CN103293974A - 基于gnss的平地铲智能控制系统和方法及平地铲设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土地精细平整领域，尤其涉及一种基于GNSS的平地铲智能控制系统、控制方法及其应用该控制系统的平地铲设备；该系统包括GNSS定位单元和高度调整单元，GNSS定位单元包括GNSS基站和GNSS流动站，GNSS基站用于接收GNSS信号并计算发送差分信号，GNSS流动站用于接收来自GNSS基站的差分信号并计算发送空间信息；高度调整单元包括控制器、电液换向阀和液压缸，控制器用于接收GNSS流动站输出的空间信息并发送动作指令至电液换向阀，电液换向阀与液压缸相连接；本发明解决了激光控制平地设备存在作业范围有限、作业效率低、倾斜地面无法精确作业、大范围作业误差大、环境适应性差等问题。

Description

基于GNSS的平地铲智能控制系统和方法及平地铲设备

技术领域

本发明涉及用于土地精细平整领域，尤其涉及一种基于GNSS的平地铲智能控制系统、控制方法及其应用该控制系统的平地铲设备。 

背景技术

随着现代农业的发展，对农田土地整理提出了更高的要求，土地整理施工要向精细化发展，以土地利用总体规划为指导，统筹兼顾经济、社会和生态等方面的综合效益，提高农田土地整治质量规划上，促进生态系统良性循环。实现精细土地整治是实现节水灌溉的前提和关键，也是整理高质量耕地的必要手段。 

土地精平作为土地整治的最终环节，土地精平质量的好坏关系到整理农田耕地的质量。传统的激光平地设备，主要由支架结构将平地铲和支撑轮架设为一体，此类设备的高度调整是直接由牵引车辆完操控完成，高度调整无任何基准，完全依靠作业人员凭借经验操作，平地精度难以保证，且效率低下，并且设备姿态（即倾斜度）无法调整，难以对复杂的倾斜地面进行作业。 

随着激光控制技术的引入，激光平地设备开始在土地整治工程作业中开始得到应用，能够大幅度提高农田平整精度。激光控制平地技术是使用激光平地设备进行农田精细平整作业，利用激光测量平面和电液控制系统作为非视觉的控制手段，平地控制系统根据地形高差信息实时控制液压调节机构实现平地铲的自动升降，完成铲土和卸土作业，避免了人工操作和目测判断所造成的误差，将地势较高的土方铲运到地势较低的地方，通过连续作业达到农田精细平整的目的。此类设备虽然较之传统作业水平有所提高，但由于现有激光精平设备自身 的智能化水平较低，在实际使用过程中存在诸多问题，使得现有土地精平设备作业效率不能进一步得到提高，成为土地精平设备向更高层次发展的技术瓶颈，如： 

（1）激光控制平地技术和装备受到激光发射器发射激光功率限制，激光控制平地设备的作业范围有限，据试验，激光发射器受到装配误差影响，形成的扫平面误差一般为0.01米/100米，当服务半径为300米时，高程误差为0.03米，此时已经达到土地平整精度要求极限，不能适用于大面积作业，并且不适用于地形复杂或高差较大的地块，不能适应全天候精准平整作业需求； 

（2）激光平地技术以相对激光发射器发射的激光扫平面的相对高差为参考基准，导致多地块同时进行作业时作业面高程难以统一； 

（3）激光发射器存在易受障碍物遮挡等缺点，导致激光平地设备环境适应性较差； 

（4）激光发射器在工作时需要自主调平，周围环境风力较大时易使激光发射器姿态发生偏移，需要再次进行姿态调整。在姿态调整过程中激光发射器停止工作，影响激光平地作业效率。 

综上，无论是传统的平地设备还是应用了激光技术的平地设备，都具有效率低下、姿态无法调整等缺陷。 

GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）包含美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗、欧盟的Galileo等卫星导航系统。随着RTK-GNSS技术的发展，RTK-GNSS的高程测量精度可以达到20mm+2ppm，为土地精细平整提供了一种新的可能。 

发明内容

（一）要解决的技术问题 

本发明目的为了解决传统激光控制平地设备存在作业范围有限、作业效率低、倾斜地面无法精确作业、大范围作业误差大、环境适应性差等问题。 

（二）技术方案 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于GNSS的平地铲智能控制系统，其特征在于，该系统包括GNSS定位单元和高度调整单元，其中： 

所述GNSS定位单元包括GNSS基站和GNSS流动站，所述GNSS基站的位置固定，用于接收GNSS信号并计算发送差分信号，所述GNSS流动站固定在铲体机构上，用于接收来自GNSS基站的差分信号并计算发送空间信息； 

所述高度调整单元包括控制器、电液换向阀和液压缸，所述控制器分别连接GNSS流动站和电液换向阀，用于接收GNSS流动站输出的空间信息并发送动作指令至电液换向阀，所述电液换向阀与液压缸相连接，所述液压缸用于驱动铲体机构的升降。 

优选的，所述高度调整单元还包括位移传感器，所述位移传感器分别连接控制器和液压缸，用于监测液压缸的动作状态并发送监测信息至控制器。 

优选的，所述液压缸、电液换向阀和位移传感器分别设置为两套，所述两套液压缸分别位于铲体机构的两侧，用于单独调整单侧铲体的高度以调控铲体机构的倾斜角度。 

优选的，所述高度调整单元还包括姿态传感器，所述姿态传感器安装在铲体机构上，且所述姿态传感器与控制器相连接，用于监测铲体机构的倾斜角度并发送监测信息至控制器。 

优选的，所述高度调整单元还包括与控制器相连接的控制面板，所述控制面板上至少设置有： 

用于切换手动模式和自动模式的切换开关； 

用于调整运行参数的设置开关； 

用于手动调整铲体机构高度的升降开关； 

用于控制开关机的电源开关； 

用于显示目标绝对高程信息和当前绝对高程信息的显示屏； 

和用于迅速关闭所述高度调整单元的急停开关。 

一种基于GNSS的智能平地铲设备，该设备安装有如上所述的基于GNSS的平地铲智能控制系统。 

一种如上所述的基于GNSS的平地铲智能控制系统的控制方法，该方法包括如下步骤： 

S1、控制器初始化，并通过控制面板输入目标绝对高程值； 

S2、等待GNSS流动站发送的GNSS消息，若超出控制器预设时间没有接收到消息则报警，若在预设时间内接收到流动站发送的有效GNSS消息，提取GNSS相关信息，获取地面三维状况信息； 

S3、控制器检测自动模式标识位， 

若自动模式标志位有效，进一步检测设置标志位是否有效，若设置标志位有效，控制器自动开启设置模式：在该模式下，控制器授权控制面板手动修改目标绝对高程值；若设置标志位无效，控制器开启自动模式：在该模式下，控制器接收来自GNSS流动站空间信息，并运算出相应的动作指令发送至电液换向阀，驱动液压缸动作； 

若自动模式标志位无效，则控制器开启手动模式：在该模式下，控制器授权控制面板手动操控铲体机构的升降； 

S4、本控制周期执行完毕，继续执行步骤S3。 

优选的，所述的步骤S3中的设置模式包括如下步骤： 

S311、控制器检测控制面板的相关按键： 

若检测到控制面板的设置开关向上，控制器增加目标绝对高程值； 

若检测到控制面板的设置开关向下，控制器降低目标绝对高程值； 

若检测到控制面板的确认按钮按下，保存所述目标绝对高程值的更改，设置标志位清零； 

若检测到控制面板的取消按钮按下，取消所述目标绝对高程值的更改，目标绝对高程值恢复原值，设置标志位清零。 

S312、设置模式周期结束。 

优选的，所述的步骤S3中的自动模式包括如下步骤： 

S321、控制器检测控制面板的相关按键： 

若检测到控制面板的切换开关的手动钮按下，自动模式标志位清零，跳转步骤S324； 

若检测到控制面板的设置开关按下，设置标志位置位，跳转至步骤S324； 

若检测到控制面板无相关按键按下，则执行步骤S322； 

S322、输出升降动作指令： 

控制器接收到GNSS流动站的差分信号，解析该信号以获取当前绝对高程值进行记录，然后将当前绝对高程值与目标绝对高程值进行比较，计算出消除差值的动作指令并发送至电液换向阀，控制两侧的电液换向阀驱驱动两侧的液压缸同步动作以使铲体机构提升或下降，或者不同步动作以使铲体机构倾斜； 

S323、调整升降动作指令： 

位移传感器即时监测液压缸动作并将监测信息反馈至控制器，控制器将该信息与输出的动作指令进行比较，计算出对动作指令的修正指令并发送至电液换向阀； 

姿态传感器实时监测铲体机构的倾斜角度并将监测信息反馈至控制器，控制器将该信息与输出的动作指令进行比较，计算出对动作指令的修正指令并发送至电液换向阀； 

S324、自动模式周期结束。 

优选的，所述的步骤S3中的手动模式包括如下步骤： 

S331、控制器检测控制面板的相关按键： 

若检测到控制面板的切换开关的自动钮按下，自动模式标识位置 位，跳转至步骤S333； 

若检测到控制面板的升降开关向上，控制器输出动作指令至电液换向阀，驱使液压缸控制铲体机构上升； 

若检测到控制面板的升降开关向下，控制器输出动作指令至电液换向阀，驱使液压缸控制铲体机构下降； 

若检测到控制面板无相关键按下，输出停止指令至电液换向阀控制铲体机构停止； 

S332、控制器接收到GNSS流动站的差分信号，解析该信号以获取当前绝对高程值并进行记录； 

S333、手动模式周期结束。 

（三）有益效果 

本发明提供的基于GNSS的智能平地铲装置，与现有的技术比较，本发明的优点是: 

1、创新设计了双缸独立控制支撑轮升降机构，每个支撑轮能够在各自液压缸的带动下独立进行升降运动，从而能够控制平地铲铲体两端分别进行升降，实现平地铲的姿态调整，即调整铲体机构的倾斜度； 

2、本发明提出的控制方法使得平地过程中平地铲始终保持与水平面平行或者能够按照设定的倾斜角度进行作业，保证了平整后地块的水平精度，提高GNSS平地设备的作业适应性和应用范围。 

3、本发明的平地铲装置与激光平地设备相比，本发明基于GNSS的平地铲装置，能够在全球范围内获取作业地面的全区域三维信息，不受地块面积和是否有障碍物的影响，具有作业范围广、环境适应性强等优点，大大扩展了平地铲的应用范围。 

4、本发明的基于GNSS平地铲装置，通过一个GNSS基站接收到GNSS信号后，周边多个地块的平地铲装置可通过各自的GNSS流动站接收其作业地块的地面信息，进而完成高精度的平地作业，可 实现多平地机联合作业，并且其高度设定重复性好，便于作业中断后的恢复。 

5、本发明的GNSS基站不受风力影响，只要保证基站与流动站之间的信号畅通即可，在基站发生偏移后无需进行基准平面的重新对准等调整，充分提高了实用性，进而提高了平地的作业效率。 

附图说明

图1是本发明的控制系统原理框图； 

图2是本发明的控制系统的实施例1原理框图； 

图3是本发明的控制系统的实施例2原理框图； 

图4是本发明的控制系统的实施例3原理框图； 

图5是本发明的控制面板示意图； 

图6是本发明的平地铲设备实施例的俯视图； 

图7是本发明的平地铲设备实施例的主视图； 

图8是本发明的平地铲设备的应用实施例示意图； 

图9是本发明的控制方法原理框图； 

图10是本发明的控制方法的设置模式原理框图； 

图11是本发明的控制方法的自动模式原理框图； 

图12是本发明的控制方法的手动模式原理框图； 

其中：100、GNSS定位单元，101、GNSS基站，102、GNSS流动站，200、高度调整单元，201、控制器，202、电液换向阀，202-1、电液换向阀L，202-2、电液换向阀R，203、液压缸，203-1、液压缸L，203-2、液压缸R，204、位移传感器，204-1、位移传感器L，204-2、位移传感器R，205、姿态传感器，206、控制面板，300、铲体机构，301、铲体框架，302、铲刀，303、侧挡板，401、牵引架，402、入土调节机构，403-1、支撑轮架L，403-2、支撑轮架R，404-1、支撑轮L，404-2、支撑轮R，405、三角支架。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

如图1所示，一种基于GNSS的平地铲智能控制系统，该系统包括GNSS定位单元100和高度调整单元200，其中的GNSS定位单元100利用GNSS定位技术实时监测地面的三维信息，与GNSS定位单元100相连接的高度调整单元200将该信息与预设的地面平整要求相比较，据此生成动作指令，然后由高度调整单元200驱动铲体机构300执行该动作指令，调整铲体机构300的高度至目标高度值，进而将地面平整至目标绝对高程值，据此，实现基于GNSS定位技术的智能化平地作业。本发明的平地作业是基于GNSS定位技术的智能化操作，较之传统的纯机械化人工操作，本发明大幅提高了作业效率和作业精度；较之现有的激光扫平面定位平地作业，本发明受作业田面积以及障碍物等的限制较小。 

如图2所示，为本发明基于GNSS的平地铲智能控制系统的实施例1，该实施例是在图1的基础上提出的进一步改进后的优选方案，其中的GNSS定位单元100优选包括GNSS基站101和GNSS流动站102，GNSS基站101的位置固定，如可以通过支架立于地面上；GNSS流动站102固定于铲体机构300上；据此，位置固定的GNSS基站101接收到GNSS信号并计算发送差分信号，而在各地块上作业的平地铲装置通过各自的GNSS流动站102接收到差分信号并计算发送空间信息，进而实现多地块的同时作业，且只要GNSS流动站102能够接收到GNSS基站101的差分信号即可，对GNSS基站101的高度、位置等无要求，提高了实用性和灵活性，进一步提高了平地的作业效率。高度调整单元200优选包括控制器201、电液换向阀202和液压缸203，控制器201分别连接GNSS流动站102和电液换向阀202，用于接收GNSS流动站102的发送的空间信息并发送动作指令至电液换向阀202；电液换向阀202与液压缸203相连接，液压缸203用于 驱动铲体机构300的升降，该系统提供的智能化调高机构能够与GNSS定位技术充分结合，实现基于GNSS定位平地铲装置的智能化高度调整，进而实现平地作业的智能化操作，大幅提高作业效率。 

在实施例1中，液压缸203在电液换向阀202的驱使下动作，而该动作受到具体的地面硬度、铲土量等因素的影响，实际动作效果与电液换向阀202所接收到的来自控制器201的动作指令的预期效果会有一定程度的偏差，导致实际动作效果的精度无法保证，为解决该问题，以进一步提高平地的精度，本发明在实施例1的基础上进行了更进一步的改进，即如图3所示的实施例2。 

该该实施例2主要是在实施例1的基础上将高度调整单元200增设了位移传感器204，位移传感器204安装在液压缸203上，同时与控制器201相连接，用于监测液压缸203的实际动作状态，并即时将监测信息发送至控制器201，控制器201将该监测信息与发出的动作指令相比较，并依据该监测信息即时发出新的动作指令至液压控制器201，以达到根据液压缸203实际动作效果即时纠正动作以更精确的达到预期动作指令的目的，进而使得平地效果更加精准。 

另，在实际作业中，大部分的作业田面貌都比较复杂，如大都有一定的坡度或局部起伏较大,而现有的平地铲设备的两侧的平地铲高度相当且不能分别调整，而遇到上述的复杂地面时，在铲土过程中：一侧平地铲位于地面凹处悬空，其位于目标绝对高程，而另一侧平地铲接触到地面凸处而被垫高，两侧的平地铲受力差别过大易导致平地铲设备倾斜，致使作业后的地面不平整；且，现有的激光扫平面定位方式的平地设备，平地设备一旦发生倾斜，会影响到与激光扫平面的对齐定位精度，甚至无法与激光扫平面再次找平；尤其是，现有的激光控制平地设备仅能根据扫平面定位方式的平地设备，无法按照预设的绝对高程高度进行找平，对于上述的复杂作业地面，没有处理能力。为了实现对复杂作业地面的精确平地，本发明提出了一种解决方案， 首先通过GNSS技术获取到作业地面的三维信息，然后将平地铲设备设置为姿态可调，也就是，将平地铲设备设置为在一定范围内可任意调整倾斜角度，使平地铲设备与倾斜地面平行，进而令两侧的平地铲受力大致均衡，避免平地铲设备受力不均而导致的设备平衡度受损，同时，设备可以针对所获取的三维地面信息而多次平整该地面，以使作业后的地面更精确的达到水平的平整要求，本实施方案如图4所示的实施例3。 

该实施例3是在实施例2的基础上进行了进一步的改进，将液压缸203、电液换向阀202和位移传感器204分别设置为两套，所述两套液压缸203分别位于铲体机构300的两侧，通过控制器201发出相应动作指令至两侧的电液换向阀202，控制两侧的液压缸203驱动两侧的平地铲不同步升降，以调控铲体机构300的倾斜角度，达到姿态调整的目的。具体如图4所示，高度调整单元200包括有液压缸L203-1、电液换向阀L202-1和位移传感器L204-1，其中电液换向阀L202-1分别连接液压缸L203-1和控制器201，位移传感器L204-1安装在液压缸L203-1上且与控制器201相连接，用于单独调控Ｌ侧的平地铲高度；高度调整单元200还包括有液压缸R203-2、电液换向阀R202-2和位移传感器R204-2，其中电液换向阀R202-2分别连接液压缸R203-2和控制器201，位移传感器R204-2安装在液压缸R203-2上且与控制器201相连接，用于单独调控R侧的平地铲高度；据此，通过两套液压缸等机构驱使平地铲两侧不同步升降，即可实现平地铲的倾斜，进而达到平地铲姿态可调的目的。另，在作业过程中，平地铲设备的倾斜度受力会在一定程度上受到影响，使得实际倾斜不能完全达到预期的姿态调整，为此，高度调整单元200还包括姿态传感器205，以实现对姿态调整进行实时监控和纠正，优选的，将姿态传感器205安装在铲体机构300上，且所述姿态传感器205与控制器201相连接，姿态传感器205监测铲体机构300的倾斜角度并发送监 测信息至控制器201，控制器201将该监测信息与发出的动作指令进行比较，运算后发出新的动作指令，以实时调整铲体设备的姿态，充分解决平地铲受阻力而无法精确达到预期动作效果的问题。 

如图5所示，为便于作业人员的人性化操作，高度调整单元200还包括与控制器201相连接的控制面板206，在控制面板206上至少设置有： 

用于切换手动模式和自动模式的切换开关； 

用于调整运行参数的设置开关，例如输入和修改目标绝对高程值等； 

用于手动调整铲体机构300高度的升降开关； 

用于控制开关机的电源开关； 

用于显示目标绝对高程信息和当前绝对高程信息的显示屏； 

和用于迅速关闭所述高度调整单元200的急停开关。 

如图6、7和8所示，为应用了本发明基于GNSS的平地铲智能控制系统的平地铲设备的以具体实施例，即实施例4。 

如图所示，该平地铲设备包括：牵引架401、入土调节机构402、铲体机构300、支撑轮架L403-1、支撑轮L404-1、支撑轮架R403-2和支撑轮R404-2等，牵引架401的一端连接牵引车，另一端通过入土调节机构402与铲体机构300相连接，其中的铲体机构300主要包括铲体框架301和安装在铲体框架301底部的铲刀302以及位于铲刀302两侧的侧挡板303；支撑轮L404-1通过支撑轮架L403-1安装在铲体机构300的L侧，相对称的，支撑轮R404-2通过支撑轮架R403-2安装在铲体机构300的R侧。该平地铲设备还包括GNSS基站101、GNSS流动站102、液压缸L203-1、位移传感器L204-1、电液换向阀L202-1、液压缸R203-2、位移传感器R204-2、电液换向阀R202-2、姿态传感器205、控制面板206等，GNSS基站101优选通过可调整的三角支架405固定于地面上，GNSS流动站102优选通过立柱安装 在铲体框架301上，据此，完成了GNSS定位单元100的安装，本发明结构简单、安装方便，可直接对现有的平地铲设备进行相应的改装即可完成；液压缸L203-1安装在铲体机构300的L侧，电液换向阀L202-1优选安装在铲体框架301上，且电液换向阀L202-1分别连接液压缸L203-1和控制器201，控制器201可设置在给设备的任意位置，在图中未示出，据此，可实现对L侧铲体机构300的高度调控；液压缸R203-2安装在铲体机构300的R侧，电液换向阀R202-2优选安装在铲体框架301上，且电液换向阀R202-2分别连接液压缸R203-2和控制器201，据此，可实现对L侧铲体机构300的高度调控；姿态传感器205优选安装在铲体框架301的中部，以便于准确检测倾斜角度的变化，控制面板206优选安装在牵引车的驾驶室内，以便于作业人员的操作。 

为了提高上述基于GNSS的平地铲装置的控制系统的运行的稳定性和智能化水平，本发明还特殊设计了该控制系统的控制方法，如图9所示，该方法包括如下步骤： 

S1、控制器初始化，包括自动模式标志位清零、设置标志位清零等，并通过控制面板输入目标绝对高程值； 

S2、等待GNSS流动站基站发送的接收GNSS消息信号，若超出控制器预设时间没有接收到信号消息则报警，若在预设时间内接收到流动站发送的有效GNSS消息信号，GNSS基站分析该GNSS信号，提取GNSS相关信息，获取地面三维状况信息并以差分信号的形式发送至GNSS流动站； 

S3、控制器检测自动模式标识位， 

若自动模式标志位有效，进一步检测设置标志位是否有效，若设置标志位有效，控制器自动开启设置模式：在该模式下，控制器授权控制面板手动修改目标绝对高程值；若设置标志位无效，控制器开启自动模式：在该模式下，控制器接收来自GNSS流动站的差分信号， 并运算出相应的动作指令发送至电液换向阀，驱动液压缸动作； 

若自动模式标志位无效，则控制器开启手动模式：在该模式下，控制器授权控制面板手动操控铲体机构的升降； 

S4、本控制周期执行完毕，继续执行步骤S3。 

如图10所示，设置模式包括如下步骤： 

S311、控制器检测控制面板的相关按键： 

若检测到控制面板的设置开关向上，控制器增加目标绝对高程值； 

若检测到控制面板的设置开关向下，控制器降低目标绝对高程值； 

若检测到控制面板的确认按钮按下，保存所述目标绝对高程值的更改，设置标志位清零； 

若检测到控制面板的取消按钮按下，取消所述目标绝对高程值的更改，目标绝对高程值恢复原值，设置标志位清零。 

S312、设置模式周期结束。 

如图11所示，自动模式包括如下步骤： 

S321、控制器检测控制面板的相关按键： 

若检测到控制面板的切换开关的手动钮按下，自动模式标志位清零，跳转步骤S324； 

若检测到控制面板的设置开关按下，设置标志位置位，跳转至步骤S324； 

若检测到控制面板无相关按键按下，则执行步骤S322； 

S322、输出升降动作指令： 

控制器接收到GNSS流动站的差分信号，解析该信号以获取当前绝对高程值进行记录，然后将当前绝对高程值与目标绝对高程值进行比较，计算出消除差值的动作指令并发送至电液换向阀，控制两侧的电液换向阀驱驱动两侧的液压缸同步动作以使铲体机构提升或下降， 或者不同步动作以使铲体机构倾斜； 

S323、调整升降动作指令： 

位移传感器即时监测液压缸动作并将监测信息反馈至控制器，控制器将该信息与输出的动作指令进行比较，计算出对动作指令的修正指令并发送至电液换向阀； 

姿态传感器即时监测铲体机构的倾斜角度并将监测信息反馈至控制器，控制器将该信息与输出的动作指令进行比较，计算出对动作指令的修正指令并发送至电液换向阀； 

S324、自动模式周期结束。 

如图12所示，手动模式包括如下步骤： 

S331、控制器检测控制面板的相关按键：： 

若检测到控制面板的切换开关的自动钮按下，自动模式标识位置位，跳转至步骤S333； 

若检测到控制面板的升降开关向上，控制器输出动作指令至电液换向阀，驱使液压缸控制铲体机构上升； 

若检测到控制面板的升降开关向下，控制器输出动作指令至电液换向阀，驱使液压缸控制铲体机构下降； 

若检测到控制面板无相关键按下，输出停止指令至电液换向阀控制铲体机构停止； 

S332、控制器接收到GNSS流动站的差分信号，解析该信号以获取当前绝对高程值并进行记录； 

S333、手动模式周期结束。 

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应当涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (10)

1.一种基于GNSS的平地铲智能控制系统，其特征在于，该系统包括GNSS定位单元和高度调整单元，其中：

所述GNSS定位单元包括GNSS基站和GNSS流动站，所述GNSS基站的位置固定，用于接收GNSS信号并计算发送差分信号，所述GNSS流动站固定在铲体机构上，用于接收来自GNSS基站的差分信号并计算发送空间信息；

所述高度调整单元包括控制器、电液换向阀和液压缸，所述控制器分别连接GNSS流动站和电液换向阀，用于接收GNSS流动站输出的空间信息并发送动作指令至电液换向阀，所述电液换向阀与液压缸相连接，所述液压缸用于驱动铲体机构的升降。

2.根据权利要求1所述的基于GNSS的平地铲智能控制系统，其特征在于，所述高度调整单元还包括位移传感器，所述位移传感器分别连接控制器和液压缸，用于监测液压缸的动作状态并发送监测信息至控制器。

3.根据权利要求2所述的基于GNSS的平地铲智能控制系统，其特征在于，所述液压缸、电液换向阀和位移传感器分别设置为两套，所述两套液压缸分别位于铲体机构的两侧，用于单独调整单侧铲体的高度以调控铲体机构的倾斜角度。

4.根据权利要求3所述的基于GNSS的平地铲智能控制系统，其特征在于，所述高度调整单元还包括姿态传感器，所述姿态传感器安装在铲体机构上，且所述姿态传感器与控制器相连接，用于监测铲体机构的倾斜角度并发送监测信息至控制器。

5.根据权利要求4所述的基于GNSS的平地铲智能控制系统，其特征在于，所述高度调整单元还包括与控制器相连接的控制面板，所述控制面板上至少设置有：

用于切换手动模式和自动模式的切换开关；

用于调整运行参数的设置开关；

用于手动调整铲体机构高度的升降开关；

用于控制开关机的电源开关；

用于显示目标绝对高程信息和当前绝对高程信息的显示屏；

和用于迅速关闭所述高度调整单元的急停开关。

6.一种基于GNSS的智能平地铲设备，其特征在于，该设备安装有如权利要求1-5任一权利要求所述的基于GNSS的平地铲智能控制系统。

7.一种如权利要求5所述的基于GNSS的平地铲智能控制系统的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、控制器初始化，并通过控制面板输入目标绝对高程值；

S2、等待GNSS流动站发送的GNSS消息，若超出控制器预设时间没有接收到消息则报警，若在预设时间内接收到流动站发送的有效GNSS消息，提取GNSS相关信息，获取地面三维状况信息；

S3、控制器检测自动模式标识位，

若自动模式标志位有效，进一步检测设置标志位是否有效，若设置标志位有效，控制器自动开启设置模式：在该模式下，控制器授权控制面板手动修改目标绝对高程值；若设置标志位无效，控制器开启自动模式：在该模式下，控制器接收来自GNSS流动站空间信息，并运算出相应的动作指令发送至电液换向阀，驱动液压缸动作；

若自动模式标志位无效，则控制器开启手动模式：在该模式下，控制器授权控制面板手动操控铲体机构的升降；

S4、本控制周期执行完毕，继续执行步骤S3。

8.根据权利要求7所述的基于GNSS的平地铲装置的控制方法，其特征在于，所述的步骤S3中的设置模式包括如下步骤：

S311、控制器检测控制面板的相关按键：

若检测到控制面板的设置开关向上，控制器增加目标绝对高程值；

若检测到控制面板的设置开关向下，控制器降低目标绝对高程值；

若检测到控制面板的确认按钮按下，保存所述目标绝对高程值的更改，设置标志位清零；

若检测到控制面板的取消按钮按下，取消所述目标绝对高程值的更改，目标绝对高程值恢复原值，设置标志位清零。

S312、设置模式周期结束。

9.根据权利要求7所述的基于GNSS的平地铲装置的控制方法，其特征在于，所述的步骤S3中的自动模式包括如下步骤：

S321、控制器检测控制面板的相关按键：

若检测到控制面板的切换开关的手动钮按下，自动模式标志位清零，跳转步骤S324；

若检测到控制面板的设置开关按下，设置标志位置位，跳转至步骤S324；

若检测到控制面板无相关按键按下，则执行步骤S322；

S322、输出升降动作指令：

控制器接收到GNSS流动站的差分信号，解析该信号以获取当前绝对高程值进行记录，然后将当前绝对高程值与目标绝对高程值进行比较，计算出消除差值的动作指令并发送至电液换向阀，控制两侧的电液换向阀驱驱动两侧的液压缸同步动作以使铲体机构提升或下降，或者不同步动作以使铲体机构倾斜；

S323、调整升降动作指令：

位移传感器即时监测液压缸动作并将监测信息反馈至控制器，控制器将该信息与输出的动作指令进行比较，计算出对动作指令的修正指令并发送至电液换向阀；

姿态传感器实时监测铲体机构的倾斜角度并将监测信息反馈至控制器，控制器将该信息与输出的动作指令进行比较，计算出对动作指令的修正指令并发送至电液换向阀；

S324、自动模式周期结束。

10.根据权利要求7所述的基于GNSS的平地铲装置的控制方法，其特征在于，所述的步骤S3中的手动模式包括如下步骤：

S331、控制器检测控制面板的相关按键：

若检测到控制面板的切换开关的自动钮按下，自动模式标识位置位，跳转至步骤S333；

若检测到控制面板的升降开关向上，控制器输出动作指令至电液换向阀，驱使液压缸控制铲体机构上升；

若检测到控制面板的升降开关向下，控制器输出动作指令至电液换向阀，驱使液压缸控制铲体机构下降；

若检测到控制面板无相关键按下，输出停止指令至电液换向阀控制铲体机构停止；

S332、控制器接收到GNSS流动站的差分信号，解析该信号以获取当前绝对高程值并进行记录；

S333、手动模式周期结束。

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