72
PRECISION FARMING AND VARIABLE RATE TECHNOLOGY A Resource Guide First Edition February, 2010 Agricultural Research and Extension Council of Alberta (ARECA) © 2010 ARECA

PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

  • Upload
    others

  • View
    7

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

          

PRECISION FARMING AND VARIABLE RATE TECHNOLOGY A Resource Guide  

First Edition February, 2010 

        

Agricultural Research and Extension Council of Alberta (ARECA) © 2010 ARECA

Page 2: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Precision Farming and Variable Rate Technology    i A Resource Guide 

Table of Contents  List of Tables .......................................................................................................................iv List of Figures .......................................................................................................................v Forward............................................................................................................................... 1 Acknowledgements......................................................................................................... 1 Proprietary notice ........................................................................................................... 1 Conventions..................................................................................................................... 2 

Introduction to Precision Agriculture Technologies ........................................................... 3 What is Precision Agriculture? ........................................................................................ 3 First farmers and small plots ....................................................................................... 4 Managing variability .................................................................................................... 5 

Brief history of Precision Agriculture .............................................................................. 5 GPS as the enabling technology .................................................................................. 5 Early efforts in managing variability............................................................................ 5 

Global Positioning System (GPS)......................................................................................... 6 What is GPS and how it is used in Precision Agriculture?............................................... 6 Types of satellite positioning (GPS, GLONASS, others) ............................................... 7 Basic description of how GPS works............................................................................ 7 Receiver types.............................................................................................................. 9 Error Sources ............................................................................................................. 10 

Differential corrections and accuracy levels ................................................................. 12 Why are corrections needed? ................................................................................... 12 Satellite Based Augmentation Systems..................................................................... 13 Beacon ....................................................................................................................... 14 RTK............................................................................................................................. 14 

Guidance, controlled traffic, other uses of GPS............................................................ 16 Basic manual guidance .............................................................................................. 17 Autosteering .............................................................................................................. 18 Controlled Traffic Farming......................................................................................... 20 Mapping weeds, rocks, obstacles.............................................................................. 23 Automatic section control and mapping................................................................... 23 

Geographic Information Systems (GIS)............................................................................. 24 What is a GIS and how it is used in Precision Agriculture............................................. 24 Visualization of layers concept .................................................................................. 24 Paper based maps to software packages .................................................................. 24 

Layer management........................................................................................................ 25 Spatial data types, resolution, quality, etc.................................................................... 25 Data types.................................................................................................................. 25 Geo‐referenced data ................................................................................................. 27 Garbage in‐garbage out............................................................................................. 28 Data parsing and verification..................................................................................... 28 

Page 3: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Variable Rate Technology (VRT) ....................................................................................... 29 What is VRT and how it is used in PA............................................................................ 29 Inputs required.............................................................................................................. 29 Yield data ................................................................................................................... 29 Fertility....................................................................................................................... 30 Topography................................................................................................................ 31 Imagery ...................................................................................................................... 32 Electrical Conductivity (EC)........................................................................................ 32 Target yield ................................................................................................................ 33 Manual control .......................................................................................................... 34 Map based control..................................................................................................... 34 

Variable Rate Applications ............................................................................................ 35 Fertilizer..................................................................................................................... 35 Herbicide.................................................................................................................... 35 Fungicide.................................................................................................................... 36 Insecticide.................................................................................................................. 36 Seed rate.................................................................................................................... 36 Desiccation ................................................................................................................ 36 Irrigation .................................................................................................................... 36 

Yield Monitoring ............................................................................................................... 38 Managing yield data...................................................................................................... 38 Accuracy and errors ...................................................................................................... 38 Calibration ................................................................................................................. 39 Grain throughput lag time......................................................................................... 39 Weeds and chaff ........................................................................................................ 40 Position errors ........................................................................................................... 40 

Remote Sensing ................................................................................................................ 41 Types of remote sensing ............................................................................................... 41 Satellite imagery ........................................................................................................ 41 Aerial.......................................................................................................................... 41 Non‐contact sensors.................................................................................................. 42 Google Earth as a data source................................................................................... 42 

Spectral Bands: Visible, NDVI, Multi‐spectral, hyperspectral ....................................... 43 Visible ........................................................................................................................ 43 Infrared, near infrared, false color infrared .............................................................. 43 NDVI........................................................................................................................... 44 Multispectral.............................................................................................................. 45 Hyperspectral ............................................................................................................ 45 

Resolution...................................................................................................................... 46 How resolution affects data quality .......................................................................... 46 Resolution Classes ..................................................................................................... 47 

Ground truthing ............................................................................................................ 47 Economics of Precision Agriculture .................................................................................. 48 Guidance........................................................................................................................ 48 

Precision Farming and Variable Rate Technology    ii A Resource Guide 

Page 4: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Payback through reduced overlap, less waste, less fatigue...................................... 48 Operation in poor conditions – dark and dusty ........................................................ 48 Round‐the‐clock operations to maximize machine productivity .............................. 48 

VRT ................................................................................................................................ 48 Data Requirements.................................................................................................... 49 Payback through better management ...................................................................... 50 More consistent yields .............................................................................................. 50 Maximizing profitability............................................................................................. 50 What‐if scenarios: what to grow where.................................................................... 51 Inventory management ............................................................................................. 52 Service providers ....................................................................................................... 52 Application costs........................................................................................................ 52 Data management ..................................................................................................... 52 

Do something today!..................................................................................................... 52 Websites ........................................................................................................................... 53 Selected References.......................................................................................................... 57 Appendix A: Glossary ........................................................................................................ 59  

Precision Farming and Variable Rate Technology    iii A Resource Guide 

Page 5: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

List of Tables  Table 1  Differential correction accuracy.......................................................................... 12 Table 2  Example equipment for Controlled Traffic Farming ........................................... 21 Table 3  Sample attributes for a soil sample point ........................................................... 26 Table 4  The Classic Partial Budget Format....................................................................... 49 Table 5  Example Input Data Format ................................................................................ 50 

Precision Farming and Variable Rate Technology    iv A Resource Guide 

Page 6: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

List of Figures  Figure 1  Precision Farming Cycle ....................................................................................... 4 Figure 2  Early farmer harvesting his crop .......................................................................... 4 Figure 3  GPS Satellite ......................................................................................................... 6 Figure 4  GPS satellite constellation ................................................................................... 7 Figure 5  Trilateration from 3 GPS satellites ....................................................................... 8 Figure 6  Example of satellite visibility and DOP from planning software.......................... 9 Figure 7  GPS signal error sources .................................................................................... 11 Figure 8  Dilution of Precison............................................................................................ 11 Figure 9  Repeatable accuracy of GPS with various corrections....................................... 12 Figure 10  Conceptual overview of WAAS ........................................................................ 13 Figure 11  RTK Base Station .............................................................................................. 15 Figure 12  Example of a lightbar guidance system ........................................................... 17 Figure 13  Example of an onscreen guidance system....................................................... 17 Figure 14  Steering wheel mount autosteer ..................................................................... 18 Figure 15  Tilt compensation on a tractor ........................................................................ 20 Figure 16  Roll, Pitch and Yaw of Tractor .......................................................................... 20 Figure 17  Controlled Traffic Farming using a 3m track width ......................................... 21 Figure 18  Controlled Traffic Farming with different track widths ................................... 22 Figure 19  Example of picking rocks with GPS guidance................................................... 23 Figure 20  Automatic section control................................................................................ 23 Figure 21  Layers form the information in a GIS............................................................... 24 Figure 22  Line example represented by several points connected together.................. 25 Figure 23  Polygon example representing a field boundary............................................. 26 Figure 24  Example of soil types overlaid on satellite imagery from Google Earth.......... 27 Figure 25  Example of a geo‐referenced field border....................................................... 28 Figure 26  Example yield map ........................................................................................... 29 Figure 27  Example of zone soil sampling ......................................................................... 30 Figure 28  Example of grid soil sampling .......................................................................... 31 Figure 29  Example 3D elevation map .............................................................................. 31 Figure 30  Example of raw and analyzed satellite imagery .............................................. 32 Figure 31  Example of NDVI image used to create VRT zones.......................................... 32 Figure 32  Example of electrical conductivity soil sensor ................................................. 33 Figure 33  Example of an electromagnetic conductivity meter........................................ 33 Figure 34  Example of map‐based variable rate control in sprayer.................................. 34 Figure 35  Example fertilizer prescription map................................................................. 35 Figure 36  Example of variable rate irrigation .................................................................. 37 Figure 37  Example of yield data before and after cleaning data..................................... 39 Figure 38  Remote sensing unit on a fixed wing aircraft .................................................. 42 Figure 39  Examples of non‐contact crop sensors ............................................................ 42 Figure 40  Visible spectrum............................................................................................... 43 Figure 41  Infrared spectrum ............................................................................................ 44 

Precision Farming and Variable Rate Technology    v A Resource Guide 

Page 7: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Figure 42  Example of an NDVI field image....................................................................... 44 Figure 43  Example of Hyperspectral Remote Sensing ..................................................... 45 Figure 44  Example of 30 m, 10 m and 2.4 m resolution satellite imagery ...................... 46 Figure 45  Example of a profit map................................................................................... 51 

Precision Farming and Variable Rate Technology    vi A Resource Guide 

Page 8: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Precision Farming and Variable Rate Technology    1 A Resource Guide 

Forward The purpose of this manual is to serve as reference material for those attending precision farming training workshops hosted by ARECA and its member associations in Alberta. Technology changes quickly and the materials discussed are believed to be current at the time of production. No representation or warranty is made as to the accuracy or suitability for your particular circumstances. Readers are advised to consult with qualified practitioners before applying the methods described in this manual to their operation. 

Acknowledgements The Agricultural Research and Extension Council of Alberta would like to thank the following contributors for making this project successful:  Alberta Agriculture and Rural Development ‐ Growing Forward Program for financial support of this program Dale Chrapko (Alberta Agriculture and Rural Development) for financial support Doug Mackay, P.Eng. for development of this manual Jay Bruggencate and Colin Bergstrom (Farmers Edge) for imagery contributions Ted Darling for economic analysis contributions Warren Bills (GeoFarm) for imagery contributions 

Proprietary notice Copyright © 2010 Agricultural Research and Extension Council of Alberta. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means without prior permission of the copyright owner. Other trademarks and trade names used in this manual are the property of their respective holders.  Agricultural Research and Extension Council of Alberta #211, 2 Athabascan Avenue Sherwood Park, Alberta T8A 4E3 Tel: 780.416.6046 Fax: 780.416.6915 Website: www.areca.ab.ca Email:  [email protected]  First Edition February, 2010  

Page 9: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Conventions The following conventions are used in this manual:  Italics    The term in italics is defined in the glossary at the end of this manual  

  TIPS: Helpful advice and things to watch out for. 

Sidebar tips

Precision Farming and Variable Rate Technology    2 A Resource Guide 

Page 10: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Introduction to Precision Agriculture Technologies 

What is Precision Agriculture? Precision agriculture attempts to manage variability within fields. There are several reasons that precision farming has come about as a management method in the past decade: 

• High cost of crop inputs including seed, fertilizer, pesticides and fuel • Environmental concerns about fertilizers and pesticides near sensitive areas, 

runoff and de‐nitrification • The technology has become available and economically feasible 

 Precision agriculture goes by many names but they all refer to managing variability: 

• Precision farming  • GPS farming • Prescription farming  • Farming by satellite • Spatially variable agriculture  • Farming by the foot • Site specific management  • Variable rate application 

 Just as the seasons have a cycle, so does precision agriculture. Throughout the season, data is collected from various sources, analyzed, and used for decision making. There are many types of information that can be collected and used in a precision agriculture system including yield, topography, prescriptions, imagery, electrical conductivity, soil types, and as‐applied maps.  Precision agriculture is really a systematic approach to managing fields. It involves multiple technologies and multiple disciplines. It should be first and foremost considered a tool to make better management decisions. It is not a silver bullet that will make any farm profitable but it will help with making more informed decisions that can lead to greater profitability. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    3 A Resource Guide 

Page 11: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

  

Figure 1  Precision Farming Cycle Source: Virginia Cooperative Extension 

 

First farmers and small plots Early farmers managed their land intimately. They walked the fields to cultivate, sow, remove weeds, water, and harvest their crops. They intuitively knew that some areas of the land yielded better than others. Much of this information was retained in their memory or recorded in a notebook. This information may have been passed down from one generation to the next verbally or in written form.  

  

Figure 2  Early farmer harvesting his crop  

Precision Farming and Variable Rate Technology    4 A Resource Guide 

Page 12: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Managing variability As modern agriculture led to larger and larger machinery and the number of acres grown by individual farms increased, the intimate knowledge of the land was lost, or at least much more difficult to manage. For many years equipment operators have manually adjusted the spray rate when driving through a heavily infested area but this can be fatiguing and not 100% accurate. Modern technology allows automation of these tasks. 

Brief history of Precision Agriculture 

GPS as the enabling technology Without having a reliable method of locating equipment and items in a field, it is difficult to manage in‐field variability. A crude method might be to stake out the field to show areas that require different treatment, but this is not practical on large fields. A reliable positioning method is needed to accurately locate field features to make precision agriculture work. Some local positioning systems were developed but not successfully commercialized. The advent of GPS allowed for low‐cost, reliable positioning of equipment in the field. Data from other sensors could be tied to a specific point in the field with precision.  

Early efforts in managing variability Various methods of precision farming have been tried over the years, with varying degrees of success.  An operator that is very familiar with a field and able to detect differences in soil type, topography, yield potential, etc., may be able to adjust his rates on the go while travelling up and down the field. Some of the problems with this method is that is rapidly fatiguing for the operator to be constantly watching and adjusting rates. Also, there is no feedback to record what was applied where to verify if the treatment was cost‐effective and profitable. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    5 A Resource Guide 

Page 13: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Global Positioning System (GPS) The Global Positioning System (GPS) was launched by the United States government initially as a way to locate military applications. It has grown into a commonplace utility, being used in everything from cell phones to cars to landing aircraft and guiding ships.  

  

Figure 3  GPS Satellite Source: USAF GPS factsheet 

 

What is GPS and how it is used in Precision Agriculture? We said earlier that GPS is the enabling technology of precision agriculture. It is the positioning system of choice since it is reliable, free to use with the correct receiver, and relatively accurate. Since the early 1990’s, producers have been using GPS in field applications.  Uses of GPS in precision agriculture: 

• Yield mapping  • Autosteering • Variable rate control  • Automatic section control • Field mapping  • Drainage • Guidance  • Data collection • Asset tracking  • Crop scouting • Irrigation  • Topographic mapping • Tracking livestock  • Electrical conductivity mapping • Aerial spraying  • Soil sampling • Rock picking  • New uses are being developed 

   

Precision Farming and Variable Rate Technology    6 A Resource Guide 

Page 14: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Types of satellite positioning (GPS, GLONASS, others) There a two major satellite positioning systems circling the earth. The main system used in North America is the US military Navstar GPS system. There is also the Russian‐developed GLONASS system, which can be used by some receivers in North America. Systems under development include the European Galileo system, Chinese Beidou and Compass, and India’s Indian Regional Navigational Satellite System (IRNSS). These are mainly intended to be local systems for specific areas of the world to limit dependence on the US or Russian systems. The general term for all satellite positioning systems is Global Navigation Satellite System (GNSS). 

Basic description of how GPS works The Global Positioning System consists of three parts:  Space Segment:  24 operating satellites in orbits about 20,200 km above the earth 

that pass by twice per day (12 hour orbits).  Control Segment:  Monitor and control stations on the ground that maintain the 

satellites in their proper orbits and adjust the satellite clocks to maintain the health of the GPS. 

 User Segment:  The user’s GPS receiver on the ground. This can be in the cab of 

the tractor, an airplane or a handheld device.    

  

Figure 4  GPS satellite constellation Source: Garmin 

 GPS works by transmitting radio frequencies from the orbiting satellites. These frequencies contain information on the satellite’s health, location and a timing signal that is received by the user’s GPS on earth. The constellation is arranged so there at least 5 to 8 satellites visible anywhere on the earth at any given time. The GPS receiver 

Precision Farming and Variable Rate Technology    7 A Resource Guide 

Page 15: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

on the ground calculates its location by measuring the time it takes the signal from the satellite to reach it. By calculating the distance to several satellites, the GPS receiver can determine its position.  With 3 satellite signals, the GPS receiver locates itself at the point where the circles of the distances from the 3 satellites intersect. This process is called trilateration because the GPS receiver is measuring its distance (lateration meaning distance to a point on a sphere) from at least 3 satellites (tri meaning three). A minimum of four GPS satellites are needed to receive a three‐dimensional (3D) position (latitude, longitude, altitude). The more satellites that can be received at one time, the less uncertainty there is in the position.  

  

Figure 5  Trilateration from 3 GPS satellites  There is free software available to visualize how many satellites are available at any time and predict HDOP at your location. Since the GPS system is now fully operational, there are usually enough satellites available overhead but if there are obstacles in the way, this can be reduced. 

gpsdataresources.shtml 

Current almanac data: www.trimble.com/ 

 planningsoftware.shtml www.trimble.com/ 

 

  Where can I download planning software? 

 Most receivers also set an elevation cutoff angle at which satellites are not used if they are a certain elevation off the horizon, as their accuracy is decreased since the signal travels through more of the atmosphere. Typical elevation cutoff angles are 5 – 10 degrees.  

Precision Farming and Variable Rate Technology    8 A Resource Guide 

Page 16: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

  

Figure 6  Example of satellite visibility and DOP from planning software Source: Trimble Navigation 

 The whole process of how GPS works is quite complex and the reader is welcome to explore some of the websites at the end of this guide for more information. 

Receiver types GPS receivers come in different accuracy classes and utilize different correction sources. The accuracies range from recreational class non‐corrected receivers at 15 m to survey grade professional equipment that can attain millimeter accuracy. Of course, the cost of these receivers varies widely with performance and features.  Most modern receivers have at least 12 channels to receive signals from 12 GPS satellites at one time. Some have more, as many as 50 channels in anticipation of utilizing GPS, GLONASS, and SBAS signals at the same time.  There are single and dual frequency receivers. Single frequency receivers are generally less accurate than dual, but they are also less expensive. Dual frequency is used in the highest accuracy RTK applications of 1” accuracy or better. Dual frequency RTK receivers have faster initialization times than single frequency.  GPS receivers can have various differential correction methods built into the receiver. L‐Band corrections can use the same channels as the GPS receiver. Beacon and RTK require a different frequency and may have the radio receiver built into the GPS receiver box or a separate radio receiver. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    9 A Resource Guide 

Page 17: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Precision Farming and Variable Rate Technology    10 A Resource Guide 

There are new GPS frequencies coming in the next few years called L2 and L5 that will enhance the accuracy and strength of non‐corrected GPS signals. This is meant to enhance GPS for “safety of life” applications such as locating cell phones in urban areas. 

Error Sources 

Ionosphere There are several sources of error with GPS signals. The radio signal travels from satellites some 20,000 km away basically at the speed of light until reaching earth. Once the signal reaches earth, it must pass through the ionosphere which is an area of charged particles about 70 – 1000 km above the earth. The signal is delayed as it travels through this region and the delay is frequency dependant. Dual frequency receivers can virtually eliminate this error by measuring the difference in the delay. 

Troposphere The next layer is the troposphere, which is about 20 km above earth. The signal delay through the clouds and moisture in the troposphere is not frequency dependant but can be modeled to compensate for it. 

Obstructions Signals can be obstructed by buildings, trees, or metal objects. This is why it is important to mount the GPS antenna with a clear view of the sky on the equipment so that there is a better chance of receiving all the satellites that are available. 

Multipath GPS signals can bounce off objects near the antenna, causing a delay in receiving the signal. Many modern antennas have built‐in multipath rejection. For high accuracy antennas a choke ring device can be added that helps to reject multipath. 

Satellite clock The GPS satellites each have atomic clocks onboard for precise timing. The GPS receiver on the ground has a lower accuracy quartz clock. There are processing methods that increase the timing accuracy of the receiver’s clock but still does not have the accuracy of an atomic clock. Considering the signal from the GPS travels at the speed of light, even a nanosecond of timing error amounts to a measurable error.   

  What are the sources of GPS errors? 

 • Orbit error   ±2.5 m • Satellite Clock  ±2 m • Ionosphere  ±5 m • Troposphere  ±0.5 m • Multipath    ±1 m • Receiver noise  ±0.3m 

Page 18: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

  

Figure 7  GPS signal error sources  

Dilution of Precision (DOP) An important factor in calculating the accuracy of GPS is called Dilution of Precision (DOP). It is a geometric factor that serves as a multiplier of the general accuracy of the receiver. There are several types of DOP, including horizontal (HDOP), vertical (VDOP), time (TDOP), 3D position (PDOP) and geometric (GDOP). When the satellites are widely spaced around the user, the DOP value will be low. When the satellites are clustered together the DOP value will be higher.  The DOP value is multiplied by the base accuracy to get the current accuracy of the receiver. HDOP values under two are considered acceptable.  

 

Figure 8  Dilution of Precison 

Precision Farming and Variable Rate Technology    11 A Resource Guide 

Page 19: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Differential corrections and accuracy levels GPS signals alone are typically ± 15 meters. While this is fine for locating a ship in the ocean or a hiker finding their way, it does not provide the accuracy needed to guide equipment in the field or collect topographic data.  

Why are corrections needed? Without corrections, GPS would not be useable for many of the applications in precision agriculture. With 1‐3 m pass to pass accuracy and 15 m repeatable accuracy, uncorrected GPS might get the user to the correct field, but not much more. Guiding equipment to sub‐inch accuracy only works with sophisticated correction signals being applied.  

Table 1  Differential correction accuracy Source: Trimble Navigation, Deere & Co, USCG, OmniSTAR 

 

Correction Type  Pass to Pass Accuracy  Repeatability Non‐corrected  ± 1‐3 m  15 m WAAS  ± 6‐12”  30” Beacon  ± 6‐12”  1 m (Decreases with 

distance from base station) OmniSTAR® VBS  ± 6‐8”  < 1m OmniSTAR® HP  ± 3‐5”  8” OmniSTAR® XP  ± 2‐4”  4” StarFire™ SF1  ± 10”  30” StarFire™ SF2  ± 4”  10” StarFire™ RTK  ± 1”  1” RTK  ± 1‐20 cm  1‐20 cm (Decreases with 

distance from base station) 

 

  

Figure 9  Repeatable accuracy of GPS with various corrections 

Precision Farming and Variable Rate Technology    12 A Resource Guide 

Page 20: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Satellite Based Augmentation Systems Satellite Based Augmentation Systems (SBAS) provide corrections to GPS receivers via an L‐Band satellite signal separate from the GPS signal. It is used to improve the accuracy of the user’s location to sub‐meter or better. 

WAAS The Wide Area Augmentation System (WAAS) was established by the United States Federal Aviation Administration (FAA) for aircraft approach positioning. There is no charge to use the WAAS correction signal and many receivers have built‐in WAAS capability. WAAS uses geo‐stationary satellites over the equator on the east and west sides of North America to provide coverage of most of the continent.  There is similar system in Europe called European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) operated by the European Space Agency.  

  

Figure 10  Conceptual overview of WAAS Source: USCG Navigation Center 

OmniSTAR® OmniSTAR is a commercial provider of SBAS signals. They offer three levels of accuracy from 2” to 8” by subscription. They broadcast on an L‐Band frequency and require an OmniSTAR capable receiver.     

Precision Farming and Variable Rate Technology    13 A Resource Guide 

Page 21: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

StarFire™ John Deere operates their satellite correction signal that works with their GreenStar system. They offer three accuracy levels, two via satellite correction and one via an RTK base station (source: Deere & Co.). John Deere dealers have also set up their own RTK network, available by subscription, which provides the user with corrections without having to set up their own base station. 

Beacon The US Coast Guard and Canadian Coast Guard set up DGPS reference stations to assist in waterway navigation around coastlines and large lakes. While this system is more widely available in the United States, coverage in Canada is limited. The United States Department of Homeland Security has expanded coverage to include the entire inland United States, but Canadian coverage is still limited.   Beacon corrections are free to receive with the proper GPS receiver. The accuracy of beacon corrections decreases with the distance from the reference station. While the corrections may be received for up to 250 to 350 km from the station, accuracy decreases the further away the receiver is from the reference station. Testing is being done to increase the accuracy of the beacon corrections in the United States to 10 cm. (Source: US DOT) 

RTK In order to get a repeatable high accuracy position, a method of differential corrections known as Real‐time Kinematic (RTK) was developed, mainly for the survey industry. The application of RTK to agriculture has meant very high accuracy positioning down to the sub‐inch level. The accuracy of RTK corrections depends on the accuracy level of GPS receiver on the vehicle and the distance from the base GPS receiver. The further away from the base station, the lower the accuracy will be. For best accuracy, the RTK base station should be less than 10 km from the vehicle in the field. Accuracy begins to degrade after this distance but might still be sufficient. 

  RTK Considerations • Cost of setting up your own 

base station vs. purchasing an annual subscription 

• How many units will be used at the same time? 

• Is there a benefit to you having a high speed internet connection in the cab? 

• Line of sight issues – are there obstructions, lack of cellular coverage in your fields? 

  What accuracy do you need?  Generally, cost goes up with accuracy.  Some applications need to be more accurate while others can do with less.  Locating the correct field: 1‐3m Locating rocks and field features: 1‐3m VRT application: submeter Automatic section shutoff: sub‐foot Manual guidance: sub‐foot Autosteering: < 6” to sub‐inch Inter‐row seeding: <2” Drainage: <2” to sub‐inch 

Precision Farming and Variable Rate Technology    14 A Resource Guide 

Page 22: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 RTK requires a real‐time radio link from a base station set up over a known location to the moving receiver in the vehicle. There are different methods for receiving the signals from the base station. 

Local base station A base station can be set up near the field over a known location to provide corrections to equipment in the field over a radio link. The base could be located at the farm on a high point of a building or grain bin to give maximum distance. The radio link requires line of sight to the receiver so the higher the transmitting antenna, the less obstacles will block the signal. It is also possible to set up a radio repeater in the field if reception is an issue. 

 Figure 11  RTK Base Station Source: Trimble Navigation 

 

RTK via cellular data Another method of receiving RTK corrections is over a cellular network. The range of receiving these signals is generally further than a single base station with a 900 MHz radio link. It is not line of sight dependent and works wherever a cell phone signal can be received. It will not work in areas of poor cellular coverage.  Some providers of RTK over cellular also feature a high speed internet connection that can be used for transferring data, remote job setup, internet access, asset tracking, email, etc. This can be a powerful tool and levels the playing field for farmers and urban dwellers by providing wireless high‐speed internet to rural residents.  

Precision Farming and Variable Rate Technology    15 A Resource Guide 

Page 23: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

The range of cellular based RTK can be greater than a single reference station because it is not limited by radio reception but by cellular coverage. Often the RTK base stations are part of a network that models the corrections over a larger area than a single base station, allowing for greater accuracy than with a single local base station.  The accuracy may be greater by using a network of base stations as the atmospheric corrections can be modeled more accurately in three dimensions by the network rather than just a single dimension with a single base station.  A government initiative mostly in the United States has set up a network of reference stations known as Continuously Operating Reference Stations (CORS). Correction data is available over the internet and requires a cellular data connection in the cab to receive the corrections. Some CORS stations are free to receive data while some charge a subscription fee. There are also the cellular data charges to receive the correction data.  

Guidance, controlled traffic, other uses of GPS With special processing techniques, GPS can be used to accurately guide equipment in the field. GPS guidance can minimize overlap and misses in the field during application, making more efficient use of crop inputs. Fatigue is reduced since the operator can be confident that they are getting complete coverage.  In a 2009 Purdue University/CropLife magazine survey in the United States, 92% of respondents were using some sort of GPS guidance for custom application and 56% were using auto control/autosteering (Whipker and Akridge 2009). The survey was of crop input dealers and custom applicators in the United States. There has been a rapid uptake of GPS guidance by producers in Canada as well. 

  Pass‐to‐pass vs. repeatable accuracy 

 It is important to understand the difference between pass‐to‐pass and repeatable accuracy as they are quite different, depending on the correction source.  Pass‐to‐pass accuracy means the accuracy the user can expect over a short period of time, from one pass down the field to the next. Non‐RTK correction sources are often in the 2‐8” range pass‐to pass. RTK can be from 1‐20 cm pass‐to‐pass, depending on the receiver.  Repeatable accuracy refers to the accuracy the user can expect if they return to the same point in the field the next day or a year from now. Repeatable accuracy of non‐RTK correction sources varies from 4” to 3’. RTK can be from 1‐20 cm repeatable.  It is important to make the distinction between pass‐to‐pass and repeatable accuracy when shopping for a GPS system. If the user needs to return to the same spot year after year with high accuracy, then they need to consider an RTK system. For example, for inter‐row seeding, high pass‐to‐pass accuracy and high repeatability are needed. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    16 A Resource Guide 

Page 24: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Basic manual guidance There are two main forms of manual guidance that give the operator cues to steer the vehicle to keep on a specified track. 

Lightbar The simplest of manual GPS guidance methods is a row of lights in the operator’s field of view that indicate which way to steer to stay on course. The operator tries to keep the light in the middle of the lightbar. Some lightbars offer text displays and recording of field features that can be navigated back to at a later time. This is useful for returning to the last point that was sprayed when leaving the field to refill the sprayer, as an example.  

 Figure 12  Example of a lightbar guidance system 

Source: TeeJet Technologies  

On‐screen guidance Graphical guidance systems provide more information to the operator on what is around him in the field. This is known as “situational awareness” and comes from technology used in fighter jets and space shuttles to show the user what is around them, even if they can’t see it.  

 Figure 13  Example of an onscreen guidance system 

Source: Raven Industries  

Precision Farming and Variable Rate Technology    17 A Resource Guide 

Page 25: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Autosteering Automatic steering of the vehicle in the field can reduce fatigue and allow longer operating hours while keeping the vehicle on a precise track. There are two primary type of autosteering systems, steering wheel mount and hydraulic. 

Steering wheel mount An electric motor can be attached to the steering wheel of the vehicle that is controlled by the GPS and electronic controller in the cab. Some attach directly to the steering wheel shaft while others have a roller that turns the outside of the steering wheel. The steering wheel mount autosteer provides medium accuracy. It is more accurate and less fatiguing than manual guidance but not as accurate as hydraulic autosteering, although their accuracy is improving with time.   

  

Figure 14  Steering wheel mount autosteer Source: AgLeader 

 

Hydraulic Hydraulic autosteering ties directly to the oil lines of the vehicle’s steering system. It is generally more accurate than a steering wheel mount as there is no slippage on the wheel and more precise adjustments can be made.  The wheels are being controlled directly through the hydraulics rather than through the steering wheel into the steering box which then controls the hydraulics.  There are generally two types of steering valves used, proportional and on‐off or “bang‐bang”. The proportional valve opens in response to an electrical signal that opens the valve based on the amount of current or voltage fed to it. For 100% of the current or voltage fed to the valve, the oil flow will be 100%. If the signal is less than 100%, the valve will open proportionally to that amount. For example, if the signal is 50% the valve will open half way. The control of the valve is handled by the electronics in the autosteering module and requires calibration for each machine it is installed on. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    18 A Resource Guide 

Page 26: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

The on‐off type valve simply opens to 100% whenever an electrical signal is sent to it and is closed when there is no signal. This type of valve can be “pulsed” to change the flow rate. A faster pulse will create smoother steering inputs than a slower one.  Many of the current autosteering controllers can interface directly with the vehicle’s electronics via CANBus, ISOBus or ISO 11783/J1939 standards to allow direct connection without having to add a hydraulic block to the vehicle. If the vehicle already has the capability to be steered electronically, adding a controller and GPS can easily make it autosteer capable. 

Implement steering On hillsides the implement tends to drift down the slope, even though the towing vehicle maintains a straight path. Methods have been developed to control the path of the implement more precisely. This can be done by placing a second GPS receiver on the implement to precisely locate it or by sensing the position of the hitch. The guidance system compensates for the downhill offset by either steering the tractor uphill to account for the draft or steering the hitch to move the implement back into the correct location. 

Not available for all equipment 

Can provide sub‐inch accuracy with RTK GPS  

Requires a separate hydraulic block for each machine 

Available as factory option on some vehicles 

More complicated installation if hydraulic block required 

Easily installed if CANBus connection available 

Cons Pros Hydraulic    

Can be noisy Works with all types of equipment 

May not be as accurate as hydraulic type 

Easily transferred between machines 

Can add to “cab clutter” Easily installed Cons Pros 

Steering Wheel Mount  

  Comparing steering wheel mount to hydraulic autosteering 

 Implement steering can also be used for between row seeding and cultivation. By seeding between the rows, less horsepower is required, so a larger seeder can be pulled by a smaller tractor, the seed germinates more quickly, and there may be less disease pressure and erosion. (Source: Australian Government Grains Research and Development Corporation) 

Terrain compensation The GPS antenna in usually mounted on the roof of the cab of the machine it is installed on to get the best signal reception. When the vehicle drives on a slope, the GPS location will shift down the slope relative to where the vehicle is actually located. This can be compensated for with a terrain compensator that reads the angle of the vehicle from level and adjusts the GPS location accordingly. There are several types of terrain compensators available, ranging from single axis level detectors that measure roll to 6‐axis gyroscopes which adjust the position for side to side (roll), front to back (pitch), and skew (yaw). 

Precision Farming and Variable Rate Technology    19 A Resource Guide 

Page 27: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

  

Figure 15  Tilt compensation on a tractor Source: Terradox Corporation 

  

 Figure 16  Roll, Pitch and Yaw of Tractor 

Source: Trimble Navigation  

Controlled Traffic Farming The concept of keeping machinery wheels in the same tracks year after year is not new. Tramlines have been around for a long time and involve blocking off a shank on the seeder directly behind the tractor wheels to give a visual reference. The new development is using high precision GPS to allow farmers to match their equipment size to the same wheel spacing, typically 3m (9.8 ft) and consistently travel the same wheel paths on each operation. Using a 3 m spacing on tractors, sprayers, combines, etc. allows the equipment to still travel on roads. Australian research suggests that compaction from tractor wheels caused 15‐30% yield loss at a cost of $300‐$450 AUS in 2007 (White 2007).    

Precision Farming and Variable Rate Technology    20 A Resource Guide 

Page 28: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

An example of a farm using controlled traffic might have the following equipment:  

Table 2  Example equipment for Controlled Traffic Farming  

Machine  Size  Multiple of base width 

Seeder  30 or 60 ft  1‐2 Sprayer  90 or 120 ft  3‐4 Swather  30 ft  1 Combine  30 ft  1 

 

  

Figure 17  Controlled Traffic Farming using a 3m track width Source: CTF Europe 

 All the machines would have their wheel tracks set to the same width to minimize compaction. Often the seed rows in the wheel tracks are blocked to save seed as these rows will be trampled anyway. These “road beds” provide a visual reference for following the rows and high accuracy GPS guidance is typically used to keep straight on the rows.  

Precision Farming and Variable Rate Technology    21 A Resource Guide 

Page 29: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Precision Farming and Variable Rate Technology    22 A Resource Guide 

  

Figure 18  Controlled Traffic Farming with different track widths Source: CTF Europe 

 The above example uses a 12 m (39.4’) spacing for the seeder and combine and a 36 m (118’) sprayer. The wheel tracks vary slightly with the combine having a 2.83 m (9.3’) wheel track and the tractor and sprayer having a 2.2 m (7.2’) wheel spacing. In this case, tramlines are only used on every third row to provide guidance for the sprayer.  Equipment modifications are often needed to convert to a controlled traffic system. Tractor axles may need to be widened and the front axle may require heavier components to account for the wider span. The combine unloading auger may require extension to allow it to reach the grain cart while allowing the tractor to travel on the defined “road bed” spacing. 

  What about update rates?  Update rate refers to the number of times per second a new position is provided by the GPS receiver.  For applications like yield monitoring, 1 time per second or 1 Hertz (Hz) is likely sufficient. For guidance applications, an update rate of 5 or 10 Hz is needed. Some high end auto guidance applications may use 20 Hz or higher to ensure smooth tracking.  Higher speed applications such as self‐propelled and aerial sprayers require higher update rates than lower speed seeding or harvesting. 

Page 30: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Mapping weeds, rocks, obstacles While driving the field, the operator can mark the location of field features with GPS. This can be used to mark rocks, weeds, obstacles, irrigation pivot towers and many other features. This allows the operator to return to these locations at a later time. In the case of rocks, he could send another person to the field to the exact location of the particular rock to pick it.  

  

Figure 19  Example of picking rocks with GPS guidance Source: Terradox Corporation 

 

Automatic section control and mapping Automatic control of sprayer, seeder, and applicator sections down to individual rows or nozzles is now possible. These devices can automatically turn individual nozzles or sections off when they come to the end of the row or encounter a previously applied area or a no‐spray area. This minimizes the amount of overlap and can increase profits by saving on seed, spray, and fertilizer costs. It also reduces the environmental impacts of agriculture by turning off spray sections in areas that are not to be sprayed.  

  

Figure 20  Automatic section control Source: Raven Industries 

Precision Farming and Variable Rate Technology    23 A Resource Guide 

Page 31: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Geographic Information Systems (GIS) Geographic Information Systems (GIS) are used in many industries around the world to collect and manage geographically referenced (geo‐referenced) data. They serve a useful purpose in precision agriculture to manage and visualize the tremendous amounts of data involved. 

What is a GIS and how it is used in Precision Agriculture The most basic concept of a GIS is layers of information that can be compared to see trends in the data. A simple visualization is maps of a field printed on transparencies that show the field boundary, soil types, fertility, topography, and yield. If you overlay these layers on one another you may be able to see trends. For example, there may be correlation between yield and topography or yield and fertility. 

Visualization of layers concept A GIS allows the computer to do the “visualization” by comparing layers and reporting the correlations and differences between them.  

  

Figure 21  Layers form the information in a GIS Source: SST Software 

  

Paper based maps to software packages A GIS can be as simple as a book of printed maps showing things like aerial photography and soil types. These printed maps can be manually interpreted with simple overlays of transparencies drawn on with markers.  

Precision Farming and Variable Rate Technology    24 A Resource Guide 

Page 32: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

A GIS can also be complicated software programs with complex algorithms that automatically correlate data layers and do much of the “thinking” for the user to produce output such as a variable rate prescription. 

Layer management There can be several layers of information used in a GIS. While the computer can handle massive amounts of data, it isn’t that smart at interpreting it. A human with knowledge of what they are looking for is needed to wade through the data and find answers to their questions.  Layers can be overlaid on each other and compared to look for correlations between them. By comparing layers the user may get answers to some of their questions such as: why was the yield low in a certain area? If they compare to the topographic layer they may see that it was a low depression that drowned out. There may be correlation between fertility and electrical conductivity readings or between elevation and yield. 

Spatial data types, resolution, quality, etc 

Data types 

Points A point is any single location marked with a coordinate. Examples of points could be rocks, trees, center pivot towers, grain bins or other small features that can be defined by a single coordinate. Most GIS data is collected on a point by point basis. Yield or topographic data represents the reading at the specific coordinate it is taken from. 

Lines Lines are several points joined together to connect the dots. Curved lines can be created from multiple straight lines. A coarse curved line would only have a few points defining it. A fine curved line would require many points to smooth out the line. Attributes can be tied to lines such as width, height, type, etc.  Examples of lines include irrigation pipes, roads, ditches, and fences. Guidance trajectories and vehicle paths are also represented as lines.  

  

Figure 22  Line example represented by several points connected together 

Precision Farming and Variable Rate Technology    25 A Resource Guide 

Page 33: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Polygons A polygon is a closed area. It is basically a line with the last point joining to the first point. Polygons are used for field boundaries, prescription zones, and soil zones. They could also represent buildings, sloughs, grain storage, etc. They have attributes tied to them such as area, rate to apply, yield, etc.  

  

Figure 23  Polygon example representing a field boundary  

Attributes An attribute is the information that is tied to a specific data point. Attributes are what makes GIS a powerful tool for data analysis and management.  Attributes can be any information that the user wants to collect in his database. For example, a soil sample location might have the attributes of N, P, K, pH, organic matter, CEC, micronutrients, etc. Each sample point in the field will have these attributes collected.  

Table 3  Sample attributes for a soil sample point  

Data Point  Attribute  Value 1  N  43 

0‐6”  P  7 

  K  19   pH  5.5   CEC  15 

 

Shapefiles A common format for GIS data is called a shapefile, which was developed by ESRI for use in their GIS programs. It is commonly used in GIS programs although newer formats are available. There are three files required to make a complete shapefile set. The main file has the extension .shp and contains the feature geometry. The second file is the index file with a .shx extension and is used to index the feature to allow faster searching 

Precision Farming and Variable Rate Technology    26 A Resource Guide 

Page 34: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

within the shapefile. The third file is a dBase III format .dbf file and contains attribute information. These three files are all required to have a complete shapefile set. There are also optional files that can contain the projection and other information. 

KML for Google Earth 

  How do I get Google Earth? 

Google Earth is available as a free download from earth.google.com 

 

Map data can be displayed in Google Earth when using a KML file. Many GIS packages have the option to save data in KML format.   Google Earth has many GIS type features allowing you to overlay images over the satellite image, create points, lines and polygons, and measure areas and distances. As a free basic tool for precision agriculture, it has practical use.  

  

Figure 24  Example of soil types overlaid on satellite imagery from Google Earth Source: Google Earth/CanSIS 

 

Geo‐referenced data Looking at a several paper maps at one time, for example, an aerial photo, a soil classification map and a yield map is a lot of information to mentally process. If these maps are at different scales, which they are most likely are, a GIS system would have difficulty matching them up. By knowing the location of each point on the map, it is easy for the GIS to correlate individual points from each layer of information. Geo‐referencing refers to tying a coordinate to each point of the data file. This allows easier manipulation of the data and allows scaling of layers to match up with different layers of data.  

Precision Farming and Variable Rate Technology    27 A Resource Guide 

Page 35: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Geo‐referencing can be done in several ways. An aerial photo can be referenced by taking a GPS reading at identifiable features on the photo such as the corners of the field, power poles, building locations, etc. By tying these coordinates to the features on the photo, other points can now be interpolated in the GIS to show the coordinates of any point.  Many forms of data are automatically geo‐referenced when they are collected, such as yield monitor data, as‐applied maps and topography data. Satellite imagery is also geo‐referenced as is most modern aerial imaging. Aerial imagery taken in the past may not be geo‐referenced but can be brought into the GIS by matching it up to previously geo‐referenced layers or acquiring the coordinates of features visible on the image.  

  

Figure 25  Example of a geo‐referenced field border Source: Farmers Edge 

 

Garbage in‐garbage out The quality of the data collected determines the quality of decisions that can be made. For example, if the yield monitor was not functioning correctly and giving erroneous data, decisions to create a VRT prescription from the yield data will not be reliable. It is important to verify data accuracy through field scouting and by checking and calibrating equipment regularly. 

Data parsing and verification There will occasionally be extra data in the GIS file that needs to be removed to have reliable data. This could be data from outside the field, GPS blunders that throw the position out by potentially several kilometers, or incorrect readings.  Some of this is done automatically by the GIS software but there could be undetected errors in the data that should be verified. This can be time consuming and is one of the ways that a skilled consultant can benefit your operation. Their skill and knowledge can help prepare better quality data than an unskilled novice could do. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    28 A Resource Guide 

Page 36: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Variable Rate Technology (VRT) 

What is VRT and how it is used in PA Variable Rate Technology, VRT for short, combines GIS, GPS, and electronic controllers in the cab to change the rate of any product being applied in the field. In general terms, VRT is accomplished by developing a prescription map, transferring it to controller in the cab of the vehicle, driving the field with the controller changing the application rate based on the prescription map, and recording how much was applied where. VRT can also be done on‐the‐fly with sensors that measure what is needed by the crop and adjust the rate accordingly in real time. 

Inputs required 

Yield data It is recommended to collect a few years of yield data to get a sense of the trends within the field. As water is typically the most limiting factor to crop production, the yield may vary widely in a dry year versus a wet year. Using only one year of yield data may not provide the necessary information to make informed decisions. It is recommended to view the trends year over year.  

  

Figure 26  Example yield map Source: Farmers Edge 

 

Precision Farming and Variable Rate Technology    29 A Resource Guide 

Page 37: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Fertility An accurate assessment of the nutrients available in the field is important for varying fertilizer rates. Soil fertility can be determined by soil sampling. Where to sample and how many samples to take requires some planning.  Two different approaches to soil sampling are grid sampling and benchmark or landscape sampling. Grid sampling refers to taking soil samples at a regular spacing interval, such as every 2.5 acres or 5 acres. Benchmark or landscape sampling is done by determining beforehand where to sample based on imagery or a zone map. Samples are taken from representative areas of the field, for example of the same soil type or slope. Several cores may be mixed to make a composite sample for each zone.  Recording the GPS location of the soil sample allows a map to be produced of soil fertility. A branch of statistics called geostatistics can be applied to interpolate between the points. It is possible to return to the same sample points from one year to another if they are geo‐referenced.  

  

Figure 27  Example of zone soil sampling Source: Farmers Edge 

  

Precision Farming and Variable Rate Technology    30 A Resource Guide 

Page 38: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

  

Figure 28  Example of grid soil sampling Source: GeoFarm 

Topography Field topography can have a significant impact on yields. Hill tops generally yield differently than low lying depressions. Using topography as an input for determining zone maps can be beneficial. Collecting high accuracy topography data may require a special trip across the field with RTK differential GPS to get 1” or better accuracy. Using a WAAS corrected receiver will not give accurate enough elevations for most uses. For drainage purposes, accurate elevations are needed to ensure the water flows in the correct direction.  

  

Figure 29  Example 3D elevation map Source: Farmers Edge 

 

Precision Farming and Variable Rate Technology    31 A Resource Guide 

Page 39: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Imagery Imagery acquired from satellites or aerial means can be used to determine where inputs should be applied. Imagery refers to film based aerial photos, satellite digital images or any other overhead view of a field, generally taken looking directly down at the field. There are several types of imagery that are described later in the Remote Sensing section.  

     

Figure 30  Example of raw and analyzed satellite imagery Source: Farmers Edge 

 

  

Figure 31  Example of NDVI image used to create VRT zones Source: GeoFarm 

 

Electrical Conductivity (EC) An input layer with increasing popularity is electrical conductivity mapping of fields. This method involves injecting an electrical current into the ground and measuring the conductivity of the soil. This generally relates to soil texture as small particles such as clay tend to conduct more current than larger sand and silt particles (source: Veris Technologies).  

Precision Farming and Variable Rate Technology    32 A Resource Guide 

Page 40: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

  

Figure 32  Example of electrical conductivity soil sensor Source: Veris Technologies 

 Another technology uses electromagnetic waves to measure soil conductivity without contacting the soil. This method can identify salinity and soil moisture content as well.  

  

Figure 33  Example of an electromagnetic conductivity meter Source: Geonics 

 Soil texture does not change much over time so EC mapping is a one time expense per field. It can provide valuable information on soil texture and provides another layer of information in your GIS. 

Target yield To know if you have achieved your goals in a precision farming system, it is important to determine beforehand what you expect for yields. There are different approaches to managing yield. The first is to maximize production of each square foot of the field by maximizing inputs. The second is to make the yield more consistent across the entire field. The overall goal of using variable rate technology is to apply the correct product at the correct place at the correct time. Profitability can be maximized by applying products where they are needed and not applying them where they are not. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    33 A Resource Guide 

Page 41: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Manual control It is possible to precision farm without all the fancy technology, but it is tedious and not highly efficient. An attentive operator can manually adjust their rate up or down on controllers that allow for it. One drawback of this method is there is no feedback to record whether the change was successful or not.  One way manual control could be used is to increase the spray rate in heavily infested areas. Many controllers have settings for more than one rate or can be adjusted up or down on the fly. For many years, farmer’s simply slowed down in heavily infested areas to effectively increase the rate. 

Map based control A prescription map can be developed ahead of time in the office and transferred to the in‐cab controller via a memory device of some sort. The controller reads the map and matches the rate applied to what the prescription map requires. Most controllers also record how much was applied where to create an “as‐applied” map. This map is useful to ensure that the product was applied at the rate expected.  

  

Figure 34  Example of map‐based variable rate control in sprayer Source: GeoFarm 

 

Precision Farming and Variable Rate Technology    34 A Resource Guide 

Page 42: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Variable Rate Applications There are many applications that can be applied with varying rates. There are as many controllers available that can change the output of an electric over hydraulic pump, electrically driven feed rollers, mechanical gate, or pressure valve. Most of these can accept a rate input from a task controller to adjust the rate. 

Fertilizer Major and micronutrient can be applied at variable rates, whether the applicator is an air seeder, spinner spreader, manure injector, liquid sprayer or floater.  Some of the nutrients and soil modifiers currently applied with VRT 

• N, P, K  • Manure • NH3  • Compost • Sulphur  • Lime 

 

  

Figure 35  Example fertilizer prescription map Source: Farmers Edge 

 

Herbicide Herbicides can be variably applied based on a weed density map. The weed map could be created during the previous season’s harvest if the combine operator flags weed patches while travelling the field. It could also be created by scouting the field with an ATV and marking the weed patches. Real time sensors are also available that can detect plant material and turn individual sprayer nozzles on and off when a weed is encountered. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    35 A Resource Guide 

Page 43: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Fungicide It is usually difficult to tell if a fungicide application is warranted since disease pressure will normally vary across the field. By scouting the field or using aerial or satellite imagery to determine the extent of disease, a variable application of fungicide can be done based on a variable rate map. 

Insecticide Insect infestations also normally vary across a field. By scouting where the insects are located, a variable application of insecticide can be done. It is generally recommended to do a minimal rate application for the entire field and increase the rate where infestations are heavier. 

Seed rate Plant populations can be optimized to make best use of available moisture and deal with problem areas such as salinity. This can create better germination and provide more competition, making it harder for weeds to get established.  Hybrid varieties can also be seeded to deal with different soil conditions, topography, etc. Seeders with multiple tanks and variable drives can allow this to happen by turning off one tank and turning on another based on a prescription map. 

Desiccation Some areas of the field will fully mature on their own while others may be late in maturing. This uneven drying can cause problems at harvest time with some of the crop being overripe while other areas are still green. Using imagery, scouting, or non‐contact sensors, desiccant can be variably applied to evenly dry the crop and provide better harvesting conditions. 

Irrigation With water becoming a more scarce and managed commodity, better management is required. Most fields and crops do not have the same water requirements due to differences in soil type, topography, and crop type within the same field. Irrigation systems have been developed that can apply the correct amount of water where it is needed. Similar to variable rate application for pesticides, the center pivot can adjust its travel speed and turn individual sprinklers or sections on or off based on management zone maps. GPS is typically used to determine the location of the pivot in the field.  

Precision Farming and Variable Rate Technology    36 A Resource Guide 

Page 44: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

  

Figure 36  Example of variable rate irrigation Source: NESPAL 

Precision Farming and Variable Rate Technology    37 A Resource Guide 

Page 45: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Yield Monitoring 

Managing yield data If yield data is collected every second throughout a field, imagine how many points of data are collected for your entire farm. The amount of data is mind boggling but today’s computing technology is very capable of dealing with the enormous amount of data generated by precision farming.  Managing this data requires a plan to develop a systematic approach to collecting, storing, analyzing and backing up your data. If this task is too tedious, you may want to involve a consultant to help you. There are off‐site internet based storage websites that you can back up your data to for nominal cost. It is important that you keep your data safe. If your computer fails or you otherwise lose your data, you can’t get it back unless it is backed up somewhere.  Once a plan to deal with the data has been devised, collect the data from the yield monitor, back it up and work with the yield data in the office. Ensure that the original raw data is securely stored in case something happens to the data you are editing. 

Accuracy and errors The data collected from the yield monitor will only be as accurate as the calibration and the care taken in collecting the data.  Sources of error in yield data: 

• Header cut‐out switch not functioning properly • Header not lifted enough on row ends to stop recording • Throughput lag time not entered correctly • Monitor not calibrated properly • Partial swaths not recorded correctly • GPS errors • Loss of differential corrections • Combine breakdowns • Sudden stops as when unloading or plugged while the threshing mechanism 

continues to empty • Combine filling and emptying of the threshing mechanism at row ends • Naming fields with the same name or not changing field names 

  

Precision Farming and Variable Rate Technology    38 A Resource Guide 

Page 46: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

These errors need to be filtered from the yield data to have an accurate and useable yield map. If management decisions are being made based on yield maps, it is important that the data is reliable.  

 Figure 37  Example of yield data before and after cleaning data 

Source: GeoFarm  

The yield maps above illustrate how the map changes before and after processing. There are programs available to process the yield data, such as Yield Editor by the USDA Agricultural Research Service, available at www.ars.usda.gov/services/ and search for Yield Editor. The mapping software purchased or supplied with your monitor may also perform some of these functions. 

Calibration It is critical to calibrate the yield monitor to get accurate yield data. At a minimum, it is important to follow the manufacturer’s recommended calibration procedure at the start of the season. Ensure that the pressure plate or infrared sensors are cleared of buildup. It is important not to calibrate in the middle of a field as the yield values from there on will be different and it will be difficult to produce a reliable yield map.  The monitor can be calibrated against a scale ticket or weigh wagon reading. If the monitor was not calibrated, the relative yields may still be accurate when compared but the total yield may not. It may be possible to post‐calibrate and adjust the yields after harvest against scale tickets. Consultants working with the data will usually want the raw uncorrected data for creating their maps. 

Grain throughput lag time There is a time delay from when the grain enters the combine, travels through the threshing and separating mechanisms, augers and conveyers to the location that the yield is measured, usually at the top of the clean grain elevator. This is normally in the order of several seconds. To create an accurate yield map, the measured yield needs to 

Precision Farming and Variable Rate Technology    39 A Resource Guide 

Page 47: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

be tied to the coordinates when it entered the header several seconds before. Yield monitors have a calibration for this offset which is typically measured by timing how long it takes from the moment grain enters the header to when it starts appearing in the grain tank. It is important to make this calibration to have accurate yield maps. 

Weeds and chaff The impact plate of a yield monitor measures the entire mass of the material hitting it, whether it be grain, chaff, insects, weed seeds, etc. It does not differentiate between clean grain and unwanted material. This could possibly give false yield readings if a weed infested area of the field were harvested and entered the grain tank as a dirty sample. That is one of the reasons it is important to ground truth the field to ensure the data is reliable. 

Position errors There can also be errors in GPS position caused by high HDOP values, loss of GPS or differential signal, and blunders in position. If the combine stops for any reason, such as to unload or is plugged, the grain that is already in the threshing area will continue in to the clean grain tank. The position where this grain was collected will be in error since the combine is no longer moving. The position when the grain is sensed is normally moved back several seconds to estimate where it was collected. There can also be errors from not raising the header high enough to turn off the recording switch. If the yield values do not match up from one pass to the next, the error could be from position shifting of where the yield was recorded and where it was harvested. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    40 A Resource Guide 

Page 48: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Precision Farming and Variable Rate Technology    41 A Resource Guide 

 

Remote Sensing Remote sensing refers to any non‐contact method of getting information about a particular aspect of a field. This can mean plant health, soil quality, topography, weed pressure or anything that can be measured without contact, hence the remote part meaning “operating from a distance” and sensing meaning “detecting physical phenomena”. This is different than physically taking a soil or plant sample for analysis. 

Types of remote sensing There are many non‐contact methods of gathering information from a field. They can be as far away as a satellite or as close as a sensor attached to equipment in the field that looks at individual plants. 

Satellite imagery There are several providers of satellite imagery that cover Western Canada on a regular basis. One provision of satellite data is that cloud cover and darkness affect the image. Even though the satellite may have passed overhead, the image may not be usable if it is cloudy or dark. The timing of receiving satellite imagery has improved over the past few years. It is now possible to get images from a satellite pass within two or three days. This type of information can be useful to the grower if, for example, a decision on applying a fungicide needs to be made quickly.  The resolution, or size that each pixel in the image represents on the ground, varies from 30 m down to submeter level. While very high resolution imagery is available to the military via satellites, it is generally limited to 0.5 m resolution for the public unless permission is granted for higher resolution. The cost generally goes up with the resolution as the data files get much larger for higher resolution and the satellite takes images of a smaller swath on ground when the resolution is higher, requiring more passes to cover the same ground area as a lower resolution image. 

Aerial Aerial imagery refers to photos or digital imagery captured from an overhead elevation where the sensing device is not supported by a ground based structure. It can be from a fixed wing aircraft, helicopter, balloon, blimp, drone, kite or parachute. Cloud cover, darkness and shadows can affect the quality of aerial imagery. Aerial imagery can be 

  Where can I get imagery?  There are several satellite imaging companies that resell their product through local distributors or on their website.  Look at the list of Remote Sensing and Imagery websites at the end of this manual for some of the providers. 

Page 49: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

used for highly detailed images down to centimeter resolution. They can be as simple as photos taken from a remote control plane with a digital camera or as complex as a hyperspectral imaging device mounted on the belly of an aircraft. Aerial imagery has the benefit of being an “on‐demand” service and timely imagery can be quickly acquired when needed. It can also be higher resolution than satellite data.  

 Figure 38  Remote sensing unit on a fixed wing aircraft 

Source: GeoFarm  

Non‐contact sensors Remote sensing can also be done from ground level with non‐contact sensors that measure reflected wavelengths from plants or soil to measure several properties. These sensors can be used for mapping of plant condition for later treatment or mounted on a sprayer or toolbar for on‐the‐fly fertilizer or herbicide treatment. The models which emit their own light source are not affected by cloud or darkness so they can be effective in most conditions. 

     

Figure 39  Examples of non‐contact crop sensors Source: NTech Industries, AgLeader Technology 

Google Earth as a data source Images can be imported into Google Earth and basic GIS functions can be performed on the images such as creating field boundaries, measuring areas, etc. Satellite imagery from various dates can be retrieved from Google Earth and used to compare visible variations from one time to another. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    42 A Resource Guide 

Page 50: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Spectral Bands: Visible, NDVI, Multi‐spectral, hyperspectral The electromagnetic energy that is measuring in remote sensing has many wavelengths. There are those we can see in the visible spectrum and many more we can’t see in the infrared, near infrared (NIR) and many other wavelengths. 

Visible The visible spectrum represents a very small portion of the overall electromagnetic spectrum from about 0.4 µm to 0.7 µm. This represents the spectrum we can actually see and is associated with colors.  

  

Figure 40  Visible spectrum Source: Canada Centre for Remote Sensing 

 For remote sensing in the visible wavelengths, the primary colors red, blue, and green are most commonly used to produce the output, which is the same as what computer displays and televisions show. A satellite or aerial image in the visible spectrum will look the same as if you were actually observing the ground from the airplane seat. Field features and variability of plant and soil color can be easily identified. 

Infrared, near infrared, false color infrared Plant health, soil moisture and wet areas can be detected in the infrared spectrum, ranging from 0.7 µm to 100 µm. The area of interest in agriculture is typically the near infrared which has wavelengths in the 0.7 µm to 0.9 µm range.  

Precision Farming and Variable Rate Technology    43 A Resource Guide 

Page 51: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

  

Figure 41  Infrared spectrum Source: Canada Centre for Remote Sensing 

 Since we cannot see wavelengths in the infrared band with our eyes, a color transformation is used to color the image in shades that represent the degree of plant health. Bright red usually represents vigorous growth while darker red is lower growth. 

NDVI NDVI stands for Normalized Difference Vegetative Index and is a calculation based on spectral bands in the visible and near infrared. It is based on the premise that vigorously growing plants strongly absorb visible wavelengths and strongly reflect near infrared wavelengths. The more vigorously a plant is growing, the higher the index will be and areas with no plant growth will be lower. The NDVI image is colored to show the relative index values. Usually green is used to represent healthy plants and gold to represent lower growth.  

  

Figure 42  Example of an NDVI field image Source: GeoFarm 

 

Precision Farming and Variable Rate Technology    44 A Resource Guide 

Page 52: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Multispectral Multispectral imagery refers to collecting more than one wavelength of electromagnetic imagery at the same time, generally up to 10 specific wavelengths. NDVI is multispectral since it uses the red, green, blue and near infrared wavelengths. Landsat is an example of multispectral satellite imagery. 

Hyperspectral Hyperspectral imagery refers to collecting and processing multiple wavelengths of electromagnetic energy, often hundreds or thousands of wavelength bands. It can provide information that cannot be seen on visible or infrared imagery.  Hyperspectral imagery can be acquired by satellite or airborne sensors. One of the benefits is that the entire spectrum is collected at each point and the wavelengths of interest can be post‐processed. It can be used to look at crop health, leaf area index (LAI), plant canopy moisture, nitrogen and chlorophyll. It is relatively expensive, and requires significant data processing and storage, but as with most technologies, cost comes down while performance goes up over time.  

  

Figure 43  Example of Hyperspectral Remote Sensing Source: White – Canada Centre for Remote Sensing 

 

Precision Farming and Variable Rate Technology    45 A Resource Guide 

Page 53: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Resolution 

How resolution affects data quality The resolution of the data can affect decisions made using the data. For a 30 m resolution satellite image, each point of data, called a pixel, represents the average reading of a 30 m X 30 m square on the ground. If the image has 1 m resolution, each pixel represents 1 m x 1 m on the ground.  Having too coarse of data resolution and too fine resolution each has its benefits and drawbacks. Inclusions in the field such as small wet areas may be missed in a 30 m image. VRT prescriptions based on the 30 m data may miss these features and alter the prescription. One meter resolution data may be too fine and make it difficult to come up with averages for zones because of too much variability in a single zone.  The resolution is similar to High Definition (HD) television versus standard definition (SD). HD looks great but it highlights imperfections in the actors’ appearance instead of smoothing it out. Also, the amount of data increases exponentially with the higher resolution. For each data point, a 1 m resolution file will have 900 times the data of a 30 m resolution file (30 points by 30 points = 900 points). Data storage capacity has greatly increased in the past few years while costs have decreased so this is not as much an issue.  

 

Figure 44  Example of 30 m, 10 m and 2.4 m resolution satellite imagery Source: NCRST‐E 

 The above example shows the same land area at different resolutions of 30 m Landsat ETM+, 10 m ATLAS, and 2.4 m QuickBird. Notice how it becomes easier to identify features as the resolution increases. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    46 A Resource Guide 

Page 54: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Resolution Classes There are several categories of resolution that imagery can fall into. Depending on the use of the image, different resolutions will suffice for different purposes. 

Submeter This is the highest resolution available. It has more use in municipal and military applications such as mapping utilities or locating targets. Satellite imagery of this resolution is more expensive to acquire as the satellite takes more passes to cover the same area and produces large amounts of data. GeoEye and Digital Globe are examples of submeter satellite imagery services. In aerial imagery, submeter is more common. 

1‐3 meter The next class is 1‐3 meters and includes most of the aerial imagery and much of the satellite imagery used in agriculture. It has sufficient resolution to distinguish features and variability in the field. QuickBird is an example of a 2.4 m resolution multispectral satellite. 

Over 3 meter Satellite imagery with 3 meter or lower resolution is often used for precision agriculture. It may be more widely available at a lower cost than the higher resolution imagery. SPOT and RapidEye are examples of satellite imagery with over 3 m resolution. 

Ground truthing Ground truthing refers to verifying the data being collected corresponds to the true values of the readings on the ground. Ground truthing involves going out to the physical field being analyzed and looking at things like plant vigor on a certain point on an image and plants in the field at the same location to ensure the image matches the true values in the field. If imagery is not ground truthed and is classified into zones believing the values are correct, there could be errors in the zone map generated from that image  

Precision Farming and Variable Rate Technology    47 A Resource Guide 

Page 55: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Economics of Precision Agriculture 

Guidance One of the quickest paybacks in Precision Agriculture comes from the addition of GPS guidance to equipment. Automatic section shutoff controls reduce waste of expensive inputs and often pay for themselves in less than one season. 

Payback through reduced overlap, less waste, less fatigue GPS guidance can reduce the amount of overlap between machine passes, which reduces waste of expensive inputs, allows increased yield through proper row spacing, and reduces the number of passes in a field, saving fuel, time and machinery wear and tear.  GPS guidance allows a less skilled operator to still do a professional job and ensure complete coverage of a field. Autosteering takes this one step further as the operator needs only to monitor the equipment and turn at row ends. In some cases the autosteering even does this automatically. Skilled labor is difficult to attain and retain so autosteering allows less skilled operators to do a professional job. 

Operation in poor conditions – dark and dusty Guidance systems allow for operation when conditions are less than optimal, for instance in dusty, foggy or dark conditions when normal operation would be difficult with traditional methods. 

Round‐the‐clock operations to maximize machine productivity Maximizing the utilization of machinery reduces the operating cost per acre as more acres can be covered in fewer days than if operating in daylight hours only. It could allow smaller equipment to cover more acres or allow larger machinery to complete the same number of acres in fewer days. This can be critical at seeding and harvest time if conditions are favorable and operators are available. 

VRT The economics of VRT must be considered from at least two perspectives: input and output. An input focus deals with reducing the cost of inputs (fertilizer, pesticides, and seed) by using them more efficiently. The goal is to apply inputs where they are needed, and to reduce or eliminate them where they’re not needed. An output focus looks at the yield side: trying to produce the best yield possible per unit of input applied. In practice, the key nutrient is usually nitrogen (N), and the others are balanced using nitrogen application rates, target yields and soil test information. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    48 A Resource Guide 

Page 56: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 A partial budget is the best way of measuring the economic effect of making a change, and it fits very well with the idea of an input and an output focus. A partial budget compares the “old” or standard way of doing things with the “new and improved” version. It considers increased costs, decreased revenues, increased revenues and decreased costs to calculate the overall effect of making the proposed change: in this case, adopting VRT technology. (Darling)  

Table 4  The Classic Partial Budget Format Source: Darling 

 Disadvantages:  Advantages: 

Added expense:  Added revenues: Reduced revenues:  Reduced Expense:    

Total Disadvantage  Total Advantage Net Economic Advantage (+ / ‐ ) 

 

Data Requirements One of the paradoxes of modern computer‐based technology is that it provides lots of data but often not very much information. However, you can get started on your analysis with just the basics. Here’s where the idea of focusing on both inputs and outputs comes back into play. 

Inputs For a simple analysis of fertilizer use and a comparison between VRT and conventional application, all you need are the nutrient application rates for each zone, number of acres in each zone, costs per lb of nutrients, and the application rates that would have been used under constant‐rate application. Analyzing this data can tell you: 

• Fertilizer cost breakdown by nutrient in each field and zone • Comparison of costs of VRT application (actual) and conventional 

(recommended).  Comparison of amount of nutrients supplied (VRT vs. conventional) for each zone, field and farm. 

• Identification (and amounts) of nutrients that would have been oversupplied or undersupplied. This could show an environmental benefit.  

Outputs With the addition of yield information from each zone and a conventionally fertilized check strip, you can use a partial budget to find out if VRT was profitable on your farm (at least for this field for this year). Of course, the story won’t be complete until you’ve considered all of the added and reduced revenues and expenses, and then repeated the analysis for several more years. 

Precision Farming and Variable Rate Technology    49 A Resource Guide 

Page 57: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 Table 5  Example Input Data Format 

Source: Darling  

 

VRT YieldConstant Yield

Zone  Acres  n  p  k k s n p s 1  0  0  80 25  10 5 5 5 0 15 02  32  90  15 10 5 62.5 80 25  10  15 51.33  31  121  25 10 10 83 80 25  10  15 824  43  95  30 15 15 90.5 80 25  10  15 815  27  70  20 10 10 81.5 80 25  10  15 816  12  32  10 5 5 87 80 25  10  15 80.5

nutrient cost ($ per lb)   0.45  0.89 0.5 0.85Value of crop ($ per bu)  5.15 

VRT (lbs nutrient applied /acre) Constant (lbs nutrient applied / acre)

Payback through better management The purpose of getting into VRT should be to make you a better manager. What you do with the information generated is really the key. All the information in the world will not help if it is not applied to making profitable decisions. 

Overall farm management As an overall farm management tool, you will be able to see which fields are most profitable and which are least. A question to ask: should you sell off non‐profitable land and buy or rent more land in higher profit areas? 

Field level management As a tool for dealing with field level variability, precision agriculture can help make more efficient use of inputs on a field by field basis. It can help make decisions on applying the correct amount of input at the right place at the right time. If each field’s profitability can be maximized while promoting environmental stewardship, your precision farming program will be successful. 

More consistent yields One of the goals of precision agriculture can be to even out yield variability within a field. This may mean transferring inputs from areas that don’t require them to areas where they will be better utilized. The cost of inputs may remain the same but overall production could be increased. 

Maximizing profitability If the goal of adopting precision agriculture is to maximize yields then inputs will be applied where they are expected to have the biggest returns. More inputs may be used 

Precision Farming and Variable Rate Technology    50 A Resource Guide 

Page 58: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

overall on the field, but the returns may be higher. The $/acre and $/bushel returns are expected to be greater than a flat rate approach. 

Profit maps When considering the profitability of your management decisions, a profit map can be used to give a good indication if you are seeing returns. A profit map for a field involves taking the sum of the outputs (yield) less the cost of all of the inputs (seed, fertilizer, pesticides, fuel, machinery costs, etc.). Within the field, this is a bit more involved and can be done in a GIS. If you have as applied maps for pesticides, seeding and fertilizer application, a cost per unit can be assigned to each point in the field. The yield map can also be assigned a dollar value per unit harvested. By subtracting the inputs from the output, a profitability map for each area of the field can be created.  Look at the $/bushel and $/ac cost when considering the additional cost of VRT. If you increase the amount of crop harvested for the same inputs, the cost per bushel will be lower, even if the cost per acre is the same for that field. Look at net returns and not just the costs.   

      

Figure 45  Example of a profit map Source: Alberta Agriculture 

More efficient use of inputs Applying the correct input at the right place at the right time makes your farm operation more efficient. Applying blanket rates of fertilizer where some areas could have used less and some could have used more is not the best use of inputs. VRT attempts to make the most efficient use of inputs. 

What‐if scenarios: what to grow where Can precision agriculture be used as a decision making tool for deciding on which crop to grow where? This question can be asked when looking at returns for each field. Should a different crop be grown on that field or maybe a different variety would be 

Precision Farming and Variable Rate Technology    51 A Resource Guide 

Page 59: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Precision Farming and Variable Rate Technology    52 A Resource Guide 

more suitable? In planning crop rotations, look at the information available from various data layers to assist in these decisions. 

Inventory management A side benefit of having a yield monitor collecting the total volume of grain harvested per field could be to better manage grain inventory. Knowing how many bushels of a specific crop you have in the bin can allow more accurate marketing decisions. As a management tool, this may gave the producer some leverage in dealing with grain buyers. 

Service providers There are several individuals and businesses that offer services in precision agriculture. Suppliers of crop inputs often have their own agronomy staff to assist in your needs. Talk to these service providers and see if hiring a professional will be more cost effective than figuring out your precision farming program on your own. 

Application costs When considering getting into a precision farming program, do you want to own your own application equipment, have your supplier apply it or hire a custom applicator? Look at the number of passes you will make each year and the number of acres you farm. Then consider the cost of variable rate application and see if it is cost effective to own your equipment or hire it out. Sharing equipment between neighbors is also a possibility. 

Data management Precision agriculture generates large volumes of data. This may require specialized knowledge in computers that you will need to acquire or hire specialized firms to manage your data. Dealing with the data can become a tedious task so consider hiring a professional to help you. 

Do something today! Start now! Costs for the technology for precision farming have dropped significantly in the past few years. Guidance technology that cost $20,000 only 5 years ago is now $5000 or less. There is a large learning curve to precision farming so the sooner you get started the sooner you’ll see profitability from this maturing technology.

  Who owns the data?  If you provide data collected from your farm to an outside service provider, be sure to be clear on who owns the data, what they will do with your information and how they will safeguard it. 

Page 60: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

 

Type your question in a search engine such as Google, Yahoo or Bing. 

 

This list of websites is provided as a starting point to learn more about precision agriculture. 

 

  Where can I find more information? 

Websites  Use this list as a starting point to learn more about precision agriculture. The listings below are current as of the time of producing this manual in early 2010. As technology changes rapidly, websites come and go and may no longer be available. Product listings give a general overview of what is available. It is not conclusive but is intended to give the reader an overview of the technology and does not represent an endorsement by ARECA.   

General GPS information GPS World magazine  www.gpsworld.com NavtechGPS Links Page  www.navtechgps.com/Extra/12_links.asp NovAtel’s Introduction to GNSS  www.novatel.com/about_gps/introduction_gnss.htm Peter Bennett’s NMEA‐0183 and GPS Information 

vancouver‐webpages.com/pub/peter 

Peter Dana’s GPS overview  www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html Sam Wormley’s GPS resources  edu‐observatory.org/gps/gps.html US Government GPS information  www.gps.gov 

 General GIS information Alberta Agriculture – GIS FAQ  www1.agric.gov.ab.ca/$department/deptdocs.nsf/all/faq7715 ESRI GIS Guide  www.gis.com Geo Community  www.geocomm.com Geoplace  www.geoplace.com GIS Development  www.gisdevelopment.net GIS User  www.gisuser.com NASA Remote Sensing Tutorial  rst.gsfc.nasa.gov Peter Dana’s Geographers Craft Project notes  www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/notes.html Satellite Imaging Corp.  www.satimagingcorp.com/resources.html#software Vector One Media  www.vector1media.com 

 

Precision Farming and Variable Rate Technology    53 A Resource Guide 

Page 61: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Precision Agriculture Sites AgriSupportOnline Directory  www.directory.agrisupportonline.com/agriculture_directory/p

recision_farming.htm Australian Centre for Precision Agriculture  www.usyd.edu.au/agriculture/acpa Australian Controlled Traffic Farming Association  www.actfa.net Buisiness.com directory  www.business.com/directory/agriculture/precision_agricultur

e Canada Sprayer Guide  www.canadasprayerguide.com Controlled Traffic Farming  www.controlledtrafficfarming.com Indian Head Agricultural Research Foundation  www.iharf.ca NASA Precision Agriculture  weather.msfc.nasa.gov/precisionag National Environmentally Sound Production Agriculture Laboratory (NESPAL) 

www.nespal.org 

Precision Ag Institute  www.precisionagworks.com Purdue University Site‐specific Management Center 

www.agriculture.purdue.edu/SSMC 

The Precision Farming Primer  www.innovativegis.com/basis/pfprimer University of Kentucky Precision Ag Websites  www.bae.uky.edu/precag/PrecisionAg/websites.htm 

 News sites and blogs Agriculture Online Precision Agriculture Forum  dgroups.agriculture.com/n/pfx/forum.aspx?nav=start&webtag

=agprecision AgTalk Precision Farming  talk.newagtalk.com/forums/forum‐view.asp?fid=6 AgWired  www.agwired.com Farm Industry News  farmindustrynews.com/farm‐equipment/precision‐farming PrecisionAg magazine  www.precisionag.com Precision Pays news site  precisionpays.com Real Agriculture  www.realagriculture.com 

 Precision agriculture consulting firms Agri‐Trend  www.agritrend.com Alberta Institute of Agrologists  www.aia.ab.ca Beyond Agronomy  www.beyondagronomy.com CropPro Consulting  www.croppro.ca DynAgra VRT  www.dynagravrt.com Echelon Ag  www.echelonag.ca Farmer’s Edge  www.farmersedge.ca GeoFarm  www.geofarm.com GIS4Ag.com  www.gis4ag.com Precision Agriculture Australia  www.precisionagriculture.com.au Soil Sense Inc.  www.soilsense.ca 

 

Precision Farming and Variable Rate Technology    54 A Resource Guide 

Page 62: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Products  Controllers and monitors AccuFarm  www.accufarm.ca Ag Leader Technology  www.agleader.com AGCO Corporation  www.agcocorp.com/technology.aspx 

www.applylikeapro.com Amity Technology  www.amitytech.com Autofarm  www.gpsfarm.com Case New Holland  www1.caseih.com/northamerica/Products/PrecisionFarming/

Pages/precision‐farming.aspx www.putyourselfonthemap.com 

DICKEY‐john  www.dickey‐john.com Farmscan  www.farmscan.net.au Farmtronics  www.farmtronics.com John Deere  www.deere.com Juniper Systems Inc.  www.junipersys.com Micro‐Trak Systems Inc.  www.micro‐trak.com Norac Systems International Inc.  www.norac.ca Orthman Manufacturing Inc.  www.orthman.com PAT Inc.  www.patinc.info Raven Industries  www.ravenprecision.com Seed Hawk  www.seedhawk.com Spraytest Controls Inc.  www.spraytest.com TeeJet Technologies  www.teejet.com Topcon Precision Agriculture  www.topconpa.com Trimble Navigation  www.trimble.com/agriculture Veris Technologies  www.veristech.com Weather Farm  www.weatherfarm.com 

 GPS and Guidance AccuFarm  www.accufarm.ca Ashtech  www.ashtech.com AutoFarm  www.gpsfarm.com DICKEY‐john  www.dickey‐john.com DynaNav  www.dynanav.com FarmerGPS  www.farmergps.com Farmscan  www.farmscan.net.au Garmin  www.garmin.com GPS Central  www.gpscentral.ca GPS City Canada  www.gpscity.ca Hemisphere GPS  www.hemispheregps.com Juniper Systems Inc.  www.junipersys.com Leica Geosystems MojoRTK  www.mojortk.com Magellan  www.magellengps.com NovAtel  www.novatel.com OmniSTAR  www.omnistar.com 

Precision Farming and Variable Rate Technology    55 A Resource Guide 

Page 63: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Orthman Manufacturing Inc.  www.orthman.com Outback Guidance  www.outbackguidance.com PAT Inc.  www.patinc.info Prairie Geomatics  www.prairie.mb.ca Raven Industries  www.ravenprecision.com SiteWinder GPS  www.sitewindergps.com Smucker Manufacturing Inc.  www.smuckermfg.net Sunco Marketing  www.suncomarketing.com TeeJet Technologies  www.teejet.com Topcon Precision Agriculture  www.topconpa.com Trimble Navigation  www.trimble.com/agriculture WAG Corporation  www.wagcorp.net 

 Software ESRI Canada  www.esri.ca ESRI GIS  www.esri.com Fairport Farm Software  www.fairport.com.au/FarmStar FarmKeeper Pty. Ltd.  www.farmkeeper.com Farmworks Software  www.farmworks.com FCC Management Software  www.fccsoftware.ca GK Technology, Inc.  www.geektechforag.com Juniper Systems Inc.  www.junipersys.com Landview Systems  www.landview.com Manifold GIS  www.manifold.net Noetix Research Inc.  www.noetix.on.ca/imageinsight.htm Red Hen Systems Inc.  www.redhensystems.com SST Software  www.sstsoftware.com 

 Remote Sensing and Imagery AgLeader OptRx  www.agleader.com Canada Centre for Remote Sensing  www.ccrs.nrcan.gc.ca GeoEye satellite imagery  www.geoeye.com Geonics Ltd.  www.geonics.com Holland Scientific – Crop Circle  www.hollandscientific.com ITRES Research Ltd.  www.itres.com MicroImages Inc.  www.microimages.com NTech Industries  www.ntechindustries.com Prairie Agri Photo  www.prairieagri.com RapidEye satellite imagery  www.rapideye.de Satellite Imaging Corp  www.satimagingcorp.com Satshot satellite imagery  www.satshot.com TerraServer online imagery  www.terraserver.com Topcon Precision Agriculture – CropSpec  www.topconpa.com 

Precision Farming and Variable Rate Technology    56 A Resource Guide 

Page 64: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Selected References  Alberta Agriculture and Rural Development. 2001. MoneyMap: The Economic Tool for Site‐Specific Farming. Available: www1.agric.gov.ab.ca/$department/softdown.nsf/main?openform&type=MoneyMap&page=information. (Accessed February 13, 2010).  

Agriculture and Agri‐Food Canada. 2008. Canadian Soil Information System (CanSIS). Available: sis.agr.gc.ca/cansis  (Accessed February 1, 2010).  

Buick, Roz. 2006. RTK base station networks driving adoption of GPS +/‐ 1 inch automated steering among crop growers. Trimble Navigation Ltd. Available: http://www.trimble.com/pdf/AG_RTK%20BSNetworks_WP_0806.pdf (Accessed February 8, 2010).  

CTF Europe Ltd. 2010. What is CTF? Available: www.controlledtrafficfarming.com/content/whatisctf.aspx (Accessed February 3, 2010).  

Dana, Peter H. 1994. Global Positioning System Overview. Department of Geography, The University of Colorado at Boulder. Available: www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html (Accessed February 3, 2010).  

Darling, Ted. 2010. Analyzing the Economics of Variable Rate Technology (VRT). Workshop presentations, March 2010.  

Deere & Company. 2010. GreenStar™ Displays and Receivers. Available: http://www.deere.com/en_US/ProductCatalog/FR/category/FR_GREENSTAR.html (Accessed February 8, 2010).  

Environmental Systems Research Institute, Inc. 1998. ERSRI Shapefile Technical Description, An ESRI White Paper. Available: www.esri.com/library/whitepapers/pdfs/shapefile.pdf  (Accessed January 11, 2010).  

Garmin Ltd. 2010. What is GPS? Available:  www8.garmin.com/aboutGPS/ (Accessed January 27, 2010).  

Hemisphere GPS. 2008. GPS Technical Reference. Available: http://www.hemispheregps.com/Portals/2/download/general/GPS_Technical_Reference_8750175000_%20RevD1.pdf (Accessed January 26, 2010).     

Precision Farming and Variable Rate Technology    57 A Resource Guide 

Page 65: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Leica Geosystems AG. 2005. GPS Reference Stations and Networks ‐ An Introductory Guide. Available: www.mojortk.com/leica‐web/app/content/public/resources/files/accuracy/guide_to_reference_stations%5B1%5D.pdf (Accessed January 20, 2010).  

National Consortium on Remote Sensing in Transportation – Environmental Assessment. 2005. Land Cover Classification Comparison with Different Resolution Imagery. Available: www.ghcc.msfc.nasa.gov/land/ncrst/multiclas.html (Accessed February 10, 2010).  

National Environmentally Sound Production Agriculture Laboratory (NESPAL). 2008. Variable Rate Irrigation. University of Georgia College of Agricultural and Environmental Sciences. Available: www.nespal.org/vri.html. (Accessed February 12, 2010).  

Natural Resources Canada. 2008. Canadian Spatial Reference System – Global Positioning System. Available: www.geod.nrcan.gc.ca/edu/geod/gps/index_e.php (Accessed January 27, 2010).  

Natural Resources Canada, Canada Centre for Remote Sensing. 2008. Tutorial: Fundamentals of Remote Sensing. Available: www.ccrs.nrcan.gc.ca/resource/tutor/fundam/index_e.php (Accessed February 14, 2010).  

NovAtel Inc. 2010. An Introduction to GNSS. Available: www.novatel.com/about_gps/introduction_gnss.htm (Accessed February 14, 2010).  

TeeJet Technologies. 2010. CenterLine® Guidance Lightbar. Available: http://www.teejet.com/english/home/products/precision‐farming‐products/gps‐guidance/centerline‐‐guidance‐lightbar.aspx (Accessed February 1, 2010).  

United States Air Force. 2007.  Global Positioning System Factsheet.  Available: www.af.mil/information/factsheets/factsheet.asp?id=119 (Accessed January 15, 2010).  

U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration. High Accuracy‐Nationwide Differential Global Position System Program Fact Sheet. Available: http://www.tfhrc.gov/its/ndgps/handgps/03039.htm (Accessed February 8, 2010).  

Whipker, L. and J. Akridge. 2009. 2009 Precision Agricultural Services Dealership Survey Results. Working Paper #09‐16 Center for Food and Agricultural Business, Purdue University.  

White, H. Peter. 2009. Hyperspectral satellite data for Precision Farming. Canada Centre for Remote Sensing. Available: ccrs.nrcan.gc.ca/hyperspectral/hyper_e.php (Accessed: February 11, 2010).  

White, J. 2007. 2007 Compaction Trials in South West Victoria. Department of Primary Industries, Victoria, Australia. Available: www.actfa.net/further_reading/documents/ SoilCompactionTrials2007.pdf (Accessed February 2, 2010). 

Precision Farming and Variable Rate Technology    58 A Resource Guide 

Page 66: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Appendix A: Glossary  Aerial imagery Digital or film recordings of spectral wavelengths taken from an airplane, helicopter, blimp, or other craft, typically geo‐referenced for use in GIS.  

Area See polygon.  

As‐applied map A geo‐referenced recording of the amount of input applied to each area of a field that can be displayed in a GIS. It can be compared to a prescription map to verify the application was correct.  

Attribute Any piece of information collected about a point, line, or polygon in a GIS that is linked to a specific coordinate.  

Automatic Section Control A device that automatically turns sprayer, seeder, or applicator sections or individual nozzles or shanks on and off based on GPS position. It can be used to minimize overlap with previous rows and turn sections off in areas that are not being applied.  

Autosteering A device that automatically controls the vehicle’s steering to maintain a precise path in a field to minimize overlap and misses based on GPS or other positioning system.  

Baseline In RTK GPS, the distance between the fixed base station and the rover GPS in the field.  

Base Station A GPS receiver fixed over a known point on the earth that transmits or records differential corrections to rover receivers.  

Benchmark sampling A soil sampling method that involves selecting representative areas of a field to sample. The positions of the samples are recorded for future year’s sampling.  

Boundary file A data file containing the geographic coordinates that define the perimeter of an area. It can be loaded into a GIS to calculate field area and used for automatic section control.  

  

Precision Farming and Variable Rate Technology    59 A Resource Guide 

Page 67: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Continuously Operating Reference Station (CORS) A network of GNSS base stations operated by the US National Geodetic Survey to provide real‐time and post‐processed differential correction data. Real‐time data is available over wireless internet and can provide high accuracy RTK differential corrections.  

Controlled traffic farming (CTF) Using matching equipment widths or multiples of a common width and common wheel track widths to minimize the amount of vehicle traffic on field to reduce compaction and possibly improve yields.  

Controller Area Network Bus (CANBus) A standard for electronic communications between monitors, controllers and other vehicle electronics. The agricultural standards are ISO 11783 and SAE J1939.  

Differential corrections A method of correcting the error in GPS signals by using a base station over a known location that transmits corrections to roving receivers in the field.  

Dilution of Precision (DOP) A numerical factor that indicates the confidence in the accuracy of the reported position based on satellite geometry. A lower number indicates higher confidence.  

EGNOS    European Geostationary Navigation Overlay Service is an SBAS differential correction service covering Europe and is similar in functionality to WAAS.  

Electrical Conductivity (EC) A measure of a materials’ ability to conduct an electric current.  

Geographic Information System (GIS) A computer system used to collect, manage, view and analyze large amounts of spatial information and related attributes.  

Geo‐referencing Aligning geographic data to a known coordinate system so it can be viewed and analyzed with other geographic data in a GIS.  

Geostatistics A branch of statistics used to analyze and predict the values associated with spatial information through multivariate analysis. It may be used to produce maps from a relatively small number of samples.  

Global Navigation Satellite System (GNSS) The general term for any satellite based positioning system. GPS, GLONASS, GALILEO, and COMPASS are current or planned systems.  

Precision Farming and Variable Rate Technology    60 A Resource Guide 

Page 68: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Global Positioning System (GPS) The United States military Navstar system consisting of satellites, ground based control and user receivers.  

GLONASS The Russian Global Navigation Satellite System is complementary to the US GPS and European Union’s Galileo and will use 24 satellites to provide worldwide coverage.  

Grid sampling A method of soil sampling that places a virtual grid over the field to locate sample points in each cell of the grid. The grid size can vary as can the location the sample is taken within each grid cell. GPS is commonly used to locate the sample points and record them for future use.  

Ground truthing Verification of the accuracy of remote sensing data by physically investigating the field.  

Hertz (Hz) A unit of frequency that measures cycles per second. In GPS update rate it refers to the number of position updates per second.  

Hyperspectral Measuring electromagnetic energy from hundreds of individual wavelengths simultaneously.  

Implement steering A method of keeping a mounted or towed implement on the correct course even if the implement or vehicle goes off course. Some of the methods include physical sensors that sense the row or an additional GPS antenna on the implement to precisely locate it on the row. The adjustment is made by steering the tractor to correct the implement’s position or hydraulically adjusting the position of the implement to keep it on the row.  

KML Keyhole Markup Language is an XML‐based language for displaying geographic features on 2D and 3D earth browsers like Google Earth. Each feature in a KML file will have latitude and longitude coordinates and may have more information about the feature.  

Landscape sampling A soil sampling method that is based on landscape features such as slope position. Samples are combined to make a composite sample from similar landscape positions with similar soil types for example, hilltop, midslope and depression.  

Layer A logical separation that represents a unique set of information, such as yield, topography, soil type, etc.  

 

Precision Farming and Variable Rate Technology    61 A Resource Guide 

Page 69: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Lightbar An electronic device that gives the operator steering cues by turning lights on and off. The lights are lined up in a horizontal row or a curved shape. When the operator is on course the light will be on in the center, lights come on to the left or right when off course.  

Line A series of points joined together that may be straight or curved. An example is a river, guidance line, or road.  

Management Zone Areas of the field that receive the same treatment based on similar properties. A field can be divided into areas with similar properties such as soil type, yield, fertility, topography, etc.  

Multipath Errors in GPS position caused by signals reflected off objects around the antenna.  

Multispectral Measuring electromagnetic energy from multiple spectral wavelengths at one time. NDVI is an example of multispectral imaging.  

Navstar The United States developed and managed GPS system consisting of the satellites and ground control network that broadcast position signals.  

Near infrared (NIR) The portion of the electromagnetic spectrum from 0.7 µm to 0.9 µm. In remote sensing it is useful in determining plant health.  

Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) The relationship between visible light reflectance and near infrared reflectance of a crop canopy that shows plant health, nutrient status and size. Healthy vegetation absorbs most of the visible light and reflects much of the near infrared wavelengths while unhealthy plants or sparse vegetation reflects more of the visible light and absorbs more of the near infrared. The higher the NDVI number, the more vigorously growing the plant.  

On‐screen guidance A device for guiding agricultural equipment that displays steering cues on a screen in front of the operator. These are often synthetic vision or 3D type that allow the operator to visualize the field on the screen.  

Partial budget A method of analyzing an investment decision by comparing the current with the proposed investment and separating the positives and negatives of each. Also known as the Annualized Incremental Method (AIM). 

Precision Farming and Variable Rate Technology    62 A Resource Guide 

Page 70: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

 

Pass‐to‐pass accuracy In GPS guidance, the relative accuracy of the position over a short period of time up to about 15 minutes. Used to indicate the accuracy of a guidance system from one pass in the field to the next relative to each other.  

Pixel The smallest unit of information on an image, called a picture element. Usually square or rectangular in shape. Also called a cell.  

Point A map feature defined by a single coordinate that doesn’t have length or area at a given scale. An example is a soil sample location or rock.  

Polygon A closed boundary that is made up of a series of line segments with the first point and last point being joined. In a GIS, an example of an area is a field boundary, prescription zone, or wet spot. Also known as an area.  

Precision Agriculture A management system that attempts to manage in‐field variability to provide better returns and environmental sustainability.   

Prescription Map A digital file that tells a task controller the amount of input to apply on each part of the field.  

Profit map A method of determining the profitability of each area of a field by subtracting input costs from the output value in a visual representation.  

Real‐Time Kinematic (RTK) A differential processing method used with GPS to increase the accuracy of uncorrected GPS locations. Generally requires a GPS receiver over a known location and a communication link to the moving receiver, or rover.  

Remote sensing Detecting or identifying characteristics of an object or series of objects without having the sensor in direct contact with the object.  

Repeatable accuracy The accuracy to which a GPS receiver can return to a point after at least 24 hours have elapsed.  

Satellite Based Augmentation System (SBAS) A differential processing method used with GPS to increase the accuracy of uncorrected GPS positions. Consists of a network of ground monitoring stations with a satellite 

Precision Farming and Variable Rate Technology    63 A Resource Guide 

Page 71: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

uplink to a geostationary satellite that transmits the differential corrections to the receiver on earth.  

Satellite imagery Digital recordings of spectral wavelengths from artificial satellites, typically geo‐referenced for use in GIS.  

Shapefile (SHP) A set of files that defines geographical coordinates and attributes of field features defined by points, lines and polygons, which was developed by ESRI.  

Situational awareness A visual representation of where the operator is located in the field and what is happening around him. On‐screen guidance systems use situational awareness to give steering cues to the operator to avoid obstacles and maintain the correct course.  

Target yield The desired yield from each management zone is defined when creating a fertility plan for the field. The target yield forms the basis for determining how much nutrients to apply on each area of the field.  

Task controller A universal electronic terminal that manages the vehicle electronics and control systems. It uses a standard communications protocol such as ISO 11783, J1939, or CANBus to communicate with other devices.  

Terrain compensation A device used with GPS guidance systems to correct the position of the vehicle for roll on slopes. Some devices also correct for pitch, yaw, and smooth the GPS position for uneven terrain.  

Trilateration A mathematical method of determining the intersection of three sphere surfaces. It is the method GPS uses to determine the distances from satellites to the receiver.  

Variable Rate Technology (VRT) A method of automatically varying the rate of a crop input based on a prescription map. Consists of software and hardware to create the map, control the rate, and locate the equipment in the field.  

Visible spectrum The portion of the electromagnetic spectrum that can be seen by the human eye in the range of about 0.4 µm to 0.7 µm.  

   

Precision Farming and Variable Rate Technology    64 A Resource Guide 

Page 72: PRECISION FARMING AND - Kawak Aviation

First Edition – February, 2010 

Precision Farming and Variable Rate Technology    65 A Resource Guide 

Wide Area Augmentation System (WAAS) A SBAS system operated by the United States Federal Aviation Administration. Provides differential corrections for most of the continental United States and Canada via an L‐Band signal from geostationary satellites.  

Yield monitor A device mounted on a harvester to record the mass or volume of crop collected. It is typically mated with a GPS receiver to record the location of each yield reading to produce yield maps.  

Zone sampling A soil sampling method based on zones created for the field that will receive different treatments. Samples taken from a single zone may be combined to make a composite sample for that particular zone. Generally one composite sample is taken per zone.