CN105974436A - 一种手持高精度gnss定位采集器及采集方法 - Google Patents

一种手持高精度gnss定位采集器及采集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种手持高精度GNSS定位采集器及采集方法，采集器包括上位机和下位机。上位机的硬件平台以微处理器为核心，配备锂电池、电阻屏、存储芯片和无线数传模块。上位机基于WinCE嵌入式操作系统，实时显示当前采点处位置信息以及定位质量信息，可通过触屏按键对当前位置数据进行锁定和保存；下位机包括采点支撑架、GNSS天线、数传电台天线以及电控盒，下位机接收卫星和差分信号，得到采点处高精度定位信息，通过无线数传模块发送给上位机。本发明可以对农田地块边界点离线采样，为系统导航作业路线规划提供厘米级精度的原始GNSS定位数据。具有体积小，与手持监控终端配套，采点效率高等优点。

Description

一种手持高精度GNSS定位采集器及采集方法
技术领域
本发明涉及农业机械GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)定位与导航领域，特别涉及一种手持高精度GNSS定位采集器及采集方法。
背景技术
农业机械自动导航技术是现代农业机械装备的重要支持技术之一。实现农业机械的智能化导航，可以有效减少驾驶员的劳动强度，提高农田作业质量，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。
在实际农业机械自动导航作业应用中，要进行智能化导航首先需要采集作业地块边界点的精确位置。为了采集作业地块边界点的精确位置数据，农业机械需要围绕地块边界空跑一圈，对每个边界点进行位置信息的采集，显示器才能读取作业地块的边界点数据。由于农业机械速度慢，在面积较大田块、阻力较大田块或多个田块作业应用中严重影响了作业效率，增加了使用难度。
为此，寻求一种离线快速、精确的定位农田地块边界点的装置和方法具有重要的研究意义。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种手持高精度GNSS定位采集器及采集方法，本发明采用一种与GPS农业机械导航与自动作业系统配套的手持式高精度GNSS定位采集器，用于农田地块边界点的离线采样，可为系统导航作业路线规划提供厘米级精度的农田边界点定位数据。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种手持高精度GNSS定位采集器，包括上位机和下位机，所述上位机包括微处理器、第一无线数传模块和显示器，所述下位机包括定位板卡、第二无线数传模块、数传电台模块和GNSS天线，所述GNSS天线用于接收卫星信号，所述数传电台模块用来接收差分信号，所述定位板卡用于将卫星信号和差分信号进行运算得到采点处的定位信息，所述定位信息通过第二无线数传模块发送到第一无线数传模块，所述微处理器对定位信息进行分析、保存，并将定位信息发送到显示器上显示。
优选的，所述下位机包括一采点支撑架，所述采点支撑架包括支撑柱、底座和支撑臂，所述支撑柱固定在圆盘底座上；所述支撑臂一端固定在支撑柱上，另一端用于安装数传电台模块中的数传电台天线；GNSS天线安装在支撑柱的顶部。
更进一步的，所述在支撑柱中部位置设有手持把手。从而方便下位机的移动。
更进一步的，所述支撑柱中部位置设有一电控盒，电控盒中设有定位板卡、第二无线数传模块、数传电台模块、电源模块和板卡配置电路，板卡配置电路包括板卡网口电路和板卡串口电路，所述板卡网口电路用来配置板卡，板卡串口电路用来接收差分信号和发送定位数据以及配置板卡。采用这种结构，可以方便的配置板卡，方便获取板卡输出的不同数据包。
更进一步的，所述电控盒上设有分别用来指示电源、卫星和差分信号是否正常的电源指示灯、卫星指示灯和差分指示灯，这三个指示灯均分别与定位板卡连接。上位机通过对定位信息进行分析，可以对外显示信息是否正常，以及工作状态等，更利于测量的准确度。
优选的，所述微处理器以S3C2416X处理器为核心。
优选的，所述上位机和下位机中均包括锂电池以及充电电路，所述锂电池通过充电电路与外部电源连接，锂电池为定位采集器中各个模块供电。
优选的，所述上位机中设有用于储存测量信息的Flash、U盘、SDRAM中的至少一种。
优选的，所述显示器采用TFT-LCD电阻屏。
更进一步的，所述微处理器采用基于WinCE嵌入式操作系统，所述显示器用于显示下位机上传的定位信息，同时，显示器上设有触屏按键用于对当前位置数据进行锁定和保存。
一种基于上述手持高精度GNSS定位采集器的采集方法，包括步骤：
(1)将手持高精度GNSS定位采集器的下位机放在导航地块的某个边界点，打开下位机的电源开关；
(2)GNSS天线接收卫星信号，数传电台模块接收差分信号，然后定位板卡将卫星信号和差分信号进行运算得到当前边界点处的定位信息，将定位信息发送到上位机；所述定位信息包括位置信息和定位质量信息；所述位置信息指当前边界点的经纬度、高程信息；所述定位质量信息指卫星数目、差分质量和差分延时信息；
(3)上位机的显示器实时显示定位信息，操作显示器上的按键将当前边界点的位置信息和当前边界点代号一一对应锁定到屏幕上；
(4)将定位采集器移动到下一个边界点，重复步骤(2)-(3)，直到当前地块所有的边界点采集完毕；操作按键将地块名、所有的边界点位置信息保存；
(5)将定位采集器移动到下一个地块，重复步骤(2)-(4)，直到所有地块均采集完毕，结束采集。
优选的，在步骤(2)中，在下位机上电后，先进行工作状态检测步骤，包括：观察下位机的电源指示灯、卫星指示灯和差分指示灯，等待电源指示灯常亮，卫星指示灯慢闪，差分指示灯闪烁，说明下位机正常跟踪卫星且接收到传入的差分信号，否则，说明工作状态不正常，停机检修。
优选的，在步骤(3)上位机显示当前边界点处的定位信息和定位质量信息后，先进行定位质量检测步骤，包括：读取当前的卫星数目M、差分标示数目为N，差分时间T，如果M≥5，N＝4，T<2秒，则差分延时时间小，定位质量高，当前采集的定位信息有效，否则，定位质量差，当前采集的定位信息无效，重新采集。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明手持高精度GNSS定位采集器可以对农田地块边界点离线采样，为系统导航作业路线规划提供厘米级精度的原始定位数据。避免了人工驾驶农业机械进行农田边界定位采样的诸多不便，提高了作业效率。
2、本发明手持高精度GNSS定位采集器分为两部分：上位机和下位机。上位机和手持监控终端共用一套硬件平台，既省去了重新设计硬件的时间和成本，也省去了定位文件的拷贝，手持监控终端可以直接读取定位采集器保存的边界点文件。
3、本发明手持高精度GNSS定位采集器分为两部分：上位机和下位机。这有利于减轻手持设备的硬件负担，保证手持设备作为监控终端使用时的轻便可靠。
4、本发明方法在进行数据采集时，会根据卫星数目和差分质量标示，评估定位质量，保证数据的可靠。
5、本发明手持高精度GNSS定位采集器上位机界面可以选择地块边界点，当确定定位信息无误后，将当前边界点位置信息锁定，保存在界面中的文本框，当地块所有边界点采集完成后，一起保存在指定存储路径。这样设计有利于及时发现采点过程中出现的错误并纠正。
6、本发明手持高精度GNSS定位采集器下位机机械支撑结构紧凑，方便放置和手提。
7、本发明手持高精度GNSS定位采集器下位机可通过网口配置板卡，网口web图形用户界面的形式配置板卡简单直观。
8、本发明设置了电源指示灯、卫星指示灯、差分指示灯，通过指示灯可直观的观察卫星和差分信号是否正常。
附图说明
图1是本实施例装置的整体结构示意图。
图2是本实施例中上位机硬件结构原理图。
图3是本实施例中下位机结构示意图。
图4是本实施例中下位机硬件结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
图1是本实施例手持高精度GNSS定位采集器整体结构示意图，采集器包括上位机A和下位机B。上位机用来接收、显示、保存地块边界点位置信息；下位机用来接收卫星和差分信号，得到边界点处高精度定位信息，通过无线方式将定位信息发送给上位机。
下面结合图2、3、4对上位机和下位机的具体结构进行说明。
本实施例中，上位机的硬件平台以S3C2416X微处理器为核心，配备4000mAh锂电池、工业级7寸TFT-LCD电阻屏、第一无线数传模块、2G的FLASH和128M的SDRAM，连续工作时间在5h以上。电阻屏上实时显示下位机GNSS天线点处的高精度经纬度、高程，还能实时显示卫星数目、差分标示、差分延时信息，以实时评估差分质量。通过点击电阻屏上相应的按键，可以保存或者删除当前的经纬度、高程信息。
本实施例中，下位机包括采点支撑架、GNSS天线1、数传电台模块中的天线14、第二无线数传模块的天线3以及电控盒2。
所述采点支撑架包括圆盘底座12、支撑柱11、手持把手10、支撑臂13、电控盒固定板4。支撑柱底部固定在圆盘底座上，顶端安装GNSS天线，支撑臂一端固定在支撑柱上，另一端用于安装数传电台模块中的数传电台天线。电控盒固定板背面固定在支撑柱上，电控盒固定在电控盒固定板正面。
所述电控盒内设有定位板卡、第二无线数传模块、数传电台模块的电路部分、电源模块和板卡配置电路，板卡配置电路包括板卡网口电路和板卡串口电路，所述板卡网口电路用来配置板卡，板卡串口电路用来接收差分信号和发送定位数据以及配置板卡。
电控盒外面设有电源指示灯8、卫星指示灯7、差分指示灯6，用来指示电源、卫星和差分信号是否正常等。卫星指示灯7有两种工作状态，当搜索到的卫星数目大于等于5，下位机正常跟踪卫星时，此时卫星指示灯处于慢闪的状态，否则，当搜索到的卫星数目小于5，下位机无法正常跟踪足够数量的卫星时，此时卫星指示灯处于快闪的状态。同样的，差分指示灯6也有两种工作状态，当差分信号正常时，差分指示灯处于闪烁的状态，否则，差分指示灯不亮。同时侧面还设有开关按键9，以及充电接口5，用来对内部锂电池充电。
本实施例手持高精度GNSS定位采集器的采集方法，包括步骤：
1、将手持高精度GNSS定位采集器的下位机放在导航地块的某个边界点。
2、打开下位机的电源开关。观察下位机的电源指示灯、卫星指示灯和差分指示灯，等待电源指示灯常亮，卫星指示灯慢闪，差分指示灯闪烁，说明下位机正常跟踪卫星且接收到传入的差分信号正常，否则，说明工作状态不正常，停机检修。
3、GNSS天线接收卫星信号，数传电台模块接收差分信号，然后定位板卡将卫星信号和差分信号进行运算得到当前边界点处的位置信息和定位质量信息，将位置信息和定位质量信息发送到上位机。
4、上位机将当前边界点的位置信息、定位质量信息实时显示在显示屏上，取当前的卫星数目M、差分标示数目为N，差分时间T，如果M≥5，N＝4，T<2，则差分延时时间小，定位质量高，当前采集的定位信息有效，否则，定位质量差，当前采集的定位信息无效，删除当前数据，重新采集。
5、将当前边界点的位置信息和当前边界点代号信息一一对应锁定到屏幕上。
6、采集一个边界点的位置信息后，将定位采集器移动到另一个边界点，重新选择边界点代号进行下一个边界点位置的采集，如此采集此地块的所有边界点，并进行锁定，操作按键，将地块名、所有的边界点信息保存。
7、如果还要进行下一地块边界点的采集，则将定位采集器移动到下一个地块，同时在上位机中修改地块名。待所有地块均采集完毕，结束采集。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手持高精度GNSS定位采集器，其特征在于，包括上位机和下位机，所述上位机包括微处理器、第一无线数传模块和显示器，所述下位机包括定位板卡、第二无线数传模块、数传电台模块和GNSS天线，所述GNSS天线用于接收卫星信号，所述数传电台模块用来接收差分信号，所述定位板卡用于将卫星信号和差分信号进行运算得到采点处的定位信息，所述定位信息通过第二无线数传模块发送到第一无线数传模块，所述微处理器对定位信息进行分析、保存，并将定位信息发送到显示器上显示。
2.根据权利要求1所述的手持高精度GNSS定位采集器，其特征在于，所述下位机包括一采点支撑架，所述采点支撑架包括支撑柱、底座和支撑臂，所述支撑柱固定在圆盘底座上；所述支撑臂一端固定在支撑柱上，另一端用于安装数传电台模块中的数传电台天线；GNSS天线安装在支撑柱的顶部。
3.根据权利要求2所述的手持高精度GNSS定位采集器，其特征在于，在支撑柱中部位置设有手持把手。
4.根据权利要求2所述的手持高精度GNSS定位采集器，其特征在于，所述支撑柱中部位置设有一电控盒，电控盒中设有定位板卡、第二无线数传模块、数传电台模块、电源模块和板卡配置电路，板卡配置电路包括板卡网口电路和板卡串口电路，所述板卡网口电路用来配置板卡，板卡串口电路用来接收差分信号和发送定位数据以及配置板卡。
5.根据权利要求4所述的手持高精度GNSS定位采集器，其特征在于，所述电控盒上设有分别用来指示电源、卫星和差分信号是否正常的电源指示灯、卫星指示灯和差分指示灯，这三个指示灯均分别与定位板卡连接。
6.根据权利要求1所述的手持高精度GNSS定位采集器，其特征在于，所述微处理器以S3C2416X处理器为核心；
所述上位机和下位机中均包括锂电池以及充电电路，所述锂电池通过充电电路与外部电源连接，锂电池为定位采集器中各个模块供电；
所述上位机中设有用于储存测量信息的Flash、U盘、SDRAM中的至少一种；
所述显示器采用TFT-LCD电阻屏。
7.根据权利要求6所述的手持高精度GNSS定位采集器，其特征在于，所述微处理器采用基于WinCE嵌入式操作系统，所述显示器用于显示下位机上传的定位信息，同时，显示器上设有触屏按键用于对当前位置数据进行锁定和保存。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述手持高精度GNSS定位采集器的采集方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将手持高精度GNSS定位采集器的下位机放在导航地块的某个边界点，打开电源开关；
(2)GNSS天线接收卫星信号，数传电台模块接收差分信号，然后定位板卡将卫星信号和差分信号进行运算得到当前边界点处的定位信息，将定位信息发送到上位机；所述定位信息包括当前边界点的位置信息和定位质量信息；所述位置信息指经纬度、高程信息；所述定位质量信息指卫星数目、差分质量和差分延时信息；
(3)上位机的显示器实时显示定位信息，操作显示器上的按键将当前边界点的位置信息和当前边界点代号一一对应锁定到屏幕上；
(4)将定位采集器移动到下一个边界点，重复步骤(2)-(3)，直到当前地块所有的边界点采集完毕；操作按键将地块名、所有的边界点位置信息保存；
(5)将定位采集器移动到下一个地块，重复步骤(2)-(4)，直到所有地块均采集完毕，结束采集。
9.根据权利要求8所述的采集方法，其特征在于，在步骤(2)中，在下位机上电后，先进行工作状态检测步骤，包括：观察下位机的电源指示灯、卫星指示灯和差分指示灯，等待电源指示灯常亮，卫星指示灯慢闪，差分指示灯闪烁，说明下位机正常跟踪卫星且接收到传入的差分信号，否则，说明工作状态不正常，停机检修。
10.根据权利要求8所述的采集方法，其特征在于，在步骤(3)上位机显示当前边界点处的定位信息和定位质量信息后，先进行定位质量检测步骤，包括：读取当前的卫星数目M、差分标示数N，差分时间T，如果M≥5，N＝4，T<2秒，则定位质量高，当前采集的定位信息有效，否则，定位质量差，当前采集的定位信息无效，重新采集。
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