Test av förbättrad positionering i skördare

Björn Hannrup, Skogforsk

Nya satellitbaserade system gör det möjligt att följa skördare och avverkade träd med hög precision. Tekniken öppnar dörren för smartare maskinstyrning och digital spårbarhet i skogen.

I skördare används satellitbaserad positionering för att underlätta navigering och för att koordinatsätta de produktionsdata som rapporteras från maskinerna. De positioneringssystem som hittills använts har en noggrannhet på cirka +/- 5 meter och i produktionsfilerna registreras hyttens position då träden fälls. Under år 2023 lanserade Komatsu ett nytt positioneringssystem där noggrannheten är väsentligt högre och hyttens position kan bestämmas på centimeter-nivå. Som andra tillverkare lanserade Ponsse under år 2024 ett motsvarande system, vilket nu har utvärderats av Skogforsk.

I båda fallen används de nya positioneringssystemen tillsammans med kranspetsstyrning. Detta gör det möjligt att inte bara registrera hyttens position utan även att följa skördaraggregatet och registrera de avverkade trädens och stockarnas positioner. Den nya positionsinformationen öppnar upp för en rad förbättringsmöjligheter, till exempel att delautomatisera skotningsarbetet, att införa digital spårbarhet och att automatisera registreringen av grotanpassning.

Om studien

Målet med studien var att utvärdera noggrannheten för Ponsses positioneringssystem ”Ponsse high-precision positioning” vid bestämning av de avverkade trädens positioner.

Studien genomfördes i augusti år 2024 med SCA som mark- och maskinvärd. Positioneringssystemet var monterat på en Ponsse Giant med ett H8 skördaraggregat. De ingående signalerna från satelliterna togs emot av två antenner monterade på maskinens hytt; två antenner används för riktnings-bestämning. Positionering skedde med nätverks-RTK, det vill säga en mer avancerad positioneringsteknik som kräver kontinuerlig tillgång till korrektionssignaler. Dessa signaler distribuerades via mobilt internet och tjänsten HxGN SmartNet användes. Skördaren var utrustad med kranspetsstyrning (Ponsse Active Crane) och Ponsse hade implementerat en beräkning av trädets position vid fällning vilken registrerades i hpr-filen.

sköradare.jpg Vänster bild visar skördaren som användes i studien medan höger bild visar de två antennernas placering på hytten.

För att utvärdera positioneringssystemets noggrannhet användes ett försöksupplägg där data samlades in i två steg. I ett första steg avverkade skördaren 43 träd och skördaraggregatets position vid fällning av stammarna registrerades i hpr-filen. För samtliga träd gjordes en manuell notering hur skördaraggregatet var ansatt vid fällning, det vill säga om det ansatts tydligt från vänster eller höger sida i förhållande till kranens riktning, alternativt om det var ansatt som en närmast rak förlängning av kranen. I ett andra steg gjordes manuella referensmätningar av position för stubbarna från de 43 avverkade träden. Stubbarnas position mättes in med GNSS-mottagare monterad på mätstång. Nätverks-RTK användes för positionering och korrektionssignalen hämtades från Swepos. Vid positioneringen erhölls fix-lösning för samtliga stubbar, vilket innebär att positioneringsnoggrannhet i referensmätningen var på cm-nivå.

manuell copy.jpg Manuell referensmätning av stubbarnas positioner.

Vid analysen jämfördes positionerna från den manuella referensmätningen med positionerna från skördaren och avvikelsen för respektive stubbe beräknades. I analysen gjordes också ett försök att identifiera orsak till avvikelser genom att utnyttja informationen om hur aggregatet var ansatt vid fällning.

Här är en sammanfattning av studiens resultat:

Ponsses positioneringssystem ”Ponsse high-precision positioning” har en hög noggrannhet som är på motsvarande nivå som det system för precis positionering som tidigare lanserats av Komatsu.
Det finns en potential att ytterligare förbättra precisionen för systemet genom att tillföra information om hur skördaraggregatet är roterat vid fällning.

Läs fördjupning

Resultat och diskussion

Det var generellt god överensstämmelse mellan trädposition från Ponsses positioneringssystem och stubbposition från den manuella referensmätningen (figur 1). I genomsnitt var avvikelsen 49 cm med en variation mellan 12 och 90 cm (figur 2). Noggrannheten vid trädpositionering med Ponsses system var därmed likartad som den noggrannhet som mätts upp i en tidigare studie av prototypversionen av Komatsus nya positioneringssystem (Hannrup & J Möller 2022).

Figur 1. Aggregatposition vid fällning från skördarens hpr-fil (gula cirklar) och stubbposition från referensmätning (blå cirklar) för de 16 första stammarna.

I Ponsses positioneringssystem genereras position för de avverkade träden genom att utgå från bestämningen av antennposition på hytten och sedan beräkna trädets position med hjälp av känd maskingeometri och information från givare i hytt och krandelar. I systemet finns information fram till tappen där skördaraggregatet hängs upp i kranspetsen; information om hur skördaraggregatet är roterat saknas eftersom skördaren som ingick i testen inte hade någon vinkelgivare i aggregatets rotator (figur 3). Detta innebär att det inte är möjligt att ta hänsyn till hur aggregatet ansätts vid fällning och de avvikelser som uppkommer kan förväntas vara systematiskt orienterade till höger eller vänster i kranens riktning beroende på hur skördaraggregatet ansatts vid fällning.

tabell .jpg Figur 2. Avvikelse mellan stubbposition från referensmätningen och aggregatposition vid fällning från skördarens hpr-fil.

Figur 3.jpg Figur 3. Skördaraggregatet ansatt till vänster om trädet i förhållande till kranens riktning. Pilen indikerar avvikelsen mellan kranspetsens position och den egentliga trädpositionen.

Figur 4.jpg Figur 4. Vänster bild: Data från studien som visar att skördaraggregatet var ansatt till vänster om trädet i förhållande till kranens riktning vilket återspeglades i skördarens positionering. Höger bild: Skördaraggregatet var ansatt till höger om trädet i förhållande till kranens riktning vilket återspeglades i skördarens positionering.

I figur 4 illustreras innebörden i ovanstående resonemang med hjälp av data insamlat i studien. För träd nummer 1 var skördaraggregatet ansatt på trädets vänstra sida i förhållande till kranen riktning vilket återspeglades i relationen mellan positionen från skördaren och referensmätningen. För träd nummer 33 var skördaraggregatet ansatt på trädets högra sida vilket på motsvarande sätt återspeglades i relationen mellan positionen från skördaren och referensmätningen. Detta mönster var generellt och för 39 av de 43 träden i studien återspeglades det sätt som aggregatet ansatts tydligt i relationen mellan positionen från skördaren och referensmätningen.

Sammanfattningsvis dras två slutsatser från studien:

1) Ponsses positioneringssystem ”Ponsse high-precision positioning” har en hög noggrannhet som är på motsvarande nivå som det system för precis positionering som tidigare lanserats av Komatsu.

2) Det finns en potential att ytterligare förbättra precisionen för systemet genom att tillföra information om hur skördaraggregatet är roterat vid fällning. Genom att tillföra sådan information kan precisionen förväntas bli mycket hög, med bestämningar av trädpositioner som storleksmässigt rör sig i intervallet någon eller några decimeter från de sanna positionerna.