Titel der Präsentation - josephinum.at · montierte Basisstation am Hof - RTK (betriebseigenes...

F o r s c h e n u n d P r ü f e n f ü r L a n d w i r t s c h a f t u n d U m w e l t

J o s e p h i n u m

R e s e a r c h

„PARALLELFAHRSYSTEME“

Manfred Nadlinger

BLT Wieselburg / Lehr- und Forschungszentrum Francisco Josephinum

26. Feb. 2015

FJ Wieselburg, „Innovative Agrartechnik“

Übersicht

INHALT

M. Nadlinger 26.02.2015 2

Möglichkeiten zur Lenkunterstützung

Spurführungshilfen (ohne GPS)

Spurführungssysteme (mit GPS)

Lenkhilfen

Lenkassistenten

Lenkautomaten (Autopilot)

Genauigkeit der Ortung

Nutzen, Kosten, Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

INHALT

M. Nadlinger 26.02.2015 3

Möglichkeiten zur Lenkunterstützung

Spurführungshilfen (ohne GPS)

Spurführungssysteme (mit GPS)

Lenkhilfen

Lenkassistenten

Lenkautomaten (Autopilot)

Genauigkeit der Ortung

Nutzen, Kosten, Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

M. Nadlinger 26.02.2015 4

Schema einer automatischen Pflugmaschine nach MITTELBACH

1963 Mechanische Führung entlang der Pflugfurche (Ungarn)

Fotoarchiv Landtechnik Weihenstephan

Automatische Lenkung

(elektrohydraulisch) beim Pflügen,

Untersuchungen nach BATEL

1968

Quelle: M. Demmel

HISTORISCHE ENTWICKLUNGEN VON LENKHILFEN

M. Nadlinger 26.02.2015 5

Quelle: Fotoarchiv Landtechnik Weihenstephan,

SIMA Paris 1990

Quelle: Prospekt John Deere USA 1998

Hardi International 1995

SPURFÜHRUNGSHILFEN

Anzeigen (mechanisch)

M. Nadlinger 26.02.2015 6

Tastbügel (mechanisch)

Quelle: Claas

Führung eines Feldhäckslers oder Mähdreschers entlang von stabilen

Pflanzenreihen (z.B. Mais)

Wird auch bei Zuckerrüben und Kartoffeln angewendet.

SPURFÜHRUNGSHILFEN

M. Nadlinger 26.02.2015 7

Ultraschallsensoren (berührungslos)

Führung des Fahrzeuges über Spuren der Spuranreisser, Dämme, Schwade,

Fahrgassen oder Bestandskanten

Quelle: Reichhardt

SPURFÜHRUNGSHILFEN

Automatische

Anbaugerätelenkung

M. Nadlinger 26.02.2015 8

Genauigkeit 10-20 cm

Lasersensor (optisch)

Quelle: Prospekt „Claas“

Führung eines Mähdrescher entlang der Bestandeskante von Getreide

„LASER Pilot“.

SPURFÜHRUNGSHILFEN

M. Nadlinger 26.02.2015 9

SchwadeFahrgassen

Genauigkeit 2-3 cmQuelle: Prospekt „Claas 2003“

ReihenDämme

Kamera für 3D-Strukturen (optisch)

Führung der Maschinen über Kameras „CAM Pilot“(für reihengebundene Arbeitsgänge)

Überladeassistent „Auto-Fill“ (Nachregeln von Krümmer und Auswurfklappe)

Claas „Eye Drive“ Stereokamerasystem

SPURFÜHRUNGSHILFEN

„CAM Pilot“

„Auto-Fill“

M. Nadlinger 26.02.2015 10

Kamera mit Bildverarbeitung (optisch)

SPURFÜHRUNGSHILFEN

INHALT

M. Nadlinger 26.02.2015 11

Möglichkeiten zur Lenkunterstützung

Spurführungshilfen (ohne GPS)

Spurführungssysteme (mit GPS)

Lenkhilfen

Lenkassistenten

Lenkautomaten (Autopilot)

Genauigkeit der Ortung

Nutzen, Kosten, Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

M. Nadlinger 26.02.2015 12

LENKHILFEN

Fahrer lenkt selbst

M. Nadlinger 26.02.2015 13

Anzeige gibt die Richtung der Abweichung vor (LED-Balken oder Bildschirm)

Kostenloses „EGNOS-Signal“

Genauigkeit +- 30 cm

Umbau auf andere Maschine leicht möglich

Wendevorgang manuell durchführen

Anschaffungskosten ~ ab 800 €

Einsatz bei größeren Arbeitsbreiten ohne Fahrgassen

Pflanzenschutz im Vorauflauf, Kalk- und Düngerstreuen, Stoppelsturz,

Futterwerbung

LENKHILFEN

Fahrer lenkt selbst

INHALT

M. Nadlinger 26.02.2015 14

Möglichkeiten zur Lenkunterstützung

Spurführungshilfen (ohne GPS)

Spurführungssysteme (mit GPS)

Lenkhilfen

Lenkassistenten

Lenkautomaten (Autopilot)

Genauigkeit der Ortung

Nutzen, Kosten, Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

M. Nadlinger 26.02.2015 15

Quelle: geo-konzept

LENKASSISTENT

Stellmotor am Lenkrad lenkt

GPS Antenne

Reibradmotor

Navigationsrechner

• Das Original-Lenkrad kann weiter verwendet werden

• Für Geschwindigkeiten > 5 km/h nicht geeignet!

Anzeige

M. Nadlinger 26.02.2015 16

Quelle: Satconsystem

Stellmotor am Lenkrad lenkt

LENKASSISTENT

Motor unter dem Lenkrad• Das Original-Lenkrad kann

weiter verwendet werden

• Antriebseinheit unter dem

Lenkrad

M. Nadlinger 26.02.2015 17

LENKASSISTENT

Stellmotor im Lenkrad lenkt (Nachrüstbausatz)• Das Original-Lenkrad wird ausgetauscht

• Antriebseinheit im Lenkrad

• Alle Genauigkeitslevels möglich

• TÜV homologiert und genehmigt

• Topcon AES-25• Raven Smartsteer

• Autofarm Ontrac

• Leica Quicksteer

• JD Autotrac Universal

• Trimble EZ-Pilot

M. Nadlinger 26.02.2015 18

Stellmotor am Lenkrad übernimmt die Lenkbewegungen

Kein Eingriff in die Lenkung des Traktors

Umbau auf andere oder ältere Maschinen leicht möglich

Wendevorgänge sind manuell durchzuführen

Aktiver Lenkeingriff des Fahrers ist jederzeit möglich

Nutzung höherwertiger kostenpflichtiger Satellitensignale

Genauigkeit bis +- 20 cm möglich

Anschaffungskosten ~ ab 5.000 € - 14.000 €

LENKASSISTENT

Fahrzeug fährt automatisch auf Sollspur

INHALT

M. Nadlinger 26.02.2015 19

Möglichkeiten zur Lenkunterstützung

Spurführungshilfen (ohne GPS)

Spurführungssysteme (mit GPS)

Lenkhilfen

Lenkassistenten

Lenkautomaten (Autopilot)

Genauigkeit der Ortung

Nutzen, Kosten, Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

M. Nadlinger 26.02.2015 20

LENKAUTOMAT

Automatische Spurführung (Hydraulik des Traktors lenkt)

Quelle: Trimble

Werksseitig vorgerüstete Maschine

• Lenksystem greift direkt in die Lenkhydraulik des Traktors ein

• Auch für höhere Geschwindigkeiten geeignet

M. Nadlinger 26.02.2015 21

LENKAUTOMAT

Quelle: CNH

Automatische Spurführung (Nachrüstbausatz)

Bei den Lenkcontrollern für ISOBUS auf Kompatibilität mit virtuellen Terminals gemäß

ISO11783 achten!

M. Nadlinger 26.02.2015 22

Navigationsrechner steuert ein elektro-hydraulisches

Ventil und übernimmt die Lenkbewegungen

Kein Umbau des Lenkventils auf andere oder ältere Maschinen

Vorgewendemanagement möglich (nur Einlenken erforderlich)

Aktiver Eingriff des Fahrers ist jederzeit möglich

Nutzung von RTK möglich

Einbindung in den CAN-BUS

Genauigkeit +- 2 cm möglich (Neigungskompensation im

hügeligen Gelände erforderlich)

Anschaffungskosten ~ ab 10.000 € - 20.000 €

LENKAUTOMAT

Fahrzeug fährt automatisch auf Sollfahrspur

M. Nadlinger 26.02.2015 23

MÖGLICHKEITEN ZUR LENKUNTERSTÜTZUNG

Automatische

Spurführung

Führung an

selbsterzeugten

Leitlinien (ohne GPS)

Spurführungshilfen

Führung an

bestehenden

Leitlinien (ohne GPS)

Automatische

Spurführung

Führung an

virtuellen

Leitlinien (mit GPS)

Pflanzenreihen

Fahrgassen, Furchen,

Dämmen, Bestandeskanten

Maisreihe

Rübenreihe

Geplante

Fahrstrecke

Mechanischer

Taster

Laserscanner

Bildverarbeitung

Ultraschall

GPS

Technologie

Lenkassistent

Lenkautomat

LenkhilfeLaserscanner

M. Nadlinger 26.02.2015 24

LENKSYSTEME

Welche Lenksysteme nutzen Sie auf Ihren Betrieb?

Quelle: DLG (M. Böhm, O. Mußhoff)

M. Nadlinger 26.02.2015 25

INHALT

Möglichkeiten zur Lenkunterstützung

Spurführungshilfen (ohne GPS)

Spurführungssysteme (mit GPS)

Lenkhilfen

Lenkassistenten

Lenkautomaten (Autopilot)

Genauigkeit der Ortung

Nutzen, Kosten, Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

M. Nadlinger 26.02.2015 26

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Segmente eines GPS-Systems

Quelle: kowoma

Weltraumsegment Kontrollsegment Benutzersegment

• verfolgen die Satelliten

• stellen die Atomuhren

• kalibriert u. synchronisiert die

Satelliten

Alle Ortungs- und Navigationssysteme werden unter dem Begriff GNSS

(Global Navigation Satellite Systems) zusammengefasst

Bodenstationen GPS-EmpfängerSatelliten

NAVSTAR (USA)

COMASS (China)

GLONASS (Russland)

IRNSS (Indien)

GALILEO (EU) ab 2019 mit

30 Satelliten, mit militärische Sicherheit

und Präzision für Zivilanwendung

M. Nadlinger 26.02.2015 27

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Übersicht über die verschiedenen Korrekturdienste

Standards zur Übertragung

der Korrektursignale

6 GEO-Satelliten (Empfänger/Dekoder notwendig)

3 GEO-Satelliten (ohne Empfänger/Dekoder)

Quelle: kowoma

Korrektursignal

M. Nadlinger 26.02.2015 28

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Satellitengestützte Erweiterungssysteme (Versorgungsgebiete)

European – Geostationary-Navigation-Overlay-System = EGNOSQuelle: kowoma

M. Nadlinger 26.02.2015 29

• GPS-Satelliten senden ein Signal aus, das von der Maschine empfangen wird

• Ein geostationärer Satellit sendet zusätzlich ein genaues Korrektursignal

(DGPS) an die Maschine

• Der Rechner ermittelt die aktuelle Position des Fahrzeuges und berechnet

anschließend die Fahrspur (wandelt beide Signale in Lenkimpulse um)

GPS-Korrekturvarianten - Geostationärer Satellit – DGPS

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Quelle: Claas

EGNOS besteht aus 3 geostationäre Satelliten und 40 Ortungsstationen für Europa

OMNISTAR (VBS, VRC, G2)

STARFIRE (SF1, SF2)

M. Nadlinger 26.02.2015 30

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Quelle: CNH

GPS-Korrekturvarianten - Mobile Basisstation am Feldrand – oder fest

montierte Basisstation am Hof - RTK (betriebseigenes Korrektursignal) +-2cm

• Basisstation bei schlechten RTK-Empangsverhältnissen

• Markieren der Position am Feldrand

• Geladener Akku notwendig

• 15 -20 Min. vorher einschalten

Mobile Basisstation Fest montierte Basisstation

Die Referenzstationen erzeugen ein hochgenaues Korrektursignal (D-GPS) das per Funk direkt an die

Maschine gesendet wird

2-3 km 20 km

M. Nadlinger 26.02.2015 31

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Europäische RTK-Korrekturdienstanbieter

Deutschland (FarmRTK, AGCelNet, AGRAVIS NET, SMART NET Landtechnik)

Frankreich (Precisio, Teria)

England (Essentials Net)

Italien (TOPNET)

Niederlande (Move RTK)

Belgien (Felpos)

Schweiz (GVS Net)

Österreich (AGCelNet)

Ungarn (AGCelNet, FOMI)

Finnland (TrimNet VRS)Quelle: Claas

M. Nadlinger 26.02.2015 32

APOS – VRS-Netz („Austrian Positionierungsservice“ vom

Bundesamt für Eich- u. Vermessungswesen)

Fa. Pamberger - VRS-Netz (für NÖ., Bgld., Nord.-Stmk.,

Teile von Tschechien)

RLH Technik Center – Funk-Netz (RTK-Netzwerk für

Nordburgenland u. Wiener Becken)

EVN (DGPS Echtzeit-Positionierungsdienst)

BEACON (Österr. Wasserstraßenverwaltung)

TEPOS (ÖBB)

Handyanbieter

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Österr. - Korrekturdienstanbieter

Prüfen, ob Korrektursignal auf allen Flächen des Betriebes empfangen werden kann!

M. Nadlinger 26.02.2015 33

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Bsp: GPS-Korrekturdienst „APOS“ – Austrian Positioning Service

Quelle: BEV

Referenzstationen übertragen kontinuierlich GNSS-Daten auf einen zentralen Server

Virtuelles Referenzsystem (VRS) mit Basisstationsnetzwerk vom Dienstleister

M. Nadlinger 26.02.2015 34

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Bsp: Regionale RTK Anbieter

80 km

44

km

LTC-Korneuburg (Funknetzwerk) Fa. Pamberger (VRS)

• Niederösterreich

• Burgenland

• Teile von Ungarn

• Teile von Tschechien

• Nördl. Steiermark

M. Nadlinger 26.02.2015 35

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

RTK - Lösungen

Quelle: CNH

Referenzstationen

verschiedener Anbieter

VRS-virtuelles

Referenzstationsnetz

(Server)

Mobile Basisstation Fixe Basisstation

Genauigkeit der Position ist abhängig von:

• Qualität des verwendeten GPS-Empfängers

• Distanz von der GPS-Referenzstation

• Alter der Korrekturdaten

M. Nadlinger 26.02.2015 36

Absolute Genauigkeit gibt an mit welcher Genauigkeit eine Spur nach

Tagen 24 h oder Jahren wieder gefunden wird Egnos, Omnistar VBS, Starfire1 = 2m

• Omnistar HP, Starfire2 = 20 cm

• RTK = 1.5 cm

Spur-zu-Spur-Genauigkeit

innerhalb von 15 min muss wieder die

Vorgängerspur gefunden werden

• Egnos, Omnistar VBS, Starfire 1 = 20–30 cm

• Omnistar HP, Starfire 2 = 5–10 cm

• RTK = 1.5 cm

Absolute Genauigkeit und Spur-zu-Spur-Genauigkeit

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

z.B: Pflanzenreihen müssen später nach dem Anbau mit

Arbeitsgerät wieder gefunden werden (Gemüseanbau,

Kartoffelanbau)

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Traktor - Lenksystemausstattung

GENAUIGKEIT DER ORTUNG

Firma Lenkhilfe Lenkassistent Lenkautomat Korrektursignal

CNH (Trimble) EZ-Steer EZ-Pilot AFS-AccuGuideEGNOS, OmniSTAR XP,

OmniSTAR HP, RTK

New Holland (Trimble) EZ-Guide 250

EZ-Steere u. EZ-Pilot IntelliSteere

EGNOS, OmniSTAR XP, OmniSTAR HP, RTK

John Deere GreenStar LightbarAutoTrac Universal

200AutoTrac

Controller Starfire1, Starfire2, RTK

Fendt (Topcon) VarioGuide(Standard)VarioGuide (Präzision) VarioGuide(RTK)

EGNOS, OmniSTAR XP, OmniSTAR HP, RTK

Same Deutz-Fahr (Autofarm-Agrosky) Visual Guidiance 25

Assisted Steering50/100/200

Performance Steering

50/100/200EGNOS, OmniSTAR XP,

OmniSTAR HP, RTK

MF (Topcon) PCS 110 AES-25 mit PCS110 PCS 350EGNOS, OmniSTAR XP,

OmniSTAR HP, RTK

Claas GPS Copilot GPS Pilot Flex GPS PilotEGNOS, OmniSTAR XP,

OmniSTAR HP, RTK

INHALT

M. Nadlinger 26.02.2015 38

Möglichkeiten zur Lenkunterstützung

Spurführungshilfen (ohne GPS)

Spurführungssysteme (mit GPS)

Lenkhilfen

Lenkassistenten

Lenkautomaten (Autopilot)

Genauigkeit der Ortung

Nutzen, Kosten, Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

M. Nadlinger 26.02.2015 39

Wendeform beeinflusst den Einsparungseffekt

BeetmodusOmegaformSchwalbenschwanzform

Wendestrategie hat großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit!

NUTZEN, KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT

Vollautomatischer Wendevorgang mit

Vorgewendemanagement

Bild: John Deere

M. Nadlinger 26.02.2015 40

Quelle: John Deere

Lenkautomat (Geräteabtrift im hügeligen Gelände)

NUTZEN, KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT

Aktive Anbaugerätesteuerung (Gerätelenkung): Was bedeutet das ?

ohne Gerätelenkung:

• Traktor hält die Spur

• Gerät driftet ab → Fehlstehlen, Überlappungen

mit Gerätelenkung:

• Gerät hält die Spur

• Keine → Fehlstehlen, Überlappungen

• Neigungskompensation erforderlich

M. Nadlinger 26.02.2015 41

Fahren bei schlechter Sicht und bei Nacht

Quelle: Claas

NUTZEN, KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT

M. Nadlinger 26.02.2015 42

Überlappungsgenauigkeit und Arbeitsbreite

Quelle: Markus Demmel, Holpp

NUTZEN, KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT

M. Nadlinger 26.02.2015 43

Lenksysteme u. Anbaugerätesteuerung über ISOBUS

• Kann man mit dem ISOBUS Terminal, parallel zur Lenkautomatik auch alle

ISOBUS-Anbaugeräte, die der Norm ISO 11783 entsprechen, bedienen?

• AEF zertifiziertes Terminal verwenden

• Parallelfahren als Funktionalität

• „App´s“ - Freischalten von Softwareapplikationen

Modul: „Paralleltracking“

(Leitlinien festlegen)

Modul: „Section Control“

(Teilbreitenschaltung)

Modul: „Headland Mode“

(Vorgewendegrenzen festlegen)

Quelle: AEFwww.aef-online.org

NUTZEN, KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT

CCI.Apps

CCI - Terminal

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Lenkhilfe

GPS Copilot

(Claas/Agrocom)

Lenkassistent

Universelles AutoTrac

(John Deere)

Lenkautomat

AgGPS Autopilot

(Trimble)

Anschaffungskosten

bei Nachrüstung ²

995 € 7 757 € 20 300 €

Nutzungsdauer 6 Jahre 6 Jahre 8 Jahre

Korrektursignal Egnos Starfire 1 AGCelNet-Flat-RTK

Genauigkeit +- 30 cm +- 15 cm +- 2.5 cm

Signalkosten keine keine 1 395 €/Jahr

Reparaturkosten 20 €/Jahr 155 €/Jahr 203 €/Jahr

Durchschnittskosten ³ 210 €/Jahr 1 785 €/Jahr 4 613 €/Jahr

² Herstellerangaben, ³ Zinssatz 4% pro Jahr

Kosten der Lenksysteme

Quelle: Böhm, Mußhoff, UNI Göttingen

NUTZEN, KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT

M. Nadlinger 26.02.2015 45

GPS Korrekturdienste im Vergleich

Dienste Übertragung Spur-zu-Spur Lizenzkosten

Egnos Satellit +- 15 bis 30 cm kostenlos

APOS (BEV) GSM (VRS) +- 2 cm 20 €/Tag

200 €/Monat

LTC-Korneuburg Funk +- 2cm 600 €/Jahr

Fa. Pamberger GSM (VRS) +- 2 cm 900 €/Jahr

JD Starfire 1 Satellit +-20 bis 30 cm kostenlos

JD Starfire 2 Satellit +-5 bis 10 cm 600 €/Jahr

Omnistar VBS Satellit +-20 bis 30 cm 795 €/Jahr

Omnistar HP/XP Satellit +-5 bis 10 cm 1195 €/Jahr

NUTZEN, KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT

M. Nadlinger 26.02.2015 46

Bsp. Bodenbearbeitung – 6m Grubber

Quelle: KTBL

NUTZEN, KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT

Nutzen ist immer abhängig vom Einsatzspektrum

(Intensität der Anwendung)!

• 10% Überlappung = 60cm Doppelbearbeitung

• Reduktion der Überlappung durch RTK von 60cm auf 2.5cm

• Genutzte Arbeitsbreite erhöht sich von 5,4m auf 5.98m

• Für 1ha ist eine Verkürzung des Weges von 1852m Weg auf

1674m möglich (Diff. 178m)

• Einsparung 9.6%

• Bei variablen Arbeitserledigungskosten von 40.60 €/ha

• Einsparung von 3.90 €/ha

M. Nadlinger 26.02.2015 47

INHALT

Möglichkeiten zur Lenkunterstützung

Spurführungshilfen (ohne GPS)

Spurführungssysteme (mit GPS)

Lenkhilfen

Lenkassistenten

Lenkautomaten (Autopilot)

Genauigkeit der Ortung

Nutzen, Kosten, Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

M. Nadlinger 26.02.2015 48

Vorteile der Lenksysteme:

Fahrer Entlastung, höhere Motivation!!!

Betriebsmittelaufwand wird reduziert

Zeitersparnis (Wendevorgang, Arbeitsgeschwindigkeit, Überlappung)

Ausdehnung der nutzbaren Feldarbeitszeit, schlechte Sicht

Führerloser Traktor bei Pflanz- oder Setzarbeiten

Erledigung von administrativen Tätigkeiten während der Arbeit

ZUSAMMENFASSUNG

M. Nadlinger 26.02.2015 49

Zu beachten:

Was brauche ich wirklich – welche Arbeiten derzeit und welche in der

Zukunft? (von Experten beraten lassen)

Nutzen ist immer abhängig vom Einsatzspektrum und der

Betriebsstruktur

Ist das Korrektursignal auf allen Flächen verfügbar?

Welcher Anbieter des Korrektursignals? (sonst eigene Basisstation)

Ist ein Test eines Traktors mit Lenksystem für mehrere Tage möglich?

Je höher die Arbeitsbreite und je genauer das Signal, desto höher die

Einsparung

Ist eine gemeinsame Nutzung mit anderem Betrieb möglich?

Wird das System auch eingesetzt für weniger als 1km/h

(Setzmaschinen)?

Ist ein zuverlässiges Service gegeben?

Das Lenken der Maschine beansprucht 60% der Aufmerksamkeit (Diekhans, 2000)

ZUSAMMENFASSUNG

KONTAKT

Manfred Nadlinger

BLT Wieselburg / HBLFA Francisco Josephinum

Tel.: 07416 / 52175-658

E-Mail: manfred.nadlinger@josephinum.at

Homepage: http://blt.josephinum.at

Manfred Nadlinger - 11.02.2015 50