CN115047506A - 一种基于gnss-ins和视觉的农机组合导航系统 - Google Patents

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黄友锐
袁标
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Abstract

本发明公开了一种基于GNSS‑INS和视觉的农机组合导航系统，该系统包括结合全球卫星导航系统(GNSS)、惯性导航系统(INS)和视觉导航系统。全球卫星导航系统包括基站和移动站两部分，基站包括卫星天线、信号接收模块、无线电台发射端、卫星数据处理器；移动站包括卫星天线、信号接收模块、无线电台接收端、组合导航处理器。惯性导航系统包括IMU测量单元，用来测量农机行驶过程时的加速度、角速度等信息，并进行处理，得到农机的坐标位置信息。视觉导航系统包括视觉传感器、图像处理器；视觉传感器采集农机作业环境信息，传输至图像处理器进行处理，得到农机的相对位置。将不同系统得到的数据信息，在组合导航处理器中进行数据融合处理，从而得到精准的位置信息及作业边界信息。本发明可实现农机作业厘米级精准定位、自适应干扰能力强，为农业机械自动导航控制提供了可靠途径。

Description

一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统
技术领域
本发明涉及一种导航系统，特别涉及一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统，属于导航定位领域。
背景技术
我国是农业大国，农业生产是国家发展、人民安居乐业的基础。随着我国现代化建设飞速发展，农业现代化也是不可或缺的一部分，精准农业是现代农业领域衍生出来的一种新概念，其在1990年代左右才开始在西方发达国家内部兴起与发展，时至今日，精准农业已经发展成为依托于全球定位系统、遥感技术及计算机控制系统等先进技术而存在的一种重要的现代农业生产形式。
全球导航卫星系统(GNSS)是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量，能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。
农业视觉导航技术是指利用视觉传感器获取田间作业图像，通过图像处理技术识别作物行以确定作业基准线，最终获得农机相对于作物行的相对位置。
惯性导航系统(INS)是自主式导航系统，具有完全独立工作性能，仅靠惯性导航系统本身就能在全天候条件下，在全球范围内和任何介质环境里自主地、隐蔽地进行连续的三维定位和三维定向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统，以解决农机无人驾驶在作业时的精准度低的问题，实现厘米级精准定位。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统，其特征在于，包括全球卫星导航系统、惯性导航系统、视觉导航系统。
所述的，全球卫星导航系统包括基站和移动站，用以获取卫星的定位信息，得到农机的绝对位置。
进一步地，基站包括卫星天线、信号接收模块、无线电台发射端、卫星数据处理器；移动站包括卫星天线、信号接收模块、无线电台接收端、组合导航处理器，其中组合导航处理器包含图像处理器、INS解算、卫星数据处理功能。
进一步地，基站和移动站通过无线电台进行定位数据的传输，实现RTK(载波相位差分)技术。
所述的，惯性导航系统包括由加速计和陀螺仪组成的IMU测量单元；IMU测量单元测量农机行驶过程时的加速度、角速度等信息，INS解算得到农机的坐标位置信息。
所述的，视觉导航系统包括视觉传感器、图像处理器；视觉传感器采集农机作业环境信息，传输至图像处理器进行处理，得到农机的相对位置，其中图像处理器包含在组合导航处理器。
进一步地，全球卫星导航系统得到的位置信息、惯性导航系统得到的位置信息以及视觉导航系统得到的环境信息，均传输至移动站组合导航处理器，进行数据融合，从而获取精准的农机位置，实现厘米级定位。
附图说明
图1为本发明的系统结构图。
图2为基站和移动站组成图。
图3为视觉导航处理过程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
实施例1：请参阅图1，本发明提供了一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统：
如图1所示，本发明基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统，包括全球卫星导航系统、惯性导航系统和视觉导航系统，并将不同系统的数据传输至组合导航处理器进行处理。
如图2所示，基站包括卫星天线1、信号接收模块1、无线电台发射端、卫星数据处理器，移动站包括为卫星天线2、信号接收模块2、无线电台接收端、组合导航处理器。基站通过卫星天线1和信号接收模块1接收卫星信号，在卫星数据处理器进行处理，得到基站坐标，再通过无线电台发射端将基站坐标信息传输至移动站；移动站通过卫星天线2和信号接收模块2接收卫星信号，同时经由无线电台接收端接收基站坐标信息，在组合导航处理器中与其他系统的数据一起进行解算，得到移动站位置信息。
如图1所示，惯性导航系统主要由包括加速计、陀螺仪在内的IMU测量单元组成，对农机行驶的加速度、角速度信息进行测量，再经过INS解算得到农机的位置信息。
如图1所示，视觉导航系统系统主要由摄像机对农机作业时周围的环境信息进行采集。
如图3所示，视觉导航系统的工作过程如下：第一步先进行图像采集，第二步进行灰度变换，第三步进行图像分割，第四步进行图像去噪，第五步提取候选点，第六步进行直线拟合，最后对作业边界线进行提取，这样就可以得到农机作业的边界线，获取农机的相对位置。
如图1所示，全球卫星导航系统得到的农机绝对位置信息，惯性导航系统得到的农机位置信息，视觉导航系统得到的农机相对位置信息，传输至组合导航处理器中进行数据融合处理，最终获得精准的定位信息，实现厘米级误差。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统，其特征在于，所述系统包括全球卫星导航系统、惯性导航系统、视觉导航系统；全球卫星导航系统包括基站和移动站；惯性导航系统包括IMU测量单元；视觉导航系统包括视觉传感器—摄像机。
2.根据权利要求1所述的一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统，其特征在于：全球卫星导航系统通过卫星定位数据获取农机的绝对位置坐标。
3.根据权利要求1所述的一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统，其特征在于：惯性导航系统实时获取加速度、角速度信息，进行INS解算，得出移动站位置、姿态信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统，其特征在于：视觉导航系统通过视觉传感器—摄像机获得农机作业田间环境信息，进行一系列图像处理，识别作业边界线，为农机提供相对位置信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于GNSS-INS和视觉的农机组合导航系统，其特征在于：农机通过全球卫星导航系统、惯性导航系统、视觉导航系统收集的信息，进行融合处理，实现精确定位。
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