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)
M. Nadlinger 26.02.2015 37
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
M. Nadlinger 26.02.2015 44
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: [email protected]
Homepage: http://blt.josephinum.at
Manfred Nadlinger - 11.02.2015 50