Системы параллельного вождения трактора

В этой статье я попробую понятно классифицировать системы параллельного вождения, они же курсоуказатели, они же агронавигаторы. Кто-то называет их автопилотами и подрульками, но это не совсем правильно, это лишь составляющая часть системы. Действительно, изначально небольшой класс устройств (лет десять назад все знали только Trimble да Агроштурман), сейчас разросся до большого количества сложных систем разных производителей, сориентироваться в котором уже не так просто. Все сайты и коммерческие предложения пестрят информацией о поразительной точности обработки. Вот и покупают фермеры дорогущие Trimble, Leica, Teejet, Raven на старенький МТЗ с опрыскивателем, просто не понимая как оценить реально свои потребности и задачи.

Цели покупки курсоуказателя для параллельного вождения

Для начала начнем с целей покупки. Курсоуказатели, автопилоты, системы автоподруливания, это устройства которые являются составляющими частями системы параллельного вождения и помогают управлять трактором или комбайном повышая эффективность работы. Когда они применяются?

Есть сельскохозяйственные операции которые не оставляют следов на поверхности почвы или растениях, такие как некоторые виды посева, внесение трихограммы, опрыскивание, внесение удобрений, десикация — без навигатора механизатор просто не может отличить обработанный участок от необработанного.

Есть операции которые могут проводиться в темное время суток — такие как посевная. Есть операции, где просто механизатору сложно постоянно двигаться по прямой, например на уборочной на большом длинном поле.

Есть широкие прицепные агрегаты, при работе с которыми в туман или сумерках механизатор не может визуально контролировать качество обработки поля. Для того чтобы исключить пропуски и перекрытия при сельскохозяйственных работах и применяют устройства этих типов.

Схожие устройства

Сразу сделаем ремарку, чтобы вы не путали агронавигаторы с другими устройствами использующими в своей работе GPS или ГЛОНАСС. На самом деле это важно, потому что устройства работающие по спутникам GPS или ГЛОНАСС часто путают из-за этих слов в названии.

Агронавигаторы для измерения площади

Итак, какие спутниковые устройства сейчас применяются сельском хозяйстве? Кроме уже упомянутых курсоуказателей, агрономы применяют устройства для измерения площади полей (такие устройства тоже могут называть АгроНавигаторами). Они выглядят как обычные туристические навигаторы и нужны, например, для замера площади или определения границ полей.

Спутниковый мониторинг

Другая большая категория, с которой путают системы параллельного вождения, это GPS-трекеры. Путаница возникает потому, что системы мониторинга техники часто в разговоре называют навигацией или общим понятием ГЛОНАСС. «Мы установили ГЛОНАСС», или «нам поставили навигацию».

Трекер нужен для руководителя, он ничего не показывает механизатору. Это коробочка с парой светодиодов отображающих его режим работы, которая  определяет свое положение, считывает информацию, например, о количестве топлива в баке, и через сотовую связь передает эти данные в облако. Руководитель сидя в своем кабинете видит на каком поле работает его техника, с какой скоростью она работала, сколько дизельного топлива было заправлено и сколько израсходовано.

Для работы трекера в него ставится sim карта сотового оператора. Очень важно выбирать трекер, который сможет передавать данные в условиях плохого приема сотовой связи (обычное дело для работы в поле), мы например, устанавливаем Locarus 702x который архивирует передаваемые параметры и расходует всего порядка 7 МБ в месяц для полного контроля автомобиля. Кроме этого у него внешние антенны, чтобы прием сигнала был лучше и две sim-карты для разных операторов, чтобы данные так или иначе, но точно отправились.

Теперь вернемся к теме этого обзора — устройствам для параллельного вождения трактора, выстроим их по цене и степени сложности для установки.

Обзор курсоуказателей параллельного вождения

Первыми идут сами курсоуказатели. Это специальные устройства, которые предназначены помочь механизатору правильно ориентироваться на поле и показывают какую часть он уже обработал.

Их цель наглядно показать механизатору, что он заезжает на уже обработанную часть поля, пропуски в обработке, а также помочь держать направление при гоне на длинном поле, когда это сложно делать по визуальным ориентирам. Это позволит работать ночью, в туман, или очень широкими прицепными агрегатами.

Приложение для телефона

Самым дешевым вариантом будет установка на телефон приложения, например «Агро Навигация» (agro-glonass.ru) выгодно выделяющееся среди конкурентов простотой и чётким контрастным интерфейсом, разработанным специально для работы в сумерках. Как показала практика лучше всего спутниковый приемник работает на устройствах от Apple, при этом вовсе не обязательно покупать последние модели с новой версией ios, мы тестировали работу программы на iphone 7 и он показал хорошую точность и повторяемость. К сожалению с Андроидом все сложнее, даже дорогие модели могут иметь не очень хороший GPS приемник, кроме того в свете последних событий производители могут целенаправленно снижать точность и скорость работы приемника. 

Если мощности встроенного приемника телефона недостаточно, то можно по Bluetooth подключить внешний ГЛОНАСС приемник с выносной антенной для более точного определения местоположения.

Посмотреть наш обзор: приложение для параллельного вождения.

Планшеты

Следующий класс приборов, это по сути такие же приложения, но в корпусе отдельного устройства. Устройства попроще вообще сделаны на базе обычных планшетов на Android. Все они работают по бесплатным спутниковым сигналам, что дает точность порядка 20-30 см. Качество работы больше зависит от качества спутникового приемника самого устройства, но вполне достаточна для обработки не требующей высокой точности и повторяемости, например для опрыскивания. К устройствам более дорогого класса подключаются внешние, более чувствительные антенны.

Эти устройства параллельного вождения имеют ту или иную световую индикацию или дисплей, ориентируясь на которые механизатор направляет трактор или комбайн.

Как пример можно привести Российский ГлоНаш — https://glonash.ru/, который сделан на базе планшета на Линуксе, с отдельно вынесенным светодиодным блоком курсоуказателя. На самом деле это чуть более сложное устройство, которое еще и управлять опрыскивателем, но об этом позже.

Подытожим. Курсоуказатель на трактор — это программа или отдельное устройство с программой для управления сельхозтехникой во время проведения работ (посев, опрыскивание, вспашка и т.д.) с точностью в пределах 10-15 см от ряда к ряду при использовании бесплатного спутникового сигнала. Как правило этой точности достаточно, потому что выдержать большую точность вождения при ручном управлении не всегда возможно, да и не нужно. Люфты в управлении техникой, низкая точность внесения, для большинства операций это точности достаточно. Повторюсь — это бесплатный спутниковый сигнал и стандартный спутниковый приемник!

При использовании платных поправок возможно повышении точности до 2 см, об этом во второй половине статьи.

Следующим этапом «эволюции» является подключение к головному устройству (разумеется поддерживающему эту функцию) исполнительных механизмов помогающих управлять трактором, это подруливающие устройства или полноценный тракторный автопилот.

Подруливающее устройство для параллельного вождения

Начнем с подруливающих устройств — это когда на трактор дополнительно ставится устройство управляющее валом рулевой колонки (или самый простой вариант — просто резиновый ролик который имеет зацеп с рулевым колесом).  В этом случае достаточно вывести трактор на нужную траекторию и подруливающее устройство соединенное получая команды от курсоуказателя будет вести трактор по прямой.

На примере оборудования Trimble это EZ-Steer 

Или более сложный вариант устанавливаемый под рулевое колесо на рулевой вал — EZ-Pilot

Выбор зависит от используемой техники и возможности монтажа. Есть аналоги от китайских производителей, например система FJ Dynamics.

Обычно подруливающее устройство подключенное к курсовому индикатору устанавливают на трактора для технологических операций, которые не требуют высокой точности: опрыскивание, внесение удобрений, вспашка, лущение стерни и т.п.

Основной эффект от использования подруливающего устройства — упростить водителю ведение трактора по прямой на гоне.

Автопилот для трактора

Следующий этап эволюции систем параллельного вождения — полный автопилот. Это устоявшееся выражение, разумеется пока без водителя в кабине не обойтись. Как правило трактора или комбайны на которые он устанавливается, уже имеют гидравлическую подготовку для его подключения. В этом случае в качестве головного устройства ставится специальный курсоуказатель который имеет техническую возможность подключения к трактору и полностью сам выполняет процесс руления, механизатор лишь контролирует безопасность (столбы и неожиданные препятствия на поле никто не отменял). Автопилоты бывают и электрическими, по принципу подрулек, но чаще всего гидравлическими, что позволяет применить нужное усилие для того, чтобы например, сделать разворот на поле. Кроме этого, автопилот как правило включает дополнительные компоненты, так например AgGPS от Trimble при своей работе учитывает показания встроенного акселерометра и требует установки датчика поворота колес.

Самый главный недостаток автопилотов это их большая стоимость по сравнению с подруливающим устройством, и сложность в установке на неподготовленный для этого трактор или комбайн. Главное преимущество систем параллельного вождения с автопилотом — большая точность управления.

Поэтому автопилот в основном нужен для точного земледелия, ноутилл, стрип тилл, там где на самом деле требуется проведение операций с сантиметровой точностью. Это в первую очередь посев, междурядная обработка посевов. Мы не будем углубляться в эту тему, потому что в этом случае используются специальные прицепные агрегаты, и зачастую эти операции в принципе невозможно провести без автопилота, человек не сможет управлять техникой с такой точностью даже при желании, не говоря уже о том чтобы эффективно проводить работы.

В этом случае к автопилоту и курсоуказателю добавляется и автоматическое управление орудиями. Как я уже написал, как правило такая система параллельного вождения уже установлена при производстве трактора и прицепного оборудования. В этом случае вам особо не получится ничего выбирать, вы просто будете покупать готовый комплекс оборудования под конкретную сельскохозяйственную технологию уже оснащенную рабочей системой агронавигации. То есть если будете работать по прямому севу ноу-тилл то у вас и сеялки и остальные агрегаты уже будут специализированные, рассчитанные на одну ширину обработки и колею и дополнять друг друга.

Как пример управления агрегатами при низкой точности работы на стандартном сигнале ГЛОНАСС, можно привести то, как отечественный ГлоНаш умеет отключать секции опрыскивателя в тех местах, где идет пересечение обработки. Для опрыскивания точности в 15-20 см более чем достаточно, а отключение секций шириной несколько метров на уже обработанных участках даст хорошую экономию в случае работы на поле сложной конфигурации и не позволит внести больше химии чем запланировано агрономом.

Точность агро-курсо-указателей

Теперь поговорим про точность. Точность работы никак не зависит от того, какой тип аппаратуры из перечисленных выше — был установлен. Точность зависит только от того, используются специальные дифференциальные поправки в курсоуказателе или нет.

При использовании спутникового сигнала, даже если взять большую антенну GPS/ГЛОНАСС обрабатывать точнее 10-15 см от ряда к ряду не получится. Это физические ограничения которые вносят законы физики.

Для повышения точности нужно использовать специальные станции поправок RTK.

Поправки RTK для сельского хозяйства

RTK (Real Time Kinematics), технология определения местоположения с получением поправочных сигналов от наземных базовых станций которая позволяет получать точность в 2-3 см.

Два ключевых момента для понимания. 

1. RTK это не просто другая антенна или «прошивка».  Это специальный приемник, более сложный и гораздо более дорогой чем обычный ГЛОНАСС/GPS который используется в большинстве применений. Гораздо более дорогой, к слову.
2. RTK это ВСЕГДА два устройства, приемник на тракторе и неподвижная базовая станция, между которыми есть канал связи. Без прямой связи RTK не работает.

Нельзя просто заплатить деньги и магическим образом получить более точный сигнал в курсоуказателе. База RTK может быть одна на несколько тракторов, но между ней и приемником курсоуказателя на тракторе всегда есть канал передачи данных. Они могут передавать по радиоканалу (в этом случае они должны быть на небольшом расстоянии другой от друга).

Данные могут передаться по сотовой связи, в этом случае в базе и в приемнике навигатора должны быть GSM модемы. В этом случае теоретически расстояние между базой и приемником курсоуказателя может быть любым, но чем ближе они будут находиться, тем больше будет точность.

Дальше вступает в ход маркетинг, вам могут продать дополнительный функционал за “подписку”, вам могут продать сигнал поправок со сторонней базы RTK которая есть в вашем регионе, но технически — если у вас есть своя база RTK, свой приемник, и свой канал передачи данных поправок между ними — то для функционирования системы параллельного вождения ничего больше не требуется. Сама база как правило выглядит как сферическая антенна расположенная на треноге (как у геодезистов, которые, к слову, пользуются той же технологией).

Платный спутниковый сигнал поправок для повышения точности курсоуказателя

Теперь рассмотрим менее точные варианты, берущие сигнал поправок со коммерческих спутников на низкой орбите. В большинстве случаев вам будут продавать именно такую «повышенную точность», потому что регулярно брать денег за подписку интереснее продавцу чем продать один раз RTK.

Как и в случае с RTK это более сложный и дорогой спутниковый приемник, который умеет работать со спутниками поправок, который без ежегодной платной подписки на платный спутниковый сигнал будет работать на той же точности что и ваш телефон бесплатно. 

Бесплатных спутниковых поправок высокой точности не существует в силу особенностей технологии, чуть позже в статье я объясняю почему.

Например, если рассмотреть самого популярного производителя Trimble, то в прайсе у них есть три варианта, которые поддерживаются в различных вариантах курсоуказателей. 

• DGPS: 5-10 см с сигналом коррекции EGNOS. Фактически это RTK но на чужих базовых станциях и за деньги. Поддержка есть не во всех устройствах, а самого сигнала нет на территории РФ, так как он транслируется с наземных станций. Можно посмотреть кару покрытия в википедии: https://ru.wikipedia.org/wiki/EGNOS, для территории РФ он не актуален.
• XP/HP: точность 0-5 см. Поправка по платному сигналу от спутника OmniStarXP/HP.
  Есть не во всех устройствах. Нужно уточнять есть ли покрытие в региона (спутники геостационарные, покрывают не всё, от этого тоже зависит точность). https://www.omnistar.com/support/satellite-coverage-maps/
• RTK: сигнал коррекции наземной станции РТК, про который мы уже говорили, позволяет обеспечить точность до 2-3 см. Нужно покупать свою базу привязки.

Небольшое отступление о том, что такое OmniStar. Это система навигации подобная GPS, геостационарные спутники на низкой орбите, количество которых можно пересчитать по пальцам. Так как орбиты низкие то у них есть зона покрытия, и точность тоже зависит от места.

Зададим себе вопрос, если это еще одна навигационная система, то зачем она нужна в современных условиях? Стоит вспомнить, что эту спутниковую систему геопозиционирования разворачивали более 10 лет назад (на Википедии есть ссылки на документы 2008 года), в те времена бесплатный сигнал GPS мог похвастаться точностью порядка трех метров (трек автомобилей не всегда попадал даже в границы дороги), о работе по ГЛОНАСС даже подумать было нельзя. Поэтому заплатить деньги за сигнал точность до 10-15 см было очень хорошим решением. Сейчас на орбите летает огромное количество новых спутников GPS (способ определения местоположения по ним тоже эволюционирует с новыми поколениями), добавилась группировка спутников ГЛОНАСС, китайцы запустили свою BAIDU, и современные спутниковые приемники (даже тот который у вас в телефоне) принимают сигнал всех этих спутников. Поэтому с хорошей антенной и современным, а не десятилетней давности, GNSS приемником, сейчас даже на бесплатном сигнале можно получить хороший результат.

Платные сервисы для увеличения точности параллельного вождения

Посмотрим, что же предлагают другие крупные производители, например TOPCON. На сайте видим уже знакомую нам аббревиатуру RTK. Как говорят маркетинговая материалы, работа в сети станций TopnetLive. https://www.topconpositioning.com/support/products/topnetlive

На сайте данных не нашел, но в интернете получилось нагуглить расположение станций: https://geoshack.com/topnet-live-coverage-map/

Да, только США, и даже там не полностью всё охвачено. Поэтому покупая оборудование TOPCON имейте это в виду, если продавцы вам обещают «высокую точность через свою сеть», то этого не будет, просто зря отдадите деньги. Да, именно как курсоуказатель это хорошее надежное оборудование, просто частью его функционала вы никогда не сможете воспользоваться.

Но ради справедливости, не стоит забывать что помимо RTK некоторые приемники TOPCON умеют работать и с платной подпиской OmniStar.

Если мы посмотрим на еще одного производителя оборудования CASE IH, то на сайте производителя опять же увидим знакомую аббревиатуру  RTK и карту покрытия на которой закрашена даже не вся Южная Америка. https://www.caseih.com/northamerica/en-us/products/advanced-farming-systems/auto-guidance/afs-corrections-accuracy 

Ну вот, теперь, я надеюсь вы начали немного ориентироваться в технологиях.

Какой агронавигатор и автопилот купить

Пробежимся по выводам, теперь с уже примерными порядками цен. Самым простым и дешевым вариантом будет установка на телефон программы для Агронавигации. У нее простой удобный контрастный интерфейс, что позволит комфортно работать и днем и ночью. Стоимость несколько тысяч рублей, в зависимости от площадки где будет покупаться программа и сезонных скидок. Сайт с описанием: Агро-ГЛОНАСС

Для большинства операций достаточно бесплатного сигнала спутниковой навигации ГЛОНАСС. Если телефон не очень хорошо работает в кабине (плохой приемник или кабина экранирует спутники) — то стоит использовать недорогой внешний приемник с хорошей активной антенной. Возможно даже самодельный, сделанный по этой инструкции на GitHub (русскоязычный перевод инструкции по сборке). Он обойдется в 5-10 тысяч рублей.

Для этого обзора мы нашли несколько коммерческих предложений, а затем пробежались по основным ссылкам в Яндексе на онлайн-магазины, чтобы можно было обозначить порядок цен на такой класс устройств. В основном поставщики, даже оборудования производимого в России, указывают цены в долларах, поэтому расценивайте стоимость лишь как примерный ориентир на начало 2023 года.

Цены систем параллельного вождения

Итак следующий вариант-альтернатива приложению — купить отдельный навигатор в прочном корпусе, возможно со встроенной светодиодной индикацией. Светодиодная индикация при работе в кабине определенно имеет преимущества перед дисплеями, но все зависит от привычки механизатора и от интерфейса агронавигатора. К каким затратам надо готовиться при покупке?

Агронавигатор может называться и просто «навигатор», «дисплей» или «планшетный компьютер». На начало 2023 года один из планшетов производимых в России, стоит около 80 тысяч рублей и к нему предлагается докупить отдельный приемник за 135 тысяч рублей. Кроме этого за 500 долларов (~ тридцать тысяч рублей) продают активацию для приемника.

Покупать дорогой отечественный, американский или немецкий курсоуказатель однозначно нужно если вы планируете затем покупать свою станцию дифференциальных поправок RTK или подписку на платный сигнал спутников ОмниСтар или аналогичных, то есть если у вас есть реальная потребность в точности меньше 5 см. Либо вы планируете использовать другой функционал, такой как подключение к автопилоту трактора который уже был установлен на заводе и поддерживает только этот агронавигатор, например как часто бывает с техникой «зеленого американского бренда».

Если брать Trimble, то основное устройство-дисплей в кабину Trimble GFX-750 плюс навигационный контроллер NAV-900, имеющий поддержку автопилота, обойдутся покупателю в, примерно, 300 тысяч рублей. В описании приемника есть варианты точности по которым он может работать:

• Автономный режим (бесплатный): 15 — 20 см
• RangePointRTX: 10-15 см
• CenterPoint RTX: 2-3 см
• RTK: 2-3 см

Если вы не планируете подключать к курсоуказателю ничего уникального, и не собираетесь в дальнейшем платить за сервисы поправок, переплачивать за неиспользуемый функционал нет никакого смысла. В современных экономических реалиях стоит заранее уточнить наличие технической возможности оплаты этих поправок. Ну и никто не отменял людей которые готовы заработать на вашей технической неосведомленности.

Надо отметить что у Trimble есть и более бюджетные варианты, такие как Trimble EZ guide 250, стоимостью около 100 тысяч рублей. В его техническом описании есть строчка: «При работе со встроенной коррекцией бросков точности GPS-координат производителем гарантируется точность не хуже 40 см в течение 15 минут.» В других источниках указана средняя точность 6-8 дюймов (примерно 20 см).

Если хотите купить оптимальный для себя вариант, то всегда внимательно изучайте коммерческие предложения. Нам попадали строчки типа “включен бесплатный сервис коррекции <супер-пупер>, дающий точность 15-30 см”. После нашего обзора вы знаете, что бесплатный сигнал ГЛОНАСС изначально даёт точность 15-30 см, а сервисы коррекции практически всегда платные и созданы для того чтобы зарабатывать деньги на продаже услуги. Даже крупный производитель оборудования не будет содержать ни свою сеть RTK, ни тем более десяток спутников, только ради того чтобы бесплатно предоставлять их услуги. Поэтому покупать за триста тысяч рублей GPS приемник работающий с такой же точностью как и GPS приемник за десять, нужно только если вы будете пользоваться сигналами поправок. И в этом случае желательно уточнить, где находятся эти станции и какая у них зона покрытия.

Если обрабатываемые площади обширны, то стоит задуматься об установке электронного подруливающего устройства, ну а если вы работаете по технологиям точного земледелия, то совершенно точно понадобится автопилот.

Контроллер, датчики и гидравлика для автопилотов стоят 9-10 тысяч долларов (550 — 600 тысяч рублей), примерно одинаково и для российских и для иностранных моделей.

И раз уж вы задумались о точном земледелии, значит вы это точно делаете на какой-то уже имеющейся технической базе.

Поэтому вначале уточните, не исключено что в вашем тракторе уже установлен автопилот, который просто надо активировать. Так часто бывает с техникой John Deere и Claas. Либо есть готовая гидравлическая подготовка под его быструю установку как например в Кировце, где в некоторых модификациях на заводе устанавливают гидравлический блок управления рулевой колонкой.

Два слова про точное земледелие

В статье я не погружался в вопросы точного земледелия, потому что это отдельная очень обширная тема. Но так как понимание его возможностей тоже может повлиять на выбор оборудования для параллельного вождения, очень советуем самостоятельно изучить эту тему. В двух словах — точное земледелие позволяет по индексам NDVI и карте урожайности полей составлять автоматические задания для техники по дифференцированному внесению удобрений и семян. Разумеется для этого нужна подготовленная техника (сеялка должна иметь возможность управления с компьютера), устройство установленное на тракторе позволять загружать в себя задание на работу, комбайн иметь датчики для составления карты урожайности… Все эти датчики и устройства должны быть подключены к какому-либо облачному сервису, которые анализирует данные.

Технически, устройства для точного земледелия могут быть вообще никак не связаны с устройствами для параллельного вождения (самостоятельно отслеживать степень внесения в нужной точке), так и наоборот — уже содержать в себе функционал параллельного вождения.

Полезные гиперссылки к статье

https://agriculture.trimble.com/solutions/guidance-steering/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Real_Time_Kinematic

https://apps.apple.com/ru/app/agro-navigation/id1625258870

fjdynamics.com/products/autosteeringkit

https://agrovse.ru/blog/dlya-rastenievodstva/agronavigator-dlya-tochnogo-zemledeliya/

https://www.claas.ru/produktsiya/easy-2018/osnashchyeniye-sistem-parallelnogo-vozhdyeniya-na-bazye-gps