Zjišťování okamžitého výnosu zrnin je v současné době asi nejrozšířenějším prvkem v rozvíjejícím se systému hospodaření u nás známém pod názvem precizní zemědělství. Jedná se zatím asi o jeho technicky nejlépe propracovanou část.
Systémy, sloužícími k získávání těchto údajů, jsou vybavovány sklízecí mlátičky. Potřebné snímače jsou napojeny na palubní počítač stroje, na rozdíl od snímače okamžitého výnosu, které mohou pracovat samostatně. V tomto případě poskytují pouze některé důležité provozní údaje (např. průměrný výnos z libovolně určené plochy, vlhkost sklízeného zrna, množství sklízeného zrna apod.). Pro tvorbu výnosových map však musí být celý systém samozřejmě ještě doplněn o přijímač signálu polohy nejčastěji v systému DGPS.
V současné době je možné předpokládat, že systémy určování okamžité polohy strojů budou v dohledné době levnější. Po odstranění systematického rušení GPS signálu o poloze pracuje přijímač GPS bez možnosti přijímat současně diferenční signál (DGPS) s poměrně dobrou přesností, asi okolo 5 m. To je pro potřeby zemědělství již poměrně vyhovující údaj o poloze stroje. Navíc je v Evropě snaha vybudovat pro tyto účely konkurenční síť družic, což by mohlo přinést další zlevnění těchto služeb.
I bez této možnosti však může být zjišťování okamžitého výnosu užitečné. Například výnosové monitory jsou schopny s poměrně velmi dobrou přesností určit hmotnost sklizeného zrna. Máme zkušenosti, že hmotnost okolo 13 tun (což je běžná nosnost dnes používaných traktorových transportních návěsů) je možno pomocí výnosového monitoru používaného firmou Case IH určit s přesností do 20 kg.
K určování okamžitého výnosu zrnin v současné době existuje hned několik druhů snímačů, jejichž čidla pracující na rozdílných principech. Signály od snímačů okamžitého výnosu jsou zpravidla zpřesňovány údaji o okamžité vlhkosti sklízeného materiálu a celý systém je doplněn čidlem sledujícím polohu žacího válu sklízecí mlátičky. Některá řešení vyžadují ještě další korekční členy, například pro práci na svahu, kde dochází k náklonu stroje.
Okamžitý výnos se zjišťuje pomocí měření hmotnostního nebo objemového toku vyčištěného zrna do zásobníku sklízecí mlátičky. Okamžitý průtok materiálu je možno určit pomocí čidel mechanických, optických, kapacitních, nárazových a paprskových.
Mechanická čidla
Asi jako první z těchto čidel bylo vyvinuto a používáno čidlo mechanické. Jeho základem je lopatkové kolo a dva senzory. Celé zařízení je umístěné na výstupu zrnového dopravníku.
Princip práce tohoto čidla je následující. Lopatkové kolo je poháněno řetězem přes elektromagnetickou spojku od hřídele šnekového dopravníku v zásobníku sklízecí mlátičky. Při práci stroje zrno začne naplňovat prostor nad lopatkovým kolem tak dlouho, až se dostane k hornímu čidlu. Jakmile horní čidlo zaregistruje hladinu zrna, dá impuls k elektromagnetické spojce a ta přivede pohon k lopatkovému kolu. To se začne otáčet a otáčí se tak dlouho, dokud spodní čidlo nezjistí, že již nevypadává žádné zrno. Objem prostoru mezi lopatkami je přesně známý. Na výnos se potom dá usuzovat z počtu otáček lopatkového kola a měrné hmotnosti zrna, kterou je nutno zjistit. Protože tento systém měření okamžitého výnosu není dostatečně přesný, začíná se od něj ustupovat.
Optická čidla
Optické čidlo okamžitého výnosu pracuje tak, že měří výšku vrstvy materiálu, který právě prochází okolo něj na lopatce zrnového dopravníku sklízecí mlátičky. Čidlo má dvě části - vysílač světelného paprsku a jeho přijímač. Pomocí tohoto čidla se zjistí, jakou dobu byl vysílaný světelný paprsek přerušen materiálem. Pro výpočet okamžitého výnosu se využívají údaje o době přerušení světelného paprsku a rychlosti řetězu zrnového dopravníku. Celé zařízení je nutno kalibrovat, to znamená nastavit pro různé sklízené plodiny. Všechny tyto údaje zpracovává mikroprocesor umístěný v čidle a poskytuje je palubnímu počítači. Tento systém používá např. firma RDS, lze se s ním setkat také u sklízecích mlátiček firmy Claas.
Pro zpřesnění údajů od optického čidla se u tohoto systému používá čidla příčného náklonu, protože při práci stroje na svahu dochází k sesypávání materiálu na lopatkách dopravníku zrna a může tím být ovlivněna doba přerušení světelného paprsku. Čidlo náklonu je umístěno zpravidla uprostřed mezi předními koly sklízecí mlátičky. Signál o náklonu stroje se získá tak, že se snímá poloha volně zavěšeného kyvadla. Kyvadlo je z důvodů tlumení kmitů zpravidla umístěno v olejové lázni. Údaje od čidla náklonu jsou zpracovávány palubním počítačem a využity k okamžité korekci údajů optického čidla výnosu.
Nárazová čidla
Poměrně jednoduché a rozšířené jsou nárazové snímače okamžitého průtoku zrna. Princip jejich práce spočívá v tom, že zrno je u výstupu ze zrnového dopravníku nuceno dopadnout na zakřivenou nárazovou desku. Poloha nárazové desky, která je v malém rozmezí pohyblivá vůči pevné nosné desce, je snímána pomocí tenzometrických snímačů. Na základě změny polohy této desky je možno usuzovat na hybnost narážejícího materiálu a z té se dá určit jeho hmotnost. Aby čidlo pracovalo s dostatečnou přesností, musí se pro různé plodiny kalibrovat. Podobné systémy určování okamžitého výnosu jsou oblíbeny především v Americe. Používají je např. firmy Case IH, John Deere nebo New Holland. Umístění nárazového čidla firmy New Holland je na obr. 1.
Rovněž nárazová čidla je třeba kalibrovat. Kalibrace se zpravidla dělá pro každou sklízenou plodinu a je dostačující, když se udělá jednou za životnost stroje. Palubní počítač si pamatuje kalibrační konstanty i v následujících sklizňových sezónách. Kalibrace některých plodin však může být problematická. Činnost nárazových čidel např. při sklizni řepky není úplně optimální, protože dochází k jejich zalepování. Zde jsou kladeny vyšší požadavky na obsluhu stroje, která se musí kromě běžných údržbářských úkonů starat také o čistotu těchto čidel. U některých moderních systémů není nutno kalibrovat jednotlivé plodiny, stačí pouze jedna kalibrace celého systému.
Kapacitní čidla
Kapacitní čidlo pracuje na principu změny kapacity kondenzátoru. Kondenzátor je v tomto případě tvořen tak, že jeho jedna deska je umístěna na dně u výstupu zrna ze zrnového dopravníku. Na protější straně je umístěna druhá deska kondenzátoru. Zrno, které je nuceno procházet mezi těmito dvěma deskami, ovlivňuje elektrické pole mezi deskami kondenzátoru a tím se mění jeho kapacita. Změny jsou závislé na množství, vlhkosti a elektrické vodivosti procházejícího zrna. Na základě těchto změn je možno usuzovat na množství prošlého materiálu a z toho na okamžitý výnos. Kapacitní čidla používá u strojů Lexion firma Claas.
Paprsková čidla
Paprskové čidlo pracuje na principu měření různého zeslabení intenzity záření procházejícím zrnem. Na výstupu zrnového dopravníku je umístěno čidlo, které se skládá z vysílače radioaktivního záření, umístěného v dolní části. Jako vysílacího média se používá radioizotopu 241 Americia, které má velmi slabou intenzitu záření. Paprsky zeslabené procházejícím zrnem jsou přijímány přijímačem umístěným v horní části dopravníku proti vysílači. Jestliže žádné zrno neprochází, zařízení se samo kalibruje. Ze změny intenzity přijímaného záření je možno usuzovat na okamžitou hmotnost sklízeného materiálu. Tento systém vyvinula a používá firma Massey Ferguson. Princip čidla firmy Massey Ferguson je na obr. 2.
Jak vyplývá z popisu jednotlivých čidel, měří se buď objem (mechanické a optické čidlo) nebo hmotnost (čidlo nárazové, kapacitní a paprskové) materiálu procházejícího zrnovým dopravníkem. Z hlediska přesnosti je lepší měřit hmotnost, protože výsledky měření objemu jsou ovlivněny hustotou (měrnou hmotností) sklízeného materiálu, která se může měnit. Nejméně přesná jsou čidla mechanická. Optická čidla dosahují přesnosti do 20 %, nárazová do 5 % a u paprskových výrobci uvádějí přesnost do 2 %.
Čidla vlhkosti
Poměrně značnou roli může při sklizni i během jediného dne hrát okamžitá vlhkost zrna. Proto většina výrobců používá také čidla pro její zjišťování. Jsou umístěna zpravidla na spodní straně v koncovce šnekového dopravníku, přivádějícího vyčištěné zrno do zásobníku sklízecí mlátičky. Jedná se o čidla kapacitní. Jejich povrch má určitou kapacitu, která se mění při průchodu různě vlhkého materiálu. Změna kapacity čidla je snímána a vyhodnocována a na jejím základě je možno usuzovat na okamžitou vlhkost sklízeného materiálu. Tato čidla pracují kupodivu poměrně přesně v širokém rozmezí vlhkosti (0 až 40 %). Je to způsobeno patrně především velkým množstvím snímaných vlhkostních údajů.
Pro zpřesnění práce všech typů čidel se používají údaje o pojezdové rychlosti nebo ujeté dráze stroje. Protože při práci zemědělských strojů, sklízecí mlátičky nevyjímaje, dochází často k prokluzu hnacích kol, používají se různá čidla sloužící k jeho korekci. Ujetá dráha strojem se dá nejjednodušeji zjistit čidlem počítajícím otáčky nepoháněných kol. Někdy se ke korekci prokluzu používají také čidla náklonová, pracující na stejném principu jako korekční čidlo příčného náklonu. Okamžitá rychlost se dá zjistit také čidlem radarovým, které snímá pohyb stroje oproti povrchu pozemku.
Nedílnou součástí všech popsaných systémů je palubní počítač stroje. Jestliže se ještě před několika lety vedly diskuse, zda vůbec má palubní počítač u zemědělských strojů opodstatnění, dnes již moderní sklizňový stroj bez palubního počítače téměř neuvidíme. Jsou to právě možnosti elektroniky a informačních technologií, které zapříčinily rozvoj precizního zemědělství. Z hlediska technického totiž není precizní zemědělství nic jiného, než využití informačních technologií k řízení rostlinné výroby.
Typickým výsledkem práce všech popsaných systémů je výnosová mapa obr. 3. Informace o okamžitém výnosu je však pouze jednou z mnoha informací, kterou lze o daném pozemku získat. Její důležitost spočívá především v tom, že podává kontrolu o výsledku celkového hospodaření na daném pozemku a toto hospodaření lze následně ovlivnit při dalším obdělávání. Kromě výnosové mapy lze získat také mapu okamžité vlhkosti sklízeného zrna při sklizni nebo mapu sklonu pozemku (systémy GPS a DGPS pracují v trojrozměrném prostoru a kromě souřadnic polohy jsou schopné udávat také nadmořskou výšku).
V systému precizního zemědělství je však nutné informace o okamžitém výnosu doplnit ještě mnoha dalšími informacemi, třeba odběrem půdních vzorků obr. 4. Na jeho základě lze vytvořit mapy zásobenosti půdy živinami a dalšími prvky, které mohou ovlivňovat výnos. Další informace o stavu pozemku lze získat z dálkového průzkumu země (družicové nebo letecké snímkování).
V současné době se jeví jako poměrně problematické účelné zpracování všech dostupných informací. Jedním z výstupů takového zpracování mohou být třeba aplikační mapy hnojení obr. 5. Překážkou ve zpracování získaných údajů často bývá špatná komunikace jednotlivých systémů precizního zemědělství od různých firem mezi sebou. Existují a rozvíjejí se proto už i u nás projekty, které se snaží komplexně řešit celou tuto problematiku. Jedná se o digitalizaci katastrálních map pozemků, které jsou rovněž zaneseny do systému DGPS. Pro konečného uživatele se využíváním služeb těchto projektů značně usnadní zpracování všech dostupných informací. Ty mohou být uloženy na centrálním serveru a bezdrátově přenášeny až ke konečnému uživateli. Příklad funkce podobného systému je na obr. 6.
František Kumhála
