Les applications GPS

Caroline Desbourdes Janvier 2015

GPS

(1997 : capteurs de rendement)

Agriculture de précision : modulation intra parcellaire

sol plante

Densité de semis N2 blé

Image satellite (2003) ou capteur embarqué

N tardif blé / N colza Régulateur croissance

Précision dans l’agriculture

Au cœur de la parcelle

Avec les fourrières

Guidage et autoguidage (2003)

Coupure tronçons pulvé (2008)

Coupure rangs semoir (2013)

Binage RTK

L’objectif d’un guidage ou d’un autoguidage est d’optimiser les passages du

traceur dans la parcelle an limitant les manques ou les recouvrements entre les

différents 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 fatigue

Sa précision dépend : -De la précision du signal : dGPS ou RTK

-Du type d’asservissement (hydraulique/ moteur électrique)

Guidage assisté par GPS

Le GPS

satellites

• 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

• 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.

Les sources d’erreur du GPS

S1

S2

S3 S7 S6

S9

S8

S1

S3 S4 S5 S6

S9 S1

S2

S3

S4 S5

S7

S6

S9

S8

Le Système GPS

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

Systèmes GNSS : ensemble des constellations

Via un satellite géo

stationnaire : dGPS

Via une ou des bases à

proximité : RTK

Permet de localiser le tracteur dans la parcelle

Améliorer la précision via une correction

Les tests

• Le tracteur fait des aller-retour à la

même vitesse et au même endroit

• Il est piloté par un autoguidage dont la

précision est connue

• Les autres corrections sont placées en

« mouchard » sur le tracteur

• Enregistrements de la position de

chaque antenne toutes les secondes

→ Comparaison dans les mêmes conditions

satellitaires

Le dGPS (Differentiel)

Satellite de

communication

émetteur

Réseau de station de référence

stations de

référence

terrestres

satellites

transmission des corrections

La précision décimétrique

Erre

ur

en m

ètr

e (d

ans

95%

du

tem

ps)

Temps en minutes

La précision relative

L’erreur entre un aller-

retour de tracteur

Récepteur Constellation Prix

Egnos Tous GPS Gratuit

SF1 John Deere GPS + Glonass Gratuit

RTX Range Point Trimble GPS + Glonass 250 €/an

• La précision relative est acquise dès

la mise sous tension

• RTX-RP et SF1 > Egnos

→ A privilégier sur des interventions

rapides, grande largeur

11

La précision centimétrique sans retour

Récepteur Constellation Prix

HP OmniSTAR Tous GPS 1250 €/an

G2 OmniSTAR Tous GPS + Glonass 1250 €/an

SF2 John Deere GPS + Glonass 600 €/an

RTX Center Point Trimble GPS + Glonass 1400 €/an

Temps en minutes Temps en minutes

Erre

ur

en m

ètre

(d

ans

95%

du

tem

ps)

La précision relative

L’erreur entre un aller-

retour de tracteur

La précision centimétrique sans retour

Le temps de convergence

Récepteur Constellation Prix

HP OmniSTAR Tous GPS 1250 €/an

G2 OmniSTAR Tous GPS + Glonass 1250 €/an

SF2 John Deere GPS + Glonass 600 €/an

RTX Center Point Trimble GPS + Glonass 1400 €/an

• La précision relative est acquise sous

condition d’attendre un temps de

convergence : synchronisation des deux

fréquences

• Sans cet attente, la précision relative

est celle du SF1 ou de l’Egnos …

Conclusions

GPS naturel

Egnos

SF1 John Deere

RTX Range Point Trimble

SF2 John Deere

HP – G2 OmniSTAR

RTX Center Point Trimble

Précision

20 - 60 cm

10 cm

dGPS Avantages Inconvénients

Corrections gratuites

Précision instantanée

Précision

Abonnement

Temps de chauffe : 20-30 mn

Pas de retour au même

endroit : dérive

→ Interventions rapides

Précision relative

intéressante

→ Interventions plus lentes de type semis de précision

Le Système GPS

GPS naturel : précision de 1 à plusieurs mètres

Utilisation d’une correction pour améliorer la précision

Transit par un satellite géostationnaire : le dGPS

Le RTK

Transmission radio

Transmission téléphone mobile

Base propriétaire

Maillage bases

satellites

transmission des corrections via

une radio (UHF)

Le RTK transmission 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

Le RTK radio

Avantages

– 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 constructeur

Inconvénients

– 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

Le maillage de bases RTK

Principe •Juxtaposition de bases « individuelles » : le tracteur se connecte à UNE base. Lorsqu’il change de zone, il change de base. •transmission radio •L’utilisateur a accès à la correction contre une redevance : en général un droit d’entrée et un abonnement annuel. •La base et le matériel dans le tracteur sont de la même marque

Il s’agit de maillage mis en place : • par des concessionnaires • par des agriculteurs • par des coopératives : GIE « coop & tech » par exemple

Le RTK

Transmission radio

Transmission téléphone mobile

Base propriétaire

Maillage 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

Couverture orphéon 2010 : Vert : installée Orange : installation en cours Rouge : installation d’ici fin d’année Jaune : emplacement à définir

Le NetRTK réseau

Quatre réseaux Orphéon société Géodata Diffusion couverture nationale Sat-Info couverture partielle partie du capital Claas Teria couverture nationale Trimble (VRS-Tec) bases RTK plus éloignées

Compatible toute marque

Compatible Trimble

Le RTK par téléphonie mobile

Principe

Serveur informatique

GPRS

Avantages

– 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, répétabilité

Inconvénients

– Couverture des opérateurs téléphoniques : problème spatiale

– Précision si retard >40s (beaucoup de monde au téléphone): problème temporel

Le RTK par téléphonie mobile

Le RTK en transmission téléphone

Les coupures correspondent à 2 minutes par journée de 8 heures de travail

→ modem multi opérateur ou modem multi carte

La disponibilité

Mono base ou maillage

Transmission radio

Réseau

Transmission téléphone mobile

•La correction vient d’1 base RTK

•Vue directe entre la base et le tracteur

•Même marque entre la base et

l’autoguidage

•Portée optimale à 10 km

•Stabilité dans la réception

•La correction vient de plusieurs bases RTK

•Compatible tous autoguidages

•Pas de notion de distance ou de topographie

• Réseau téléphonique (zone blanche)

Le RTK

• Précision de ±2 cm à l’antenne

• Précision instantannée

• Répétabilité 0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60

Pré

cisi

on

_ c

m

Temps en minute

Orphéon

Sat-info

Teria

Egnos

RTK radio

Le RTK

Transmission radio

Transmission téléphone mobile

Base propriétaire

Maillage bases

• même principe de fonctionnement • la correction vient d’1 base RTK • 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 • stabilité dans la réception

• principe de fonctionnement • la correction vient de plusieurs base RTK • compatible tous autoguidages • précision de ±2 cm à l’antenne • précision instantannée • réseau téléphonique (zone blanche)

→ Abonnement direct (Teria/ Sat-info)

→Offre Precisio (Coop / Orphéon)

La précision du signal

GPS naturel 1 m

2 - 5 cm dGPS RTK

Transmission

radio

Transmission

GPRS

Semis avec retour au même endroit

Egnos

SF1 John Deere

RTX Range Point Trimble

SF2 John Deere

HP – G2 OmniSTAR

RTX Center Point Trimble

Précision

20 - 60 cm

10 cm

Epandage / pulvé

Travail du sol

Semis

Sans retour au même endroit

L’objectif d’un guidage ou d’un autoguidage est d’optimiser les passages du

traceur dans la parcelle an limitant les manques ou les recouvrements entre les

différents 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 fatigue

Sa précision dépend : -De la précision du signal : dGPS ou RTK

-Du type d’asservissement (hydraulique/ moteur électrique)

Guidage assisté par GPS

Principe de fonctionnement

A

B

Cap de référence A-B

(non guidé)

Trajets guidés

par GPS

• Établir une droite ou une courbe de référence

• Réaliser des parallèles par rapport à cette référence

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 €

Les moteurs électriques Hydraulique

Le système de guidage L’autoguidage

• Directement sur l’hydraulique du tracteur ou de la moissonneuse

• Installé sur le volant ou remplacement du volant

0

1

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6

hydraulique moteur électrique

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)

RTK

dGPS

Le type d’asservissement

L’hydraulique valorise mieux la précision et est plus stable

Hydraulique Moteur électrique

Choix de l’asservissement

• Principe de fonctionnement

• Les autres différences

Angle engagement Temps de stabilisation

GPS naturel 1 m

2 - 5 cm dGPS RTK

Transmission

radio

Transmission

GPRS

Semis avec retour au même endroit

Egnos

SF1 John Deere

RTX Range Point Trimble

SF2 John Deere

HP – G2 OmniSTAR

RTX Center Point Trimble

Précision

20 - 60 cm

10 cm

Epandage / pulvé

Travail du sol

Semis

Sans retour au même endroit

La précision du signal

autoguidage guidage

Rentabilité

- Epandage et pulvé (de 12 à 42 m)

-Semis (maïs, maïs semences, blé, colza,

tournesol, pomme de terre)

-Récolte (barre de coupe > 7 m)

-Travail du sol

- Binage

Quelles erreurs fait-on lorsque l’on est

pas équipé ?

→ Mesures réalisées sur de grandes

parcelles sans dévers

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Surface (ha)

Epandage 5790

Récolte 1570

Semis 4810

Travail du sol 2275

Binage 250

Recouvrement (cm)

Travail du sol 60 cm

Récolte 35 cm

Epandage 40 cm

Semis 10 cm

En conduite « manuelle »

Recouvrement systématique en conduite

manuelle

Influence sur : Charges de mécanisation, intrants et les charges salariales

Barrois Beauce irriguée Picardie Champagne crayeuse

SAU 300 ha 150 ha 180 ha 180 ha

UTH 2.1 1.5 2.5 1.7

Assolement Colza / blé / orge + Blé dur / maïs / P de T

+ betterave / P de T + betterave / pois / luzerne

Autoguidage 10 €/ha 16 €/ha 23 €/ha 13 €/ha

Avec un autoguidage …

Avec un autoguidage sous abonnement (dGPS ou RTK), le nombre de

passage est optimal dans la parcelle.

Avec un autoguidage …

Barrois Beauce Picardie Champagne

SAU 300 150 180 180

gain 10 16 23 13

Total / an 3000 2400 4140 2340

précision 3-5 11000 430 4.3 5.6 3.0 5.8

8000 900 3.8 5.3 2.5 5.6

RTK GPRS 9000 1000 4.5 6.4 2.9 6.7

15000 1000 7.5 10.7 4.8 11.2

RTK base 10500 500 4.2 5.5 2.9 5.7

16500 500 6.6 8.7 4.5 9.0

Moteur électrique

matériel Abonnement

RTK GPRS 20000 1000 10.0 14.3 6.4 14.9

RTK base 21500 500 8.6 11.3 5.9 11.7

Hydraulique + Moteur électrique

Droit d’entrée 1500€ Abonnement 500€/an

Conclusions

-Un autoguidage permet de limiter les recouvrements : 13% pour le travail

du sol, 5% pour la récolte et 2% pour les semis et les épandages

-Pour un autoguidage, la précision dépend du signal mais surtout du type

d’asservissement (moteur électrique ou hydraulique) et de son

paramétrage

-Avec un autoguidage : confort, suppression du jalonage, …

-La durée de rentabilité varie du simple au double selon le matériel choisi

et les cultures travaillées.

GPS

(1997 : capteurs de rendement)

Agriculture de précision : modulation intra parcellaire

sol plante

Densité de semis N2 blé

Image satellite (2003) ou capteur embarqué

N tardif blé / N colza Régulateur croissance

Précision dans l’agriculture

Au cœur de la parcelle

Avec les fourrières

Guidage et autoguidage (2003)

Coupure tronçons pulvé (2008)

Coupure rangs semoir (2013)

Binage RTK

Principe de fonctionnement

Réduire les recouvrements et les manques

avec les zones déjà traitées

L’agriculteur peut choisir son niveau de

recouvrement en fonction de

l’intervention et du risque choisi

Le nombre et la longueur des tronçons

dépend du pulvérisateur

Source : Trimble.com

Les coupures de tronçons

La plupart des systèmes de coupures

de tronçons fonctionnent sur les

corrections dGPS gratuites : Egnos, SF1

de John Deere et RTX Range Point de

Trimble

Erre

ur

en m

ètre

(d

ans

95%

du

tem

ps)

Temps en minutes

400 m 200 m

Dispositif expérimental

avec un angle droit, un angle à 30° et un

angle à 45°

-Passages réalisés par différents chauffeurs à

8,12,16, et 20km/h

-Paramétrage du recouvrement à 100%

- Essais réalisés avec un autoguidage et une

correction dGPS à ±3cm

- Réalisé sur (tronçons de 3 ou 4 m)

- Porté

- Trainé

- Automoteur rampe arrière

Coupure manuelle

Coupure automatique

Des recouvrements plus ou moins nets

Comparer les zones traitées

lorsque les tronçons sont coupés

manuellement ou par GPS

Les coupures sont manuelles

Recouvrement moyen : 4,7%

Manque moyen : 0.7%

2,5m

3,5m

4m

Sur une parcelle « moyenne »

0

1

2

3

4

5

6

0 200 400 600 800 1000

Erre

ur

de

su

rfac

e e

n r

eco

uvr

em

en

t (%

)

Longueur de la parcelle (m)

Parcelle "moyenne"

coupure par GPS

coupure manuelle

-Plus la parcelle est petite et plus le

gain est important

-Plus la parcelle est longue et plus

le nombre d’aller- retours diminue,

l’intérêt du GPS est alors plus limité

-En moyenne sur une parcelle de 10

ha, le gain est :

2,5% pour une parcelle de 100 m

< 1 % au delà de 300 m de long

Sur une parcelle « contraignante » avec 2 angles à 45°

0

1

2

3

4

5

6

0 200 400 600 800 1000

Erre

ur

de

su

rfac

e e

n r

eco

uvr

em

en

t (%

)

Longueur de la parcelle (m)

Parcelle avec 2 angles à 45°

coupure par GPS

coupure manuelle

-Gain de 2,3% pour une parcelle de

100m

-Gain<1% pour une parcelle de 300m

et plus

Conclusions

• Les coupures de tronçons permettent d’optimiser les recouvrements avec les

fourrières

• Le gain est de l’ordre de 2 à 3% sur des petites parcelles quelles que soient leurs

structures (avec une correction sous abonnement ou en RTK) --> Ce gain pourrait

doubler si la longueur des tronçons est divisée par 2…

• En cumul avec l’autoguidage, le gain atteint 5%

• Il faut considérer :

• la possibilité de travailler de nuit, en bonnes conditions

• le confort

• une meilleure image via à vis de l’extérieur