Проблема: мониторинг, который подводит
Современное сельское хозяйство уже невозможно представить без систем мониторинга техники. Контроль перемещения, точность обработки полей, учет рабочего времени – всё это опирается на данные от ГНСС-приемников. Однако на практике агрофирмы всё чаще сталкиваются с серьезной проблемой: в ряде регионов сигнал спутниковой навигации становится нестабильным, а иногда и вовсе отсутствует.
Причины – глушение и спуфинг. Последние годы отмечается рост числа инцидентов, когда оборудование не может определить координаты из-за внешнего вмешательства в радиочастотный диапазон. В условиях такой «радиотени» обычные ГНСС-приемники становятся бесполезны, что приводит к остановке работ, неучтенным пробегам, сбоям в логистике и, как следствие, убыткам.
Испытания в реальных условиях: как работает инерциальная система
Мы решили проверить: сможет ли инерциальная навигационная система (ИНС) справиться там, где ГНСС бессилен? Для этого была выбрана одна из наших разработок – ГКВ-3, высокоточная ИНС, построенная на МЭМС-датчиках. Цель – не просто протестировать её в идеальных условиях, а провести испытания в зоне, где регулярно фиксируются случаи глушения и спуфинга.
Эксперимент проводился на агротехнике, работающей в одном из южных регионов России, известных «шумной» радиочастотой. Партнерами испытаний стали агрофирма «Дубрава» и региональный интегратор решений мониторинга ООО «ТВКом».
Трактор John Deere, на котором проводились испытания
Перед началом испытаний мы провели точную калибровку всей системы в зоне уверенного приёма ГНСС. Были вычислены и заданы:
- расстояние от инерциального блока до антенны ГНСС;
- расстояние до центра задней оси трактора – ключевая точка для расчета кинематики.
Эти параметры важны для правильной работы навигационного фильтра и влияют на точность и время автономной работы всей системы, но их замеры затруднены размерами техники, поэтому подбор производится в постобработке
После этого мы начали движение по маршруту в нормальных условиях с работающим ГНСС. Через несколько минут техника въехала в зону активного глушения сигнала. И продемонстрировала свои преимущества перед штатной системой мониторинга: алгоритм бесшовно обработал деградацию и последующую потерю ГНСС-сигнала, перейдя в автономный режим без скачков и «провалов» по координатам.
Результаты:
- Переход к автономной работе прошел плавно, без скачков в траектории;
Траектории ГНСС (синяя) и ГКВ-3 с отключением ГНСС сигнала в постобработке (красная)
Из рисунка 2 видно, что траектории ГНСС без помех и полностью автономного алгоритма расходятся, но остаются в пределах обрабатываемого полигона.
- Время автономной навигации – более 3 часов, за которое ошибка координат составила 500 м. График накопления ошибки в плане продемонстрирован на рисунке 3;
График накопления ошибки координат ГКВ-3
- Система продолжала выдавать координаты даже при полном отсутствии спутникового сигнала.
Траектории полученные от ГНСС (красная) и ГКВ-3 (зеленая) при работе в зоне глушения
На рисунке 4 видно, что траектории совпадают только в самом начале, в зоне уверенного приема, а затем траектория ГНСС начинает непредсказуемо улетать за пределы обрабатываемого поля, а затем и вовсе пропадает.
Этот эксперимент подтвердил: при грамотной предварительной калибровке и правильной интеграции с машиной ИНС может выступать резервным, а при необходимости – и основным источником навигационной информации, когда ГНСС-сигнал оказывается недоступным.
Повышение точности: два подхода
Эксперимент также показал, что реальная скорость и скорость, вычисленная алгоритмом, сильно расходятся, что приводит к ухудшению точности полученного решения. Для решения этого можно применить два подхода:
- Изменить порядок движения техники. Так как техника движется монотонно и без остановок, корректор покоя, который позволяет списать ошибки угловой и линейной скоростей при остановке транспорта, практически не включается. Поэтому можно совершать остановки у краев поля, корректируя систему по покою.
- Подключиться к CAN-шине трактора и забирать скорость с одометра. Это самое оптимальное решение, сильно повышающее точность автономной работы системы.
Проиллюстрировать автономную работу при наличии скорости с CAN-интерфейса можно следующим рисунками:
Траектория ГНСС (синяя) и ГКВ-3 при наличии корректора скорости (желтая) и без коррекции (красная)
Сравнение графиков накопления ошибки координат ГКВ-3 при использовании корректора скорости (желтый) и без него (синий)
На рисунке 6 видно, что ошибка координат копится не так быстро и позволяет получать координаты с приемлемой точностью гораздо дольше. Максимальная ошибка при использовании данных о скорости составила около 200 м. При обработке небольших полей это позволит данным не вылетать за границы обрабатываемого полигона даже при длительной обработке. Для больших полей это тоже актуально, тк техника сможет дольше находиться в зоне глушения с приемлемой точностью.
Решение: от ГКВ-3 к ГКВ-АГРО
ГКВ-3 – система избыточная для повседневных задач мониторинга техники. Она создавалась для авиации, дронов и специального транспорта, где требования к точности и устойчивости на порядок выше.
Поэтому мы пошли дальше – разработали специализированное решение для агропрома: ГКВ-АГРО.
Это компактная инерциальная навигационная система, объединяющая в себе:
- ГНСС-приемник для работы в стандартных условиях;
- МЭМС-гироскопы и акселерометры промышленного класса;
- Фильтр Калмана и кинематическую модель, адаптированную под сельхозтехнику;
- Автономный режим с сохранением точности при временном отсутствии сигнала и спуфинге.
Мы использовали проверенные навигационные алгоритмы из наших флагманских систем, но упростили «начинку» устройства. Благодаря этому прибор стал значительно дешевле, при этом сохранив нужную точность. Это позволяет владельцам техники не терять транспорт из виду даже при глушении GPS – и при этом затраты на устройство в разы ниже, чем потери от простоя или неправильного подсчета пробега техники.
⚙️Важно: ГКВ-АГРО требует первичной настройки под конкретную машину. При установке необходимо провести короткую калибровку, чтобы мы определили кинематику конкретного трактора, опрыскивателя или комбайна. Это одноразовая процедура, после которой устройство работает автономно и стабильно.
Итоги первичных испытаний:
Интеграция ГКВ-АГРО в мониторинговые комплексы может решить проблему «слепых зон». Даже в условиях глушения сигнала или спуфинга система продолжает рассчитывать координаты с высокой точностью, что позволяет:
- избегать простоев и ошибок учета;
- повышать эффективность использования техники;
- минимизировать убытки, вызванные внешними помехами;
- Корректно отслеживать пробег техники
Полевые испытания: ГКВ-АГРО в действии
Чтобы продемонстрировать эффективность ГКВ-АГРО в реальных условиях и в деталях понять потребность пользователей, мы запланировали серию пилотных установок на агротехнику партнерских хозяйств. Цель – показать, как работает система в живом цикле эксплуатации: от подключения к терминалу мониторинга до автономной навигации в зонах нестабильного сигнала.
Особенность этих испытаний – максимально простой для пользователя сценарий внедрения. Устройство будет работать в течение нескольких недель, и вся настройка будет осуществляться удалённо, через интернет.
Как это организовано:
- Установка макета ГКВ-АГРО на технику с подключением к существующему терминалу мониторинга;
- Удалённый доступ к устройству – наша команда сможет производить первичную настройку, обновления и калибровку без участия пользователя;
- Автоматическая интеграция в мониторинговый сервис – данные от ГКВ-АГРО будут отображаться в привычном для агрономов интерфейсе, как если бы это была обычная система мониторинга;
- Наблюдение в реальном времени – пользователь сможет вживую наблюдать за работой ГКВ-АГРО, оценить качество координат при пропаже сигнала и убедиться в устойчивости системы.
Этот подход позволяет свести к минимуму любые барьеры на этапе внедрения – от технических сложностей до обучения персонала. В итоге заказчик получает прозрачное понимание, как работает ГКВ-АГРО и какую выгоду даёт переход к резервной навигации.
Хотите протестировать ГКВ-АГРО на своей технике?
Мы ищем партнёров для полевых испытаний! Участие – бесплатное, все работы по подключению и настройке мы берём на себя. Это отличная возможность первыми получить доступ к технологии резервной навигации в условиях РЭБ и нестабильного сигнала.
Помочь с выбором продукции?
Отправьте заявку на консультацию