基于信息化时代的农业收割机定位系统设计与试验

为了提高收割机的定位导航效率和精度,实现自主定位,基于信息化时代将云技术和无线通信技术引入到了导航系统的设计上,通过导航视觉系统图像的高速处理、无线传感节点通信、路径规划和追踪,实现了收割机的自主定位和导航。对不同作业块的导航定位精度和路径追踪的精度进行了测试,结果表明:采用自主定位系统可以成功地对作业区域的路径进行规划,并实现高精度的路径追踪,对于提高农机的智能化水平的研究具有重要的意义。     

基于北斗导航的农机自动驾驶系统设计和实现

精准农业是一种新兴的农业理念,重视采用先进的科学技术开展农业生产,不仅可以充分利用农业资源,也可以提高农作物产量,对于降低生产成本、提升经济效益具有重要的意义。农机自动驾驶系统是满足精准农业要求的重要一环,实现高精度定位对其可行性具有重要的影响。基于此,笔者以农机自动驾驶系统为依据,在概述北斗导航的基础上,提出基于北斗导航的农机自动驾驶系统软硬件设计及实现情况,以期为类似研究提供一定的参考。仿真结果表明,在农机自动驾驶领域引入北斗导航,依托北斗导航对农机自动驾驶系统进行设计,借助北斗导航高精度定位信息,通过控制器对农机实施控制,促使农机按照既定路线完成自动驾驶,可以满足农机对于预定路径精细化跟踪的要求。     

基于CAN总线的农机导航控制系统终端的设计与实现

农机导航控制系统终端是实施农机自动导航控制和变量作业的重要装置。为了更方便地管理农机导航系统、促进智能化农业装备的国产化,基于CAN总线技术,针对农机自动导航控制系统设计了一款农机导航控制系统终端。该农机导航控制系统终端在硬件设计方面支持串口和CAN两种通信模式,在软件方面实现了农机自动导航控制所需的路径设置、任务设置、作业视图监控和报警等基本功能。车载试验表明:该农机导航控制系统终端能够有效地实现对农机导航系统的管理和农机状态的监控,同时也大大方便了技术人员对数据的记录和分析等调试工作。     

农业机械导航技术研究进展

农业机械自动导航技术是实施精细农业的基础，可有效减轻农机操作人员的劳动强度，提高作业精度与作业效率。经典的农机自动导航关键技术包括定位测姿、路径规划和运动控制，针对这3项关键技术，分别阐述了基于全球导航卫星系统、惯性导航系统、机器视觉导航系统及多传感器信息融合的农机定位测姿方法，总结归纳了农机自动导航系统中的全局路径与局部路径规划算法，以及农机的运动学模型、导航决策控制方法、转向制动控制系统。随着信息技术的发展，农机智能导航技术受到越来越多的关注，保证作业安全与提高作业效率成为农机智能导航不同于传统自动导航的关键技术。以激光雷达和RGB相机为例综述了农机自主避障技术，并从协同导航模式、通信技术、协同控制、远程监控平台等角度阐明了多农机协同作业的关键技术。最后，结合无人农场和智慧农业对农机智能导航技术未来的发展方向进行了展望。     

基于Android的农机导航管理系统研究与设计

农机自动导航技术是精准农业研究中的关键技术之一。为解决国内现有农机导航系统的人机交互体验差、信息化和智能化程度不高的问题,结合农机自动导航作业功能需求和Android移动平台的优点,设计并实现了一套基于Android的导航管理系统。系统包含农机作业参数管理、农田地理信息管理、作业路径规划、导航实时监控和历史作业数据管理等功能模块。将该系统应用于农田自动导航试验中,结果显示:系统运行稳定可靠,人机交互体验性好,能够有效实现农机自动导航中的管理和监控功能。     

基于WinCE的农机导航监控终端软件系统设计与实验

随着农业机械自动导航技术的发展,农机导航监控终端技术已经成为农业机械自动导航技术的重要组成部分。为了满足农业信息化发展的需求,更好地管理控制农机自动导航系统,实现对农机自动导航系统的实时监控与农机作业的控制,开发了农机自动导航监控终端软件系统,可进行农机车辆的导航状态监控、农机具的操纵控制及系统的故障诊断等。通过对农田工作的特点与导航需求分析,采用VS2005开发环境,C++语言,开发基于Win CE嵌入式操作系统的农机车辆自动导航监控终端软件。软件程序的总体功能模块包括:人机交互界面显示、基于RS232的串口通讯模块、路径规划模块、文件读写模块及系统参数调节模块等,并制定导航监控终端与导航控制器之间的数据通讯协议。将该导航监控终端软件系统装在拖拉机上测试运行,结果表明:导航监控终端软件系统可长时间连续稳定的工作,有效实现了对农机车辆导航系统的操作与监控。     

北斗农机自动导航系统的设计与应用

农机自动导航是一项适用于现代农业规模化生产的先进技术。阐述北斗农机自动导航系统的组成与工作原理,分析其产生的经济效益,并介绍应用北斗农机自动导航系统的成功案例,以期为该技术产品的推广应用提供参考。     

农机自动导航控制决策方法与软件系统

为实现农机自动导航控制，兼顾系统成本和作业效率，对农机自动导航控制决策方法进行了研究，并设计开发了一种导航软件系统。首先，系统根据获取的农田边界、农田形状及作业需求进行路径规划。其次，采用简化二轮车运动学模型，采用模糊控制进行导航决策控制，模糊控制器的输入参数为农机横向偏差和航向偏差，输出参数为前轮转角信息。最后，导航系统根据转角信息，由PLC控制器控制方向盘转动，从而实现导航控制。导航软件采用模块化设计思想，由串口数据通讯、数据分析与处理、数据与图形显示和数据存储4个模块构成，基于C++/MFC语言编写实现。系统还可在导航结束后，对导航偏差数据进行保存，便于试验后进行误差分析。试验结果表明：农机自动导航控制决策方法可以实现较好的控制精度，软件系统界面友好、通讯稳定、功能较为齐全，满足农机田间自动导航作业的需求。     

玉米中耕除草复合导航系统设计与试验

为了实现玉米中耕除草过程中的自动导航作业,提高自动除草的效率和准确性,设计了一种玉米中耕除草复合导航系统。系统由基于GNSS的农机自动导航部分和基于机器视觉的农具自动导航部分组成,可通过GNSS位置信息进行农机自动导航,同时根据摄像头获取的玉米作物行信息控制农具铲刀进行行间除草。对农机的转向控制部分和前轮转角检测部分进行了机械改装,以PLC和步进电机驱动器为基础设计了农机转向控制电路和农具液压控制电路;以横向偏差和横向偏差变化率作为模糊控制的输入变量设计了自适应模糊控制方法;采用摄像头获取玉米作物行,通过扫描滤波方法进行作物行检测。农机独立导航除草试验和农机具复合导航试验结果表明：在车速为0.6 m/s时,农机自动导航最大横向偏差为10.04 cm,平均偏差为4.62 cm;农机具复合导航时的最大偏差为6.35 cm,平均偏差为2.73 cm;农机具复合导航系统能较好地满足玉米中耕除草的要求。     

基于北斗导航的自动驾驶系统在农用拖拉机上的应用

目前农业机械以大型化、智能化、自动化、多功能化、机电一体化为主流,由于我国农业导航技术起步较晚,在农业机械中使用的导航系统以美国GPS为主,非常不利于我国精细农业的发展。介绍了基于北斗导航的自动驾驶系统的组成及其工作原理,阐述了北斗农机自动驾驶系统在农用拖拉机上的应用,分析了北斗农机自动驾驶系统相对于国外同等产品的优势。     

基于双预瞄纯追踪算法的丘陵山区农机差分导航系统研究

针对丘陵山区农业机械因体积小、种类多,难以无人作业改造的问题,搭建基于双预瞄纯追踪算法的丘陵山区农机差分导航系统,完成导航系统结构、路径规划策略和追踪控制器的设计。使用Ntrip DTU和北斗定位板卡完成差分定位。采用平滑转向方式,提出适用于丘陵山区的全局路径规划策略,可有效适配不同转弯半径的农机,减少地头区域。设计双预瞄纯追踪模糊控制器,开展与纯追踪控制器的对比仿真试验,并搭建试验样机完成测试。实际测试结果显示：控制器在追踪直线时,在s=2.9 m处收敛,在之后的直线追踪中平均绝对误差保持在0.01 m;在追踪曲线时,两段弯道最大误差分别为0.08 m和0.75 m,平均绝对误差0.04 m。     

农业机械自动导航技术研究综述

农机自动导航技术作为智能农机与精准农业的一项核心技术,越来越多地应用于多种田间作业场景,有效提高了农机装备的生产效率与作业精度。从定位信息收集方法、路径规划、导航决策控制方法、自主避障、通信技术与远程监控6个方面对农业机械自动导航技术国内外研究现状进行了详细综述,从而全面系统梳理自动导航技术的研究现状。     

农机路径三维建模和导航研究——基于嵌入式平台和ArcGIS

为了提高农机的自动导航水平,简化底层软件和硬件系统,提高控制系统的逻辑运算和控制能力,将嵌入式系统引入到导航系统的设计上,并提出了基于ArcGIS和快速扩展随机树(RRT)的路径空间建模和规划算法,实现了农机的自动路径规划和导航。为了验证该方案的可行性,以无人驾驶拖拉机为测试对象,采用ArcGIS软件和RRT算法对路径进行了测试。结果表明:该方案可以快速地规划出拖拉机初始位置到目标位置的路径,且规划的最短路径和实际最短路径基本吻合,从而验证了方案的可行性和可靠性。     

基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法研究

为提高农机作业时直线行驶的精度,提出了一种基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法。在建立了运动学模型和纯追踪模型的基础上,对农机直线跟踪方法进行研究;针对GPS导航精度易受噪声干扰的问题,通过卡尔曼滤波对航向误差以及横向误差进行了平滑处理,以获取更高精度的航向误差和横向误差;为提高纯追踪模型的自适应能力,以横向误差和航向误差的均方根误差为基础,构建适应度函数,并设计了权重函数,采用横向误差作为主要决策参数,通过粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法实时确定纯追踪模型中的前视距离;为使粒子群减少计算时间、尽快进行局部搜索,对PSO算法中惯性权重系数进行了改进。以东方红1104-C型拖拉机为试验平台,设计了农机自动导航控制系统,进行了农田播种试验。结果表明:当农机行驶速度为0.7 m/s时,采用基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法,直线跟踪的最大横向误差为0.09 m;当行驶距离超过5 m后,最大横向误差为0.02 m,该算法能够有效地提高农机作业时的直线行驶精度。     

池塘养殖船自动导航系统的设计与研究

设计了一种基于超声波测距仪和电子罗盘组合的池塘养殖船自动导航系统,对系统的传感器组合导航方式进行了介绍,分析了系统的硬件结构,制定了基于PI算法的直线路径纠偏的算法,将自动导航技术应用在池塘养殖领域。在构建的平台上进行了测试实验,结果表明:基于PI算法、传感器组合导航算法的自动导航系统能够有效地纠正偏差,自动导航的总体精度控制在合理范围内。     

基于嵌入式机理的农机自动导航控制系统研究

为进一步提高我国农机自动导航系统的控制化水平,从信号采集、协议匹配、通讯畅通及存储高效的原则着手,考虑嵌入式机理的融入,进行自动导航控制系统的设计与研究。通过对导航控制系统的硬件电路配置、软件控制系统优化方面进行设计,以及加速度计、陀螺仪及磁强计的关键参数及技术指标的选取,进行测试试验,结果表明:自动导航控制系统的各项评价参数均有所提升,拐角平均误差由原来的1.35m减少至0.38m;直行平均误差可以由原来的0.97m减少至0.18m,且得到进行自动导航控制系统实时任务分解的五大模块,可为相类似的农机研究提供参考。     

基于FPGA的播种机自主导航控制系统设计

为了提高播种机自主导航控制系统的精度和导航机器视觉系统图像的处理速度,实现实时导航功能,降低数据接收和参数解算的时间延迟,将FPGA引入到了导航系统的设计上,有效提高了播种机的导航精度和效率。以播种机导航中心线的追踪为例,通过追踪误差的仿真模拟,验证了FPGA在导航系统中使用的可行性。模拟仿真结果表明:采用FPGA反馈系统可以明显提高导航系统导航中心线追踪的准确性,从而提高导航系统的精度。     

农机自动导航系统在我国的发展与展望

自动导航系统是农机智能化的关键性控制技术,也是智慧农业发展的基础。当前社会上开展的无人农机作业演示,基本上都是在自动导航系统上融合传感器、人工智能等技术加以改进实现的。根据不同的理论基础,农机自动导航系统有多种类型,如基于全球导航卫星系统(GNSS)的卫星定位导航系统,以及基于视觉、激光、电磁、机械、超声波、触觉等技术的多种导航系统。随着卫星系统在农业上的普及应用,基于GNSS的自动导航技术发展已经成熟,实际应用也最为广泛,是当前农机自动导航系统的代表性产品,其他类型的导航技术尚不成熟,市场上还没有满足农业生产实际需求的可靠产品。     

池塘养殖船自动导航系统设计与试验

针对池塘养殖中投喂作业需要全塘均匀覆盖的应用场景,存在人工投饲强度大、饲料利用率低的问题,设计一种能够适应不同多边形池塘的养殖船自动导航控制系统。控制系统采用低成本北斗定位模块和高精度电子罗盘进行组合导航,获取池塘养殖船的位置和航向信息作为导航控制器的输入,通过构建基于PD算法的导航控制器,实现航行过程中的路径跟踪。设计一种多边形回纹线导航路径规划算法,能够快速实现多边形池塘的导航路径规划。开展池塘导航试验,试验结果表明：采用所设计的自动导航系统,养殖船能够按照规划的路径航行,在水面行驶速度为0.4~0.5 m/s时,稳定跟踪后最大误差小于2.62 m,平均跟踪误差小于1.30 m,导航精度满足池塘养殖自动投饲要求。     

农业机械导航路径规划研究进展

导航路径规划是农业机械自动导航的关键技术,近年来被广泛应用于耕种管收自动导航生产作业过程中。本文分别从全局路径规划和局部路径规划两个角度阐述分析了农业机械导航路径规划研究现状和进展。全局路径规划着重阐述了全覆盖路径规划和全局点到点路径规划,并归纳总结了在精准作业、农业运输和农机跨地块调度等方面的研究成果和具体应用。局部路径规划重点阐述了避障路径规划和局部跟踪路径规划,由于农业作业环境的复杂性和时空变异性,局部路径规划研究的重点是算法的实时性、高效性、鲁棒性和安全性。最后指出导航路径规划技术未来的研究重点为：数据资源标准化及规划路径共享;提高环境信息感知和解析能力;增强实时动态规划性能;路径规划与农机特性相结合。