1. GPS et autoguidage
Caroline Desbourdes
Janvier 2013

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 embarqué
Densité de semis N tardif blé / N colza Guidage et Coupure de
N2 blé Régulateur croissance autoguidage tronçons (2008)
(2003)

3. Guidage assisté par GPS
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)

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. 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

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 S
S1 S9 2
S1 8S
9

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. Le dGPS (Differentiel)
satellites
Satellite de
communication
transmission
des corrections
stations de
référence
terrestres
émetteur
Réseau de station de référence

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 la
précision de moitié

10. Conclusions
Précision à l’antenne des différents signaux disponibles
GPS naturel
Avantages Inconvénients
dGPS
Corrections gratuites Précision
20 - 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. Le Système GPS
GPS naturel : précision de 1 à plusieurs mètres
Utilisation d’une correction pour améliorer la précision
Transit par un satellite Le RTK
géostationnaire : le dGPS
Transmission Transmission
radio téléphone mobile
Base Maillage
propriétaire bases

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. 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

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 exemple
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

15. Le maillage de bases
Le principe de fonctionnement est identique à une base propriétaire
Avantages
– 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, répétabilité
Inconvénients
– 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. 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. 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. Le RTK par téléphonie mobile
Principe
GPRS
Serveur
informatique

19. Le RTK par téléphonie mobile
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

20. Le RTK par téléphonie mobile

21. Le RTK par téléphonie mobile
Précision mesurée sur les trois réseaux : Orphéon, sat-info et Teria
Trimble FMX
Carte SIM orange
Modem DCM 300 0.45
uniquement 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. Le RTK par téléphonie mobile
La disponibilité : Orphéon, sat-info et Teria
105
100
95
90
85
80
75
70
m
65
%
D
o
b
n
p
e
é
s
t
l
i
60
Orphéon Sat-info Teria Orphéon Sat-Info Teria
Format RTCM Format CMR+
Meilleure disponibilité en RTCM pour 2 réseaux

23. Le RTK par téléphonie mobile
Origine 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. 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. La précision du signal
Précision à l’antenne des différents signaux disponibles
GPS naturel 1m
Epandage / pulvé
Travail 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. 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. 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. Le système de guidage
L’autoguidage
• Directement sur l’hydraulique du tracteur ou de la moissonneuse
• Installé sur le volant ou remplacement du volant
Les moteurs électriques Hydraulique

29. Le type d’asservissement
6
5
4
3 RTK
m
c
)
(
dGPS
2
1
o
u
d
p
n
P
2
e
é
a
g
c
s
r
t
i
0
hydraulique moteur électrique
L’hydraulique valorise mieux la précision
et est plus stable

30. Résultats
Résultats / Précision entre 2 passages Résultats / Répétabilité entre deux
interventions
2 cm 2 cm

31. Biner avec un autoguidage
- Producteur de maïs semences équipé avec
un hydraulique RTK
-Enregistrement des passages du tracteur
pour les semis et pour le binage
Objectifs :
- Définir la précision lors d’une intervention =
distance entre deux passages de tracteur
consécutifs / précision relative
-Définir la précision entre deux interventions =
distance entre le passage 1 du semis et le
passage 1 du binage / précision absolue

32. Biner avec un autoguidage
Simulations de binage
Femelle : 80 cm
Mâle_femelle : 50 cm
Mâle_mâle : 40 cm

33. Biner avec un autoguidage
Précision relative : précision entre Précision absolue : capacité à
2 passages de tracteur lors de la revenir au même endroit
même 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. Biner avec un autoguidage
Simulations de binage
-Utilise les passages réels du tracteur pour
localiser les rangs de maïs (femelle et mâle)
-Utilise le passage réel du tracteur avec la
bineuse mais modifie la position des dents
sur la bineuse pour se rapprocher plus ou
moins du rang de maïs
-Epaisseur du rang de maïs : 1 cm

35. Biner avec un autoguidage
 Simulations de binage
Dent en limite des plantes
Plante

36. Biner avec un autoguidage
Simulation 1: 5 cm entre la dent et le rang de maïs
Simulation 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
1
A 5 cm, 0.4 % des longueurs sont abîmées
A 3 cm, 1.4% des longueurs sont abîmées

37. Conclusions binage
Moteur électrique Hydraulique
Le dGPS est moins précis. Il ne permet
±3.5 cm ± 3cm pas de revenir au même endroit sans
dGPS
recalage manuel.
Impossibilité de semer des mâles ou
RTK ± 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. La précision du signal
Précision à l’antenne des différents signaux disponibles
Barre de
GPS naturel 1 m guidage
Epandage / pulvé
Travail 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. 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. Validation au champ
Quelle est l’erreur (manque et recouvrement) dans une parcelle lorsque
l’on utilise :
• aucun guidage (jalonnage traditionnel);
• autoguidage (dGPS ou RTK).

41. Résultats
Les 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