств.
Тестирование возможности применения GPS навигатора для осуществления параллельного вождения:
Оценка функционала и интерфейса навигатора в контексте удобства и эффективности использования функции параллельного вождения.
Анализ ошибок, возникающих при использовании данной функции, и их влияния на качество вождения.
Все полученные результаты подвергаются статистической обработке для определения средних значений, отклонений и ошибок. Таким образом, возможно достоверное сравнение работы GPS навигатора с традиционными методами измерений и определение его эффективности в различных условиях эксплуатации.
Данное исследование и разработка методики предполагают решение следующих задач:
обеспечить точность определения местоположения в движении, измерить фактическое расстояние между проходами при использовании функции параллельного вождения,
установить возможность применения GPS навигатора для осуществления параллельного вождения,
установить возможность применения GPS навигатора для определения площади обрабатываемых полей. TT
Решением перечисленных задач возможно посредством многократных проходов параллельного вождения с последующим измерением с помощью измерительных средств (лазерный дальномер, мерные ленты, геодезические рулетки) и дальнейшим сравнением измеренных величин.
Рис. 3. Траектория движения агрегата.
Для обеспечения точности определения местоположения навигатором Garmin сельскохозяйственной техникой была изготовлена карта с содержанием траекторий планируемых проходов по всему полю, карта была загружена в навигатор и пройдено 10 параллельных проходов.
Рис. 4. Картографическая схема траекторий обработки.
Результаты измерений
В ходе экспериментальных исследований основное внимание уделялось точности определения местоположения. Исследование проводилось в оптимальных условиях - безоблачная погода, что исключает возможное влияние атмосферных явлений на работу GPS навигатора.
Выбранный участок для измерений был ровным и открытым, что также способствовало минимизации возможных ошибок. Во время испытаний использовалось орудие с фиксированной шириной 15,8 метра. На карте, которая отображалась на экране GPS навигатора, расстояние между траекториями проходов также составляло 15,8 метров. Детальная информация о проведенных измерениях представлена в таблице 1.
Таблица 1. Результаты измерения расстояния между проходами (м)
|
|
П1 |
П2 |
П3 |
П4 |
П5 |
П6 |
П7 |
П8 |
П9 |
П10 |
|
замер |
14,75 |
16,8 |
14,6 |
16,75 |
14,6 |
16,85 |
14,9 |
16,8 |
14,95 |
16,7 |
|
ошибка |
-1,05 |
1 |
-1,2 |
0,95 |
-1,2 |
1,05 |
-0,9 |
1 |
-0,85 |
0,9 |
По данным из таблицы 1 можно заметить, что разница между заявленной шириной проходов и фактическими измерениями варьируется в пределах от -1,2 метра до 1,05 метров. Такая разница может казаться незначительной, но при больших объемах работ это может оказать существенное влияние на общую производительность.
Детальный анализ результатов измерений, а также особенность периодичности изменения знака ошибки указывали на возможное наличие систематической ошибки в установке или настройке оборудования. После дополнительной проверки было выявлено, что внешняя GPS антенна была установлена с небольшим смещением относительно центральной оси движения на 0,5 метра. Это смещение могло оказать влияние на точность определения местоположения.
После коррекции положения GPS антенны и ее выравнивания по центральной оси движения были проведены повторные испытания. Эти измерения позволили оценить эффективность внесенных корректировок и сравнить результаты с первоначальными данными. Результаты повторных измерений представлены в таблице 2.
Таблица 2. Результаты повторного измерения расстояния между проходами (м)
|
|
П1 |
П2 |
П3 |
П4 |
П5 |
П6 |
П7 |
П8 |
П9 |
П10 |
|
замер |
15,7 |
15,85 |
15,55 |
15,6 |
15,7 |
15,75 |
15,85 |
15,7 |
15,95 |
15,5 |
|
ошибка |
-0,1 |
0,05 |
-0,25 |
-0,2 |
-0,1 |
-0,05 |
0,05 |
-0,1 |
0,15 |
-0,3 |
Рис. 5. График сравнения ошибок измерений точности.
Анализ результатов
Анализ данных, представленных в таблице 2, показывает значительное улучшение точности после коррекции установки внешней GPS антенны. Периодическая ошибка, которая проявлялась в первоначальных измерениях, была полностью устранена. Ошибка измерений после коррекции не превышает 0,3 метра. Это весьма важный результат, учитывая, что допустимая погрешность при агротехнических работах на поле (в случае перекрытий) составляет до 0,5 метра.
Это подтверждает, что при правильной настройке и установке оборудования GPS навигатор Garmin GPSMAP 276C способен обеспечивать высокую точность определения местоположения. Однако стоит отметить, что даже с высокоточным оборудованием фактическая точность может варьироваться в зависимости от множества факторов.
Одним из таких факторов является фактор опыта механизатора. Точность удержания сельскохозяйственной техники на заданной траектории во многом зависит от квалификации и опыта механизатора, его внимательности и способности быстро реагировать на изменения условий. При этом, даже малейшие отклонения от заданной траектории, вызванные человеческим фактором, могут привести к снижению эффективности работы.
Кроме того, необходимо учитывать и другие внешние факторы, такие как состояние почвы, рельеф местности и скорость движения машины. Все эти факторы могут влиять на конечную точность работы сельскохозяйственной техники с использованием GPS навигации.
Рис. 6. Туман-2М cамоходный опрыскиватель в деле
Заключение
На основании проведённых исследований и анализа результатов, можно сформулировать следующие основные выводы:
Навигационное устройство Garmin GPSMAP 276C демонстрирует высокий потенциал для применения в сельскохозяйственной сфере, особенно при выполнении задач, связанных с параллельным вождением. Это подтверждается его способностью обеспечивать достаточную точность при определении местоположения, что критично для таких операций как опрыскивание, распределение удобрений, посев и уборка урожая.
Важность правильной установки внешней GPS Антенны GA-26 не может быть недооценена. Некорректная установка антенны может привести к значительным ошибкам в определении местоположения, что было продемонстрировано в ходе исследования.
При правильной установке GPS антенны в соответствии с осевой линией направления движения, а также оптимальной настройке навигационного устройства, достигается высокая точность. Погрешность определения местоположения не превышает 0,3 метра, что значительно меньше допустимого норматива погрешности при обработке полей (перекрытия до 0,5 метра).
Кроме технических аспектов, человеческий фактор остается важным компонентом в обеспечении точности работы. Навыки и опыт механизатора играют ключевую роль в успешном использовании технологии параллельного вождения.
В заключение, данная методика в сочетании с навигатором Garmin GPSMAP 276C, оснащенным передовыми технологическими характеристиками и интуитивно понятным интерфейсом, при правильной установке и настройке становится ценным инструментом для малых сельскохозяйственных предприятий. Этот навигатор не только предлагает надежное и эффективное решение для задач, требующих точной навигации, но также может способствовать повышению эффективности работы, минимизации ошибок и оптимальному использованию ресурсов на поле. Учитывая ограниченные ресурсы многих малых аграрных хозяйств, правильное внедрение таких устройств, как Garmin GPSMAP 276C, может стать решающим фактором в их дальнейшем развитии, что, в свою очередь, будет способствовать процветанию сельскохозяйственной отрасли в целом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Krastin A.V.
Navigation LLC
(Magnitogorsk, Russia)
APPLICATION OF GARMIN GPSMAP 276C
SATELLITE GPS NAVIGATION SYSTEM
IN AGRICULTURE FOR FIELD PROCESSING
Abstract: in modern agriculture, the task of optimizing the operation of agricultural machinery using GPS navigation is urgent. This article discusses the possibility of using the Garmin GPSMAP 276C household GPS navigator to accurately determine the location of agricultural equipment, such as sprayers and sowing equipment. Special attention is paid to the parallel driving function, which makes it possible to optimize the processing of fields, reducing overlap and gaps.
Keywords: GPS navigation, GPS in agriculture, agronavigation, field processing, parallel driving.
Номер журнала Вестник науки №11 (68) том 4
Ссылка для цитирования:
Крастин А.В. ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ GPS НАВИГАЦИИ GARMIN GPSMAP 276C В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛЕЙ // Вестник науки №11 (68) том 4. С. 660 - 673. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/11144 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+