1. GPS generelt og korrektionssignaler 2. Udstyr 3. Opsætning og kalibrering

Transkript

1

2 1. GPS generelt og korrektionssignaler 2. Udstyr 3. Opsætning og kalibrering Undervisningsministeriet. 21. januar Materialet er udviklet af Metalindustriens Efteruddannelsesudvalg i samarbejde med Erhvervsskolerne Aars. Materialet kan frit viderebearbejdes med angivelse af følgende tekst: Dette materiale indeholder bearbejdning af (GPS, 21. januar 2015) udviklet for Undervisningsministeriet af Metalindustriens Efteruddannelsesudvalg i samarbejde med Erhvervsskolerne Aars

3 1. GPS generelt og korrektionssignaler Global Navigation Satellit System (GNSS) er en fællesbetegnelse for de globale satellit systemer der findes. Det mest anvendte er Global Navigation System (GPS) der er udviklet af det amerikanske luftvåben. Det består af 24 satellitter der kredser omkring jorden i en afstand af ca km, fordelt på 6 kredsløbsbaner med 4 satellitter hver. Kredsløbsbanerne er indrettet på en måde så der altid er minimum 4 satellitter synlige, uanset hvor du er på jorden. Systemet blev frigivet til civilt brug i år Det tilsvarende russiske system GLONASS består af 24 satellitter som kredser omkring jorden i en afstand af ca km, fordelt på 3 kredsløbsbaner med 8 satellitter i hver. Kredsløbsbanerne er indrettet på en måde så der altid er minimum 5 satellitter synlige, uanset hvor du er på jorden. Systemet blev frigivet til civilt brug i Begge systemer har opsendt flere end de 24 satellitter som er standard konfigurationen, så derfor kan man godt finde information om at f. eks. GPS systemet består af 32 satellitter Ved at anvende begge systemer får man en mere sikker navigation. Navigationen er ikke mere præcis men chancen for at miste satellitsignalet er betydelig mindre idet der altid vil være flere synlige satellitter end ved kun at anvende det ene. Man skal dog have udstyr der er forberedt samt tilladelse til at anvende GLONASS. Satellitterne sender signal til en modtager som beregner positionen. For at få en præcis position skal man have signal fra mindst fire satellitter. Positionen angives som længdegrad, breddegrad, højde samt tidspunktet hvor man befandt sig på den pågældende position

4 Præcisionen med disse satellitter er indenfor 5 10 meter og det kan godt bruges til almindelig navigation i en bil. Det er dog ikke nøjagtig nok når det skal bruges indenfor landbrugssektoren. Her skal man have en præcision på ganske få cm, især hvis arbejdet omfatter rækkeafgrøder. Der findes forskellige systemer til at forbedre præcisionen, men før vi kommer til dem skal vi se på hvordan præcisionen defineres. Der anvendes to begreber til at definere præcision eller nøjagtighed: Absolut nøjagtighed, også kaldet long-term. Pas to pass, også kaldet short-term. Absolut eller long-term nøjagtighed er et mål for hvor præcis du kan køre dag efter dag, måned efter måned og år efter år. Så en 1,5 cm absolut nøjagtighed betyder at du året efter kan køre i de samme rækker med en nøjagtighed på 1,5 cm i 95 % af tiden. Pass to pass eller short-term nøjagtighed er et mål for afvigelsen af en position efter 15 minutter. Så en 1,5 cm pass to pass nøjagtighed betyder at du efter 15 minutter kan køre i de samme rækker med en nøjagtighed på 1,5 cm i 95 % af tiden. Det er ikke nødvendigvis den korrekte geografiske position, men i denne situation er man også kun interesseret i nøjagtigheden indenfor de 15 minutter

5 Der findes fire systemer til at forbedre nøjagtigheden. Nogle er gratis og andre skal der betales et abonnement for at få lov til at bruge. Det første der skal nævnes er: Avancerede filtre. Softwaren i GPS modtageren kan være i stand til at filtrere GPS linjen. Det betyder at de udsving der vil være bliver filtreret fra. Derved kommer GPS linjen til at optræde som en mere lige linje med kun lidt udsving. Ufiltreret Filter Filtreret Absolut Pass to pass 1 5 m cm Ingen abonnement Udsvingene på dette system er dog stadigvæk for store til de fleste opgaver indenfor landbruget, så der er brug for yderligere forbedringer af præcisionen

6 Det næste system der skal nævnes, er: Differential Global Positioning System (DGPS) Systemet består af en række referencemodtagere på Jorden samt nogle geostationære satellitter. Referencemodtagerne står på en kendt position, f. eks. står der en på Aalborg lufthavns areal. De geostationære satellitter er placeret over ækvator i ca km højde. Satellitternes hastighed er tilpasset til jordens rotationshastighed således de altid står over det same sted på jorden 1. GPS satellit netværk (ca km) 2. Standard GPS signal 3. Geostationær Satellit (ca km) 4. Korrektionssignal 5. Køretøjs GPS 6. Reference station EGNOS er et europæisk samarbejde om at forsyne med DGPS signaler. På billedet til højre ses placeringen af de tre EGNOS satellitter samt det område de dækker. Som det ses, er de placeret over ækvator. Det betyder at jo tættere man er på polerne, jo større risiko er der for at noget kan skygge for signalet Absolute Pass to pass m cm Ingen abonnement - 6 -

7 Differential Global Positioning System (DGPS) Der findes andre DGPS system som fungerer efter same princip som EGNOS. Der findes blandt andet et amerikansk ejet system, som kræver abonnement. Det er mere avanceret end EGNOS og kan levere korrektionssignaler med forskellig nøjagtighed og dermed også til forskellige priser. Nøjagtigheden på et sådan system kan fordele sig på denne måde: Laveste nøjagtighed Absolute Pass to pass m cm Abonnement kræves Mellem nøjagtighed Absolute Pass to pass cm 5 10 cm Abonnement kræves Højeste nøjagtighed Absolute Pass to pass 3,8 cm 3,8 cm Abonnement kræves Herunder ses et eksempel på dækningskort for korrektionssatellitterne - 7 -

8 Det tredie system der skal nævnes, er: Real Time Kinematic (RTK) RTK er det system der har den største præsicion. Systemet kan være baseret korrektionssignaler via radio eller mobilt datanet (GPRS). Systemet baseret på radiosignaler kaldes i daglig tale RTK og systemet med mobilt datanet kaldes VRS (Virtuel Reference Station) Princippet for RTK ses på tegningen herunder: 1. GPS og GLONASS satellit netværk. 2. Standard GPS signal. 3. Basestation med GPS antenne, radiosender og antenne. 4. Korrektionssignal. 5. Køretøjs GPS med radio antenne og -modtager. Absolute Pass to pass 1-2 cm 1-2 cm Abonnement kræves - 8 -

9 Det fjerde system der skal nævnes, er: Virtuel Reference Station (VRS) VRS har samme præsicion som RTK men er baseret korrektionssignaler via mobilt datanet (GPRS). I køretøjet er der et modem med et sim-kort til at modtage korrektionssignalet Princippet for VRS ses på tegningen herunder: GPS og GLONASS satellit netværk. 2. Referencestationer 3. Server 4. Korrektionssignal via mobil data 5. Køretøjs GPS med modem antenne og -modtager. Absolute Pass to pass 1-2 cm 1-2 cm Abonnement kræves - 9 -

10 2. Udstyr For at kunne anvende GPS til autostyring skal man have en antenne, en modtager en skærm et styresystem. Disse komponenter kan være bygget sammen på forskellige måder. Hvis man har en antenne med indbygget modtager, er det ikke nødvendigt med modtager i skærmen og omvendt, hvis der er indbygget modtager i skærmen er det ikke nødvendigt med modtager i antennen. Antenne Modtager Skærm Antenne Antenne med indbygget modtager Skærm med indbygget modtager For at få autostyring skal man have et styresystem der kan overtage styringen af maskinen eller traktoren. Et sådan system kan enten være monteret på rattet (assisteret styring) eller det kan være indbygget i maskinens hydrauliske styresystem. Her er først et system der er monteret på rattet. Ratmotor Styreenhed Når systemet bliver aktiveret vil ratmotoren overtage styringen og styre maskinen eller traktoren efter GPS signalerne

11 De indbyggede systemer kan købes komplet til eftermontering men der er også mulighed for at bestille traktorer og andre maskiner så de er forberedt til automatisk styring. Det betyder at en del af komponenterne er monteret fra fabrikken. En tredje mulighed er at alt GPS udstyret er monteret fra fabrikken. Et sådan system kaldes Integreret styring. Display (Modtager) GPS Antenne (Modtager) Navigations kontroller Styrevinkel sensor Som det ses ovenfor består systemet af følgende: Hydraulik ventil / Manifold Display (Skærm). Brugerfladen til at vise køremønstre og indstillinger Modtager. Beregner position ud fra GPS signaler, leveret af antennen. Antenne. Opfanger GPS signaler og leverer dem videre til modtageren Navigationskontroller. Modtager GPS positioner fra modtageren og beregner strømmen til hydraulikventilen Hydraulikventil. Modtager strøm fra navigationskontrolleren og leder derved olie ud til styrecylinderen for at dreje traktoren ind på det rigtige spor Styrevinkelsensor. Registrerer når hjulene drejes og sender signal til navigationskontrolleren

12 3. Opsætning og kalibrering Kalibrering Valg af køretøj. Kalibrering af styresensor. Kalibrering af dødzone. Kalibrering af P-gain. Rul kalibrering. Kalibrering af linje tilnærmelse. Valg af køretøj. Det er nødvendigt at fortælle systemet hvilket køretøj det er installeret på. Der kan være en database med forud definerede køretøjer. Når man vælger et af disse køretøjer fra en liste, så ved systemet f. eks. hvor antenne og navigationskontroller sidder. Kalibrering af styresensor. På maskiner med et potentiometer skal man styre helt til højre, helt til venstre og ligeud og hver gang bekræfte positionen. Derved kender systemet både yder- og midterposition. Kalibrering af dødzone. Den automatiske dødzone kalibrering aktiverer styreventilen flere gange for at bestemme hvornår aktivering af styringen reelt sker. Ved hver repetition af testen åbner og lukker styreventilen langsomt. Samtidig registreres det hvornår hjulene begynder at dreje. Derved udmåles den strømstyrke der er nødvendig for at åbne ventilen så meget at hjulene lige netop begynder at dreje

13 GPS Kalibrering af P-gain. P-gain er en indikation for hvor aggressivt styringen reagerer i forhold til afvigelsen fra linjen. Se efter x-spor fejl under kørsel og reducer P-gain til udsvingene er mindre end 3 cm. Blå: For doven : Hæv P-gain Rød: For nervøs : Sænk P-gain Rul kalibrering. Man kalibrerer rul forskydningen for at sikre at køretøjet kører i samme spor i begge retninger. Hvis man kører på en mark med hældning kan man få en del overlap eller afstand mellem skårene, hvis rul kalibreringen ikke er lavet korrekt. Systemet skal kende forskydningen for at kunne beregne terrænkompenseringen. Man optager en A B linje, kører på denne med autostyring aktiveret indstil x-spor fejl er tæt på nul. Stopper traktoren og markerer midten af traktoren med et flag. Kører til enden af sporet, vender rundt og aktiverer autostyringen på samme linje. Når man kommer til flaget stopper man igen og måler hvor langt og til hvilken side traktoren afviger fra flaget. Indtaster disse værdier i systemet

14 Kalibrering af linje tilnærmelse. Man kører frem mod A-B linjer og aktiverer autostyringen. Det iagttages at traktoren er på linjen indenfor ca. 3 traktorlængder. Ideel For aggressiv For doven

15