Rosalind Buick, PhD
Trimble Navigation, Limited

Který systém zvítězí v souboji mezi klasickými způsoby aplikace agrochemikálií a systém rovnoběžných jízd po pozemku řízeným GPS?
Skupina firmy Trimble pro Přesné zemědělské systémy (PAS) studovala přesnost dodržování roztečí jízd při aplikaci a snažila se ji kvantifikovat. Zároveň hledala cestu jak efektivně zvýšit přesnost dodržování roztečí při aplikaci chemikálií samotnými farmáři nebo podniky služeb. Global Positioning Systems (GPS - globální systém určování polohy), Geographic Informatin System (GIS - geografický informační systém) a variable rate treatments (aplikace variabilních dávek) jsou jenom některé z technologií, které se objevují na scéně, umožňujících farmářům a podnikům služeb dosáhnout přesných aplikačních dávek či hustoty výsevku na různých částech pozemku. Dosažení maximálního možného výnosu a ekonomické návratnosti z každého pozemku je bez diskuse hlavním cílem, a mimoto by bylo žádoucí redukovat dopady na životní prostředí. To je zajištěno především vytvořením vylepšeného „obrazu“ variability pozemku za účelem lepšího managementu vstupů. Nicméně tato metoda variabilního dávkování je pouze jedním z faktorů ke zvážení v procesu maximalizování výnosů a efektivnosti hospodaření. Pokud farmáři investují do přesné variabilní aplikace, musí mít zajištěno optimální pokrytí celého pozemku touto přesnou variabilní technologií. Ne jenom, že správné dávky musí být aplikovány na správném místě, ale očekává se i efektivní pokrytí celého pozemku. Jinak řečeno, musí se minimalizovat výskyt míst s dvojitou aplikací (překrytím záběru) i míst vynechaných a maximalizovat tak účinnost aplikované látky při každém ošetření pozemku.

Zkoušky navigačních systémů
První pokus byly proveden v úrodné oblasti Nového Zélandu na 2000 akrech intenzivně obdělávané půdy patřící k zemědělské farmě Rogera a Davida Westa (West Brothers Ltd.) Srovnávání byla prováděna s použitím několika naváděcích technik včetně tradičního pěnového značkování a dvou druhů navádění založených na GPS. Pokus se zaměřil na zhodnocení faktorů, které mohou mít vliv na celkovou efektivitu dodržování aplikačního záběru a dávky. Tato zpráva sumarizuje tuto studii a její výsledky.
Farma West Brothers umožnila bezplatné použití svého postřikovače Air Tech Systems osazeného 24 m rameny vybaveného palubním počítačem RDS. První naváděcí systém spočíval ve využití pěnového značkovače, který byl instalován na postřikovači. Další dva systémy používaly pro navigaci GPS a světelnou lištu, z čehož jeden byl napojen na DGPS přijímač se submetrovou přesností a druhý na RTK (Real Time Kinematic) GPS přijímač s centimetrovou přesností. Se všemi těmito třemi způsoby navádění bylo použito RTK GPS přijímače s centimetrovou přesností při sledování skutečné trasy, po které se postřikovač pohyboval (tzn. tento záznam představoval „pravdivou“ hodnotu polohy, kudy přesně stroj jel během jednotlivých způsobů navádění). Počítač v kabině postřikovače byl připojen k RTK GPS přijímači k shromažďování dat v sekundovém intervalu pro klíčové hodnoty jako vzdálenost vozidla od správné polohy, rychlost a aktuální poloha vozidla. Postřikovač řídil David West, protože byl zvyklý na řízení vozidla jak podle pěnového značkování ( 10 let zkušeností), tak podle světelné lišty (více než 12 měsíční zkušenost). Podmínky během testu byly ideální pro pěnové značkování - slunečný den bez větru, rovný pozemek se slámou po bobu ležící na zemi, což činilo pěnové kupky dobře viditelnými.

Navádění podle pěnového značkování as. navádění podle GPS
Řízení podle pěnového značkovače vyžadovalo od řidiče, aby udržoval konec ramen s pěnovým značkovačem v takové pozici, aby pěna ze značkovače dopadala na pěnovou stopu vytvořenou při předchozí jízdě. Řízení podle GPS navigace spočívalo v označení dvou bodů - „A“ a „B“ - přibližně 500m vzdálených, kterými systém proložil přímku A-B. Podle šířky záběru naprogramované do navigačního systému GPS byly vedeny rovnoběžné jízdy s linií A-B. Pokud se postřikovač nacházel přesně ve správné pozici ( ve středu pracovního záběru), svítily na světelné liště 3 středové LED diody. Pokud se řidič odchýlil od správné pozice (nalevo nebo napravo od středu záběru), posunul se světelný proužek ze středových LED diod. Řidič musel řídit tak, aby se svítící LED diody přesunuly zpátky do středu.
Světelná lišta byla umístěna tak, aby ji řidič viděl ve svém periferním zorném poli. Přibližně deset pracovních záběrů bylo aplikováno každou ze tří navigačních metod. Centimetrová GPS navigace používala dvě různá nastavení světelné lišty, která se lišila citlivostí na odchylku od správné polohy. Nejprve byla použita citlivost 1 LED dioda na odchylku 16 cm, poté citlivost 1 dioda na 8 cm, aby se zjistilo, zda nastavení různé citlivosti světelné lišty ovlivňuje přesnost navádění a efektivitu jízdy vůbec.
Několik technik bylo použito k prozkoumání zaznamenaných dat. Překrytí a vynechání záběru bylo propočítáno pro každý pár sousedních pracovních záběrů a vyjádřeno jako procento aplikační plochy. Překrytí a vynechání záběru na celém poli bylo také vypočítáno sečtením všech ploch překryvů a vynechaných míst a vyjádřeno v procentech celkové aplikační plochy.
Kromě shromáždění dat o polohách stroje byly u všech tří navigačních technik zjišťovány také údaje o pojezdové rychlosti a okamžité odchylce od správné polohy.

Výsledky
Jak při pěnovém značkování, tak při použití centimetrové GPS navigace se ukázalo, že pojezdová rychlost byla při počátečních jízdách nižší. Během pozdějších jízd byla pojezdová rychlost všech tří způsobů navádění podobná , pohybovala se v rozmezí přibližně 10 - 14 km/hod. Zdá se, že je třeba několika jízd, než si řidič zvykne na pěnové značkování a centimetrovou GPS navigační techniku. To nebylo třeba při GPS navádění se submetrovou přesností, u které jel řidič relativně konstantní rychlostí v průběhu všech záběrů. Submetrová GPS navigace byla méně náchylná k pohybu LED diod ze středu světelné lišty, což řidiči umožňovalo udržovat vyšší průměrnou pojezdovou rychlost.
Řízení podle centimetrové GPS navigace bylo obtížnější, především během prvních jízd, kdy byla použita vyšší přesnost a nižší odchylka zobrazovaná LED.
Průměrná vzdálenost stroje od správné polohy byla zaznamenávána z jízd, které byly pre-generovány z původní linie A-B. Při pokusné aplikaci (9 pracovních záběrů plus původní A-B linie) byla s pěnovým značkovačem zaznamenána průměrná chyba polohy 1,61 m, zatímco se submetrovou GPS navigací činila průměrná chyba polohy při aplikaci 0,57m. Průměrná odchylka od správné polohy byla nejnižší u GPS navigační metody s centimetrovou přesností navádění - 0,23 m. Odchylka od správné polohy ve srovnání s předem vytvořenými záběry podle původní A-B linie se u pěnového značkování čím dál více zvětšovala v důsledku většího překrytí záběru. Je důležité poznamenat, že při vysokém stupni překrytí záběru, který byl pozorován u pěnového značkování, měla být skutečná příčná chyba pozice v příslušném záběru měřena proti pozici stroje v předchozím záběru. Když se provádí měření chyby pozice jízdy vůči pracovním záběrům vytvořeným z původní linie A-B, není takto spočítaná chyba za dobu, než se stroj dostane na záběry s vyšším pořadím, správným měřítkem chyby pro jednotlivé jízdy. Chyba pozice měřená při počátečních jízdách je jedna z možností, jak určit chybu při porovnání mezi různými způsoby navádění. Průměrná odchylka od správné pozice při první jízdě podle pěnového značkování byla srovnatelná s odchylkou při jízdě podle submetrové GPS navigace (0,46 m u pěnového značkování a 0,4 m u submetrového GPS). Průměrná vzdálenost od správné pozice u centimetrového GPS navigátoru byla během první jízdy nejnižší, a to 0,2 m.
Chyba u pěnového značkování dosáhla za dobu, než se postřikovač dostal k deváté jízdě, již 3,2 m od správné polohy devátého záběru odvozené od původní A-B linie. To znamená, že na rozsáhlém pozemku při použití velkého postřikovače s rameny 24 m s pěnovým značkováním, by musela být udělána kvůli překrývání záběru další jízda navíc po každé 67. jízdě (24 m násobeno 9 jízdami , děleno 3,2 m = 67 jízd), za předpokladu konstantního výkonu řidiče. Po mnoha hodinách aplikace s pěnovým značkováním se pravděpodobně výkon řidiče nezlepšuje. Navíc - tato zjištění byla dosažena při podmínkách téměř optimálních pro pěnové značkování a horších pro submetrové GPS navádění - důvody jsou popsány dále.
Když se dostaneme k procentu překrytí záběru mezi každým párem sousedních jízd při polní aplikaci, systém pěnového značkování zaznamenal vyšší stupeň překrytí než submetrové GPS navádění. Procento těchto chyb u pěnového značkování bylo také znatelně vyšší než u centimetrového GPS navigátoru. Průměrné procento překrytí záběru na pozemku (u každého páru sousedních pracovních záběrů) pro tyto tři navigační techniky je následující: Pěnové značkování vykázalo nejvyšší procento překrývajících se míst (2,04%), zatímco centimetrový GPS navigátor měl nejnižší procento překrytí (0,59%). Výsledky GPS navádění se submetrovou přesností byly mezi těmito dvěma technikami (1,00% překrytí). Na základě těchto zjištění můžeme vyvodit ekonomické zhodnocení. Na podniku s 1000 hektary orné půdy, kde se budou aplikovat agrochemikálie pětkrát ročně při průměrné ceně agrochemikálie 1000 Kč/ha, budou úspory při sníženém procentu překrytí záběru u submetrového GPS navádění 52 000 Kč. Při podobném srovnání mezi pěnovým a centimetrovým GPS naváděním ušetří uživatel centimetrového GPS navádění 72 500 Kč za rok. (V kalkulaci byly použity ekonomické podmínky České republiky, na rozdíl od původního článku - nový výpočet provedla firma Leading Farmers CZ, a.s.)
Překrývající se místa při jízdách jsou pouze jedním hodnotícím kritériem efektivity pracovních záběrů. S tejně důležitá a související s překryvy jsou i vynechaná či přeskočená místa. U všech systémů však rozdíly mezi vynechanými místy nebyly průkazné a nepřesáhly 2 %.
Vynechání aplikace na částech pozemku je mnohem obtížnější zhodnotit z ekonomického hlediska. Potenciální ztráty na výnosu v souvislosti s vynechanými místy při aplikaci závisí na druhu plodiny a kombinacích chemikálií. Některé chemikálie mohou zapříčinit závažná poškození na plodinách, pokud dojde k překrytí záběru ( např. herbicidy), zatímco jiné nemusí způsobit žádné zjevné škody (např. hnojiva). Řidiči strojů a zemědělští manažeři mohou benefitovat na možnostech flexibility ve způsobu hnojení a postřiku která vyhovuje různým situacím. Možností přizpůsobit šíři pracovního záběru u GPS navigačního systému (např. nastavit šíři záběru o něco menší než šíře ramen nebo šířka záběru rozmetadla) může řidič soustředit úsilí na snížení vynechávek a vyvarovat se „napruhování“ při současném akceptování o něco vyššího překrytí záběru. GPS navigační systém poskytuje možnost stále kontrolovat a řídit aplikaci tak, aby vyhovovala druhu chemikálie, která se právě aplikuje. Je mnohem obtížnější dosáhnout této konzistentnosti nastavení u pěnového značkování během celé aplikace.
Byla zjištěna vysoká variabilita v některých datech této studie (např. procenta překrytí a vynechání záběru u submetrové GPS navigace, vysoké procento překrytí u pěnového značkování. Některá vysvětlení pro tuto velkou variabilitu u submetrového GPS navádění jsou dána relativně nižší přesností satelitního DGPS signálu, která byla zaznamená na Novém Zélandě ve srovnání se Severní Amerikou a Austrálií. Toto kontrastuje s velmi malým rozptylem dat naměřených centimetrovým GPS systémem, kde RTK GPS přijímač získával korekce z polní základní stanice. Relativně vysoká variabilita překrytí záběru u pěnového značkovače je dána do souvislosti s pozemními pozorováními, že pruh pěnových kupek, dopadající na kupky pěny z předcházející jízdy byl 1-2 m široký. To vše za podmínek, které byly optimální pro pěnové značkování. Například den byl slunečný, bylo bezvětří, pozemek byl plochý bez nerovností, které by zvětšovaly výkyvy ramen a posunutí pěnových kupek, mimoto na pozemku ležela pouze slabá vrstva slámy po sklizni bobu, což umožňovalo snadnou viditelnost pěny.

Závěr
Bratři Westovi provedli řadu pozorování založených na používání submetrového GPS navigačního systému (systém rovnoběžných jízd od firmy Trimble AgGPS132 PSO) po deseti letech zkušeností s pěnovými značkovači. „Poznali jsme, jak pěnové značkovače zdůrazňují jakékoli chyby během aplikace, které jsou potom násobeny na celém pozemku. Líbí se nám, jak nás navádění světelnou GPS lištou vrací zpět na správnou linii každého pracovního záběru“, říká David West. Westovi věří, že opatrnost je lidem vrozená, proto je nepřekvapuje, že při používání pěnového značkování dochází častěji k překrytí záběru,než k jeho vynechání. Jsou zde ale i jiné důvody, proč se Westovi rozhodli preferovat navádění podle GPS světelné lišty. „Už nepotřebujeme přidávat barvy do nádrží pěnového značkovače ke zlepšení viditelnosti na všech možných plodinách, jež pěstujeme. Také se nám líbí, že jsme schopni dokončit práci i večer po západu slunce nebo začít brzo ráno. Pěnové kupky často zapadají mezi rostliny a u mnoha vyšších plodin je obtížné je vidět. U některých našich speciálních druhů plodin pěstovaných pro osivářské účely jsme se museli vyhnout postřiku chemikáliemi v období, kdy létá užitečný hmyz, jako např. včely - ale teď můžeme stříkat v noci!
Je mnoho důvodů, proč navádění podle GPS může překonat tradiční zemědělské metody navádění, jako je pěnový značkovač. Zde jsou uvedeny některé z těchto výhod :
Aplikace může být prováděna i za mlhy či v noci
Navádění podle GPS se dá snadno naučit a snadno se používá
S GPS naváděním je únava řidiče podstatně nižší
GPS navigace je ideální pro kotoučová rozmetadla, která v současnosti většinou žádný způsob navádění nepoužívají
Snižují se ztrátové časy při přípravě k postřiku
Žádné další provozní náklady na pěnu nebo přídavné chemikálie, žádné dodatečné skladování chemikálií a manipulace s nimi.