CN105629973B - 一种基于rtk技术的农机直线行驶的方法及装置 - Google Patents

一种基于rtk技术的农机直线行驶的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于RTK技术的农机直线行驶的方法及装置，其方法包括获取预先设定在RTK测量设备上所要走的直线信息，根据RTK测量设备来获取农机的当前位置信息和农机的当前航向角，根据农机的当前位置信息和设定的直线信息来得到农机与设定直线之间的横向误差和农机的理论航向角，根据所述的横向误差和理论航向角来得到农机的转向角度，转向控制器通过转向角度来控制农机的转向，根据RTK测量设备来获取农机转向后的位置，对该位置进行判断，当农机转向后的横向误差为零的时候，转向控制器保持当前转向角度，车辆继续行驶；当农机转向后的横向误差不为零的时候，则返回S2。本发明能够实时获得农机的位置信息，并且能够适应复杂的环境进行直线跟踪。

Description

一种基于RTK技术的农机直线行驶的方法及装置
技术领域
本发明属于数据处理技术领域、电子技术领域，尤其涉及一种基于位置状态信息的直线跟踪方法。
背景技术
随着国家农业经济的发展，对于农业自动化的要求越来越高。传统农业中通过人工驾驶农机在田间进行直线作业时无法保证作业的直线度，这样势必造成土地资源的浪费，增加了生产成本；而在精密农业机械自动耕种、播种等作业过程中，精确地控制农机自动进行直线驾驶是精密农业自动导航驾驶中的难点。为了提高直线作业精度，传统方法多采用划线器或者喷洒泡沫方法在田间进行标记作为驾驶员进行直线作业导航的依据。随着近几年国内精准农业技术研究的开展，研究人员开发了农机导航指示系统，系统采用GPS导航指示光标棒(将指示光标棒分别放置在农田的两端，结合GPS定位，利用发光二极管进行直线标定)，能为农机田间作业提供直线导航指标，驾驶员根据指示光标进行直线作业。
对于上述两种用于农机直线作业的指示方法而言，(1)采用划线器或者喷洒泡沫的方法在田间作业环境可见度较低、农田表面没有明显参考物和地表起伏较大的情况下，基本不可行或者导航指示效果很差，达不到导航和提高作业质量的目的；(2)现有的GPS导航指示光标棒系统采用CAN总线，系统接线复杂，可靠性差，且系统各模块的通用性不强，兼容性差；导航指示光标棒系统中的两个发光二极管之间的距离只能通过预设的方式实现，精度很差(1米)，且不方便设置。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种能够通过自动进行直线跟踪的，能够适应复杂环境的基于RTK技术的农机直线行驶的方法及装置。
一种基于RTK技术的农机直线行驶方法：
S1：获取预先设定在RTK测量设备上所要走的直线信息；
S2：根据RTK测量设备来获取农机的当前位置坐标和农机的当前航向角；
S3：根据农机的当前位置坐标和设定的目标直线信息来计算得到农机与设定直线之间的横向误差和农机的理论航向角；
S4：根据所述的横向误差和理论航向角来计算得到农机的转向角度，以使转向控制器通过转向角度来控制农机的转向；
S5：根据RTK测量设备来获取农机转向后的位置，并对该位置进行判断，当农机转向后的横向误差为零的时候，转向控制器保持当前转向角度，车辆继续行驶；当农机转向后的横向误差不为零的时候，则返回S2。
优选地，设定的直线信息记为直线AB，其中A点的坐标为(XA，YA)，B点的坐标为(XB，YB)，则可得直线AB的方程为
优选地，通过RTK测量设备来实时获取农机的位置信息，得到农机的位置坐标(XV，YV)和农机的当前航向角ψ。
优选地，根据农机的位置坐标和直线AB来得到的与直线AB垂直的直线方程，从而得到，农机的位置坐标与直线AB的垂直交点，将垂直交点的坐标记为(Xch，Ych)，横向误差e为理论航向角β为其中，1为农机的轴间距。
优选的，转向角度通过来计算得到，其中，v为农机的速度，并通过转向控制器来控制农机的转向，将农机的转向调整至相应的位置。
一种基于RTK技术的农机直线行驶方法的装置，包括：
设定模块：用于在RTK测量设备上设定的所要走的目标直线信息；
定位模块：用于获取农机的当前位置坐标和农机的当前航向角；
计算模块：用于根据农机的当前位置坐标和设定的直线信息来计算得到农机与设定直线之间的横向误差和农机的理论航向角；
控制模块：用于根据所述的横向误差和理论航向角计算得到的农机的转向角度，以使转向控制器通过转向角度来控制农机的转向；
判断处理模块：用于根据RTK测量设备来获取农机转向后的位置，并对该位置进行判断，当农机转向后的横向误差为零的时候，转向控制器保持当前转向角度，车辆继续行驶；当农机转向后的横向误差不为零的时候，则返回定位模块。
优选地，在所述设定模块中，所设定的直线信息记为直线AB，其中A点的坐标为(XA，YA)，B点的坐标为(XB，YB)，则可得直线AB的方程为
优选地，在所述定位模块中，通过RTK测量设备来实时获取农机的位置信息，得到农机的位置坐标(XV，YV)和农机的当前航向角ψ。
优选地，在所述计算模块中，根据农机的位置坐标和直线AB来得到的与直线AB垂直的直线方程，从而得到，农机的位置坐标与直线AB的垂直交点，将垂直交点记为(Xch，Ych)，横向误差e为理论航向角由得到，其中，I为农机的轴间距。
优选地，在所述判断模块中，转向角度通过来计算得到，其中，v为农机的速度，并通过转向控制器来控制农机的转向，将农机的转向调整至相应的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1、使用RTK卫星定位技术实时获得农机当前运动的位置信息，精度高达2.5cm 2、只要能搜索到卫星，都能使用实时的位置信息时刻解算前轮目标转角进行直线跟踪，故能适应复杂环境(可见度较低、表面没有明显参考物和地表起伏较大的农田环境)。3、设定完目标直线后，软件能够自动进行直线跟踪，免去人工驾驶的麻烦。
附图说明
图1为本发明的基于RTK技术的农机直线行驶方法的流程示意图；
图2为本发明的农机位置信息的定义图；
图3为本发明的基于RTK技术的农机直线行驶方法跟踪目标直线过程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
在下述说明中，首先针对本发明的基于RTK技术的农机直线行驶方法的实施例进行进一步的详细说明，在对本发明的基于RTK技术的农机直线行驶的装置的各实施例进行说明。
参见图1所示，为本发明的基于RTK技术的农机直线行驶方法的实施例的流程示意图，图2为对本发明的各个物理量进行了定义。如图1所示，本实施例的基于RTK技术的农机直线行驶方法包括如下步骤：
S1：获取预先设定在RTK测量设备上所要走的目标直线信息，其中将设定的目标直线信息记为直线AB，其中A点的坐标为(XA，YA)，B点的坐标为(XB，YB)，则可得直线AB的方程为
S2：通过RTK测量设备来实时获取农机的位置信息，得到农机的位置坐标(XV，YV)和农机的当前航向角ψ。
S3：根据农机的当前位置坐标和设定的目标直线信息来计算得到农机与设定直线之间的横向误差和农机的理论航向角，根据农机位置坐标和直线AB来得封的与直线AB的垂直交点将垂直交点记为(Xch，Ych)，横向误差e为理论航向角β为其中，1为农机的轴间距；
S4：根据所述的横向误差和理论航向角来计算得到农机的转向角度，转向控制器通过转向角度来控制农机的转向，转向角度通过来计算得到，其中，v为农机的速度，并通过转向控制器来控制农机的转向，将农机的转向调整至相应的位置。
S6：根据RTK测量设备来获取农机转向后的位置，并对该位置进行判断，当农机转向后的横向误差为零的时候，转向控制器保持当前转向角度，车辆继续行驶；当农机转向后的横向误差不为零的时候，则返回S2。
农机直线跟踪的过程：如图3所示，当农机找寻直线行驶的时候，先要设定目标直线，然后根据RTK测量设备测得的农机的位置坐标来与目标直线进行对比，如果农机的位置坐标与目标直线的横向误差为零，则农机沿当前的直线行驶；如果农机的位置与目标直线的横向误差不为零，RTK测量设备测得农机的位置坐标(XV，YV)和农机的当前航向角ψ。综合直线AB、农机的位置坐标(XV，YV)和农机的当前航向角ψ经过CPU的运算处理，得到横向误差e和理论航向角β，最后计算得出转向角度并通过控制器来控制农机的转向。对于农机的位置坐标，RTK测量设备设定的是每一秒更新10次，在每一次更新的时候，都要对当前的位置与直线AB进行比对，如果测得的横向误差一直不为零，那么每次农机位置状态信息更新都会算出前轮目标转向角度并输出到转前轮转向器并且完成对应角度的控制，从而不断逼近目标直线(图3中δ1、δ2、δ3.....δn的求解过程)，完成直线跟踪的循环处理。
一种基于RTK技术的农机直线行驶方法的装置，包括：
设定模块：用于在RTK测量设备上设定的所要走的目标直线信息，在所述设定模块中，所设定的直线信息记为直线AB，其中A点的坐标为(XA，YA)，B点的坐标为(XB，YB)，则可得直线AB的方程为
定位模块：用于获取农机的当前位置坐标(XV，YV)和农机的当前航向角ψ；
计算模块：用于根据农机的当前位置坐标和设定的直线AB来计算得到农机与设定直线之间的横向误差和农机的理论航向角β由得到，其中，1为轴间距；
控制模块：用于根据所述的横向误差e和理论航向角β计算得到的农机的转向角度δ，通过控制转向角度δ来控制农机的转向；
判断模块：用于根据RTK测量设备来获取农机转向后的位置，并对该位置进行判断，当农机转向后的横向误差为零的时候，转向控制器保持当前转向角度，车辆继续行驶；当农机转向后的横向误差不为零的时候，则返回定位模块。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于RTK技术的农机直线行驶方法，其特征在于：
S1:获取预先设定在RTK测量设备上所要走的目标直线信息；其中，设定的目标直线信息记为直线AB，其中A点的坐标为(XA,YA),B点的坐标为(XB,YB)，则可得直线AB的方程为
S2:根据RTK测量设备来实时获取农机的当前位置坐标(XV,YV)和农机的当前航向角ψ；
S3:根据农机的当前位置坐标和设定的目标直线信息来计算得到农机与设定直线之间的横向误差和农机的理论航向角；根据农机的位置坐标和直线AB来得到与直线AB垂直的直线方程，从而得到，农机的位置坐标与直线AB的垂直交点，将垂直交点的坐标记为(Xch,Ych)，横向误差e为理论航向角β由得到，其中，l为农机的轴间距；
S4:根据所述的横向误差和理论航向角来计算得到农机的转向角度，以使转向控制器通过转向角度来控制农机的转向；转向角度通过来计算得到，其中，v为农机的速度，并通过转向控制器来控制农机的转向，将农机的转向调整至相应的位置；
S5:根据RTK测量设备来获取农机转向后的位置，并对该位置进行判断，当农机转向后的横向误差为零的时候，转向控制器保持当前转向角度，车辆继续行驶；当农机转向后的横向误差不为零的时候，则返回S2。
2.一种应用于如权利要求1所述的基于RTK技术的农机直线行驶方法的装置，其特征在于，包括：
设定模块：用于在RTK测量设备上设定的所要走的目标直线信息；
其中，设定的目标直线信息记为直线AB，其中A点的坐标为(XA,YA),B点的坐标为(XB,YB)，则可得直线AB的方程为
定位模块：用于实时获取农机的当前位置坐标(XV,YV)和农机的当前航向角ψ；
计算模块：用于根据农机的当前位置坐标和设定的目标直线信息来计算得到农机与设定直线之间的横向误差和农机的理论航向角；根据农机的位置坐标和直线AB来得到与直线AB垂直的直线方程，从而得到，农机的位置坐标与直线AB的垂直交点，将垂直交点的坐标记为(Xch,Ych)，横向误差e为理论航向角β由得到，其中，l为农机的轴间距；
控制模块：用于根据所述的横向误差和理论航向角计算得到的农机的转向角度，以使转向控制器通过转向角度来控制农机的转向；转向角度通过来计算得到，其中，v为农机的速度，并通过转向控制器来控制农机的转向，将农机的转向调整至相应的位置；
判断处理模块：用于根据RTK测量设备来获取农机转向后的位置，并对该位置进行判断，当农机转向后的横向误差为零的时候，转向控制器保持当前转向角度，车辆继续行驶；当农机转向后的横向误差不为零的时候，则返回定位模块。
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