GPS et autoguidageCaroline Desbourdes   Janvier 2013
GPS    Agriculture de précision :                         Précision dans l’agriculture    modulation intra parcellaire    ...
Guidage assisté par GPSL’objectif d’un guidage ou d’un autoguidage est d’optimiser les passages dutraceur dans la parcelle...
Guidage assisté par GPS– Les différents types de correction     • Fonctionnement et précision     • Les corrections différ...
Le GPSsatellites             •   Système basé sur les signaux émis par 24                 satellites pour donner la positi...
Les sources d’erreur•    Elles sont dues :      – à la traversée de la ionosphère (50 à 1000          km), troposphère (7 ...
Le Système GPS•   Utilisation civil depuis 1994•   Précision de 10 à 15 m•   Dépend de l’organisation des satellites et de...
Le dGPS (Differentiel)satellites                                             Satellite de                                 ...
La précision des dGPS  Les corrections différentielles du marché Français  –          Egnos ;  –          John Deere (SF1 ...
Conclusions             Précision à l’antenne des différents signaux disponibles                             GPS naturel  ...
Le Système GPS       GPS naturel : précision de 1 à plusieurs mètres     Utilisation d’une correction pour améliorer la pr...
Le RTK transmission radio (UHF)satellites                                    transmission                                 ...
Le RTK radioAvantages–    Précision acquise dès la mise sous tension. Pas de « temps de chauffe ».–    Permet de revenir a...
Le maillage de bases RTK   Il s’agit de maillage mis en place :  • par des concessionnaires  • par des agriculteurs  • par...
Le maillage de bases  Le principe de fonctionnement est identique à une base propriétaireAvantages–    Permet à un agricul...
Le RTK                  Transmission          Transmission                      radio             téléphone mobile        ...
Le NetRTK réseau   Si on regarde ce qui ce fait du côté des géomètres…Trois réseaux présents en France avec une offre« agr...
Le RTK par téléphonie mobile    Principe                         GPRSServeurinformatique
Le RTK par téléphonie mobileAvantages–    La correction est calculée sur un ensemble de base : pas de limite de portée rad...
Le RTK par téléphonie mobile
Le RTK par téléphonie mobilePrécision mesurée sur les trois réseaux : Orphéon, sat-info et TeriaTrimble FMXCarte SIM orang...
Le RTK par téléphonie mobileLa disponibilité : Orphéon, sat-info et Teria    105    100     95     90     85     80     75...
Le RTK par téléphonie mobileOrigine des coupures     16     14     12     10     8                                        ...
Le RTK                           Transmission                 Transmission                               radio            ...
La précision du signal                   Précision à l’antenne des différents signaux disponibles                         ...
Guidage assisté par GPS– Les différents types de correction     • Fonctionnement et précision     • Les corrections différ...
Aide au guidage•   L’appareil donne la consigne au chauffeur. Il actionne le volant pour corriger sa    trajectoire.•   In...
Le système de guidageL’autoguidage •   Directement sur l’hydraulique du tracteur ou de la moissonneuse •   Installé sur le...
Le type d’asservissement        6        5        4        3                                     RTK    m    c    )    (  ...
RésultatsRésultats / Précision entre 2 passages           Résultats / Répétabilité entre deux                             ...
Biner avec un autoguidage- Producteur de maïs semences équipé avecun hydraulique RTK-Enregistrement des passages du tracte...
Biner avec un autoguidageSimulations de binage                                               Femelle : 80 cm              ...
Biner avec un autoguidagePrécision relative : précision entre   Précision absolue : capacité à2 passages de tracteur lors ...
Biner avec un autoguidageSimulations de binage-Utilise les passages réels du tracteur pourlocaliser les rangs de maïs (fem...
Biner avec un autoguidage Simulations de binage                                               Dent en limite des plantes ...
Biner avec un autoguidageSimulation 1: 5 cm entre la dent et le rang de maïsSimulation 2: 3 cm entre la dent et le rang de...
Conclusions binage        Moteur électrique     Hydraulique                                            Le dGPS est moins p...
La précision du signal                   Précision à l’antenne des différents signaux disponibles                         ...
Guidage assisté par GPS– Les différents types de correction     • Fonctionnement et précision     • Les corrections différ...
Validation au champQuelle est l’erreur (manque et recouvrement) dans une parcelle lorsquel’on utilise :• aucun guidage (ja...
RésultatsLes données disponibles-Epandage et pulvé (de 12 à 42 m)-Semis (maïs, maïs semences, blé et colza)-Récolte (barre...
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  • La précision de la position du tracteur dans la parcelle provient du calcule de la distance entre le satellite et le tracteur, donc tout ce qui va interférer ou gêner dans la transmission de l’onde va introduire un biais: La traversée des différentes couches localisées entre le satellite et le tracteur La position des satellites et leur organisation : on aura une meilleure précision si les satellites sont bien répartis sur l’horizon. Un satellite en limite (on le capte / on le perd) créé une instabilité qui fait que le signal passe d’une précision de 30 cm à 3 m. Les multi-trajets (dessin en dessous) : à côté d’un bâtiment ou d’un bois, l’onde va directement au tracteur mais elle est également réfléchie sur le bâtiment. Dans ce cas, le calcul de distance entre le satellite et le tracteur n’est plus correct, ce qui créé une incertitude sur le calcul de la position du tracteur. De plus, a proximité d’un bâtiment, certains satellites sont masqués, ce qui détériore d’autant la précision de la localisation du tracteur. La précision des horloges : très précises dans le satellite mais moins dans les récepteurs GPS (et selon son prix).
  • Il s’agit de même côte à côte des bases pour couvrir une zone plus importante. L’agriuclteur qui a un parcellaire morcelé peut avoir une correction RTK sur l’ensemble de sa surface alors que s’il avait acheté une base, il aurait dû la déplacer. S’il est dans la zone bleu, il se connecte sur la base bleu. Quand il change de secteur, il doit se connecter sur un autre base. C’est le même principe que le RTK « classique » car le tracteur reçoit l’information d’une SEULE base à la fois. LA portée de la radio ets optimale à 10 km mais on peut capter le signal jusqu’à 15 km selon la topographie. Si deux bases émettent sur la même fréquence alors le tracteur est perdu. Chaque base doit émettre sur une fréquence différente: il faut demander l’attribution de fréquence à l’ARCEP. Environ 700 euros pour un particulier qui achète sa base RTK (10 000 à 15000 euros). Cette redevance dépend de la hauteur de l’antenne et de la portée de la radio. Le GIE coop et tech est un réseau Trimble.
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    1. 1. GPS et autoguidageCaroline Desbourdes Janvier 2013
    2. 2. GPS Agriculture de précision : Précision dans l’agriculture modulation intra parcellaire (1997 : capteurs de rendement) sol plante Au cœur de la Image satellite (2003) Avec les fourrières parcelle ou capteur embarquéDensité de semis N tardif blé / N colza Guidage et Coupure deN2 blé Régulateur croissance autoguidage tronçons (2008) (2003)
    3. 3. Guidage assisté par GPSL’objectif d’un guidage ou d’un autoguidage est d’optimiser les passages dutraceur dans la parcelle an limitant les manques ou les recouvrements entre lesdifférents passages- Le chauffeur peut se concentrer sur le travail de l’outil- La qualité du travail est identique quelles que soient les conditions climatiques (brouillard, poussière, parcelles vallonnées,…)- Réduction des intrants utilisés- Réduction de la fatigueSa précision dépend :-De la précision du signal : dGPS ou RTK-Du type d’asservissement (hydraulique/ moteur électrique)
    4. 4. Guidage assisté par GPS– Les différents types de correction • Fonctionnement et précision • Les corrections différentielles • Le RTK et les réseaux temps réel– Les asservissements • Aide au guidage / Autoguidage • Résultats d’essais – Principe – Précision moteur électrique / hydraulique – Biner avec du RTK– La Rentabilité– Les coupures de tronçons sur pulvérisateurs
    5. 5. Le GPSsatellites • Système basé sur les signaux émis par 24 satellites pour donner la position d’un point à tout endroit de la terre, à tout moment • Conçu par le Département Américain de la Défense pour donner la position et la vitesse, en 1978 et opérationnel depuis 1993 pour le civil • En théorie, 6 satellites de visibles simultanément
    6. 6. Les sources d’erreur• Elles sont dues : – à la traversée de la ionosphère (50 à 1000 km), troposphère (7 à 14 km), – à la position des satellites sur l’horizon (éphémérides) : le PDOP (dilution géométrique de la position) – aux multi-trajets – à la précision des horloges, – à la qualité des récepteurs GPS. S4 S S 5 S 3 6S S2 7S S1 8S S S4S5 S6 9 3 S6 S3 S7 S SS1 S9 2 S1 8S 9
    7. 7. Le Système GPS• Utilisation civil depuis 1994• Précision de 10 à 15 m• Dépend de l’organisation des satellites et de leur nombre• Dépend de la présence d’un masque• Pour augmenter la précision Utiliser une correction Via un satellite géo Via une ou des bases stationnaire : dGPS : RTK
    8. 8. Le dGPS (Differentiel)satellites Satellite de communication transmission des corrections stations de référence terrestres émetteur Réseau de station de référence
    9. 9. La précision des dGPS Les corrections différentielles du marché Français – Egnos ; – John Deere (SF1 et SF2) ; – OmniSTAR (VBS, HP, XP et G2). 0.9 0.8 GPS Erreur moyenne (m) 0.7 0.6 0.5 0.4 egnos 0.3 SF1 Précision acquise dès la 0.2 VBS mise sous tension 0.1 HP Précision acquise après un SF2 temps de « chauffe » 0 5 10 15 20 25 Temps entre deux passages successifs (mn)• L’erreur augmente avec le temps• L’utilisation d’une correction augmente laprécision de moitié
    10. 10. Conclusions Précision à l’antenne des différents signaux disponibles GPS naturel Avantages Inconvénients dGPS Corrections gratuites Précision20 - 50 cm Egnos Précision instantanée John Deere SFI OmniSTAR VBS Précision de 3 cm Abonnement 3 - 10 cm John Deere SFII Temps de chauffe : 15 mn Pas de retour au même OmniSTAR HP endroit : dérive Précision
    11. 11. Le Système GPS GPS naturel : précision de 1 à plusieurs mètres Utilisation d’une correction pour améliorer la précisionTransit par un satellite Le RTKgéostationnaire : le dGPS Transmission Transmission radio téléphone mobile Base Maillage propriétaire bases
    12. 12. Le RTK transmission radio (UHF)satellites transmission des corrections via une radio (UHF) La base RTK calcule la correction (différentiel entre la position connue de la base et la position calculée en temps réel par les satellites) et la transmet au tracteur via une radio UHF
    13. 13. Le RTK radioAvantages– Précision acquise dès la mise sous tension. Pas de « temps de chauffe ».– Permet de revenir au même endroit sous condition que la base soit remise au même endroit.– Pas de limite au nombre d’utilisateur sous la base sous condition que ce soit le même constructeurInconvénients– Le coût : entre 10000 et 15000 euros– Limite de la portée de la correction autour de la base (10 km pour une émission sur point haut)– L’autoguidage doit être de la même marque de la base RTK (limite du partage avec les voisins)– Attribution de la fréquence par l’ARCEP (650 euros/an)– Vue directe entre la base et le tracteur
    14. 14. Le maillage de bases RTK Il s’agit de maillage mis en place : • par des concessionnaires • par des agriculteurs • par des coopératives : GIE « coop & tech » par exemplePrincipe•Juxtaposition de bases « individuelles » :le tracteur se connecte à UNE base. Lorsqu’ilchange de zone, il change de base.•transmission radio•L’utilisateur a accès à la correction contre une redevance : engénéral un droit d’entrée et un abonnement annuel.•La base et le matériel dans le tracteur sont de la même marque
    15. 15. Le maillage de bases Le principe de fonctionnement est identique à une base propriétaireAvantages– Permet à un agriculteur avec un parcellaire morcelé d’avoir une correction RTK sous l’ensemble du maillage– Pas d’achat de la base RTK– Idem RTK mono base : pas de temps de chauffe, répétabilitéInconvénients– Non compatibilité entre les matériels : l’autoguidage doit être de la même marque que les bases RTK du réseau.– Portée de la radio : 10 km– Vue directe entre la base RTK et le tracteur
    16. 16. Le RTK Transmission Transmission radio téléphone mobile Base Maillage propriétaire bases• même principe de fonctionnement • la correction vient d’une base • vue directe entre la base et le tracteur • même marque entre la base et l’autoguidage • précision de ±2 cm à l’antenne • précision instantannée• Différence • investissement d’une base • droit d’entrée + abonnement
    17. 17. Le NetRTK réseau Si on regarde ce qui ce fait du côté des géomètres…Trois réseaux présents en France avec une offre« agricole » – ORPHEON • Géré par la société GEODATA DIFFUSION • Couverture de l’ensemble de la France – S@T-INFO • Couverture du nord de la France et Chalon sur Soane • Une partie du capital appartient à Claas Couverture orphéon 2010 : – TERIA Vert : installée • Couverture nationale Orange : installation en cours Rouge : installation d’ici fin d’année Jaune : emplacement à définir
    18. 18. Le RTK par téléphonie mobile Principe GPRSServeurinformatique
    19. 19. Le RTK par téléphonie mobileAvantages– La correction est calculée sur un ensemble de base : pas de limite de portée radio– Transmission au format RTCM ou CMR– Compatibilité avec l’ensemble des constructeurs de guidage– Idem RTK transmission radio : pas de temps de chauffe, répétabilitéInconvénients– Couverture des opérateurs téléphoniques : problème spatiale– Précision si retard >40s (beaucoup de monde au téléphone): problème temporel
    20. 20. Le RTK par téléphonie mobile
    21. 21. Le RTK par téléphonie mobilePrécision mesurée sur les trois réseaux : Orphéon, sat-info et TeriaTrimble FMXCarte SIM orangeModem DCM 300 0.45uniquement sur les satellites GPS 0.4 0.35 0.3 0.25 orphéon 0.2 Sat-info m 0.15 teria o n P é _ c s r i 0.1 egnos 0.05 0 0 10 20 30 40 50 60 Temps_ mn Pas de dérive au cours du temps Précision de ± 2 - ± 2,5 cm Précision équivalente sur les trois réseaux
    22. 22. Le RTK par téléphonie mobileLa disponibilité : Orphéon, sat-info et Teria 105 100 95 90 85 80 75 70m 65%Dobnpeéstli 60 Orphéon Sat-info Teria Orphéon Sat-Info Teria Format RTCM Format CMR+ Meilleure disponibilité en RTCM pour 2 réseaux
    23. 23. Le RTK par téléphonie mobileOrigine des coupures 16 14 12 10 8 Inconnue 6 Satellite m % p u d e s t Téléphone 4 2 0 Orphéon Sat-info Teria Orphéon Sat-Info Teria Format RTCM Format CMR+ RTCM : 100% des coupures viennent du téléphone  CMR+ : pour 2 réseaux, le principe problème vient d’un nombre de satellite commun insuffisant
    24. 24. Le RTK Transmission Transmission radio téléphone mobile Base Maillage propriétaire bases• même principe de fonctionnement • principe de fonctionnement • la correction vient d’1 base RTK • la correction vient de plusieurs base RTK • vue directe entre la base et le tracteur • compatible tous autoguidages • même marque entre la base et • précision de ±2 cm à l’antenne l’autoguidage • précision instantannée • précision de ±2 cm à l’antenne • réseau téléphonique (zone blanche) • précision instantannée • stabilité dans la réception → Abonnement direct (Teria/ Sat-info) →Offre Precisio (Coop / Orphéon)
    25. 25. La précision du signal Précision à l’antenne des différents signaux disponibles GPS naturel 1mEpandage / pulvéTravail du sol dGPS RTK 2 - 5 cm 20 - 50 cm Egnos John Deere SFI Transmission Transmission OmniSTAR VBS GPRS radio 3 - 10 cm John Deere SFII Semis avec retour au même endroit OmniSTAR HP/G2 Semis Précision Sans retour au même endroit
    26. 26. Guidage assisté par GPS– Les différents types de correction • Fonctionnement et précision • Les corrections différentielles • Le RTK et les réseaux temps réel– Les asservissements • Aide au guidage / Autoguidage • Résultats d’essais – Principe – Précision moteur électrique / hydraulique – Biner avec du RTK– La Rentabilité– Les coupures de tronçons sur pulvérisateurs
    27. 27. Aide au guidage• L’appareil donne la consigne au chauffeur. Il actionne le volant pour corriger sa trajectoire.• Installation en quelques minutes sur n’importe quel véhicule, équipé d’une alimentation 12 V (prise allume-cigare).• Différentes possibilités – Pocket PC – Barre diode (intérieur et/ou extérieure) – Écran (avec ou sans barre à diode) 800 € 4000 €
    28. 28. Le système de guidageL’autoguidage • Directement sur l’hydraulique du tracteur ou de la moissonneuse • Installé sur le volant ou remplacement du volant Les moteurs électriques Hydraulique
    29. 29. Le type d’asservissement 6 5 4 3 RTK m c ) ( dGPS 2 1oudpnP2eéagcsrti 0 hydraulique moteur électriqueL’hydraulique valorise mieux la précisionet est plus stable
    30. 30. RésultatsRésultats / Précision entre 2 passages Résultats / Répétabilité entre deux interventions 2 cm 2 cm
    31. 31. Biner avec un autoguidage- Producteur de maïs semences équipé avecun hydraulique RTK-Enregistrement des passages du tracteurpour les semis et pour le binageObjectifs :- Définir la précision lors d’une intervention =distance entre deux passages de tracteurconsécutifs / précision relative-Définir la précision entre deux interventions =distance entre le passage 1 du semis et lepassage 1 du binage / précision absolue
    32. 32. Biner avec un autoguidageSimulations de binage Femelle : 80 cm Mâle_femelle : 50 cm Mâle_mâle : 40 cm
    33. 33. Biner avec un autoguidagePrécision relative : précision entre Précision absolue : capacité à2 passages de tracteur lors de la revenir au même endroitmême intervention 2.5 2.5 Les semis, 456 ha Le binage, 97 ha 2 2 1.5 1.5 1 1 m o u b n P e é a c s r ) ( l i 0.5 0.5 m o p u d n P e é a g x c s r t ) ( i 0 0 semis binage semis binage
    34. 34. Biner avec un autoguidageSimulations de binage-Utilise les passages réels du tracteur pourlocaliser les rangs de maïs (femelle et mâle)-Utilise le passage réel du tracteur avec labineuse mais modifie la position des dentssur la bineuse pour se rapprocher plus oumoins du rang de maïs-Epaisseur du rang de maïs : 1 cm
    35. 35. Biner avec un autoguidage Simulations de binage Dent en limite des plantes Plante
    36. 36. Biner avec un autoguidageSimulation 1: 5 cm entre la dent et le rang de maïsSimulation 2: 3 cm entre la dent et le rang de maïs 3 5 cm 2.5 2 1.5 5 cm 1 3 cm 0.5 % o u n d e g r l 0 P P P P P P P P P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P P 0 1 1A 5 cm, 0.4 % des longueurs sont abîméesA 3 cm, 1.4% des longueurs sont abîmées
    37. 37. Conclusions binage Moteur électrique Hydraulique Le dGPS est moins précis. Il ne permet ±3.5 cm ± 3cm pas de revenir au même endroit sansdGPS recalage manuel. Impossibilité de semer des mâles ouRTK ± 4cm ± 2cm de biner. Un hydraulique est 2 fois plus précis Possible de biner les femelles et les mâles qu’un moteur électrique. en même temps : - 5 cm entre la dent et le pied maïs : 0,4% des longueurs abimées - 3 cm entre la dent et le pied maïs : 1,4% des longueurs abimées
    38. 38. La précision du signal Précision à l’antenne des différents signaux disponibles Barre de GPS naturel 1 m guidageEpandage / pulvéTravail du sol dGPS RTK 2 - 5 cm Barre de 20 - 50 cm Egnos guidage John Deere SFI Transmission Transmission OmniSTAR VBS GPRS radio 3 - 10 cm John Deere SFII Semis avec retour au même endroit OmniSTAR HP/G2 Semis Sans retour au même endroit
    39. 39. Guidage assisté par GPS– Les différents types de correction • Fonctionnement et précision • Les corrections différentielles • Le RTK et les réseaux temps réel– Les asservissements • Aide au guidage / Autoguidage • Résultats d’essais – Principe – Précision moteur électrique / hydraulique – Biner avec du RTK– La Rentabilité– Les coupures de tronçons sur pulvérisateurs
    40. 40. Validation au champQuelle est l’erreur (manque et recouvrement) dans une parcelle lorsquel’on utilise :• aucun guidage (jalonnage traditionnel);• autoguidage (dGPS ou RTK).
    41. 41. RésultatsLes données disponibles-Epandage et pulvé (de 12 à 42 m)-Semis (maïs, maïs semences, blé et colza)-Récolte (barre de coupe > 7 m)-Travail du sol-Binage autoguidage manuel Total épandage 4093 500 4593 récolte 1051 480 1531 semis 3890 204 4994 travail_sol 1532 440 1972 Total 10566 1624 12190

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