By Tanner Whitmire, Director, Sales & Support, Agriculture, Hexagon Autonomy & Positioning division
It is common to hear the term GPS (Global Positioning System) used to refer to positioning and navigation tools in agriculture. However, what many do not know is that GPS is the name of the United States of America satellite positioning system. Most technologies applied in agricultural operations use GNSS (Global Navigation Satellite Systems), which describes the collection of satellite positioning systems from multiple countries including GPS (United States), GLONASS (Russia), Galileo (European Union), Beidou (China), NavIC (India) and QZSS (Japan). Regardless of the term used, if you are a farmer today, you probably use positioning technologies in your agricultural operations.
For several decades, positioning technologies have been essential for maintaining guidance lines and reducing gaps and overlaps, allowing users to operate more efficiently, especially in areas with uneven terrain. The list of benefits is long and includes optimisation and savings in Simply put, GNSS is the foundation of precision agriculture. However, the long journey that the signals take from the satellite to the receiver presents some challenges. along the signals path can cause delays, distortions and inaccurate positioning. To achieve and maintain accuracy, signal corrections are used.
Understanding how corrections work and identifying the ideal level of precision for each type of operation can help you make more effective decisions. Every farm is different, and every farmer operates differently. Therefore, outlined below are different types of correction services available that offer varying degrees of accuracy and delivery methods.
Traditional RTK technology compares data between a fixed-base station and receivers in the field to correct errors, assuming they both identify the same nearby errors. These corrections ensure high accuracy (1-2 cm), but the user must remain close to the base stations (10-30 km). The convergence time, approximately one minute, indicates the time to calculate the RTK position after receiving corrections data. Delivery can be via radio or mobile phone, requiring a fixed-base station or a 3G or 4G modem in the equipment.
For equipment with mobile internet modems, the technology is NRTK. These devices process satellite signals and send RTK corrections back to GNSS devices. The advantage is that the internet signal has the capacity to process a greater volume of data, ensuring reliable coverage, increasing productivity and, by solving availability and communication problems, seamlessly integrating positioning data into the farmer’s workflow.
Due to the high initial investment and the necessary proximity to the base station, this option is recommended for large commercial operations with static limits in areas with poor satellite visibility and a high number and variety of machine type
Precise Point Positioning (PPP)
The PPP method uses a network of reference stations to correct satellite errors, which can happen routinely but have been exacerbated this year by ionospheric scintillation. This is a natural phenomenon caused by solar flares, which involves rapid and irregular variations in the intensity of radio frequency signals through the ionosphere, a region of the Earth’s atmosphere that contains ionised particles. It causes distortions in radio signals, such as those used in satellite communications and GNSS (Global Navigation Satellite System) navigation systems.
With PPP, data is transmitted to the receiver in the field, improving real-time positioning accuracy. PPP is available globally, without being limited to the range of a base station. Pass-to-pass accuracy ranges from 2.5 cm to 15 cm, depending on the type of correction, and convergence times can range from less than 1 minute to about 18 minutes, depending on the type of signal. Corrections can be delivered via satellite or mobile, and only require a dual-frequency GNSS receiver and a subscription to the correction service, removing the need for local infrastructure like a fixed base station
RTK Bridging
RTK bridging is designed for RTK and PPP-RTK hybrid users. RTK acts as the main source of correct Rather than operating without RTK corrections and experiencing reduced accuracy, the receiver can use PPP corrections to maintain centimetre level accuracy until RTK corrections are re-established. This method, called bridging, guarantees continuity of operation with high precision, so you can keep operating instead of waiting for RTK corrections to return. Bridging services can range from 20 minutes to an unlimited outage coverage period, depending on the subscription level purchased. RTK bridging services are satellite delivered and require, at a minimum, a dual-frequency GNSS receiver and a RTK bridging subscription in addition to the existing RTK infrastructure.
Satellite-Based Augmentation Systems (SBAS)
Satellite-Based Augmentation Systems (SBAS) are free correction services managed by government organisations. They compare information from ground stations with data from satellites and send adjustments to other satellites, which transmit these corrections to receivers in farm equipment. Coverage depends on the region, such as WAAS for North America or EGNOS for Europe. They offer an accuracy of around 60 cm and have limited availability in some regions. The convergence time is approximately 5 minutes, and the corrections are delivered via satellite. Requirements include a single-frequency GNSS/GPS receiver in an SBAS-compatible region. This is an option for producers who want to start working with precision agriculture, but do not have the resources to invest in more precise technologies.
In this diverse universe of satellite corrections, where options vary between high and low precision and coverage, the integration of technology plays a central role in farming operations. Having receivers that support multiple frequencies and constellations is the first step to improving machine positioning. SMART Antennas, developed by Hexagon | NovAtel offer multi-constellation and multi-frequency tracking and features flexibility and upgradeable software. Combined with TerraStar Correction Services, the solutions offer a wide range of options to adapt to the needs of each operation. Fortunately, no matter what type of crop or cultivation method you adopt, there is an accuracy level to meet your needs.
GNSS na agricultura: como identificar o nível de precisão adequado para cada operação?
Por Tanner Whitmire – Diretor de Vendas e Suporte de Agricultura, da divisão Autonomy & Positioning da Hexagon
É comum ouvir por aí o termo GPS (Global Positioning System) para se referir às ferramentas de posicionamento e navegação na agricultura. No entanto, o que muitos não sabem é que ele denomina especificamente o sistema de navegação dos Estados Unidos, enquanto a maioria das tecnologias aplicadas nas operações agrícolas utiliza o GNSS (Global Navigation Satellite Systems), que incorpora todos os sistemas globais de navegação por satélite: incluindo, além do GPS (Estados Unidos), outros como GLONASS (Rússia), Galileo (União Europeia), Beidou (China), NavIC (Índia) e QZSS (Japão). Independentemente do termo usado, se você é agricultor hoje, provavelmente utiliza tecnologias de posicionamento em suas operações agrícolas.
Há algumas décadas elas têm sido essenciais para manter as linhas de orientação e reduzir falhas e sobreposições, permitindo operar de maneira mais eficiente, especialmente em áreas com terreno acidentado. A lista de benefícios é grande e passa também pela otimização e economia no uso de insumos. De forma simples, o GNSS é a base da agricultura de precisão. Entretanto, a longa jornada que o sinal percorre do satélite para o receptor enfrenta alguns desafios. Erros ao longo do percurso causam atrasos, distorções e posicionamento impreciso. Para alcançar e manter a precisão, são utilizados corretores de sinal.
Entender como as correções funcionam e identificar qual o nível de precisão ideal para cada tipo de operação pode ajudar a tomar decisões mais eficazes. Cada fazenda é diferente e cada agricultor opera da sua maneira. Por isso, descrevo abaixo alguns tipos de serviços de correção disponíveis que oferecem diversos graus de precisão e métodos de entrega.
Cinemática em Tempo Real (RTK)
A tecnologia RTK tradicional compara dados entre uma estação base fixa e receptores no campo para corrigir erros, presumindo que ambos identificam os mesmos erros próximos. Essas correções garantem alta precisão (1-2 cm), mas o usuário deve permanecer próximo às estações base (10-30 km). O tempo de convergência, aproximadamente um minuto, indica o período para calcular a posição RTK após receber os dados e as correções. A entrega pode ser via rádio ou celular, exigindo um uma estação base fixa, ou modem 3G ou 4G no equipamento.
Para equipamentos que contam com modem de internet móvel, a tecnologia é a NRTK (Cinemática em Tempo Real em Rede). Esses dispositivos processam os sinais de satélite e enviam correções RTK de volta para dispositivos GNSS. A vantagem é que o sinal de internet tem a capacidade de processar um maior volume de dados, garantindo cobertura confiável, aumento de produtividade e, resolvendo problemas de disponibilidade e comunicação, integra perfeitamente os dados de posicionamento ao fluxo de trabalho do agricultor.
Devido ao alto investimento inicial e à proximidade necessária da estação base, esta opção é indicada para grandes operações comerciais com limites estáticos em áreas com pouca visibilidade de satélite e alto número e variedade de tipos de máquinas.
Posicionamento de Ponto Preciso (PPP)
O método PPP utiliza uma rede de estações de referência para corrigir erros do satélite, que podem acontecer corriqueiramente, mas têm sido agravados este ano pela cintilação ionosférica. Ela é um fenômeno natural causado por explosões solares, que envolve variações rápidas e irregulares na intensidade dos sinais de radiofrequência através da ionosfera, região da atmosfera terrestre que contém partículas ionizadas. Ela provoca distorções nos sinais de rádio, como os utilizados em comunicações via satélite e sistemas de navegação GNSS (Global Navigation Satellite System).
Neste método, os dados são transmitidos para o receptor em campo, melhorando a precisão do posicionamento em tempo real. O PPP está disponível globalmente, sem limitações de alcance de uma estação base. A precisão varia de 2,5 cm a 15 cm entre passadas, dependendo do tipo de correção, e os tempos de convergência variam de menos de 1 minuto a cerca de 18 minutos, dependendo do tipo de sinal. As correções podem ser entregues via satélite ou celular, e requerem apenas um receptor GNSS de dupla frequência e assinatura para os serviços de correção, eliminando a necessidade de infraestrutura local, como uma estação de base fixa.
Soluções de backup RTK
Soluções de backup RTK são projetadas para usuários de RTK e híbridos PPP com RTK. O RTK age como a principal fonte de correção, sendo utilizado até ocorrer uma interrupção de sinal devido a perdas de recepção via rádio ou celular. O sinal do RTK tradicional pode enfrentar algumas instabilidades e o usuário pode precisar de uma solução de backup para fornecer suporte nos períodos de interrupção. Em vez de operar sem correções RTK e enfrentar uma redução na precisão, o receptor pode usar correções PPP para manter precisão em centímetros até que as correções RTK sejam restabelecidas. Esse método garante a continuidade da operação com alta precisão, evitando a espera pelo retorno das correções RTK. Há diferentes níveis de assistência, variando de 20 minutos a um período ilimitado, dependendo da duração da interrupção e do nível da assinatura escolhido pelo usuário. Os serviços de backup RTK são entregues via satélite, e requerem, no mínimo, um receptor GNSS de dupla frequência e uma assinatura do serviço de backup, além da infraestutura RTK existente. .
Sistemas de Aumento Baseados em Satélite (SBAS)
Os Sistemas de Aumento Baseados em Satélite (SBAS) são serviços de correção gratuitos gerenciados pelas organizações governamentais. Eles comparam informações de estações de terra com dados dos satélites e enviam ajustes para outros satélites, que transmitem essas correções para os receptores nos equipamentos agrícolas. A cobertura depende da região (como WAAS para a América do Norte ou EGNOS para a Europa).
Apesar de não atingirem a precisão dos serviços pagos e terem disponibilidade limitada em algumas regiões, oferecem uma precisão de cerca de 60 cm. O tempo de convergência é de aproximadamente 5 minutos, com correções entregues via satélite. Requisitos incluem um receptor GNSS/GPS de frequência única em uma região compatível com o SBAS. Esta é uma opção para produtores que desejam começar a trabalhar com agricultura de precisão, mas não dispõem de recursos para investimento em tecnologias mais precisas.
Nesse universo diversificado dos serviços de correção, onde as opções variam entre mais ou menos precisão e maior ou menor cobertura, a integração da tecnologia desempenha um papel central nas operações agrícolas. Contar com receptores que suportem diferentes frequências e constelações é o primeiro passo para aprimorar o posicionamento das máquinas. As SMART Antenas, desenvolvidas pela Hexagon | NovAtel, oferecem rastreamento multi-constelação e multifrequência e apresentam flexibilidade e software atualizável. Combinados com os serviços de correção TerraStar, as soluções oferecem uma ampla gama de opções que se adaptam às necessidades de cada operação. Felizmente, independentemente do tipo de cultura ou método de cultivo que você adote, há uma solução adequada para atender às diferentes necessidades.