1

JA2002

GNSS PARA CONTROL EN ROBÓTICA MÓVIL Y EN AGRICULT URA

RICARDO GARCÍA(1), TERESA DE PEDRO(2), J. EUGENIO NARANJO(3), JESÚS REVIEJO(4), CARLOS GONZÁLEZ(5)

Instituto de Automática Industrial. Consejo Superior de Investigaciones Científicas.Ctra. Campo Real Km. 0,200. 28500 La Poveda, Arganda del Rey. Madrid, España. Tlf: +34 918711900. Fax: +34 918717050.

(1)ricardo@iai.csic.es, (2)tere@iai.csic.es, (3)jnaranjo@iai.csic.es, (4)jesus@iai.csic.es, (5)gonzalez@iai.csic.es

1 INTRODUCCIÓN GNSS son las siglas inglesas de “Global Navigation System based on Satelites” y se refieren a los actuales sistemas, GPS de USA y GLONASS de Rusia, así como a sus derivados, los sistemas de emisión de correcciones diferenciales como OMNISTAR y otros que utilizan la radio como el RASANT de RNE en FM. En un futuro se añadirán los sistemas europeos GALILEO y japonés MSAS. Aquí presentamos nuestra experiencia en la utili zación de estos sistemas en sus versiones de precisión más alta, lo que nos ha permitido automatizar la conducción de coches de serie en condiciones similares a las de la conducción urbana y la creación de un sistema de ayuda a la conducción de un tractor de plantaciones de vides, en este caso la precisión necesaria y obtenida va más allá de lo que se denomina agricultura de precisión[2]. Comenzaremos haciendo una presentación general de los sistemas de posicionamiento a lo largo de la Historia y de cómo han evolucionado hasta los sistemas GNSS actuales. 1.1 Navegación y sistemas de posicionamiento

global La navegación es el arte de navegar o hacer un viaje en barco, avión globo u otro vehículo adecuado, siendo necesario para realizarla, además del vehículo, un sistema que diga al piloto dónde se encuentra para que tome las decisiones de conducción adecuadas. Ha habido diversos instrumentos de navegación a lo largo de la historia, buscando todos ellos encontrar la posición de la nave en un mapa construido anteriormente; cuando este mapa no existía, la misión principal de la navegación solía ser su producción para permiti r la repetición del viaje.

En la navegación cercana a las costas, cabotaje, las referencias suelen ser los cabos y los faros en ellos instalados para permitir la navegación nocturna, de ahí le viene el nombre y en todo momento el piloto conoce su posición por la observación de éstos. En la navegación de altura, no existen tierras cercanas que sirvan de referencia y ha de tomarse como referencia la posición de los astros y para identificarlos ha de medirse su altura sobre el horizonte, esta es la razón de su nombre en este caso. De los instrumentos utilizados en otras épocas destacaremos el astrolabio católico, diseñado en el siglo IX por Azarquiel en Toledo y que no pudo ser construido hasta el siglo XVI en Los Países Bajos (figura 1), y su complemento el reloj náutico que permiten conocer la latitud en cualquier lugar, lo que no se consiguió hasta el comienzo del siglo XVIII . Algunos derivados del astrolabio, concretamente el sextante, sigue siendo empleado en la actualidad, cuando ciertas condiciones no permiten la utili zación de métodos más modernos.

Figura 1: Astrolabio de Felipe II , El Escorial. Es interesante recordar que la necesidad de un instrumento de medida del tiempo hizo que, tras el desastre de la Armada en Cornualles, en el Parlamento Británico se promulgara la “Longitudinal

2

Act” que incluía tres premios de 20000, 15000 y 10000 libras a quién lograse un método que permitiese conocer la longitud de la posición del barco con precisiones de un grado, dos tercios y un medio respectivamente en un viaje de ida y vuelta a las Indias Occidentales y que fue ganado por el relojero John Harrison, aunque le costó mucho cobrarlo. Para transformar el problema de la navegación de altura en uno de navegación de cabotaje, se han construido estaciones de señalización de radio a lo largo de todo el mundo, por ejemplo los sistemas LORAN, DECCA y OMEGA con los que también funcionan las técnicas diferenciales de corrección de errores. El método más interesante y del que nos vamos a ocupar en este escrito es el conjunto de estaciones de señalización colocadas en satélites artificiales formando una constelación y que se denomina sistema global de navegación por satélites, GNSS en inglés, habiendo sido su precursor el sistema TRANSIT formado por una constelación de satélites en órbitas polares. Los GNSS están basados en la información que proporciona un conjunto de satélites de los que se conoce perfectamente su posición a un observador enviándole una señal de tiempo obtenida de un reloj atómico embarcado, junto con su posición y el receptor realiza los cálculos para determinar su propia posición. En principio es un simple problema de geometría consistente en calcular el punto de intersección de tres esferas o de cuatro para evitar ambigüedades. Existe un gran número de fuentes de errores y perturbaciones de las medidas, pero para todas ellas se han elaborado métodos de corrección. De todos ellos destaca el denominado de utili zación de correcciones diferenciales, que está basado en la utili zación de dos sistemas receptores semejantes, uno, denominado equipo base, que es colocado en un lugar fijo y conocido y otro sobre el móvil . Partiendo de la suposición de que ambos reciben los mismos errores al estar cerca el uno del otro, la base determina el error recibido comparándolo con su verdadera posición, que conoce, y se lo envía al móvil para que lo utilice y calcule su posición real. Los sistemas diferenciales son caros porque utili zan dos estaciones receptoras de señales de satélite y luego otras dos, una emisora de correcciones y otra receptora de ellas. Otro sistema, OMNISTAR, que utili za las dos constelaciones GPS, de USA, y GLONASS, de Rusia, emite la señal ya corregida tras utili zar unas estaciones terrestres que genera las correcciones en diversos lugares del mundo a través de satélites. Para terminar citaremos otra variante, la

que emite las correcciones en una zona determinada mediante señales de radio, por ejemplo RNE utiliza la portadora de FM para ello. 1.2 Sistemas de coordenadas En aplicaciones de navegación se utili za como sistema de coordenadas el UTM, Universal Transverse Mercator, que divide a la Tierra en 60 zonas de 6 grados de longitud de ancho, siendo la zona nº 1 la que va desde los 180º Oeste a los 174º Oeste; a su vez, cada zona está dividida en bandas horizontales separadas por 8º de latitud, ordenadas alfabéticamente de Sur a Norte, comenzando en 84º S con la letra C y acabando en 80º N con la letra X y no utili zándose ni la letra I ni la O. Una banda y una zona definen una zona UTM que es una proyección plana de una parte de la superficie de la Tierra. Las coordenadas se expresan como distancias en metros hacia el Este y hacia el Norte; al meridiano central de una zona UTM se le asigna la abscisa de 500.000 mE y al Ecuador la ordenada cero, 0 mN, si está en el hemisferio Norte o la 10 000 000 mN si está en el hemisferio Sur. La coordenada completa de un punto, por lo tanto, está compuesta por la abscisa, la ordenada, expresadas en metros, y el hemisferio, Norte o Sur. La principal ventaja de este sistema es que en él no existen números negativos y que permite un fácil calculo de distancias. En las regiones polares se utili zan las coordenadas denominadas UPS, por “Universal Polar Stereographics” en inglés. 1.3 GNSS y Sistemas Inteligentes de

Transporte Los sistemas de navegación por satélite actuales, GPS y GLONASS, fueron desarrollados para satisfacer requisitos de defensa y son controlados por organizaciones milit ares, el Departamento de Defensa estadounidense y las Fuerzas Espaciales Rusas del Ministerio de Defensa Ruso, aunque actualmente ambos han pasado a ser controlados por otros departamentos que incluyen agencias civiles buscando su promoción como sistema estándar mundial de posicionamiento y navegación, ya que las aplicaciones y la actividad económica generada por la incorporación de los servicios de navegación en las telecomunicaciones y en la información están siendo el verdadero motor económico de los sistemas de navegación por satélite. Las aplicaciones potenciales incluyen áreas de actividad tan diversas como transporte terrestre

3

aéreos y navales, gestión de todo tipo de flotas, de ocio, sistemas de información geográfica, obras civiles, gestión medioambiental, agricultura de precisión y otras muchas aplicaciones si se integran con sistemas modernos de comunicaciones. En 1991 se aprobó el desarrollo de un nuevo sistema, de nombre GNSS [1], como posible solución al aumento de todo tipo de tráfico. Se está desarrollando en dos fases: la GNSS1, un sistema de navegación de carácter civil y cobertura regional para aumentar la precisión tanto de GPS como de GLONASS que está basado en instalaciones terrenas y satélites geoestacionarios, y la GNNS2, de cobertura mundial que será la segunda fase. Los sistemas regionales que están siendo desarrollados en la fase GNSS1 son el europeo EGNOS, European Goestationary Navigation Overlay Service, el americano WASS y el japonés MSAS. Para la fase GNSS2 la Unión Europea ha decidido desarrollar su propio sistema con infraestructuras tanto en órbita como terrestre y que se ha denominado GALILEO. Se llaman Sistemas Inteligentes de Transporte a las aplicaciones en los que los computadores juegan un papel importante, estando generalmente asociados también a sistemas de comunicaciones. Es el caso de todas las aplicaciones que se han citado en párrafos precedentes, ya que la utilización de la información proporcionada por los sistemas de navegación ha de ser procesada con un computador. Aquí se quieren presentar otras aplicaciones en los que los GNSS se utili zan directamente para realizar sistemas automáticos de conducción de vehículos. Se presentan dos aplicaciones, una consiste en la automatización de la conducción de dos automóviles en un circuito urbano y otra en la de un tractor dedicado a la plantación de cepas. En las dos aplicaciones la utili zación de un GNSS tiene como fin el cálculo del error existente entre la posición real y la deseada. 2 CONTROL AUTOMÁTICO DE

DOS COCHES EN UN AMBIENTE URBANO

Este programa de investigación, que hemos denominado AUTOPÍA, tiene como fin la generación de tecnologías que permitan realizar la conducción automática de vehículos de serie. Se utili zan los mismos métodos que en los proyectos de robótica móvil , pero el entorno en el que se mueve un robot móvil es muy distinto del de un coche, donde casi nada externo es controlable. Por otra parte es también muy diferente de los proyectos realizados por las

empresas constructoras de automóviles que buscan elementos de ayuda a la conducción, pero no se atreven, probablemente por razones de responsabili dad, a dejar el control a un sistema automático. Presentaremos aquí la situación actual de la investigación y las diferentes etapas que se han recorrido. Evidentemente el conductor de un vehículo, sea una persona o un sistema automático, debe de ser capaz de percibir el entorno en el que ha de maniobrar y para ello ha de estar dotado de un conjunto de órganos sensoriales. Nuestro planteamiento ha consistido en investigar primero sobre el uso de métodos nuevos de percepción y después utilizar sensores que estén siendo desarrollados por otros grupos de investigación. Es el caso de los sistemas de visión artificial que son los más semejantes a la percepción de un conductor humano y probablemente los más útiles; ya que este tema de investigación, percepción visual con luz ambiental, es el campo de trabajo de otros muchos grupos, hemos preferido cooperar con ellos y nosotros centrar nuestro trabajo en la utili zación de sistemas de navegación basados en satélites artificiales. 2.1 Diseño y realización de una

infraestructura de investigación Nuestra primera tarea, ingrata desde el punto de vista científico, pero totalmente necesaria, ha consistido en el diseño y realización de la infraestructura de experimentación [7] (lo que sería equivalente en Astrofísica a la construcción de un telescopio y su instrumentación básica antes de comenzar las observaciones) Se han construido unas pistas asfaltadas formadas por tramos rectos que se entrecruzan, de manera que formen un pequeño barrio, ya que nuestro tema de trabajo va a ser la conducción automática en zonas urbanas, el ancho de las calles es de seis metros y así puede experimentarse con maniobras realizadas tanto en vías de dirección única, como en vías de doble dirección. La figura 2 es una fotografía aérea del Instituto de Automática Industria en la que puede apreciarse la zona reticulada de las pistas o zona de conducción, ZOCO.

4

Figura 2: Fotografía aérea del IAI con ZOCO. Se han puesto a punto dos vehículos de tracción eléctrica, CITROËN BERLINGO, cada uno de ellos equipado con un computador embarcado, un receptor GPS diferencial, un sistema de comunicaciones inalámbricas y los actuantes sobre el volante y el acelerador. Toda la zona está cubierta por la emisión de las correcciones diferenciales de posición obtenidas de una estación base DGPS. En lugar de utili zar el método estándar de transmisión, una conexión punto a punto, se ha construido una red aérea tipo ETHERNET que permite distribuir no sólo las correcciones sino también la posición de todos los vehículos y cualesquiera otras informaciones que se considere oportuno. En el computador se ha instado una versión nueva del sistema ORBEX de generación automática de controladores borrosos [5] que permite definir las estrategias de conducción de vehículos con las que se quiera experimentar. 2.2 Experimentos con un solo vehículo Los experimentos básicos sólo tienen necesidad del concurso de un vehículo y consisten en seguir una referencia definida por una línea recta y en cambios de esta referencia. 2.2.1 Seguimiento de una referencia definida

por una línea recta En la geometría utilizada una línea recta queda definida por un punto en el terreno (Z0) y un vector libre (U) que define una dirección; en los experimentos la recta se construye con las coordenadas de dos puntos obtenidos con dos medidas del equipo GPS y el vector libre se hace de módulo unidad para facilit ar las medidas de distancia (d), así la ecuación de una recta (r) es:

Z = Z0 + d * U.

En una etapa de preparación se ha recorrido todo ZOCO y se ha construido un mapa con todas las coordenadas de las esquinas de las calles obtenidas con el GPS embarcado. Este mapa es el que se utili za para generar las rectas de referencia tanto en el caso de circulación en calles de un solo sentido, en las que se circula por la recta central, como en las de doble sentido, en las que hay dos carriles de tres metros de ancho cada uno En un instante (t) se mide la posición del coche (ZC) mediante el GPS y se calcula la desviación respecto a la recta ideal (r) que es la línea central del carril de circulación, utili zando medidas sucesivas se calcula la orientación del coche y la diferencia entre esta orientación y la dirección (u) de la referencia. Estas dos diferencias, en posición y en orientación, son las entradas al sistema de control, en nuestro caso al controlador borroso que tiene reglas de estructura tan simple como: SI desplazamiento MAYORQUE cero O cabeceo positivo ENTONCES volante negativo. De manera semejante se controla la velocidad a partir de su lectura del GPS o del velocímetro del coche, teniendose en cuenta también la aceleración. De esta manera se han hecho experimentos en la calle más larga de ZOCO, la avenida Zadeh, habiéndose alcanzado el control hasta 60 Km/H. En una exhibición realizada en la zona de pruebas LIVIC de INRETS en Versalles, Francia, con una recta de longitud superior a 1 Km se ha conducido automáticamente a 80 Km/h [7]. 2..2.2 Cambio de referencia por cambio de calle El otro experimento básico es el giro en una esquina de dos calles, en este caso la estrategia seguida, que es la que realiza cualquier conductor humano, consiste en hacer un descenso de velocidad cuando la esquina está cercana, hacer un cambio de referencia y utilizar las mismas reglas que en las rectas, pero permitiendo grandes giros, una vez que el coche está centrado en la nueva referencia se pasa a la estrategia de conducción en línea recta y se aumenta la velocidad. 2.3 Experimentos con dos vehículos La diferencia fundamental con los experimentos básicos radica en la necesidad que tiene cada conductor de conocer la posición de otro vehículo que se mueva o esté parado cerca de él. Para conocer si hay un vehículo delante de un coche, o de un robot móvil en aplicaciones semejantes, se utili za un sistema sensorial; en nuestro caso no tenemos un

5

sistema sensorial, pero ha sido sustituido por un sistema de comunicaciones que recibe y distribuye las posiciones de los dos vehículos. Conociendo la posición del otro vehículo, cada coche puede activar la estrategia de la maniobra que crea oportuna; hasta ahora, se han realizado experimentos de seguimiento del vehículo precedente, lo que es equivalente a una circulación en caravana -es el control adaptador de la velocidad de crucero que ya poseen los mejores coches- e incluyendo parada y arranque que es una circulación “en caravana” y experimentos de adelantamiento. 2.3.1 Seguimiento del precedente: caravana,

parada y ar ranque Una vez realizado el experimento básico del control de la velocidad es sencillo transformarle de manera que la velocidad de un vehículo se adapte a la del precedente, si se conocen su posición y velocidad. En este experimento la referencia para el controlador es la separación y el tiempo estimado de alcance, que según el código de la circulación ha de ser superior a dos segundos. En el experimento, la conducción del primer vehículo suele hacerse forma manual para provocar situaciones extremas. Según lo escrito, las entradas al controlador borroso son las diferencias de velocidades y el tiempo estimado de alcance y las salidas los controladores de aceleración y freno. Este maniobra de circulación en caravana ya está siendo incorporada a diversos vehículos provistos de un rádar o un lídar y el sistema que la implementa es el “control automático de crucero” o ACC. 2.3.2 Adelantamiento de otro coche Una de las maniobras más peligrosas de la conducción [4], dado el gran número de víctimas al que da lugar, es el adelantamiento del vehículo precedente, cuando éste circula a una velocidad inferior, ya que ha de invadirse otra calzada. Esta maniobra completa necesita de un tercer actor en la otra calzada para determinar en qué momento puede realizarse o si debe interrumpirse.

Fig 3 Preparación de un adelantamiento

Al disponer sólo de dos vehículos no se ha tenido en cuenta la casuística completa, pero sí se ha realizado parcialmente. Ha consistido en, dado el conocimiento de la posición y la velocidad del precedente tomar la decisión de adelantar y, para ello, tomar como referencia una recta paralela a la del carril actual situada a tres metros a la izquierda y cuando se compruebe que se ha sobrepasado el otro coche, vuelve a tomarse como referencia la recta anterior. Ha de notarse que en todos los casos se ha cambiado de referencia, pero no se han cambiado las reglas del controlador.

Fig. 4 Secuencia de un adelantamiento automático 2.4 Resultados de la automatización de la

conducción con ayuda de GNSS Los experimentos demuestran que la utili zación de un GNSS como sensor fundamental puede ser un sistema de ayuda a la conducción desatendida, siempre que el conductor humano lo prefiera, o bien puede ser un sistema de ayuda y aviso de incidencias, aunque siempre debería utili zarse un sistema sensorial mas complejo, fundamentalmente para localizar obstáculos y para identificar señales de circulación. En nuestro trabajo y para aprovechar los conocimientos de otros grupos de investigación hemos creado junto al Departamento de Electrónica de la Universidad de Alcalá de Henares [3] un sistema de conducción basado en GNSS y en visión artificial que ha sido presentado en IEEE IV’2002 y que ha merecido el Primer Premio a la Investigación en Automoción del año 2002 de la Fundación Eduardo Barreiros. Todas las maniobras que han sido descritas pueden ser vistas en la dirección www.iai.csic.es/autopia.

6

3 UN SISTEMA DE AYUDA A LA CONDUCCIÓN DE UN TRACTOR DE PLANTACIÓN DE VIÑEDOS.

3.1 Agr icultura de precisión Se denomina así a aquellas aplicaciones agrícolas que utili zan técnicas topográficas para definir microparcelas en las que puede hacer una tratamiento diferenciado a fin de mejorar la producción, por ejemplo en el IAI se han realizado sistemas para individualizar la aplicación de productos fitosanitarios y así disminuir la emisión de contaminantes innecesarios. La precisión de estos métodos topográficos es cercana a un metro, por lo que en ellos pueden ser util izados sistemas basados en GPS de precio moderado. 3.2 La plantación de viñedos Un viñedo, así como un olivar, se planta tradicionalmente siguiendo el patrón de una malla, de manera que todas las cepas dispongan para su alimentación y crecimiento de la misma superficie de suelo, esta disposición regular también permite una mayor mecanización de las tareas agrícolas e incluso producir una mayor sensación de cultivo esmerado, sensación de interés no sólo estético sino también como argumento de ventas.

Fig. 5 Operario y bandeja de cepas en el apero

Actualmente, la plantación de los grandes viñedos se realiza mediante el concurso de tractores provistos de unos aperos específicos en los que se colocan los plantadores así como las bandejas en las descansan las cepas que han de ser plantadas (Fig. 5). En este caso la precisión buscada es de algunos centímetros, lo que hace no sean suficientes las tecnologías que se utili zan en agricultura de precisión, habiéndose utili zado sistemas basados en

láser, que presentan también algunos inconvenientes como se verá a continuación. 3.3 Alineación basada en láser Una ayuda a la alineación de las cepas se consigue mediante la utilización de un sistema de láser consistente en un emisor instalado en el terreno que produce una radiación en un plano vertical que es detectado mediante una batería de varios sensores instalada en un lateral del tractor, del apero o de ambos que indica la desviación del tractor respecto al plano, evidentemente la línea de referencia es la intersección del plano láser con el suelo

Fig. 6 Alineación longitudinal mediante láser

De esta manera se consigue una referencia para la línea longitudinal de avance del tractor. 3.4 Inconvenientes del sistema basado en láser El inconveniente principal reside tanto en que esta referencia sólo es válida para un surco y que el emisor ha de ser desplazado al finalizar cada uno al siguiente, como en que la alineación transversal ha de realizarse por otro método que es uno mecánico consistente en ir desenrollando una cadena con marcas cuyo extremo está fijado a una estaca colocada al final del surco (Fig. 6). Existe otro inconveniente de tipo tecnológico que está asociado a la potencia del láser, ya que si se utili za un láser de gran potencia existe un gran riego para los operarios y si es de pequeña potencia su alcance es muy limitado, el compromiso se obtiene utili zando un láser con un alcance máximo de 600 m. Los viñedos no son siempre terrenos llanos, sino que se realizan en cualquier tipo de terreno, lo que hace que cuando existen ondulaciones el haz láser no alcanza todos los puntos en los que ha de plantarse.

Líneas Longitudinales Líneas

Transversales

7

Fig. 7 Viñedo en terreno ondulado

Cuando ocurre ésto (Fig 7), no queda más remedio que dividir las líneas longitudinales en segmentos e ir trasladando el emisor láser de una colina a otra, con la consecuente generación de errores. Finalmente indicaremos que la plantación sólo se puede realizar mientras el tractor avanza desde el final del surco hacia el emisor y que, al acabar de plantar un surco, no sólo han de trasladarse el emisor y la estaca, sino que el tractor ha de trasladarse al otro extremo. 3.5 Ventajas de un sistema GPS para obtener

un buen reticulado Todos los inconvenientes citados anteriormente parece que pueden ser resueltos mediante el uso de un sistema de posicionamiento de alta precisión basado en satélites. Un viñedo es una zona de terreno libre de obstáculos para la recepción de una señal proveniente de un satélite y también para la recepción de correcciones diferenciales, por lo que puede asegurarse que puede conocerse la posición de un punto con una precisión de centímetros en una zona de unos quince kilómetros de radio. El funcionamiento de un GPS no es direccional, a diferencia de cómo es el del láser, de manera que la precisión se obtiene con movimientos en cualquier dirección, independientemente de donde se coloque una estación base diferencial, lo que permite hacer plantaciones en los dos sentidos de recorrido longitudinal, con el consiguiente ahorro de tiempo. Utili zando las coordenadas de longitud y latitud e ignorando la de altura, pueden localizarse en el terreno los puntos de plantación, independientemente de si se trata de un terreno llano o en pendiente. 3.6 Sistema de ayuda a la plantación basado

en GPS

Se está desarrollando un sistema automático de conducción de un tractor dedicado a tareas de plantación. En una primera fase [8] se ha construido un sistema de ayuda tanto a la conducción del tractor como a los plantadores embarcados en el apero. 3.7 Funcionamiento del sistema de ayuda a la

plantación El tractorista debe recibir indicaciones para dirigir el tractor hacia su derecha o izquierda de manera que se produzcan surcos rectos y paralelos; en cuanto a los plantadores, deben recibir indicaciones sobre el momento y la posición en que deben introducir en la tierra los plantones. 3.8 Instrumentación utili zada El instrumento básico es un sistema diferencial de posicionamiento por satélite para obtener una precisión de centímetros en la situación de los viñas plantadas. El sistema diferencial consta de dos receptores gemelos, el base sobre el terreno y el embarcado, unidos por un sistema de radio.

Fig.8 Tractor con instrumentación y programador Sobre el tractor se ha instalado un cajón hermético en el que, además de los receptores GPS y radio, se ha introducido un computador industrial y tarjetas de adquisición de datos analógicos y digitales y las antenas correspondientes (Fig. 8). En el exterior están instaladas las antenas del Gps y de la radio y dos inclinómetros que se utilizan para conocer la postura del tractor debida a la inclinación del terreno y la profundidad a la que está plantándose 3.9 Sistemas de coordenadas Se han utili zado diversos sistemas de coordenadas según fuesen las funciones que quisieran realizarse.

8

El sistema de coordenadas básico es el de la proyección plana del geoide en la zona de trabajo. El origen de coordenas es la posición de la estación base y las coordenadas de longitud y latitud de un punto “P” se transforman en un par “(x,y)”, ignorándose la información de alti tud. La abscisa “x” es la distancia en metros desde el punto “P” hasta el meridiano que pasa por el origen tomada a lo largo de la vertical primaria a “m” que pasa por el punto “P” –recordemos que la vertical primaria de un punto a un meridiano es el círculo máximo que pasa por el punto y es perpendicular al meridiano-. La ordenada “y” es la distancia medida a lo largo del meridiano entre el origen y la intersección de éste con la vertical primaria citada anteriormente. Todos los cálculos para hacer la transformación de coordenadas de longitud y latitud a “(x,y)” se han realizado utili zando el radio del elipsoide de revolución a la altura del origen proporcionado por “National Imaginary and Mapping Agency of DoD” a través del “Stándar World Geodety System 1984, version of 3 January of 2000” Sobre este sitema básico se han construido otros más cercanos al conductor del tractor que son los asociados a la malla o retícula de plantación que ha de ser definida en una etapa de preparación del trabajo. El origen es el punto inicial del surco de referencia siendo la dirección “x” la que lleva del origen al fnal de este surco de referencia. Desde la lectura de las coordenadas proporcionadas por el GNSS hasta la de los puntos donde deben colocarse las viñas han de realizarse una serie de transformaciones geométricas que tienen en cuenta también la estructura mecánica del tractor y del apero, la malla de plantación que se quiere producir, y las señales de los inclinómetros; el resultado final es la señal que debe comunicarse a los plantadores, junto a un control lateral automático de la posición del apero. 3.10 Comunicación entre el sistema

informático y los operadores Se ha construido un sistema de avisos al conductor que, mediante un desplazamiento de luces, le avisa en que sentido debe corregir la dirección del tractor para obtener un surco recto. En el apero y junto al lugar de trabajo de los plantadores -el tractor que se ha utili zado en las pruebas y que es el de las fotos permite trabajar a tres plantadores simultáneamente- se han instalado unos juegos de luces potentes que, según avanza el tractor van encendiéndose y apagándose, de manera que siempre señalan el mismo punto del terreno, allí es donde el plantador debe colocar el plantón y donde a continuación se cubrirá de tierra y el tractor regará

mediante la apertura de las electro válvulas correspondientes. 3.11 Resultados de la plantación de viñas con

ayuda de GNSS En una primera evaluación se han plantado siete mil cepas en la zona de Cariñena, estando en la actualidad evaluándose los resultados y preparándose una nueva plantación cuando comience la próxima temporada. Agradecimientos Los trabajos aquí descritos han podido ser realizados gracias a diversas aportaciones. El programa AUTOPÍA ha recibido las siguientes subvenciones:

� TIC 96-C-06-03 de la CICYT: ORBEX, Ordenador borroso experimental

� 06T/042/96 de la CAM : COVAN,

Conducción de un vehículo autónomo en un ambiente natural.

� IN 96-0118 de la CICYT: ZOCO,

Construcción de un campo de pruebas de vehículos autónomos y robots.

� TAP 98-0813 de la CICYT: GLOBO,

Conducción automática de vehículos basada en la información proporcionada por sistemas globales de posicionamiento, GPS, y estrategias construidas con lógica borrosa.

Por otra parte, Plantaciones de Cepas Solé ha subvencionado el trabajo “CEPAS, un sistema de ayuda a la conducción para un tractor de plantación”. Referencias [1] CDTI 2002 “Los sistemas de navegación por

satélite y el proyecto europeo GALILEO”. Marzo de 2002.

[2] j. De Bbaerdemaeker et el. “Mechatronic

Systems. Communication and Control in Precission Agriculture”. IEEE Control System Magazín. October 2001, pp 48-70

[3] M.A. Sotelo. “Sistema de Navegación Global

Aplicado al Guiado Automático de un Vehículo Autónomo Terrestre en Entornos Exteriores Parcialmente Conocidos”. Tesis Doctoral. U. de Alcalá de Henares. Octubre 2001

9

[4] Willi e D. Jones (2001, September) “Keeping Cars for the Crashing”. IEEE SPECTRUM pp 40-45

Trabajos propios que son ampliación de lo descrito: [5] Ricardo García, Teresa de Pedro “First

Application of ORBEX co-processor: Control of Unmanned Vehicles” Mathware and Soft Computing nº7 vol 2-3, pp:265-273. 2000.

[6] Ricardo García, Teresa de Pedro, J.Eugenio

Naranjo, Carlos González, Sergio Alcalde, Jesús Reviejo “An open frame to prove techniques and equipement for autonomous vehicles”. MIM 2000 July IFAC Simposium pp:350-354.

[7] Ricardo García, Teresa de Pedro, J.Eugenio

Naranjo, Carlos González, Jesús Reviejo “Frontal and Lateral Control for U nmaned Vehicles in Urban Tracks”. IEEE Intelli gent Vehicles, IV´2002. CD paper 11.

[8] Carlos González, Jesús Reviejo, J.Eugenio

Naranjo, Ricardo García, Teresa de Pedro “Sistema de ayuda a la plantación de viñas basado en navegación por satélite” IFAC CL CA 2002, México, papel 85 (aceptado).