Системы автоматизированного управления тракторами

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.