CN105651311B - 农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法 - Google Patents

农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明的农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法涉及到精准农业中农机自动驾驶精度的测量，该方法的农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法，其特征在于该方法的数据采集是利用RTK差分卫星导航设备进行单个测量点的静态相对定位，并记录测量点的经纬度，再进行测试数据的处理计算分析，最终得出农机作业卫星导航自动驾驶精度；本发明的农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法，高效、准确，其能准确地对农机作业卫星导航自动驾驶精度的进行检测，减少了工作量和人为测量操作误差的带入，有效地提高了测试的效率及测试结果的精确度。

Description

农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法
技术领域
本发明涉及到精准农业中农机自动驾驶精度的测量方法，尤其涉及到一种农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法。
背景技术
随着卫星导航技术的发展，在农机导航自动驾驶作业生产中的应用越来越广泛。但由于卫星钟差精度的高低及其产品性能的差异和所采用的差分技术的不同，使得各卫星导航产品在农机作业过程中的定位导航精度也参差不齐。而目前，测试农机作业卫星导航自动驾驶精度常采用的钢尺测量的方法，效率低而测试精确度不高，不能有效的、较为准确的反映出农机作业卫星导航自动驾驶精度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述问题，提出了一种农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法。
本发明的农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法，其该方法的数据采集是利用RTK差分卫星导航设备进行单个测量点的静态相对定位，并记录测量点的经纬度，再进行测试数据的处理计算分析，最终得出农机作业卫星导航自动驾驶精度，具体包括如下步骤：
1．采集农机卫星导航自动驾驶作业的数据：农机作业后，根据农机所载农具的具体幅宽，采用该幅宽内所含最大垄数为一组垄，，选取每组垄的中心垄沟，于该中心垄沟中等距离设置11个测量点，并且通过直尺辅助令相邻两组垄的对应测量点的连线垂直于垄向，再利用RTK差分卫星导航设备分多次测量每个测量点的基于WGS84坐标系的大地坐标值；
2．数据的预处理：将步骤一得到的大地坐标值转换二维平面直角坐标值，并对转换后的坐标值进行有效数据筛选，剔除野值后计算每一个测量点坐标值的平均值；
3．线性回归拟合以及垂直判断：根据步骤二得到的坐标值的平均值，采用最小二乘法对每一条中心垄沟的测量点的坐标值进行线性回归拟合，得到线性回归方程，并根据需要进行实测数据的插值计算，然后判断相邻两中心垄沟的对应测量点是否在垂直于垄向的同一直线上，若相同则进入下一步；
4．计算精度：通过步骤二得到的测量点的坐标值的平均值以及步骤三得到的每一条中心垄沟的线性回归方程，分别结合垄向直线度计算模型计算垄向直线度，结合垄间平行度计算模型计算垄间平行度，垄向直线度和垄间平行度即表征农机作业卫星导航自动驾驶精度。
作为本发明的进一步改进，同一条中心垄沟的相邻两个测量点之间的距离为50m~100m。
作为本发明的进一步改进，垄向直线度计算模型的公式为
其中，N为作业行数，其等于中心垄沟的数量；N i 为第i个中心垄沟的数据数量；Δ X ij 为第i个中心垄沟的第j个测量点与回归方程的偏差值（单位：mm）；A、B、C分别为线性回归方程系数；X ij 、Y ij 分别为第i个中心垄沟的第j个测量点的坐标值。
作为本发明的进一步改进，垄间平行度计算模型的公式为
其中N为作业行数，其等于中心垄沟的数量；N i 为第i个中心垄沟的数据数量；L ij 为第i和i+1中心垄沟的第j个测量点间距离（单位：m）；L 0 为标准农机作业幅宽；X (i+1)j 、Y (i+1)j 分别为第i+1个中心垄沟的第j个测量点的坐标值；X ij 、Y ij 分别为第i个中心垄沟的第j个测量点的坐标值。
本发明的农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法，高效、准确，其能准确地对农机作业卫星导航自动驾驶精度的进行检测，减少了工作量和人为测量操作误差的带入，有效地提高了测试的效率及测试结果的精确度。
附图说明
图1为本发明的农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法的原理图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法，作进一步说明：
本发明的农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法，其该方法的数据采集是利用RTK差分卫星导航设备进行单个测量点的静态相对定位，并记录测量点的经纬度，再进行测试数据的处理计算分析，最终得出农机作业卫星导航自动驾驶精度，具体包括如下步骤：
1．采集农机卫星导航自动驾驶作业的数据：农机作业后，根据农机所载农具的具体幅宽，采用该幅宽内所含最大垄数为一组垄，选取每组垄的中心垄沟作为测试对象，测试地段选在垄的地中段，根据垄长在中心垄沟内每隔100m（垄长大于1000m）或每隔50m（垄长小于1000m）选取一个测量点，每幅中心垄沟的测量点共设11个（即共1000m或500m）。以第一幅设完测量点的中心垄沟为基准，使用钢尺或其它直线工具在垂直于垄向的方向上，将其余各组被测垄组的中心垄沟也设置上测量点。测量点设定后，在地势较高、视野开阔的区域架设好RTK差分卫星基准站，同时将卫星移动站连接好，等RTK差分信号接收稳定后，再按组进行逐点测量，每个测量点记录大于等于10个数据，并将测量后的数据通过手持机记录下来，此时测得的数据为各测量点基于WGS84坐标系的大地坐标值。
2．数据的预处理：目前，卫星导航设备所产生的定位结果是位于WGS84坐标系中的，WGS84坐标是一个协议地球坐标参考系，其坐标原点位于地球的质心上。为了使测试结果准确，将步骤一得到的大地坐标值转换为二维平面直角坐标值。而为了使测试结果能真实的反映出农机作业卫星导航自动驾驶精度，需要进行有效数据的筛选，可以需要根据实际需要规定一个精度范围，剔除不符合精度范围的坐标值，然后对筛选后的单个测量点的多个坐标值进行平均值的计算。
3．线性回归拟合以及垂直判断：根据步骤二得到的坐标值的平均值，采用最小二乘法对每一条中心垄沟的测量点的坐标值进行线性回归拟合，得到线性回归方程，并根据需要进行实测数据的插值计算，然后判断相邻两中心垄沟的对应测量点是否在垂直于垄向的同一直线上，若相同则进入下一步；
4．计算精度：垄向直线度（RL）和垄间平行度（PBR）可以表征农机作业卫星导航自动驾驶精度。垄向直线度是指衡量农机田间直线作业精度的指标，通常用各测量点到拟合线性回归直线的偏差来表示，直线度的数值越小，说明农机田间行走轨迹越直，农机作业卫星导航自动驾驶精度越高。垄间平行度是指为了评价两幅垄间的结合线精度的指标。一般用两幅垄的测量点的距离与标准农机作业幅宽（如耕幅）作差来表示，平行度的数值为负时，说明两幅垄间存在作业重叠，平行度的数值为正时，说明两幅垄间作业存在遗漏，平行度的绝对值越小，则表示两幅垄间的结合线精度越高。因此，农机作业卫星导航自动驾驶精度测试的核心计算模型包括垄向直线度计算模型和垄间平行度计算模型。通过步骤二得到的测量点的坐标值的平均值以及步骤三得到的每一条中心垄沟的线性回归方程，分别结合垄向直线度计算模型计算垄向直线度，结合垄间平行度计算模型计算垄间平行度。
上述的垄向直线度计算模型的公式为
其中，N为作业行数，其等于中心垄沟的数量；N i 为第i个中心垄沟的数据数量；Δ X ij 为第i个中心垄沟的第j个测量点与回归方程的偏差值（单位：mm）；A、B、C分别为线性回归方程系数；X ij 、Y ij 分别为第i个中心垄沟的第j个测量点的坐标值。
上述的垄间平行度计算模型的公式为
其中N为作业行数，其等于中心垄沟的数量；N i 为第i个中心垄沟的数据数量；L ij 为第i和i+1中心垄沟的第j个测量点间距离（单位：m）；L 0 为标准农机作业幅宽；X (i+1)j 、Y (i+1)j 分别为第i+1个中心垄沟的第j个测量点的坐标值；X ij 、Y ij 分别为第i个中心垄沟的第j个测量点的坐标值。
上述的卫星导航可以采用GPS导航系统、北斗导航系统等导航系统。

Claims (2)

1.农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法，其特征在于该方法的数据采集是利用RTK差分卫星导航设备进行单个测量点的静态相对定位，并记录测量点的经纬度，再进行测试数据的处理计算分析，最终得出农机作业卫星导航自动驾驶精度，具体包括如下步骤：
1）采集农机卫星导航自动驾驶作业的数据：农机作业后，根据农机所载农具的具体幅宽，采用该幅宽内所含最大垄数为一组垄，选取每组垄的中心垄沟，于该中心垄沟中等距离设置11个测量点，并且通过直尺辅助令相邻两组垄的对应测量点的连线垂直于垄向，再利用RTK差分卫星导航设备分多次测量每个测量点的基于WGS84坐标系的大地坐标值；
2）数据的预处理：将步骤一得到的大地坐标值转换二维平面直角坐标值，并对转换后的坐标值进行有效数据筛选，剔除野值后计算每一个测量点坐标值的平均值；
3）线性回归拟合以及垂直判断：根据步骤二得到的坐标值的平均值，采用最小二乘法对每一条中心垄沟的测量点的坐标值进行线性回归拟合，得到线性回归方程，并根据需要进行实测数据的插值计算，然后判断相邻两中心垄沟的对应测量点是否在垂直于垄向的同一直线上，若相同则进入下一步；
4）计算精度：通过步骤二得到的测量点的坐标值的平均值以及步骤三得到的每一条中心垄沟的线性回归方程，分别结合垄向直线度计算模型计算垄向直线度，结合垄间平行度计算模型计算垄间平行度，垄向直线度和垄间平行度即表征农机作业卫星导航自动驾驶精度；
其中，垄向直线度计算模型的公式为
其中，N为作业行数，其等于中心垄沟的数量；N i 为第i个中心垄沟的数据数量；ΔX ij 为第i个中心垄沟的第j个测量点与回归方程的偏差值；A、B、C分别为线性回归方程系数；X ij 、 Y ij 分别为第i个中心垄沟的第j个测量点的坐标值；
其中，垄间平行度计算模型的公式为
其中N为作业行数，其等于中心垄沟的数量；N i 为第i个中心垄沟的数据数量；L ij 为第i和i+1中心垄沟的第j个测量点间距离；L 0 为标准农机作业幅宽；X (i+1)j 、Y (i+1)j 分别为第i+1个中心垄沟的第j个测量点的坐标值；X ij 、Y ij 分别为第i个中心垄沟的第j个测量点的坐标值。
2.根据权利要求1所述的农机作业卫星导航自动驾驶精度的测试方法，其特征在于同一条中心垄沟的相邻两个测量点之间的距离为50m~100m。
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