Convenzione di Ricerca del 2 aprile 2014 tra l’Università degli Studi di Perugia -Dipartimento di Ingegneria- e la Geotop S.r.l. di Ancona
UTILIZZO DI RETI DI POSIZIONAMENTO GNSS PER APPLICAZIONI DI NAVIGAZIONE SATELLITARE DI PRECISIONE E INTEGRAZIONE DI DATI PUNTUALI, CARTOGRAFICI
E DI ALTRA NATURA IN SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI NEL SETTORE DELL’AGRICOLTURA
Relazione sullo stato delle attività – luglio 2014
1. Introduzione
Le attività previste dalla convenzione in oggetto hanno l'obiettivo di coadiuvare, fornire supporto ed adempiere agli accordi per la realizzazione dei protocolli sperimentali nell'ambito del progetto ricadente nel P.S.R. Umbria 2007/2013 e denominato "Miglioramento delle performance ambientali e di sicurezza degli operatori nei processi produttivi attraverso la realizzazione di una rete RTK comprensoriale e l’utilizzo degli strumenti della Precision Farming"
Il progetto vede coinvolti diversi enti come Confagricoltura, Geotop/Topcon, Università degli Studi di Perugia, oltre a sei aziende agricole umbre: Fondazione per l'Istruzione Agraria, Azienda agricola Blasi, Società Agricola Arnaldo Caprai, Azienda Agricola Alviero Giovagnoli, Azienda Agricola Sodalizio di San Martino, Mastri Birrai Umbri e al partner tecnologico Bibus Italia srl.
Per le diverse aziende coinvolte sono state individuate aree sperimentali su cui effettuare i test previsti dalla convenzione.
Nella seguente tabella 1 sono riportate le superfici oggetto di studio delle diverse aziende coinvolte nella sperimentazione:
Tab.1: Superfici sperimentali per le varie aziende
Il progetto è organizzato in diverse fasi con adempimenti e compiti ripartiti tra i vari enti coinvolti;
tutte le operazioni verranno svolte entro un arco temporale di due anni.
Il Dipartimento di Ingegneria - DI (e all’interno di questo il Laboratorio di Topografia e Fotogrammetria) contribuisce e fornisce assistenza in diverse fasi del progetto. Nello specifico nella prima fase implementa una buona parte dei sistemi GIS procedendo al reperimento e all'immissione di tutti i dati necessari alle successive elaborazioni, mentre nella fase successiva effettua attività di validazione del sistema attraverso una serie di test indipendenti sui sistemi di precision farming, eseguiti con strumentazione propria in parallelo alle acquisizioni effettuate dalle aziende durante le lavorazioni.
2. Fasi di attività previste dal protocollo sperimentale e relativo stato di attuazione
Si riporta di seguito la struttura del progetto e l'organizzazione dei diversi step successivi che compongono il protocollo sperimentale concordato tra i soggetti della convenzione, con indicazioni sintetiche sul relativo stato di attuazione, rimandando ai capitoli successivi per maggiori dettagli sui risultati sinora conseguiti.
cui sono state raccolte su più livelli le informazioni cartografiche (regionale e catastale) e agronomiche (ove disponibili) in un unico e ben individuato sistema di riferimento. Fondamentale in questa parte è la trasformazione in un unico Datum e Sistema di coordinate di cartografie e informazioni che, data la loro diversa genesi, sono espresse in sistemi differenti (Gauss-Boaga, Cassini-Soldner, WGS84, ETRF89, ETRF2000).
Per la realizzazione del GIS è stato scelto il Sistema di Riferimento WGS84-ETRF2000, che in base alla legislazione vigente (DPCM 10/11/2011) rappresenta il Sistema di Riferimento Ufficiale Italiano. In questo modo i dati provenienti da rilievi satellitari GNSS in campo eseguiti con il supporto della rete GPSUMBRIA (della Regione Umbria e Università degli Studi di Perugia) o di altre reti (ad es. AGnet di Topcon) sono integrabili in maniera diretta con il GIS realizzato. Si ottengono così mappe multilivello che sovrappongono tematismi grafici relativi a tutte le informazioni tecniche che insistono nei comprensori individuati.
La fase A è stata completata ed ha interessato tutte le aziende partecipanti al progetto. Informazioni più dettagliate vengono esposte nel capitolo 3 della relazione.
Fase B) Creazione schede colturali con parametri ambientali e agronomici.
In questa seconda fase si provvederà alla creazione di dettagliate schede colturali, specifiche per ogni azienda, che terranno conto dei diversi parametri:
1. tipologia colturale;
2. cronoprogramma delle lavorazioni colturali;
3. descrizione e individuazione dosaggi trattamenti fertilizzanti e fitofarmaci;
4. individuazione aree a vincolo agro ambientale, ZVN, SIC, ZPS;
La fase B interesserà tutte le aziende e verranno prodotte delle schede colturali relative alle aree oggetto di studio che porteranno ad una più facile gestione delle procedure inerenti le lavorazioni colturali.
Si procederà alla creazione di un elenco di prodotti (fitofarmaci e fertilizzanti) per allestire il magazzino virtuale da importare nel software SGISPRO.
Output, tempistiche e competenze:
elenco fitofarmaci e concimi da usare;
calendario operazioni agronomiche dettagliate (da concordare con referente aziendale);
individuazione grazie all’ausilio di estratti di mappe catastali superimposte a immagini satellitari, delle superfici destinate all’effettiva sperimentazione agronomica
elaborazione metodo deduttivo per estendere i risultati ottenuti sulle aree test a tutta la superficie agricola aziendale coinvolta nel progetto;
La presente fase del protocollo è stata eseguita a cura del CRATIA.
Fase C) Sopralluogo superfici test per verificare la copertura del servizio NRTK.
Per verificare la possibilità di eseguire test dei sistemi di Precision Farming nelle aree individuate preliminarmente dalle diverse aziende, è stato necessario acquisire dati sia dalle aziende stesse sia mediante sopralluoghi effettuati dal personale del Laboratorio di Topografia del DI.
I test da eseguire nella fasi successive prevedono infatti l’impiego di correzioni differenziali NRTK provenienti dalla rete di stazioni permanenti GPSUMBRIA. Tali correzioni vengono ricevute dalle macchine agricole sul campo tramite collegamento al caster internet della rete GPSUMBRIA, e ciò richiede ovviamente che in tutta l’area test vi sia buona copertura di telefonia mobile con accesso web (GPRS, 3G, 4G) e buona e continua ricezione del messaggio di correzione.
La verifica di cui sopra è stata eseguita per tutte le aziende partecipanti al progetto ed è illustrata più in dettaglio nel capitolo 4 della relazione.
Fase D) Verifica funzionalità rete NRTK: registrazione dei dati durante le lavorazioni e scarico report da rete con caricamento di entrambe le fonti di dati su GIS.
La fase D del protocollo sperimentale prevede la verifica della funzionalità della rete NRTK;
vengono registrati i dati delle lavorazioni e si provvede al successivo scarico e trasferimento dati nel GIS (software SGISPRO).
I partner aziendali comunicano al partner tecnologico Bibus Italia srl la data e l’ora d’inizio delle operazioni colturali eseguite mediante assistenza GNSS, in modo da poterne effettuare il monitoraggio a distanza e la raccolta dei dati.
La presente fase del protocollo è in corso di esecuzione per tutte le aziende coinvolte. I dati (tracciati in formato NMEA) acquisiti mediante monitoraggio da remoto per le lavorazioni sin qui svolte con assistenza GNSS sono stati via via caricati nel GIS del progetto (software SGIS), ed è in corso la raccolta dei dati acquisiti localmente nelle macchine presso le singole aziende.
Fase E) Test base attrezzature.
Durante questa fase si procede al collaudo delle componentistiche installate sulle macchine operatrici, verificando il corretto funzionamento dei singoli componenti e delle interconnessioni.
La presente fase del protocollo è in corso di esecuzione per tutte le aziende coinvolte.
Fase F) Test agronomici e di guida.
Durante questa fase vengono condotti test sia sul sistema di navigazione e guida supportata da GNSS sia sui risultati agronomici.
Le prove vengono svolte durante tutte le principali fasi colturali, dalla preparazione del terreno fino alla fase di raccolta, permettendo di verificare la funzionalità del sistema in diverse condizioni meteorologiche, operative ed agronomiche.
Le prove sperimentali sugli appezzamenti individuati come aree test dalle aziende partner vengono eseguite in tre diverse condizioni:
1. lavorazioni colturali tradizionali (a guida manuale);
2. lavorazioni colturali supportate da sistema GNSS con guida assistita;
3. lavorazioni colturali supportate da sistema GNSS con guida automatica.
Le attività sperimentali vanno condotte per tutto il ciclo colturale e nell’arco di due annate agrarie, individuando nelle superfici messe a diposizione dai partner, appezzamenti omogenei per morfologia del terreno e tipologia di coltura. Tali aree vengono divise in 3 sotto-zone sperimentali per riscontrare i risultati delle tre condizioni lavorative sopradescritte.
I parametri di analisi vengono individuati come segue:
cinematici-geometrici: posizione, tempi, velocità d’avanzamento, tragitto effettuato, ecc;
ambientali: fallanze e sovrapposizioni, prodotti distribuiti;
valutazione stress da lavoro correlato.
La presente fase del protocollo è stata eseguita, per le fasi di lavorazione inerenti alla stagione primavera-estate 2014, presso le aziende Fondazione Agraria e Blasi, ed è illustrata più in dettaglio nel capitolo 5 della relazione.
Fase G) Test inerenti la rete NRTK e la sua applicazione nel Precision Farming.
In questa fase il Laboratorio di Topografia del Dipartimento di Ingegneria di Perugia effettua dei test sulla rete NRTK per verificare la sua applicazione nel Precision Farming.
I test prevedono in particolare:
1) Test su correzioni differenziali:
Software di rete: TopNET vs. GNSMART;
Protocolli correzione: RTCM2.3, RTCM3.0 e CMR;
Tipo correzioni fase: VRS, MAC;
Tipo correzioni codice: DGNSS, EGNOS, autonomo con filtro (Truepass);
Frequenze > 1Hz (con Geo++).
2) Test su continuità di invio delle correzioni nelle aree con scarsa copertura internet (lavorazione in due differenti particelle):
Con sistema NRTK dotato di modem integrati;
Impiego del RTK Bridge.
La presente fase del protocollo è stata avviata con alcuni test preliminari (ad es. sul sistema RTK Bridge presso l’azienda Sodalizio di San Martino, con ottimo esito) e verrà sviluppata in modo sostanziale da settembre 2014 in avanti.
Fase H) Prove orientate a sperimentare il sistema di gestione flotte
In questa fase del protocollo sperimentale si analizza il sistema di gestione flotte, in grado di coadiuvare le operazioni svolte dal trattorista mediante segnalazioni visive e con dispositivi acustici; nello specifico vanno segnalate:
particolari condizioni di lavoro (pendenze eccessive) all’operatore durante lo svolgimento delle normali operazioni agricole grazie all’ausilio di appositi dispositivi visivi ed acustici;
ribaltamenti e/o inclinazioni eccessive della trattrice;
l’approssimarsi di aree vincolate.
Test previsti:
1. test del sistema di controllo ribaltamento;
2. import shape area a rischio ed emissione allarme;
3. analisi report sistema;
Prassi metodologica e tempi:
1. le prove vanno eseguite facendo superare al mezzo solo la soglia di prima allerta. Il superamento della soglia di ribaltamento viene testato al banco;
2. le prove vanno eseguite nelle giornate in cui non sono impegnati in lavorazioni;
3. dopo un periodo di utilizzo vengono analizzati i report derivanti dal sistema.
La presente fase del protocollo è stata avviata effettuando alcuni test (sul sistema antiribaltamento al banco, sull’invio di messaggi SMS all’ingresso delle macchine nelle aree ZVN) e verrà sviluppata ulteriormente da settembre 2014 in avanti.
Fase I) Prove orientate all'ottimizzazione dei percorsi e alla gestione delle lavorazioni svolte I test eseguiti presso l'Azienda Caprai sono calibrati sulle esigenze delle aziende vitivinicole con
In questa fase vengono eseguite prove di registrazione dei percorsi durante i trattamenti effettuati sui vigneti.
Tali dati vengono scaricati su un software GIS e controllati per verificare:
eventuali salti di filari durante le lavorazioni; analisi effettuata anche in tempo reale sul mezzo;
scelta del percorso ottimale per ogni appezzamento in termini di tempo e numero di manovre.
La presente fase è stata avviata con la registrazione di una serie di percorsi eseguiti nell’area test da conducenti di provata esperienza e verrà sviluppata ulteriormente da settembre 2014 in avanti, con l’individuazione dei percorsi ottimali.
3. Operazioni GIS
Come già descritto, la prima fase del progetto prevede la definizione delle particelle di interesse oggetto di sperimentazione.
Le aree sono state individuate attraverso le mappe catastali reperite presso l'Agenzia del Territorio, Ufficio provinciale di Perugia. Le mappe, che sono disponibili in formato DWG e georeferenziate in coordinate catastali Cassini Soldner, sono state convertite nel sistema di riferimento ETRF 2000 in coordinate geografiche piane mediante il software Ferens Plus.
Il programma Ferens Plus, sviluppato dal Laboratorio di Topografia per la Regione Umbria e di libero uso (salvo il disporre dei grigliati di trasformazione IGM che vanno acquisiti a parte), permette di eseguire trasformazioni di datum e sistemi di coordinate fra i vari sistemi di riferimento in uso in Italia e in particolare in Umbria (ROMA40, ED50, ETRS89 nelle realizzazioni ETRF89 e ETRF2000), considerando anche i rispettivi sistemi cartografici (Gauss-Boaga, UTM-ED50, UTM- ETRF89, UTM-ETRF2000).
In assenza dei grigliati IGM il programma è in grado di eseguire comunque le trasformazioni, utilizzando un modello di calcolo approssimato (accuratezza submetrica).
Nei calcoli di trasformazione viene considerata anche la componente altimetrica, con le opportune conversioni fra altezze ellissoidiche (derivanti dalle misure satellitari GNSS) e quote ortometriche o geoidiche (riscontrabili nella cartografia e nella progettazione).
La funzionalità delle conversioni è limitata all’area geografica della Regione Umbria, convenientemente estesa per permettere l’elaborazione di eventuali dati a cavallo del confine. I limiti geografici di funzionamento sono i seguenti:
Latitudine: da 42° 00’ a 44° 00’
Longitudine: da 11° 30’ a 13° 30’
Nella cartella “Limiti” installata insieme al programma sono presenti le graficizzazioni di tale area geografica, in formato DXF e shapefile, sovrapposta all’impronta del confine regionale (v. figura seguente).
Fig. 1: Limiti geografici del programma FERENS Plus e grafico dei grigliati IGM (suddivisi secondo la numerazione dei fogli della “nuova” Carta IGM alla scala 1:50.000)
Il programma è in grado di elaborare in modalità “batch” i file della cartografia vettoriale nei formati Shapefile e DXF, i file con le informazioni per la georeferenziazione (world file, es. TFW), file di testo con elenchi di punti e anche punti singoli.
Fig. 2: Trasformazione di Datum con software Ferens Plus
Successivamente a questa operazione di georeferenziazione, i poligoni di delimitazione dell'area relativi alle particelle di interesse e alle particelle limitrofe sono stati vettorializzati attraverso il software Autocad®.
Fig. 3: Vettorializzazione poligoni con software Autocad
Il passo successivo è consistito nell'importazione dei poligoni creati nel software Quantum GIS (d'ora in poi QGIS), con l'obiettivo di creare dei file in formato shape (.shp) e avere così la possibilità di inserire gli attributi nelle aree di interesse.
Fig. 4: Importazione dei poligoni in QGIS e creazione degli shape file
Nel caso inerente al progetto la descrizione degli attributi si differenzia in base al tipo di vincolo agronomico presente nella zona, dato che le aree possono presentare tre diversi tipi di vincolo relativamente alle pratiche agricole permesse:
Buona pratica agricola
Agroambiente
Agroambiente + zona vulnerabile ai nitrati
Fig. 5: Definizione delle tabelle degli attributi
Per ogni tipologia di pratica agricola variano le quantità di concimi e fitofarmaci permesse per l'uso, ed è quindi importante definire i valori per ogni singolo appezzamento. Per ogni particella nello specifico sono stati definiti i seguenti attributi:
Azienda
Comune
Foglio catastale
Particella
Superficie Catastale (m2)
Superficie Grafica (m2)
Superficie Utilizzata (m2)
Uso
Prodotto
Vincolo Agronomico
Concime N (azoto) (kg/ha)
Concime P (fosforo) (kg/ha)
Concime K (potassio) (kg/ha)
Fitofarmaci pre-semina (%)
Fitofarmaci post-emergenza (%)
I tipi di vincolo e le destinazioni relative alle particelle sono stati desunti dalla tabella "vincoli agronomici e protocollo sperimentale" fornita da Confagricoltura Umbria.
Fig. 6: Tabella vincoli agronomici
Viene inoltre verificata l'estensione delle superfici e la relativa destinazione d'uso effettuando un confronto attraverso il file "brogliaccio aziende" fornito dalle singole aziende.
Quindi con il QGIS vengono creati due serie di file shape: nella prima serie i files sono divisi per azienda, vengono descritte le attività nel complesso, riportate tutte le particelle e tutte le caratteristiche agronomiche considerate globalmente; nella seconda serie viene creato un file per ogni singola particella all'interno delle varie aziende, in maniera da esaminare puntualmente le caratteristiche dei singoli appezzamenti.
Questa operazione è resa necessaria affinché i file relativi alle singole particelle possano essere manipolati e modificati singolarmente, oltre che per la necessità di effettuare elaborazioni ed interazioni tra diversi tipi di software; a tal fine si è reso necessario procedere alla trasformazione di coordinate dei singoli files passando da coordinate piane a coordinate geografiche, sfruttando come in precedenza le funzioni del software Ferens Plus. Infatti successivamente i file shape delle singole
riferimento per tutte le operazioni di elaborazione da parte di Topcon, nonché è il software ufficiale per il progetto Umbria RTK.
Con QGIS attraverso opportuni passaggi è infine possibile convertire un dato vettoriale o un dato raster (con un sistema di riferimento associato) in un altro sistema geodetico di riferimento.
La precisione di conversione è adeguata per l’utilizzo a video di materiale cartografico e per l’esecuzione di applicazioni GIS.
Fig. 7: Conversione di Datum con software QGIS
I perimetri delle aree test delle varie aziende sono stati quindi inseriti dall’Università unitamente alla Geotop nella piattaforma software SGIS (vedi figure seguenti), allo scopo di costituire il database geografico del progetto, nel quale vengono memorizzati e visualizzati i tracciati delle lavorazioni assistite da GNSS eseguite nel corso del progetto stesso.
Fig. 8: SGIS – Azienda Mastri Birrai
Fig. 10: SGIS – Azienda Caprai
Fig. 11: SGIS – Azienda Sodalizio S. Martino
Fig. 12: SGIS – Azienda Blasi
4. Verifica della ricezione delle correzioni nelle aree test
Per lo svolgimento dei test previsti dal protocollo, è essenziale che le correzioni differenziali NRTK, erogate dalla rete GPSUMBRIA con messaggi RTCM mediante rete internet (protocollo Ntrip), vengano ricevute con continuità e stabilità nelle aree oggetto della sperimentazione.
Ciò richiede che le aree test dispongano di una buona copertura di telefonia mobile con accesso ai servizi web, in modo da garantire una stabile connessione al caster Ntrip della rete GPSUMBRIA.
Per verificare tale indispensabile requisito si è proceduto in due modi:
- mediante analisi dei dati provenienti dal monitoraggio da remoto dei mezzi agricoli strumentati con GNSS, monitoraggio effettuato dal gestore della rete;
- mediante sopraluoghi presso le aziende e verifica diretta della corretta acquisizione delle correzioni con ricevitori geodetici in modalità rover (mobile).
I dati provenienti dal monitoraggio da remoto (mediante acquisizione delle stringhe NMEA) sono stati immessi nel GIS del progetto costituito come illustrato nel precedente capitolo 3 (software
- soluzione float (ambiguità di fase decimali, soluzione non ottimale, accuratezza submetrica);
- soluzione standalone (senza correzione differenziale, posizione approssimata a qualche metro).
Per un efficace funzionamento dei sistemi di guida è necessario ottenere soluzioni fixed, salvo eccezioni di breve durata che possono essere dovute al passaggio del mezzo accanto a ostruzioni come alberi o edifici, presenti ai bordi delle aree (tipicamente lungo strade, fossi e canali).
Nelle schermate di seguito allegate, che rappresentano i monitoraggi mediante NMEA di movimento mezzi svolti nelle diverse aziende, le tre tipologie di soluzione sopra elencate sono state rappresentate con punti di colore verde (fixed), arancio (float) e rosso (standalone).
Valutazioni statistiche complessive verranno svolte quando saranno disponibili dati in quantità più elevata. Ma già dai dati qui presentati emerge come la qualità del posizionamento sia di tipo fixed per la grande maggioranza dei casi, indicando quindi una buona ricezione e un buon funzionamento del sistema nelle aree test.
Fig. 13: Monitoraggio NMEA – Azienda Giovagnoli
Fig. 14: Monitoraggio NMEA – Azienda Caprai
Fig. 16: Monitoraggio NMEA – Azienda Fondazione Istruzione Agraria
Fig. 17: Monitoraggio NMEA – Azienda Blasi
La verifica della copertura e del corretto funzionamento del servizio di posizionamento NRTK è stata effettuata anche in modo diretto e indipendente da parte di personale del DI, utilizzando un ricevitore in configurazione “rover” posizionato, procedendo a piedi o con un’autovettura, in punti e zone diverse delle aree test e dell’ambito aziendale.
Le figure 18 e 19 riportano a titolo di esempio il risultato delle verifiche eseguite presso le aziende Caprai e Giovagnoli. I punti registrati sono graficizzati con colori diversi in base alla qualità della soluzione (verde = posizionamento differenziale fixed, giallo = posizionamento differenziale float, rosso = posizionamento standalone).
Fig. 18: Verifica diretta ricezione e posizionamento – Azienda Caprai (soluzioni fixed)
Alle verifiche eseguite presso le Aziende Giovagnoli e Sodalizio San Martino ha partecipato anche personale dell’azienda partner Bibus.
L’esito delle verifiche è positivo: nelle aree test è stata confermata una buona copertura di rete, che permette di ottenere soluzioni fixed (con accuratezza < 5 cm). Alcune saltuarie soluzioni di tipo float e standalone sono state ottenute ai margini delle aree in prossimità di filari di alberi che
Fig. 19: Verifica diretta ricezione e posizionamento – Azienda Giovagnoli
Per le aziende Fondazione Agraria e Blasi, oltre all’esito positivo dell’analisi dei dati NMEA di cui si è già detto sopra, la ricezione e la copertura sono state positivamente verificate nel corso dei test dei sistemi di guida presentati al capitolo seguente.
5. Test del sistema di navigazione e guida nelle diverse modalità
I primi test previsti dalla fase F) del protocollo di ricerca, sono stati eseguiti in aprile e maggio 2014 presso le aziende Fondazione Istruzione Agraria (di seguito F.I.A.) e Blasi.
Su trattrici che effettuavano una serie di lavorazioni inerenti al periodo primaverile (erpicatura, concimazione e semina) è stato installato un ricevitore geodetico del Laboratorio di Topografia, operante in modo completamente autonomo rispetto al sistema di guida GNSS della macchina, allo scopo di eseguire un controllo dei risultati del tutto indipendente e senza interferenze con il sistema.
Le figure seguenti mostrano le modalità di montaggio dell’antenna e del ricevitore del Laboratorio di Topografia del DI sulle trattrici delle due aziende:
Fig. 20: Installazione ricevitore di controllo su trattrice presso azienda F.I.A.
Il ricevitore del sistema di guida utilizzato in entrambe le aziende è un Topcon AGI-4. Il ricevitore geodetico del Laboratorio installato a scopo di controllo è un Topcon Legacy GGD (GPS + GLONASS, codice + fase a doppia frequenza) con antenna Topcon LegAnt-2.
Le trattrici utilizzate per il test sono di tipo diverso: a ruote nell’azienda F.I.A. (fig. 22), a cingoli in gomma nell’azienda Blasi (fig. 23).
Fig. 22: Trattrice utilizzata nel test presso azienda F.I.A.
Fig. 23: Trattrice utilizzata nel test presso azienda Blasi
Il ricevitore Topcon Legacy installato sulle trattrici è stato impiegato come Rover in modo cinematico post-processato. La frequenza di campionamento è stata impostata a 1 Hz (1 epoca al secondo). In prossimità delle aree test è stato installato in entrambi i casi un secondo ricevitore Topcon Legacy identico a quello posto sulla trattrice, con funzione di stazione Base per la determinazione dei tracciati del Rover in cinematico post-processato (figg. 24-25). Il ricevitore Base è stato mantenuto in ricezione per tutta la durata del test con frequenza di campionamento 1 Hz.
Le coordinate della stazione Base sono state calcolate in statico post-processato con collegamento alle stazioni permanenti della rete GPSUMBRIA.
Fig. 24: Stazione Base presso azienda F.I.A.
In entrambe le aziende, l’area test è stata suddivisa in tre sotto-aree nelle quali i diversi tipi di lavorazioni sono state eseguite in tre modalità di guida:
a) Guida manuale
b) Guida assistita (con sistema di visualizzazione a LED) c) Guida automatica (con volante elettrico automatico)
Fig. 26: Strumentazione in cabina della trattrice nel test presso azienda F.I.A.
Il sistema di guida automatica è stato attuato con un volante elettrico Topcon AES-25.
Si allegano di seguito alcune immagini prese durante l’esecuzione del test. Sono stati realizzati anche alcuni video che sono a disposizione del gruppo di ricerca.
Fig. 27: Erpicatura nel test presso azienda F.I.A.
Fig. 29: Semina in modalità di guida manuale nel test presso azienda F.I.A.
Fig. 30: Semina in modalità di guida automatica nel test presso azienda F.I.A.
Fig. 31: Erpicatura con guida manuale nel test presso azienda Blasi
Fig. 33: Erpicatura con guida automatica a passate alternate nel test presso azienda Blasi
Elaborazione dei dati acquisiti nei test di guida
Con il software di post-processamento Topcon Tools v.8.2.3 si è proceduto a determinare in sequenza:
- le coordinate tridimensionali della stazione Base, mediante collegamento in post-processamento statico a stazioni permanenti della rete GPSUMBRIA (fig. 34);
- mediante collegamento in post-processamento cinematico alla stazione Base, i tracciati del ricevitore Rover installato sulla trattrice (1 posizione ogni secondo), v. figg. 35-36.
L’elaborazione è stata eseguita nel datum ETRF2000, a partire dalle coordinate assegnate alle stazioni permanenti di GPSUMBRIA. I risultati sono quindi coerenti (stesso datum) con le posizioni determinate in tempo reale dal sistema Topcon di Precision Farming a bordo dei mezzi.
I tracciati determinati in modo indipendente in post-processamento sono stati sovrapposti alla cartografia in ambiente GIS per un riscontro immediato (FIG. 37), e confrontati con quelli calcolati in tempo reale dal sistema di guida Topcon a bordo delle trattrici, previo allineamento delle scale temporali, dei tipi di coordinate, dei formati ed unità di misura.
Fig. 34: Determinazione della stazione Base FIA con collegamento in statico post-processato a 2 stazioni di GPSUMBRIA (UNPG = Perugia, REPI = Città della Pieve)
Fig. 36: Determinazione di tracciati in cinematico post-processato, test azienda Blasi
Fig. 37: Tracciati in cinematico post-processato, test azienda Blasi.
Sovrapposizione a diversi layer di cartografia in QGis
Fig. 38: Dettaglio dei tracciati, test azienda F.I.A.
Con i dati così acquisiti è possibile eseguire vari tipi di elaborazioni.
Allo scopo di valutare l’efficienza dei sistemi di guida automatica e assistita nei confronti della tradizionale guida manuale, è stata effettuata la seguente analisi:
- I tracciati acquisiti (mediante registrazione NMEA in tempo reale e mediante il ricevitore del Laboratorio in post-processamento) sono stati scomposti in singole “strisciate”;
- per ogni strisciata si sono valutati gli spostamenti trasversali di ogni singola posizione (una al secondo, come già riferito in precedenza) rispetto a una linea retta media che indica l’ipotetico
“tracciato ideale”;
- è stata eseguita un’analisi statistica degli spostamenti trasversali di cui sopra;
- è stato infine eseguito un confronto tra le statistiche riferite ai tre diversi sistemi di guida (manuale, assistita e automatica).
Manuale Assistita Automatica a
Semina
-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00
Distanza (m)
Scostamenti trasversali (m)
Guida manuale Guida assistita Guida automatica
Fig. 39: Confronto tracciati con sistemi di guida diversi, test semina, azienda F.I.A.
Il primo grafico (fig. 39) è relativo al test eseguito presso la F.I.A. con un trattore a ruote strette, in condizioni di guida rese abbastanza difficili dalla pendenza e dall’umidità del terreno.
Si nota come con il sistema manuale vi siano forti scostamenti, con valori massimi di circa 35 cm dalla linea media. Gli scostamenti si riducono a ± 20 cm circa con la guida assistita, e ± 15 cm circa con la guida automatica.
Blasi - Erpicatura
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
0.000 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000
Distanza (m)
Scostamenti (m)
manuale assistita automatica
Fig. 40: Confronto tracciati con sistemi di guida diversi, test erpicatura, azienda Blasi.
Il secondo diagramma (fig. 40), relativo all’azienda Blasi dove è stata utilizzata una trattrice a cingoli in gomma su terreno pianeggiante e più asciutto che nel caso precedente.
Il sistema automatico ha fornito anche in questo caso i risultati migliori, con scostamenti trasversali più piccoli dei precedenti, contenuti entro ± 10 cm circa ma con valori medi di pochi centimetri.
La predetta analisi è ancora da completare sui dati disponibili (test F.I.A. e Blasi sopra descritti) e verrà estesa ai dati provenienti da altre lavorazioni e/o altre aziende.
I risultati esposti nella presente relazione sono da considerare provvisori. I test e le relative analisi sono ancora in corso; altri test devono essere eseguiti.
Conclusioni definitive potranno essere tratte solo a partire da una più vasta mole di dati ed elaborazioni, con il completo sviluppo del programma di ricerca.
Perugia, 30 luglio 2014
Università degli Studi di Perugia
Laboratorio di Topografia e Fotogrammetria del D.I.
(Prof. Ing. Fabio Radicioni)
