Aktuális cikkek

A műholdas helyzetmeghatározás szerepe a precíziós mezőgazdasági termelésben

1. rész

Előzmények

A mai értelemben vett és ismert, műholdas technológián alapuló rendszer fejlesztését 1972-ben az USA Védelmi Minisztériuma kezdte meg. Ez az új rendszer a NAVSTAR – GPS nevet kapta (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System, azaz Globális Helymeghatározó Rendszer Navigációs Műholdakkal Idő és Távolság Meghatározás alapján). Ma ezt a 24 műholdból álló rendszert nevezzük általános néven globális helymeghatározó rendszernek (GPS). A 24 műhold közül 21 db mindig aktív és 3 db tartalékként szolgál.

A rendszer teljes kiépítése 1994-re történt meg. A GPS rendszer tehát egy olyan műholdakból álló hálózat, amelyek műholdak a Föld körül keringenek és jeleket sugároznak. Ezeket a jeleket a GPS vevők képesek fogadni. Ez a fajta globális helymeghatározás igen jelentős változásokat hozott a navigáció és a geodézia területén, majd a későbbiekben más területek is felismerték a rendszer lehetőségeit, így a mezőgazdaság is hamar bekapcsolódott a felhasználói körbe.

Az amerikai rendszer mellett, illetve azzal párhuzamosan 2014-től működik az orosz fejlesztésű GLONASS-rendszer is, amely 29 aktív műholdból áll. A rendszer működési elve nagyon hasonló, de alapvető különbség, hogy a GPS-rendszer esetében mindegyik műhold azonos frekvencián sugároz holdanként más-más kódot, míg a GLONASS esetében a kód azonos, viszont a frekvencia minden műhold esetében más és más.

Harmadikként meg kell még említeni az EU és az Európai Űrügynökség (ESA) által közösen fejlesztett GALILEO-rendszert. A rendszer a teljes kiépítettsége idejére 30 műholdból fog állni. Ennek várható ideje 2019. Fő különbség a GALILEO-rendszer és a másik két rendszer között, hogy ez előbbi alapvetően nem katonai, hanem polgári célokra készül.

A helyzetmeghatározás és a precíziós mezőgazdaság kapcsolata

A precíziós mezőgazdaság leginkább úgy fogható fel, mint egy térinformatikai alapokon nyugvó mezőgazdasági döntéstámogatási rendszer és gazdálkodási forma, amely figyelembe veszi a termőhely térbeli változatosságát. Elsődleges célja tehát a térben és időben megfelelő művelés megvalósítása, ennél fogva a helyzetmeghatározás pontossága alapvető fontosságú feladat. A műholdas helyzetmeghatározó rendszerek megjelenése előtt is lehetőség volt a gépcsoportok helyzetének meghatározására más – itt most nem részletezendő – módszerek segítségével. Az időmérés és a sebesség meghatározási pontatlanságok, valamint a sortávolságok változásai miatt a precíziós mezőgazdaság számára szükséges helymeghatározási pontosság azonban ezekkel a módszerekkel még nem volt elérhető. A precíziós, helyspecifikus mezőgazdasági termelés megjelenése a helymeghatározó rendszerek polgári felhasználásával indult útjára. Az így elérhetővé vált pontos helymeghatározásnak köszönhetően az adatok gyűjtése (pl. terméshozamok, talajadatok, gyomadatok, stb.), majd az ezt követő feldolgozás után (digitális térképek készítése) meghozhatók a megfelelő döntések. Így a táblán belül helyspecifikusan, kellő pontossággal elvégezhető a beavatkozás (pl. tápanyag-kijuttatás, talajlazítás,  növényvédelem, stb.). Ez tehát jóval túlmutat azon, hogy meghatározzuk az adott mezőgazdasági gép (pl. egy traktor vagy munkagép, esetleg önjáró betakarítógép) pozícióját.

A kellően pontos helyzetmeghatározás  segítségével a különböző érzékelőkkel (szenzorokkal) gyűjtött adatokat koordinátákhoz rendeljük, sőt, a szükséges adatfeldolgozást követően visszatérve az adatgyűjtés helyére a szükséges műveletek is elvégezhetők. A legismertebb példa erre a néhány másodpercenként gyűjtött hozamadatok alapján készíthető hozamtérkép, ami a precíziós gazdálkodás számára lényegében az alapot jelenti. Egy másik tipikus felhasználási lehetőség a helyspecifikus tápanyag-visszapótlás (műtrágyázás), melyet koordinátákhoz rendelt talajminta-vételezés előz meg. A talajminták elemzéséből, valamint a korábban felvett hozamtérképből megállapítható a tábla tápanyag-ellátottsága. A műtrágya kijuttatása ez alapján differenciáltan valósul meg: a gyengébb tápanyag-ellátottságú részekre több, a jobban ellátott részekre kevesebb műtrágyát juttatunk ki. Az adatok valós időben (real-time), vagy utólag is feldolgozhatóak (post processing).

A műholdas helymeghatározás egyik nagy előnye a korábbi – pl. rádiótechnikán alapuló – módszerekkel szemben, hogy lényegesen olcsóbb és pontosabb megoldást nyújt. Nem szükséges nagy számban adókat letelepíteni, csupán a gépeken elhelyezett vevőkre van szükség. A mérési elv alapján pedig – elvileg bárhol, ahol legalább 4 műhold jelei foghatók – pontosan meghatározhatjuk a pozíciónkat. A pontosság több műhold sugárzásának vételével természetesen növelhető.

Korábban ez a pontosság valós idejű (real-time) üzemnél csupán 50–150 méteres volt, mivel katonai okokból a műholdak jeleit zavarták. Ez a pontosság önmagában még alkalmatlan volt a mezőgazdaság számára a közvetlen beavatkozásra még tápanyag-visszapótlás vagy növényvédelmi munkák esetén is, a vetésről nem is beszélve. A pontosság növeléséhez először földi rádióállomásokat kellett telepíteni, amelyek az ún. differenciáljelet szolgáltatják. A differenciáljelek nélkülözhetetlenek a megfelelő pontosság eléréséhez. A ma használatos helyzetmeghatározó rendszer legfejlettebb és legkorszerűbb változata az ún. RTK (Real Time Kinematic – valós idejű kinematikus) rendszer. Ennek lényege, hogy a helyzetmeghatározó rendszer műholdjai mellett egy valós idejű korrekciós jelet is fog a vevő (pl. URH adó vagy GSM technológia segítségével), amely lehetővé teszi elméletileg a ±2,5 cm-es pontosságot is.

Az elmúlt évek tapasztalatai azt mutatják, hogy hosszú távon a mezőgazdaságban általánosan ezek a rendszerek fognak leginkább elterjedni. Ezekkel a rendszerekkel már a mechanikus növényápolás (sorközművelés), vetés, növényvédő szerek, illetve műtrágya kijuttatása is megoldható a jelenlegi manuális (kézi irányítású) pontossággal, illetve – automata kormányzás használata esetén – azt felülmúlva is. A módszer alkalmazásának további előnye, hogy a rendszer napszaktól való függetlenségének köszönhetően bizonyos munkák éjjel is elvégezhetőkké válnak.

A precíziós növénytermesztés számos eleme már jól ismert a hazai mezőgazdasági gyakorlatban is (gondoljunk csak a hozammérésre, a szakaszolható permetezőgépre vagy az erőgépek automata kormányzására), de ezen technológiai elemek kombinációjának megvalósítása továbbra is komoly beruházásnak számít. A konkrét felhasználási lehetőségekkel a cikk 2. része foglalkozik.

Dr. Kovács Zoltán
okl. mezőgazdasági gépészmérnök
Nyíregyházi Egyetem
Műszaki és Agrártudományi Intézet

Hozzászólás a cikkhez