Сейчас уже трудно найти крупный агрохолдинг или компанию АПК, которые не использовали бы систему мониторинга техники (СМТ). Более того, у многих из них одновременно работает по несколько СМТ от разных производителей, что для менеджмента компании уже остро встает вопрос сведения воедино всей информации от СМТ в единый формат. Все это решается, но сейчас мы хотим рассмотреть саму технологию, без которой уже трудно представить работу с сельхозтехникой.
Сельскохозяйственная техника в работе СМТ позволяют осуществлять контроль и учет механизированных сельскохозяйственных работ на полях в режиме реального времени, сопоставлять плановые и фактические показатели.
СМТ включают в себя:
набор датчиков,
блок определения координат с модемом мобильной связи,
Схема СМТ В сельском хозяйстве чаще всего на технику устанавливают такие датчики, как:
датчик расхода топлива,
датчик распознавания водителя по RFID-картам,
электронные метки для определения агрегируемых орудий.
Также используются датчики, фиксирующие функциональные операции: подъем кузова, ковша, включение жатки или шнека, глубину заделки семян и т.д. Принцип работы СМТ основывается на получении контроллером информации от подключенных датчиков и последующей передаче по каналам мобильной связи на телематический сервер. Телематический сервер производит обработку поступающих данных и обеспечивает их хранение. Другой важной функцией телематического сервера является обеспечение передачи значений и/или расчетных показателей параметров датчиков во внешнюю систему для последующей обработки данных.
Распространение многообразных систем управления транспортными средствами вызвало необходимость их унификации и стандартизации. Для этого, еще в начале 1990-х, подкомитетом по системам управлениям сообщества инженеров автомобилестроения ( Society of Automotive Engineers – SAE) была начата разработка прикладного профиля на основе полевой шины CAN для внутренней коммуникационной сети грузовых автомобилей. В 1998 году SAE опубликовало набор спецификаций J1939, используемый для объединения контроллеров, установленных в грузовиках и трейлерах, и определяющий обмен данными между двигателем, трансмиссией, тормозной системой, ориентированный на дизельные грузовые автомобили.
Общие коммуникационные функции J1939 нашли применение в сельскохозяйственной отрасли в прикладном CAN профиле для сельскохозяйственных и лесоводческих машин ISO 11783 и прикладного CAN профиля для грузовиков и трейлеров ISO 11992. Международный стандарт ISO 11783 устанавливает систему коммуникаций сельскохозяйственного оборудования, основанную на протоколе CAN 2.0B (профиль J1939). Для обобщенного обозначения таких стандартов используется наименование ISOBUS.
В 2001 году производители сельскохозяйственных машин пришли к соглашению относительно введения стандарта ISO 11783, который позволил использовать общие интерфейсы связи в тракторах, приспособлениях и системах управления для сельскохозяйственных механизмов. Благодаря этому, продукты различных производителей могут обмениваться между собой данными, при этом требуется меньше специальных устройств управления, предназначенных для конкретных приспособлений, терминалов и дисплеев. Один монитор в кабине трактора позволяет осуществлять управление всеми приспособлениями – пресс-подборщиком, опрыскивателем, разбрасывателем, сеялкой и др. – и устанавливать связь с трактором и системой управления сельскохозяйственными работами. Разработка стандарта ISO11783 не закончена и продолжается в настоящее время.
Сетевая структура электронных средств управления и контроля где ECU – контроллер в терминах SAE J 1939. VT – виртуальный терминал ISO 11783.
Рассмотрим влияние систем позиционирования и навигации техники на точность расчетов для количественного и качественного учета сельскохозяйственных работ на производственных полях.
Исследовалось влияние точности определения координат сельхозтехники при выполнении работ СМТ на такие значения как пробег, обработанная площадь, скорость, время, местоположение.
Пробег:
СМТ техники обеспечивает погрешность в расчете пробега не более 1,4% для городских условий и не более 0,5% для открытой местности при минимальном количестве видимых спутников (4 шт.).
Обработанная площадь:
Точность расчета обработанных площадей при учете рабочей ширины захвата сельскохозяйственного агрегата зависит от точности построения трека движения техники и от точности изготовления векторных карт-схем производственных полей.
Трек движения техники, видимый на карте, представляет собой трек движения спутниковой антенны. Поэтому, важно правильно выбрать место для установки антенны.
Влияние наклона антенны Так как телематические терминалы ГЛОНАСС/GPS не имеют компенсаторов уклонов, то при наклоне на 10º отклонение трека от реального может достигать 1 метра, в зависимости от высоты установки антенны. Проблема в достаточной степени решается установкой спутниковой антенны в передней части капота по оси симметрии вдоль транспортного средства. Также, при такой установке, снижается влияние электромагнитного излучения бортового электронного оборудования, установленного в кабине, на высокочувствительную приемную антенну ГЛОНАСС/GPS.
Влияние сдвига антенны Установка приемной спутниковой антенны, например, на крыше кабины не по оси симметрии (сдвиг антенны) приводит к смещению трека. При ширине кабины 1,5 метра смещение составит 0,75 метра. В этом случае при движении трактора в противоположных направлениях по соседним рядам ошибка отрисовки трека достигнет 1,5 метра. Это приведет к появлению огрехов (пропусков или перекрытий), которых на самом деле нет, что скажется на результате расчета обработанной площади.
Другим существенным фактором точности определения обработанной площади является качество исполнения и привязки электронных карт к системе координат, используемых в ГИС-системах. Типичными ошибками при векторизации карт, приводящими к неточному расчету обработанных площадей и к сбоям программы при выполнении расчетов, является неверная векторизация контуров полей, отсутствие выделения необрабатываемых участков на полях, ошибки топологии. Указанные ошибки проиллюстрированы на рисунках ниже.
Контуры полей, наложенные на космоснимок Ошибки топологии
Скорость:
В СМТ скорость движения техники определяется с помощью ГЛОНАСС/GPS-модуля по эффекту Доплера (частота принимаемого сигнала зависит от радиальной скорости приближения или удаления источника сигнала – космических спутников систем ГЛОНАСС/GPS). Точность может быть ниже при маленьком количестве доступных спутников. В СМТ точность определения скорости принудительно снижена до 0,1 км/час, так как этого вполне достаточно для обеспечения контроля соответствия требованиям технологии выполнения сельскохозяйственных работ.
Время:
Точное определение времени – это главное требование к аппаратуре систем спутниковой навигации, поскольку существует задержка распространения радиосигналов от разных спутников. Для навигационных задач модуль определяет время с ошибкой не более 340 наносекунд. При этом часы ГЛОНАСС/GPS приемников синхронизируются с атомными часами космических аппаратов. В СМТ время всех событий округляется до 1 секунды, так как этого достаточно для построения отчетов.
Местоположение:
Средняя погрешность определения положения техники с помощью спутниковых технологий составляет 2-6 метра. В настоящее время точность определения координат системой ГЛОНАСС практически соответствует аналогичным показателям для GPS. Согласно отчетам Российской системы дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ), сформированным по данным 22 станций системы мониторинга качества функционирования космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, по состоянию на 18 июля 2016 года ошибки суточных навигационных определений ГЛОНАСС по долготе и широте составляли 4,3-7,86 метров при использовании в среднем 8-9 космических аппаратов (в зависимости от точки приема). В то же время ошибки GPS составляли 3,72-7,29 метров при использовании в среднем 10-12 космических аппаратов (в зависимости от точки приема). При совместном использовании обеих навигационных систем ошибки составляли 3,37-6,17 метров при использовании в среднем 18-21 космических аппаратов (в зависимости от расположения точки приема).
Точность навигации определяется количеством спутников в используемом созвездии и их взаимном расположении. Это, в свою очередь, зависит от ширины диаграммы направленности ГЛОНАСС/GPS-антенны и ее позиционирования (обзора горизонта). Минимальная ошибка достигается на открытых участках местности. Значительная ошибка (до нескольких сотен метров) может кратковременно наблюдаться при работе в помещениях или дворах-колодцах (влияние переотраженных сигналов), под линиями электропередач, возле лесопосадок, и в случаях, когда ГЛОНАСС/GPS-приемник был только что включен и еще не успел определить все видимые спутники. В системе ГЛОНАСС/GPS мониторинга транспорта помимо использования современного навигационного оборудования и правильного монтажа антенны для повышения точности применяется ПО телематического сервера. Такое ПО реализует выполнение специальных алгоритмов фильтрации кратковременных «прыжков» координат, статистическую обработку для более точного определения мест стоянок и данных о качестве созвездия спутников для определения вероятности ошибки и вычисления соответствующего значения коррекции.
При использовании систем спутникового мониторинга ГЛОНАСС и GPS в совместных приемниках точность определения координат на практике всегда более высокая из-за большого количества видимых космических аппаратов и оптимального взаимного расположения. Использование совместного приемника спутникового позиционирования и мониторинга транспорта дает повышение точности в среднем на 40-60%.
Таким образом, использование современных систем спутниковой навигации и мониторинга транспорта позволяет достичь наиболее высокой точности и оперативности при расчетах объема фактической выработки при проведении механизированных сельскохозяйственных работ.