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GPS: Genau oder ungefähr?

Beim GPS in der Landwirtschaft gibt es eine Zweiklassen-Gesellschaft zwischen dem GPS mit hoher Präzision von +/− 2 Zentimetern und jenem mit «nur» +/− 15 Zentimetern. Der Unterschied liegt nicht nur in den Zentimetern, sondern bei den Kosten.


Publiziert: 29.11.2019 / 10:00
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Kurz & bündig

  • GPS wurde zum Begriff für die Satellitennavigation.
  • Weltweit gibt es zurzeit vier Satellitensysteme.
  • Mit einem Empfänger auf dem Traktor und einem Korrektursignal kann seine Position bestimmt werden.
  • Es gibt verschiedene Genauigkeiten beim Korrektursignal, welches für die Spurführung genutzt wird.

«Ich will jetzt auch mit GPS fahren.» Dies hören Anbieter von Spurführsystemen für die Landwirtschaft oft. Etwa Pascal Johner: Er ist bei der RB Hightech AG von Walter Remund in Rizenbach BE technischer Berater für Lenksysteme. Die RB Hightech AG bietet die Systeme von Müller Elektronik und Trimble an.

«Ich frage dann immer, für welche Arbeiten das Lenksystem eingesetzt werden soll», so Johner. Dabei erhält er oft die zwei gleichen Antworten zu den geplanten Arbeiten: Gülleausbringung und Säen. Die beiden Einsatzbereiche stellen jedoch unterschiedliche Ansprüche an die Genauigkeit der Spurführung.

GPS allein ergibt noch keine Spurführung. Es werden bloss Signale von Satelliten empfangen. Dies erlaubt noch keine genaue Position. Hierzu braucht es ein Korrektursignal, welches die Satellitendaten verfeinert. Bei der Korrektur gibt es verschiedene Genauigkeitsstufen.

Satellitennavigation statt GPS

Alle reden von GPS – und meinen die Satellitennavigation GNNS (Global Navigation Satellite System). Das amerikanische Satelliten-System GPS ist am bekanntesten und wurde dadurch zum Gattungsnamen. Weitere Satelliten-Systeme sind Glonass (Russland), Galileo (EU) und Beidou (China).

GPS-Parallelfahrsystem

Beim Güllen reicht eine Genauigkeit von +/− 15 Zentimetern. Die Arbeitsbreite ist gross und die Abweichung verhältnismässig gering. «Hier geht es nicht darum, Überlappungen komplett zu vermeiden, sondern darum, den Fahrer zu unterstützen. Es ist oft schwierig, von Auge eine bearbeitete Fläche von einer unbearbeiteten zu unterscheiden», sagt Pascal Johner.

Für eine solche Anwendung ist ein Parallelfahrsystem ausreichend. «Eine solche Einrichtung mit Satellitenempfänger und Terminal in der Kabine kostet rund 2400 Franken. Sie bietet eine Genauigkeit von +/− 15 Zentimetern. Der Fahrer lenkt anhand von Linien oder Leuchtdioden am Display», so Johner. Das Korrektursignal ist kostenfrei und stammt vom europäischen Korrekturnetzanbieter Egnos. Allerdings hält die Genauigkeit nur während kurzer Zeit, weil sich die aufgezeichneten Spuren durch die Drift der Satelliten verschieben. Eine Spur kann während rund 15 Minuten wiederholt werden.

RTK für höchste Genauigkeit

Damit eine Position exakt bestimmt werden kann, reicht die Verbindung vom Empfänger auf dem Traktor zu den Satelliten alleine nicht aus. Die Satelliten-Signale verzögern sich auf dem Weg zum Traktor. Um mit höchster Genauigkeit (RTK) arbeiten zu können, braucht es eine Vorrüstung am Traktor, die automatisch lenkt (Kosten ab 15 000 Franken).

Für die Korrektur braucht es eingemessene Referenz-GPS-Antennen. Sie korrigieren Signalverzögerung und senden in Echtzeit ein Korrektursignal (Real Time Kinematik RTK) laufend an den Empfänger auf dem Traktor. Das Korrektursignal RTK Clue der RB Hightech AG kostet beispielsweise 820 Franken jährlich. Zusätzliche Lizenzen für weitere Fahrzeuge oder Maschinen sind dann günstiger.

GPS-RTK

Beim Säen ist die Genauigkeit von +/− 15 Zentimetern zu ungenau. Die Arbeitsbreite der Maschinen beträgt in der Regel drei Meter. Die Abweichung ist gegenüber breiteren Geräten wie Gülleschleppschlauch, Feldspritze oder Düngerstreuer im Verhältnis höher und für die Praxis zu wenig präzis.

«Je schmaler das Arbeitsgerät, desto höher muss die Präzision sein», so Pascal Johner. Wer also exakt säen will, benötigt ein Korrektursignal, welches fortlaufend und in Echtzeit an das Fahrzeug gesendet wird.

Am Markt gibt es verschiedene Anbieter solcher Signale. Die Übertragung erfolgt meistens über das Mobilfunknetz. Bei der RB Hightech AG kostet ein Signal beispielsweise 820 Franken pro Jahr. Eine Miete für drei Monate ist für 380 Franken ebenfalls möglich. Das Korrektursignal gleicht Signalverzögerungen vom Satelliten zum Empfänger auf dem Traktor aus. Dadurch können Fahrspuren immer wieder gefunden werden, sie driften durch Signalverschiebungen nicht ab.

Ein RTK-Lenksystem verfügt über ein Lenkventil, welches die Spur selber hält. Der Fahrer muss den Traktor also nicht selber entlang einer Linie steuern. Dazu braucht es jedoch zusätzliche Technik wie Lenkrechner, Lenkventil oder ein Modem für den Korrekturempfang. Laut Pascal Johner ist ohne Vorrüstung mit Kosten ab rund 15 000 Franken zu rechnen.

Die einfache GPS-Variante ist vor allem für das Parallelfahren mit eher breiten Anbaugeräten eine ziemlich preiswerte Lösung. Ackerbaubetriebe verwenden diese Technik auch, um ihre Parzellen auf eine einfache Art und Weise zu verwalten. Sie können mit Feldnamen und der genauen Fläche gespeichert werden.

Nebst den Ackerbau-Anwendungen kann man im Futterbau präziser kreiseln oder schwaden. «Lohnunternehmer setzen diese Technik auch ein, um Flächen zu vermessen und den Auftrag zu verrechnen. Da die Geräte ausbaubar sind, können sie zu RTK aufgerüstet werden, wo dann auch Daten verwaltet werden können», so Pascal Johner. Der Nutzen der Lenkhilfe ist gross. Je genauer eine Spur neben die andere gelegt wird, desto weniger Überfahrten sind notwendig. Dadurch werden Produktionsmittel eingespart, da es zu weniger Überlappungen kommt als beim manuellen Lenken. Da in der Schweiz strukturbedingt jedoch eher kleine Parzellen bewirtschaftet werden, sind die finanziellen Einsparungen nur gering.

Bei häufiger Anwendung, beispielsweise in einem Lohnunternehmen, lässt sich aber auch Zeit einsparen. Mit GPS-RTK können Fahrspuren immer wieder gefunden werden. Eine Spur, die einmal gezogen wurde, kann immer wieder abgefahren werden. Wer auf ein solches Feld fährt, kann dieses am Terminal aufrufen und mitten im Feld mit der Arbeit beginnen. Es muss nicht zuerst eine Länge von Hand gelenkt werden.

Premium-Traktoren in der Schweiz sind für RTK vorbereitet

Die RTK-Genauigkeit von +/−2 Zentimeter lässt sich nicht mehr von Hand lenken. Deshalb wird das Positionssignal im Jobrechner des Systems in ein Lenksignal umgerechnet. Dieses betätigt im Lenksystem des Traktors ein Ventil, welches das Lenksignal in eine entsprechende Lenkbewegung umsetzt. Die meisten Traktoren aus dem Premium-Bereich sind ab Werk so ausgerüstet, dass für das automatische Lenken keine nachträglichen Umbauten notwendig sind. Dank Isobus lässt sich das Lenkventil mit einer genormten Verbindung mit dem Lenksignal-Rechner verbinden.

Immer mehr Traktoren werden bereits ab Werk oder mit einer Nachrüstung mit einem Navigationssystem gekauft, wie die Rückmeldungen der Importeure auf Anfrage von «die grüne» zeigen.

  • Bei Claas waren es 2016 2 Prozent aller in der Schweiz verkauften Traktoren. In den nächsten beiden Jahren stieg der Wert auf 10 respektive 15 Prozent. Im ersten Halbjahr 2019 lag der Wert bei 25 Prozent.
  • Bei John Deere waren es im Jahr 2016 54 Traktoren. In den beiden nächsten Jahren lag die Stückzahl bei 95 respektive 105. Im ersten Halbjahr 2019 waren es bereits 78 Traktoren mit Navigationssystem. John Deere hat als einziger Importeur effektive Stückzahlen genannt.
  • Bei der GVS Agrar AG schätzt man die Vorrüstung über alle ihre Marken (Fendt, Massey Ferguson, Valtra) auf 40 Prozent. Die Vollausrüstung ab Werk liegt bei 15 Prozent.
  • Bei Same Deutz-Fahr liege der Zuwachs im zweistelligen Prozentbereich. In diesem Jahr wurden bisher 75 Prozent der Traktoren über 150 PS mit einem GPS-System ausgestattet oder vorgerüstet.
  • Bei Bucher Landtechnik (New Holland Case Steyr) beträgt die Vorrüstung beinahe 100 Prozent bei den grossen Baureihen. Bei den kleineren Baureihen steigt der Anteil an Werksausrüstung. Kleintraktoren im Gemüseanbau werden viele nachgerüstet.

Gemäss Bernhard Streit, Dozent für Verfahrenstechnik im Pflanzenbau an der HAFL, werden in der Schweiz zurzeit rund 1300 RTK-Lenksysteme genutzt. Diese Zahl ergibt sich aus den vergebenen Lizenzen der Korrektursignal-Anbieter.

 

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