Na rozmachu precizního zemědělství se rozhodující měrou podílejí data z vesmíru, družicové navigační a pozorovací systémy. Družicové snímky Sentinel a navigační systémy Galileo a EGNOS jsou zdrojem dat pro matematické výpočty, které dokážou výrazně optimalizovat produkci plodin, ušetřit palivo zemědělských strojů při pojezdu na poli a díky přesnému dávkování také hnojiva a postřiky.
Podle Ondřeje Švába, vedoucího oddělení Kosmických technologií a aplikací na ministerstvu dopravy, je takzvané precizní zemědělství přínosné v tom, že může nejen uspořit náklady na péči o plodiny na poli, ale zároveň i minimalizovat škody, protože umí upozornit na řady problémů v jejich raných fázích. Zemědělec tak může včas adekvátně zasáhnout a ochránit úrodu.
Pro pochopení toho, jak precizní zemědělství funguje, se budeme muset nejdříve vydat na oběžnou dráhu. Můžeme tedy začít se systémem Galileo?
Galileo je globální družicový polohový systém Evropské unie, na jehož výstavbě se významnou měrou podílela Evropská kosmická agentura (ESA). První z družic tohoto systému vynesla na oběžnou dráhu nosná raketa Sojuz již v roce 2011. Nyní je na orbitě už 28 družic, které umožňují plnou funkčnost navigačního systému Galileo.
Ten dnes dokáže nabízet takzvanou otevřenou službu, tedy službu, kterou je každý schopen přijímat například na svém mobilním telefonu (disponuje- li váš telefon příslušným přijímačem), nebo na přijímači družicové navigace třeba právě pro přesné zemědělství. Obdobné navigační služby nabízí i americký systém GPS, ruský Glonass a čínský BeiDou. Znamená to, že nám nad hlavami na různých oběžných drahách krouží už zhruba 120 družic využitelných pro určování polohy.
Kromě otevřené služby disponuje Galileo i dalšími službami, například Služba pátrání a záchrany (Search & Rescue) nebo Veřejně regulovaná služba (PRS — Public Regulated Service), která je určena pro armádu a bezpečnostní složky států. Ve vývoji je také služba vysoké přesnosti (High Precision), která bude velmi zajímavá i pro zemědělce.
V čem konkrétně?
Už dnes se lze měřeními z oběžné dráhy při současném využití pozemních korekčních systémů dostat až k přesnostem v řádu jednotek centimetrů. Úplně nejpřesnější měření se pohybují v řádech milimetrů, ale tam už hraje roli i postprocesní zpracování dat s využitím specifických služeb Rinex pro geodety. Služba High Precision by měla měření ještě více zpřesnit a pro mnohé na vyšší přesnost citlivé aplikace bude plně dostačující, nicméně pro řád centimetrů bude stále potřeba korekcí z pozemních systémů.
Vysoká přesnost určení polohy je v zemědělství nesmírně důležitá. Když máte pole, které je dlouhé 200 m a zůstane vám při sklizni na každém přejezdu u okraje půl metru nesklizené pšenice, tak to na jedné obrátce dělá nesklizených 100 m2 a v součtu tedy nižší výnos. Zemědělci se totiž většinou nevyplatí kombajn otočit a přejet zase celé pole zpět, aby ten půl metr dodatečně sklidil, protože při cestě spálí další naftu, amortizuje stroj, a navíc každý přejezd přes pole půdu zhutňuje.
S pomocí přesné navigace, obvykle s využitím služby Real Time Kinematic (RTK), dokážou stroje obhospodařit pole tak, že po okrajích nezůstanou nesklizené plodiny. Stejný princip samozřejmě platí také při setí a následné péči o plodiny. U postřiků by totiž nemělo docházet k překryvům zvyšujícím náklady či nedokryvům způsobujícím, že části pole nejsou ošetřeny vůbec.
Jak se vlastně z vesmíru zaměřuje poloha na Zemi?
Měření lze dělat dvojím způsobem. Mobilní telefony a méně přesné přijímače fungují na principu kódového měření, které si lze zjednodušeně představit jako „stopky“, přičemž se měří, za jak dlouho doputuje signál z družice do přijímače. Vzhledem k rychlosti světla, kterou se navigační signál šíří, jde o stopky velmi přesné.
Chyba jedné nanosekundy by znamenala chybu ve vzdálenosti 300 m! Proto jsou uvnitř družic atomové hodiny zajišťující, že každá družice se drží velmi přesné časové škály celého navigačního systému.
Problém nastává ve chvíli, kdy je stejně přesného času potřeba dosáhnout i v přijímači, což se vzhledem k absenci atomových hodin v přijímačích překonává prostřednictvím korelačních funkcí. Po dosažení synchronizace pak stačí odečíst čas odchodu signálu z družice a jeho příchodu do přijímače a vynásobit rychlostí světla, čímž získáme (pseudo)vzdálenost mezi družicí a přijímačem.
Druhý způsob je daleko přesnější a říká se mu fázové měření. Přijímač s opravdu stabilním fázovým centrem umí změřit, ve které fázi k němu vlna signálu dorazí. Je tedy třeba určit počet celých vlnových délek mezi družicí a přijímačem a změřit, v jaké fázi přijde do přijímače poslední vlna, tzv. doměrek. Protože měření fáze je mnohem přesnější než výše vedená synchronizace hodin mezi družicí a přijímačem, je přesnější i celé měření.
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)