基于GNSS农田平整全局路径规划方法与试验

针对全球导航卫星系统(Global navigation satellite system,GNSS)农田平整系统缺少作业指导且效率低等问题,提出了一种基于GNSS农田平整全局路径规划方法。分析农田实际平整条件,创建适用于土地平整的农田地形环境模型,生成农田地势信息图,研究整块农田地势高程分布特征,以平地作业中空载、满载的无效作业状态最少,转向操作与重复行走最少为条件,生成遍历整个农田的土地平整路径,并通过拉力传感器实时监测铲车载荷。仿真试验结果表明,相对于常规平整方法,所提方法空载、满载率显著减小,达到目标平整度时间节省50%以上。该方法可以规划有效路径,减少无效作业时间,平地效率提高30%以上。     

GNSS平地作业路径实时规划与导航方法研究

为有效提高GNSS（Global navigation satellite system）控制土地平整的工作效率,提出了基于导航技术的GNSS平地作业路径实时规划与辅助决策方法。通过拉力传感器实现了平地作业中铲车载荷的实时检测,利用数学建模的方法,建立了拖拉机平地作业行驶过程的路径实时规划与导航模型。通过拉力传感器实时采集铲车载荷反馈值,根据拖拉机行驶目标区域的地势情况,以避免铲车过载和空载为原则,确定拖拉机的行驶目标点,解算出拖拉机行驶的转向角,实现了最优导航平地作业。农田平地试验结果分析表明,该方法能够较好地实时规划路径并提供导航方向,引导拖拉机高效地平地作业;基于该方法的平地作业,其铲车的过载或空载率总和不大于6.9%,远低于未使用导航时的平地情况。     

基于GPS控制技术的土地平整系统

土地平整可以提高灌溉水的利用率,是农田节水增产的重要措施之一。为此,采用上位机决策和下位机控制相结合的方法(上位机系统以车载计算机为工作平台,采用高精度GPS接收机获取农田三维地形位置数据),提出了高程测量数据误差修正算法,用来校正平地作业过程中GPS动态测量误差;利用校正后数据,计算平地基准高程,输出位置高低判断信号。下位机系统以控制器为核心,接收位置高低判断信号,输出液压控制信号驱动平地铲升降,完成平地作业。平地试验表明,误差矫正后的农田三维地形分布图精度较高,测量效率比传统人工定点测量方法提高75%以上;土地平整效果较好,平地精度达到7.8cm,可满足高标准农田田面平整度要求。     

基于GNSS的平地控制系统优化设计与试验

农田土地平整技术能够提高农田灌溉质量和改善土壤矿物质均匀度,以达到节水增产的目的,随着全球导航卫星系统（GNSS）的建立与完善,基于GNSS的农田土地精细平整技术得到广泛应用。针对当前使用GNSS定位数据进行高程闭环控制,容易产生平地铲超调问题,设计了一种基于GNSS的土地精平机电控制系统,提出一种可控制时长的滞环控制算法,通过控制电磁阀的通电时间,精确控制平地铲升降,以减少超调。试验结果表明:在低速作业状态下,平地铲可减少15%的振荡,高速作业状态下可减少23%的振荡;有效降低了平地铲高程的突变,在低速作业时减少30%,在高速作业时减少8%;无论是低速作业还是高速作业,完成作业后均能保证90%以上的点在±2 cm以内,满足土地平整的精度要求。      

基于GNSS的农田平整自动导航路径规划方法

为了提高农田平整作业工作效率,分析了基于全球导航卫星系统（Global navigation satellite system,GNSS）的农田平整自动导航解决方案的可行性,改进了系统硬件设计,提出了一种基于GNSS的农田平整自动导航路径规划方法。该方法将全局路径规划和局部实时路径规划相结合,以铲车空载或满载时间最短为最优评价基准,融合K 均值与密度均值,聚类农田栅格;根据设计的铲车挖高填低方法和局部搜索策略得到平地路径全局规划,在实际作业中根据拉力传感器反映的实时载荷进行局部调整和规划。通过仿真试验和农田路径规划平地对比试验分析表明,最大高度差从22.8cm降到2.7cm,平整度从12.6cm降到1.5cm,高差分布列从81%上升到97%,平整效果能满足精细灌溉需求。该方法能够较好地实现路径规划,实现拖拉机高效平地作业,其中铲车的满载和空载率较其他方法小,满载和空载率总和在20%左右,增加了有效工作时间,降低了人工劳作强度,提高了平地效率。     

基于GNSS的农田快速平整系统设计与试验

针对当前全球导航卫星系统（GNSS）农田土地平整过程中,操作复杂,地形测量费时费力的问题,设计了基于GNSS的农田快速平整系统。该系统可实现快速农田基准设计,农田水平平整,农田坡面平整等功能。农田坡度设计算法在前期系统算法基础上进行了优化,提出适用于快速平整系统的坡面平整算法,坡面平整后可以达到灌溉时水流速度快、水量覆盖均匀,减少挖填土方量、提高平整速度的目的。平整试验结果表明,水平面平整后最大高程差从18.9cm降到8.1cm,高程标准差从11.2cm降到5.5cm,平地误差小于5cm的测点累积百分比从75.693%上升到90.674%;坡面平整后,农田实际坡度与设计坡度基本一致,平整速度快,平整效果良好。     

基于GNSS的农田平整定位精度优化与试验

基于全球卫星导航系统（Global navigation satellite system, GNSS）农田平整作业中，GNSS定位数据不仅是地形测量和基准面设计的基础，而且在平地作业中实时影响农田平整的精度。针对当前GNSS定位数据误差分析较少，提出一种基于联合滤波算法的GNSS定位数据分析处理方法。分析平地作业过程中GNSS定位数据的误差源，结合多路径效应和随机噪声，提出因地形起伏引起的振动误差校正方法，利用卡尔曼、小波变换联合滤波算法，校正数据误差提高定位精度，农田定位对比试验分析表明，高程定位精度明显提高，平地工作中，GNSS定位实际高度波动范围缩小20%，能够更好的指导农田平整工作。     

基于GPS的农田坡面平整技术与试验

设计了一种基于GPS的农田土地坡面平整系统,该系统由自主差分GPS接收设备、车载式工控机、控制转换器、液压系统、铲运装备等几部分硬件组成,以Visual C++60为系统软件开发环境;系统可对农田进行动态地势测量及坡面平整作业．首先,将GPS接收设备安置在铲运设备上,利用拖拉机牵引铲运设备对农田进行动态蛇形测量,并通过相应的校正算法对测得的GPS数据进行误差校正;然后,根据校正后的数据,对农田进行三维地形成图及坡面建模,得到农田坡面期望高程;最后,将实时接收的农田实际高程与坡面期望高程进行比较,通过控制转换器输出液压控制信号驱动铲运设备进行挖填土方的平地作业．在田间试验条件下,根据农业工作者要求对纵向长度为180 m的地块进行1／1 000纵向坡降的平地试验,结果表明,平地后标准偏差值在5 cm左右,坡低的平均相对高程约为4062 m,坡顶的平均相对高程约为4078 m,坡面高差为16 cm,其理论坡面高差为18 cm,有效改善了农田坡面地形．     

1PJ-2500型激光精平机作业精度评价试验研究

基于田间试验数据,从高程标准差、测点高差分布和农田表面三维地形图等3个角度对1PJ-2500型激光精平机的平地作业精度进行分析评价。研究结果表明:在土地平整中,使用1PJ-2500型激光精平机可以获得高精度的土地平整效果,精平之后的平均田块高程标准差降低到1.54cm,田块表面96.77%的测点主要分布在ED<3 cm的区间内,农田表面平整度和测点高程分布均有大幅改善。     

农田精准平整过程中三维地形实时测量方法研究

为提高农田平整作业过程中平后区域田面地形实时测量精度，本文提出一种农田精准平整过程中三维地形实时测量方法(Real-time 3D terrain measurement, Rt3DTM)。以安装有GNSS双天线和姿态传感器的支撑轮式旱地平地机为地形测量平台，利用卡尔曼滤波器融合GNSS与加速度提高定位精度，通过建立平地铲运动学模型获得支撑轮底点的车体坐标，结合平地铲位姿信息对支撑轮底点进行世界坐标解算，并利用最邻近插值法生成地形图。静态试验表明，Rt3DTM方法能准确解算支撑轮底点坐标，平面测量均方根误差小于10 mm,高程测量均方根误差不大于20 mm。水泥路面试验结果表明，在3组不同车速下测量同一段水泥路面三维地形，与真值的高差均方根误差均小于30 mm。田间试验结果表明，Rt3DTM测量的高程均方根误差为16.5 mm,平整度为16 mm,小于30 mm的高差分布列为95.8%,相比机载GNSS测量方法的均方根误差准确性提高29.5%,平整度准确性提高11.1%,高差分布列准确性提高9.5%。提出的Rt3DTM方法能实时准确地获取平整作业过程中平后区域的地形信息，为无人化农田平...     

基于改进蚁群算法的农田平地导航三维路径规划方法

为解决农田平地机无人驾驶作业时缺乏局部规划，进而实现平地路径在线调整的问题，以平地作业土方合理运卸且路径最短为目的，提出了一种基于改进蚁群算法的农田平地导航三维路径规划方法。基于农田三维地势模型，采用改进的蚁群算法规划三维路径：以平地作业土方运载为决策方向，建立新的路径搜索节点，对比平地机作业时平地铲运载土方量和经过栅格计算所需的挖填土方量，根据土方运载任务设置信息素更新规则和启发函数，获取农田平地的最佳三维路径；基于平地机的运动学模型，设置农田平地机转向约束条件，根据约束条件对路径进行平滑优化，并建立三维路径规划的效果评价标准。仿真结果表明：相比于原始蚁群算法，该方法的路径规划效果评价指标提高33.3%以上，可以更好地指导农田平地机实现局部平地任务，而且大大缩短了路径生成时间和路径长度，使路径更为平滑，更适用于辅助农田平地的自动导航作业。     

基于GIS的黄土丘陵沟壑区耕地地力评价研究

以地处黄土丘陵沟壑区的陕西省安塞县为例,在耕地地力调查和相关资料收集与整理的基础上,应用GIS技术,利用土壤图、土地利用现状图和行政区划图叠置划分法确定评价单元,选取立地条件、土壤性质、土壤肥力和土壤管理等4个方面14个影响因子,结合层次分析法和模糊数学综合评价方法等现代统计分析技术,建立耕地地力评价体系及其模型,对研究区的耕地地力进行综合评价。结果表明,在该县65 559.26 hm2耕地中,1～6级地分别占耕地的10.51%,17.15%,20.38%,16.90%,13.28%,21.79%,对应于国家6～10等地;明确了各级耕地的空间分布特征。评价结果较准确地反映了研究区域的耕地地力状况,基本符合当地的客观实际,对耕地资源的科学管理和可持续利用具有积极意义。     

基于GNSS的农田平地系统试验研究

土地平整对发展现代农业具有非常重要的意义。进行农田土地平整,可以有效改善农田表面状况,提高农田灌溉水的利用率,有利于控制杂草和虫害,提高化肥使用效率,减少环境污染,实现精细地面灌溉。为了解决使用传统方法进行土地平整地费工费时及作业质量差的问题,研发了新型GNSS平地系统,进行了平地作业试验研究,为基于GNSS的农田平地系统的研发提供经验与数据。     

采用综合评价系数法实现基本农田的空间定位

耕地入选基本农田是将总体规划确定的耕地按照一定的面积指标有选择地划为基本农田的过程.科学、合理地划定基本农田对于正确处理和协调农用地的农业利用与非农业利用之间的关系、严格控制非农业建设占用耕地的规模和速度、促进区域社会经济的可持续发展将起到十分重要的作用.为此,以龙口市为例,在建立了耕地入选基本农田的指标体系的基础上,生成决策矩阵,采用综合评价系数法对耕地入选基本农田进行排序,得到龙口市基本农田保护区规划图,实现了基本农田的空间定位,从而为土地整理规划提供依据,为基本农田保护规划的科学化、标准化奠定了基础.