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。     

农机远程智能管理平台研发及其应用

本研究针对农机管理实时数据少、农机实时作业监管困难、服务信息不对称等问题,首先提出专业化远程管理平台设计时应具有五大原则：专业化、标准化、云平台、模块化以及开放性。基于这些原则,本研究设计了基于大田作业智能传感技术、物联网技术、定位技术、遥感技术和地理信息系统的可定制化的通用农机远程智能管理平台。平台分别为各级政府管理部门、农机合作社、农机手、农户设计并实现了基于WebGIS 的农机信息库及农机位置服务、农机作业实时监测与管理、农田基础信息管理、田间作物基本信息管理、农机调度管理、农机补贴管理、农机作业订单管理等多个实用模块。研究着重分析了在当前的技术背景下,平台部分关键技术的实现方法,包括采用低精度GNSS定位系统前提下的作业面积的计算方法、GNSS定位数据处理过程中的数据问题分析、农机调度算法、作业传感器信息的集成等,并提出了以地块为核心的管理平台建设思路;同时提出农机作业管理平台将逐步从简单作业管理转向大田农机综合管理。本平台对同类型管理平台的研发具有一定的参考与借鉴作用。     

基于Delaunay三角网的GNSS控制网闭合环自动搜索算法研究及应用

计算GNSS控制网的同步环和异步环的闭合差是衡量GNSS控制网测量精度的重要依据,然而某些商业GNSS软件不能完全搜索所有闭合环.在建立Delaunay三角网基础上,提出了一种新的GNSS控制网闭合环自动搜索算法,并根据此算法采用C#语言编写软件.结果表明,该算法实现了GNSS控制网所有闭合环的闭合差快速计算和检核,提高了GNSS控制网测量精度,丰富了农业生产实践作业效率.     

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。     

基于GNSS与视觉融合的山地果园无人机航迹控制

为精准控制无人机航迹稳定、准确进行山地果园的航空植保作业,以四旋翼无人机为载体,设计了基于GNSS与视觉导航融合的山地果园无人机植保航迹控制系统。该系统由无人机飞行平台和地面控制站两部分组成。其中,无人机平台由四旋翼无人机、内环飞控、GNSS移动站、RGB相机、无线视频发射模块和电子罗盘组成;控制站由GNSS基站、飞行控制模块、便携式计算机、无线视频接收模块和视频采集模块组成。基于Python语言,结合Open CV库,设计了果树行识别算法。采用线性组合算法提取目标行作业区域,利用最小二乘法对作业区域中心点进行拟合,得到果树行趋势线,进而计算出偏航角,以实现无人机作业航迹控制。山地苹果园的导航控制试验结果表明,当无人机飞行速度为2 m/s,距离果树冠层高度约2 m,相机倾角为46°,视觉导航控制率为2次/s时,该系统航迹控制误差范围为-47～42 cm,平均误差为-9 cm,系统控制精度较高,可满足无人机对山地果园植保作业的要求。     

Short- and long-term dynamic accuracies determination of satellite-based positioning devices using a specially designed testing facility

Short-term dynamic accuracy is one of the most significant parameters for agricultural application of satellite-based positioning on straight segments. This is an important characteristic of guidance devices for every user. Two standards are proposed for dynamic testing of satellite-based positioning devices for utilization in agriculture. Previous approaches were typically based on the use of RTK records as a reference for error calculation. A test procedure based on a highly precise testing facility was developed, having a mechanical offset of the test cart less than 0.002 m. The new mathematical approach for straight line segment definition, based on two representative points was developed. This approach enables error-free calculation of off-track errors and determination of U-turn influence based on two additional parameters. Long-term testing was performed (24 h), using a Garmin GPS 18 device for test validation. The obtained results showed that this method can be successfully used for testing dynamic characteristics of GNSS devices. The results were as follows: mean value of the off-track errors was −0.39 m, standard deviation of all measured off-track errors was 1.51 m, being 1.3 m in 95% of the measured off-track errors. The pass-to-pass average error was 0.90 m, being under 0.662 m in 95% of the detected passes. The designed facility and developed procedure can also be successfully applied to the testing of high precision devices, e.g., RTK.     

西藏自治区水土流失监测网络系统设计

针对西藏自治区水土流失监测地域范围广阔、监测重要性突出以及水土保持工作起步较晚和人员配备缺乏的特点,提出了基于GPRS/GNSS/G IS/RS和Internet网络技术的水土流失监测网络系统。建成后的系统具有投资少、运行可靠、无人值守等优势,能够对自治区水土流失和水土保持状况实施动态监测,提供及时、准确、全面的监测数据,为国家、自治区国民经济发展和实施水土保持生态建设提供科学依据。     

利用小波变换对暴雨过程中GNSS气象要素的研究

水汽的时空分布会对天气情况和降水预报产生影响,常规的探测手段精确度较低、分辨率不 高,利用小波变换可深入研究暴雨中的GNSS 气象要素情况。小波分解可以从GNSS 中获取可降水 量、气压、对流层延迟等信息,并以此作为暴雨降水量的判断依据。1 小时间隔可降水量、气压和对流 层延迟的小波高频分解系数较为接近,可从中获得暴雨预报信息。     

智能农机GNSS/INS组合导航系统设计

为提高自动导航农机的定位精度和可靠性,该研究设计了基于全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatellite System, GNSS)和惯性导航系统(Inertial Navigation System, INS)的智能农机组合导航系统,该系统根据来自INS的三轴姿态角速度、加速度信息以及高精度定位板卡的三轴位置、速度信息,采用松耦合模式,通过卡尔曼滤波对INS误差实时校正,解算出农机的精准位置、速度和姿态信息。为实现该组合导航系统,设计和制作了智能农机控制板,集成GNSS高精度解析板卡和惯性测量模块,并在控制板上实现组合导航算法。搭建了东风DF1004-2智能农机试验平台,并在试验田中分别进行静止和直线行驶状态下的试验和单独GNSS导航与组合导航效果的对比。试验结果表明,在农机静止状态,两者性能接近,定位误差均在1 cm以内,姿态角误差均在0.1°以内;在农机以2 m/s的速度按照预设直线行驶时,单独GNSS导航位置误差在6 cm以内,姿态角误差在1°以内,GNSS/INS组合导航位置误差在3 cm以内,姿态角误差在0.5°以内,GNSS/INS组合导航精度明显的提升,可为高精度农机自动导航控制提供技术支持。