CN116762675A - 使用电力线载波通信进行位置校正的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于使用通过电力线载波系统传送的实时动态(RTK)数据将跨接件进行对准的方法。本发明的方法包括以下步骤：接收第一组GPS位置数据和第二组RTK数据，并将两者进行比较；计算RTK误差校正数据并创建包含其的RTK误差校正数据信号；对RTK误差校正数据信号进行调制以在电力线载波上传输；通过电力线总线将RTK误差校正数据信号发射到电力线上至最后驱动塔架；对RTK误差校正数据信号解调并用其计算最后驱动塔架的位置；计算枢轴和最后驱动单元之间的直的中心线；计算每个中间驱动塔架与所计算出的中心线之间的相对距离；以及对每个中间驱动塔架的速度或平均运行时间进行控制，以减小每个中间驱动塔架的当前位置与所计算出的中心线之间的距离。

Description

使用电力线载波通信进行位置校正的系统和方法

本申请是申请日为2019年8月21日、申请号为2019800556367(PCT/US2019/047549)、发明名称为“使用电力线载波通信进行位置校正的系统和方法”的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2018年8月28日提交的美国临时申请号62/723,663的优先权。

本发明的背景技术与技术领域：

技术领域

本发明通常涉及一种用于向灌溉机器内的各种动力元件提供校正和位置信号以实现各种目标的系统和方法，所述目标包括灌溉跨接件(span)的对准控制、灌溉机器(例如，转角型和线型)的引导以及向各种远程监视和控制设备提供位置信息。

背景技术

现代的中心枢轴和线性灌溉系统通常包括由一个或更多个塔架结构支承的互连的跨接件(例如，灌溉跨接件)，以支承导管(例如，水管部分)。继而，将导管进一步附接到喷洒器/喷嘴系统，该喷洒器/喷嘴系统以期望的模式喷水(或其他施用物)。在这些现代灌溉系统中，大量的动力元件被用于控制灌溉的各个方面。这些通常包括各种传感器、喷雾器、驱动控制系统、电动机和换能器。

在过去，灌溉机器利用各种方法在系统处理器之间进行数据通信。这些方法包括专用硬接线系统(例如，RS485、TCP/IP、RS232等)和无线系统(例如蜂窝、Wi-Fi、VHF/UHF无线电、扩频无线电等)。这两种解决方案的成本都很昂贵，而且容易出现通信误差。硬接线系统需要安装相当长的电缆，而无线系统通常需要中继站才能在长距离上增强无线电信号。此外，无线系统由于距离、天气变化、障碍物、引起的RF噪声和长延迟而可靠性较差，特别是在蜂窝通信中。这两种系统都导致位置报告中的误差，并且由于通信故障导致系统延迟。这些误差的最终结果是差的水应用均匀性、应用延迟和其他问题，这些问题降低了种植者的产量和盈利能力。

为了克服现有技术的局限性，需要一种可靠且有效的通信和控制系统来对机械化灌溉系统中的灌溉跨接件和驱动塔架进行控制和对准。此外，需要一种系统来为灌溉机器的可转向元件提供引导，并向机器控制系统和远程操作者提供对机器的位置感知(位置信息)。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点，本发明提供了一种用于在具有至少一个跨接件的灌溉系统和用于移动跨接件的驱动系统内提供改进的通信和位置感知的系统。

根据第一优选实施方式，本发明包括用于在整个灌溉系统中传送全球定位系统(GPS)位置数据的方法，该灌溉系统具有多个连接的跨接件和多个驱动塔架，这些驱动塔架用于使连接的跨接件围绕具有枢轴控制器的中心枢轴移动。

根据第二优选实施方式，本发明包括用于在整个灌溉系统中传送GPS实时动态(RTK)校正信号数据的方法，该灌溉系统具有多个连接的跨接件和多个驱动塔架，这些驱动塔架用于使连接的跨接件围绕具有枢轴控制器的中心枢轴移动。

根据另一优选实施方式，本发明的系统优选地还包括固定RTK参考站，该固定RTK参考站使用通过电力线载波(PLC)系统所发射的经调制信号来计算GPS位置误差并将误差校正数据发射至一个或更多个下游GPS单元，所述一个或更多个下游GPS单元向诸如所述流动的GPS单元等的灌溉机器提供引导。

根据另一优选实施方式，本发明的方法包括以下步骤：在固定(参考)站，接收第一组GPS位置数据和第二组RTK数据；将第一组GPS位置数据与第二组RTK数据进行比较；计算RTK误差校正数据；创建包含RTK误差校正数据的RTK误差校正数据信号；对RTK误差校正数据信号进行调制以在电力线载波上传输；通过电力线总线(BUS)将RTK误差校正数据信号广播到电力线上至最后驱动塔架；在移动(流动)站，通过电力线总线接收所述误差校正数据信号；对RTK误差校正数据信号进行解调；使用RTK误差校正数据来计算移动站的位置。

根据另一优选实施方式，最后常规驱动单元(LRDU)或转角驱动塔架可以优选地包括GPS接收单元，其优选地充当向转角驱动塔架或LRDU提供引导信号的移动(流动)GPS单元。

根据另一优选实施方式，发射到每个驱动单元处的下游移动(流动)GPS单元的误差校正数据也可用于保持灌溉机器组件(例如灌溉跨接件)的对准。

根据另一优选实施方式，可以通过计算枢轴和最后常规驱动单元之间的直的中心线来保持对准；计算每个中间驱动塔架与所计算出的中心线之间的相对距离；以及对每个中间驱动塔架的速度或平均运行时间进行控制，以减少每个中间驱动塔架的当前位置与所计算出的中心线之间的距离。

根据另一优选实施方式，本发明的GPS单元可以优选地进一步将GPS位置数据(包括广域增强系统校正的数据)发射至通常位于中心枢轴点或线性推车处的中央控制面板。根据另一优选实施方式，本发明的位置数据可以优选地用于各种应用，例如根据中心枢轴移动通过需要或不需要超过结构末端的水的田地区域，来打开或关闭端部枪喷洒器；将灌溉机器的位置发射到云端，以远程监视和控制所述机器，例如报告田地中机器的位置；以及各种其他需求，无论是在灌溉机器处以本地的方式还是以远程的方式(在云端或对于远程操作者)。

根据另一优选实施方式，本发明的方法可以包括以下步骤：接收第一组GPS位置数据；对GPS位置数据信号进行调制以在电力线载波上传输；通过电力线总线将GPS位置数据信号广播到电力线上至多个驱动塔架和中央控制单元；对每个驱动塔架和中央控制单元处的GPS位置数据信号进行解调，以及使所述GPS位置数据可以用于所述驱动塔架和中央控制单元。

根据另一优选实施方式，PLC系统上的所有GPS单元可以出于各种原因而发射GPS单元的位置数据以供其他GPS单元使用，例如，将跨接件之间的相对位置进行比较、计算跨接件之间的相对角度、计算驱动单元之间的相对高度以及所述角度和高度等的变化率。

结合在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的各种实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

图1示出了用于本发明的一个示例性灌溉系统。

图2示出了根据本发明的第一优选实施方式的控制设备的示例性处理架构的框图。

图3示出了根据本发明的另一优选实施方式的灌溉系统。

图4示出了根据本发明的另一优选实施方式的框图。

图5示出了说明根据本发明的第一优选实施方式的示例性方法的流程图。

图6提供了说明根据本发明的第一优选实施方式的示例性方法的流程图。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中所示的实施方式，并且将使用特定的语言来描述该实施方式。然而，应当理解的是，在此不旨在对本发明的范围进行限制，并且可以预期本领域技术人员通常会想到的对所示的设备中的此类改变和进一步修改。

根据本发明的优选实施方式，应当理解，术语“驱动单元”可以优选地包括许多个子组件，包括：电动机、控制器、通信设备(例如PLC等)和对准设备。此外，尽管下面针对四个示例性的塔架讨论本发明，但是在不脱离本发明精神的情况下，可以根据需要扩大或减少所使用的塔架的数量(即1至100个塔架)。此外，本文所使用的术语“电动机”可以指用于向驱动轮提供扭矩的任何合适的电动机。因此，在此使用的术语“电动机”可以优选地包括诸如开关磁阻电动机、感应电动机等电动机。

本文所使用的术语“程序”、“计算机程序”、“软件应用程序”、“模块”、“固件”等被定义为设计用于在计算机系统上执行的指令序列。术语“固态”应该被理解为是指一系列固态电子设备，其优选地包括由固体材料构建的电路或设备，并且其中电子或其他电荷载流子完全被限制在固体材料内。示例性的固体组件/材料可以包括晶体、多晶和非晶态固体、电导体和半导体。常见的固体设备可以包括晶体管、微处理器芯片和RAM。

程序、计算机程序、模块或软件应用程序可包括子程序、函数、过程、对象实现、可执行应用程序、小程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库、动态加载库和/或设计用于在计算机系统上执行的其他指令序列。如本文所定义的，数据存储装置包括许多不同类型的计算机可读介质，该计算机可读介质允许计算机从中读取数据并且保持储存的数据以供计算机能够再次读取数据。此类数据存储装置可以包括例如非易失性存储器，例如ROM、闪存、电池备份RAM、磁盘驱动器存储器、CD-ROM、DVD和其他永久性存储介质。然而，根据本发明的不同实施方式，甚至是诸如RAM、缓存器、高速缓存存储器和网络电路之类的易失性存储装置也被设想作为此类数据存储装置。

本文描述的系统和方法的方面可以实现为被编程到各种电路中的任何一种电路中的功能，包括可编程逻辑设备(PLD)，例如现场可编程门阵列(FPGA)，可编程阵列逻辑(PAL)设备，电子可编程逻辑和存储器设备和基于标准单元的设备，以及专用集成电路(ASIC)。用于实现系统和方法的各方面的一些其他可能性包括：具有存储器的微控制器、嵌入式微处理器、固件、软件等。此外，系统和方法的各方面可以体现在具有基于软件的电路仿真、离散逻辑(顺序和组合)、自定义设备、模糊(中性网络)逻辑、量子设备以及上述任何设备类型的混合的微处理器中。当然，底层的设备技术可以以多种组件类型的方式提供，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)技术，如互补金属氧化物半导体(CMOS)、双极性技术，如发射极耦合逻辑(ECL)、聚合物技术(例如，硅共轭聚合物和金属-共轭聚合物-金属结构)、双向三极晶闸管(TRIAC)、模拟和数字混合等。

如图1所示，所示的示例性系统100包括跨接件101，该跨接件101优选地包括一系列连接的跨接件部分，可以对它们进行加压以促进水从水源通过灌溉系统100的转移。流体源可以联接至储存库或其它农产品源以将肥料、农药和/或其它化学品注入流体中，以便创建在灌溉期间用于应用的施用物。因此，施用物可以是水、肥料、除草剂、农药、其组合等。示例性系统100还可以包括主控制面板102，该主控制面板102可以对换能器、传感器和阀门(未示出)控制，以控制和调节到喷洒器(未示出)的水压，该喷洒器包括端部枪136和其他喷洒器头(未示出)。

如进一步所示，该系统可以包括有各自的塔架控制箱120、122、124、126的驱动塔架104、106、108、110。如进一步所示，这些塔架控制箱可以与相应的对准传感器128、130、132、134相连接，并控制相应的驱动单元电动机112、114、116、118。如上所述，本发明的系统可以包括任何适合于向一个或更多个驱动轮提供扭矩的电动机。根据一个优选实施方式，本发明的系统可以优选地包括诸如开关磁阻电动机、感应电动机等的电动机。

现参考图2，现在将讨论示例性的控制设备138，该控制设备138代表对灌溉系统100的一个或更多个操作方面进行控制的功能。如图所示，示例性控制设备138优选地包括处理器140、存储器142、数据存储模块150和网络接口144。处理器140为控制设备138提供处理功能，并且处理器140可以包括任意数量的处理器、微控制器或其他处理系统。处理器140可以执行实现本文所述技术的一个或更多个软件程序。存储器142是有形计算机可读介质的一个示例，其提供存储功能以存储与控制设备138的操作相关联的各种数据，例如上述软件程序和代码段，或用于指示处理器140和控制设备138的其它元件执行本文所述的步骤的其它数据。存储器142可以包括例如可移动和不可移动的存储器元件，诸如RAM、ROM、闪存(例如，SD卡、迷你SD卡、微型SD卡)、磁性、光学、USB存储器设备等。网络接口144提供使控制设备138能够通过诸如无线接入点、收发器等的各种组件以及由这些组件所采用的任何相关软件(例如，驱动程序、配置软件等)与一个或更多个网络149通信的功能。如图所示，本发明的优选系统可以包括用于接收直接卫星通信的卫星收发器159等。

在实施例中，示例性控制设备138还优选地包括电力控制系统145、电力线控制(PLC)板146和电力线总线147。根据本发明的一个优选实施方式，该电力线总线147优选地可以包括用于对电力进行控制和路由、对电力质量进行控制，以及对附接到电力线载波系统上的设备进行控制的导电传输线、电路等，如下文进一步讨论的。根据另一优选实施方式，PLC板146优选地对通过电力线总线147发射的电力和数据信号进行路由和转换，如下文进一步讨论的。

此外，本发明的系统优选地还可以包括灌溉位置确定模块148，该灌溉位置确定模块148还可以包括用于计算灌溉系统100的位置的全球定位系统(GPS)接收器157或类似的装置。根据本发明的另一优选实施方式，灌溉位置确定模块148优选地还包括实时动态(RTK)误差计算模块155，如下文进一步讨论的。根据优选实施方式，如本文讨论的RTK信号的处理可以优选地使用单频或双频进行而不受限制。

如进一步所示，控制设备138可以联接至灌溉系统100的引导设备或类似系统152(例如，转向总成或转向机构)以控制灌溉系统100的移动并协助对系统的移动和位置感知进行控制。此外，控制设备138还可以优选地包括多个输入端和输出端，以从传感器154和监视设备接收数据，如下所述。

根据一个优选实施方式，RTK误差计算模块155优选的功能是用于执行RTK误差计算，以增强从GPS系统157导出的位置数据的精度。尽管本发明针对GPS进行了讨论，但是本发明适用于从诸如罗兰导航系统(LORAN)、格洛纳斯全球卫星导航系统(GLONASS)、伽利略系统(Galileo)、北斗卫星导航系统(BeiDou)等其他定位系统以及这些类似系统的任何组合接收的数据。另外，RTK可以利用单频(通常称为L1频段)进行校正，或者可以利用双频(通常称为L1和L2频段)。此外，还可以使用增强定位精度的类似的校正技术(如广域增强系统(WAAS)或差分GPS)。优选地，任何这样的系统将与上述类似的定位系统兼容并且提供优于1米的定位精度。

现在参考图3，现在将进一步讨论结合了本发明各方面的示例性系统300。如图进一步所示，示例性灌溉系统300可以包括换能器(未示出)，这些换能器被提供来控制和调节喷洒器(包括端部枪321和其他喷洒器头326)的水压。

此外，该系统可以优选地包括固态塔架箱312、314、316(包括PLC板、固态电动机控制器、非接触对准设备和如上所述的以及进一步参考下文图4的其他组件)，该固态塔架箱312、314、316优选地互连到各自的驱动单元电动机307、309、311。如进一步所示，各自的驱动单元电动机307、309、311优选地向各自的驱动轮组302、304、306提供扭矩和制动。如上所述，本发明的系统可以包括用于向驱动轮提供扭矩的任何合适的电动机。根据一个优选实施方式，本发明的系统可以优选地包括诸如开关磁阻电动机、感应电动机等的电动机。

此外，本发明的系统300可以优选地进一步包括控制/枢轴面板308以及诸如用于接收位置数据的GPS接收器320a-d之类的元件。更进一步，本发明的系统可进一步包括间接农作物传感器318、322，该间接农作物传感器318、322优选地可以包括可选的水分传感器来确定给定土壤区域中的水分含量。另外，传感器318、322还可以包括光学器件，以允许检测农作物类型、生长阶段、健康状况、疾病的存在、生长速率等。更进一步，该系统可以包括地面传感器。更进一步，检测系统可以进一步从连接的气象站或远程的气象站等处接收数据，这样的气象站够测量诸如湿度、风速、风向、压力、降水量、温度等天气特征。此外，本发明的优选系统还可替代地包括诸如附加的传感器等安装在跨接件310上的附加元件。

如图3进一步所示，并且如下面进一步讨论的，本发明的优选系统还可以包括实时动态(RTK)参考站328，该实时动态(RTK)参考站328用于将误差校正数据提供给可以附接到如下面进一步讨论的那样的转角驱动塔架325或类似物的GPS流动接收器。优选地，RTK参考站328定位在非常精确的勘测点上。更进一步，RTK参考站328优选地接收GPS信号并且基于所勘测的位置与由所测得的GPS信号所指示的位置数据之间的位置差来计算误差校正数据。根据另一优选实施方式，最后常规驱动单元(LRDU)、转角驱动塔架或推车可以优选地包括GPS接收单元320d，该GPS接收单元320d优选地充当流动GPS单元。

现在参考图4，一旦RTK参考站403(单独地和/或与枢轴控制器410和RTK误差计算模块155结合)来创建误差校正数据，则该误差校正数据优选地由枢轴控制器410作为误差校正数据信号发射到枢轴点PLC板414。然后，枢轴点PLC板414优选地对误差校正数据信号进行调制，并通过电力线总线416和PLC系统将该信号发射至一个或更多个下游GPS单元/控制器405、407、409。以此方式，本发明的每个接收GPS单元/控制器接收增强的RTK引导。根据另一优选实施方式，本发明的GPS单元/控制器405、407、409可以进一步将GPS位置数据发送到枢轴控制器410以提供附加的位置感知。

根据另一优选实施方式，RTK参考站403可以优选地位于附接到中心枢轴点的集流环/滑环设备411内。根据一个替代的优选实施方式，RTK参考站的位置(经度，纬度)可以通过本领域中已知的任何方法来设置。例如，RTK参考站位置可以由用户从系统外部收集的数据输入来手动设置。可替代地，RTK参考站位置可经由“勘测模式”来设置，其中，使用已知算法对由接收器所收集的GPS位置数据进行时间平均来确定单元的位置。

现在进一步参考图4，本发明的电力/控制系统400可以优选地包括控制/枢轴面板箱402，其优选地向一系列中间固态塔架箱404、406和最后常规驱动单元(LRDU)/推车/流动塔架箱408提供控制信号和电力。如图所示，每个固态塔架箱404、406、408还优选地包括GPS传感器/输入端405、407、409。应当理解，以所提供的固态塔架箱为一个示例，并且本发明不旨在限制固态塔架箱的使用。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用机电式塔架箱代替固态塔架箱。

如进一步所示，本发明的控制/枢轴面板箱402可优选地包括连接至枢轴点PLC板414的主枢轴控制器410，该枢轴点PLC板414控制并将电力引导至下游中间固态塔架箱404、406和转角驱动塔架/推车/流动塔架箱408。根据一个优选实施方式，枢轴控制器410可以直接接线到枢轴点PLC板414，或者经由串行通信连接412(即RS-232)等进行连接。根据一个优选实施方式，枢轴面板箱402优选地通过枢轴点PLC板414经由电力线总线416向下游固态塔架箱404、406、408提供电力和控制信号。

根据一个优选实施方式，本发明的电力线总线416可以以各种不同的电压和安培的任何一种来提供和引导电力。例如，本发明的电力线总线416可以根据需要不受限制地在一定范围的电压(例如0伏至1000伏之间)和一定范围的电流(例如0.1安培至100安培)上提供电力。根据另一优选实施方式，可以以120伏至480伏的电压提供电力，其中电流是在5安培至50安培之间。例如，电力线总线416可以提供5安培、120伏交流电。根据另一优选实施方式，电力线总线416可以优选地以30安培、480伏交流电提供电力。根据另一优选实施方式，本发明的电力线载波可以优选地作为单向或双向系统来操作。

如图4进一步所示，RTK数据优选地首先由RTK参考站403接收，该RTK参考站403可以位于附接到立管(riser)的集流环411内。此后，将数据提供给RTK误差计算模块155以计算并产生GPS误差校正数据。此后，RTK误差计算模块155优选地将RTK误差校正数据发射到枢轴点PLC板414，在枢轴点PLC板414处，信号被调制并经由电力线总线416发射(连同由电力线箱416所提供的电力和控制信号)到下游固态塔架箱404、406，408和枢轴控制器410。

误差校正数据信号优选地首先由第一中间固态塔架箱404接收，该第一中间固态塔架箱404优选地进行接收、处理并随后将所接收的电力引导至中心驱动电动机418。此外，RTK误差校正数据还优选地由中间固态塔架箱404处理，并用于校正/调节从GPS模块405所接收的GPS位置数据。此后，电力和控制信号可以进一步发射到一个或更多个下游塔架箱406，该一个或更多个下游塔架箱406同样处理所接收的信号。尽管未示出，但是根据灌溉系统的大小，可以根据需要加入任何数量的附加的中间固态塔架箱。不管中间固态塔架箱的数量如何，RTK误差校正数据和来自电力线总线416的电力优选地最终在转角驱动塔架箱408处被接收，该转角驱动塔架箱408同样优选地接收并处理所接收的RTK误差校正数据，以及将所接收的电力引导至中心驱动电动机422。

如图4中进一步所示，转角驱动塔架箱408可以优选地进一步包括用于接收和处理引导控制信号的GPS引导控制(GC)面板413。更进一步，转角驱动塔架箱408可以优选地进一步包括PLC板419，该PLC板419用于在塔架箱控制面板415和通过电力线总线416通信的其他系统之间接收/发射控制和电力信号并对控制和电力信号进行转换，如下文进一步讨论的。此外，每个塔架箱404、406可以优选地进一步包括类似的PLC板(未示出)以提供类似的功能。

在操作中，安装在灌溉机器的端部的GC系统413可以优选地经由GPS传感器409等接收来自GPS卫星的信号并计算单元的位置。如上所述，此类计算可以包括来自广域增强系统(WAAS)等的数据。该数据随后可以经由任何类型的常规有线连接(包括与GPS接收器集成到同一电路板上)被发射至PLC板419。此后，PLC板419随后可以优选地将GPS位置数据发射至枢轴点PLC板414，该枢轴点PLC板414可以对信号进行解调并将信号发送至主枢轴控制器410，其中该数据可以用于指示灌溉机器相对于枢轴点的位置(即，距离、罗盘角等)。枢轴控制器410随后还可以经由通信系统向基于云端的远程监视和控制系统报告位置数据，以允许远程操作者知道灌溉机器在田地中的定位。此外，枢轴控制器410可以使用位置数据来基于灌溉机器的位置激活或停用辅助喷洒器。更进一步，枢轴控制器410可以使用位置数据来调节机器的速度和/或喷洒器的脉冲速率，以符合可变速率灌溉处方，如下面进一步讨论的。更进一步，枢轴控制器410可以使用位置数据来进行进一步的计算，例如计算滑移率等以检测卡住的机器。

现参考图4和图5，现在将讨论根据本发明的优选实施方式的优选方法500。根据第一优选实施方式，在第一步骤502，GPS位置数据优选地首先由固定(参考)站403接收。可替代地，这种数据可以从存储器输入或从外部网络接收。根据一个优选实施方式，将GPS数据与存储在固定(参考)站中的参考地理位置进行比较。此后，在下一步骤504，所存储的地理数据和GPS数据随后优选地由PLC板414的RTK误差计算模块155进行处理以创建RTK误差校正数据。在下一步骤505，枢轴点PLC板414然后优选地将误差校正数据调制成可以通过电力线总线416发射的数据信号。

在下一步骤507，该RTK误差校正数据优选地被发射到每个下游驱动塔架控制器404、406和408。优选地，数据信号通过电力线总线416发射到下游塔架箱404、406、408内的一个或更多个接收PLC板。根据一个优选实施方式，LRDU PLC板419可以接收校正数据并对所接收的数据信号进行解调。此后，PLC板419可以优选地将校正数据转发到转角驱动塔架箱控制器415和/或GC面板413以用于位置细化和其他计算。根据一个优选实施方式，经校正的数据传输的频率可以是每秒一次。可替代地，可以以更快或更慢的间隔来发射经校正的数据。

在下一步骤508，可优选地使用GPS数据和RTK误差校正数据来计算转角驱动塔架408的位置。在下一步骤510，转角驱动塔架408可以优选地计算距离调节(优选地使用偏差误差或路径投影算法等)，并且对驱动速度和/或方向进行调节，以相对于规定的驱动塔位置来校正驱动塔架位置。例如，每个驱动塔架的控制器可以控制它们的驱动轮，以减小每个驱动塔架的当前位置和期望的引导路径之间的距离。这可以优选地通过调节启动-停止电动机的占空比、通过增大或减小变速电动机(例如开关磁阻电动机或由变频驱动器驱动的感应电动机)的RPM(每分钟转数)或通过类似方法来实现。

根据一个替代的优选实施方式，每个单独的驱动塔架可以增大或减小其速度以减小其自身与在枢轴点至最后驱动塔架之间所计算出的中心线之间的距离，从而保持非转角灌溉跨接件的基本直的对准。优选地，本发明的驱动塔的架的任何此类计算和/或调节可以连续地实时地执行，以在灌溉期间保持对准。另外，RTK校正信号可以优选地实时发送出，以允许每个塔架控制器实时校正GPS误差。

根据一个替代的优选实施方式，可以通过调节或改变所编程的驱动轮的平均速度来控制驱动轮的速度。因此，本发明可以根据需要连续地更新所编程的每个塔架的平均速度，并且可以在位置检测与所编程的每个塔架的平均速度的更新之间连续地循环以最小化塔架的未对准。

根据另外的优选实施方式，可以在机器静止时或在灌溉系统的运行期间来操作本发明的对准算法。此外，本发明的算法和系统可用于在机器每次启动时(即，在机器移动的开始时)而不是在机器移动期间对塔进行初始对准。根据另一优选实施方式，本发明的算法可以优选地包括裕度(margin)误差，以便仅对位于与给定的中心线相距超过设置的距离(即，两英寸)的塔架进行指示，以减小检测到的对准误差。根据另一优选实施方式，可以按照最外侧塔架到最内侧塔架的顺序来确定对准的顺序。此外，对塔架进行重新对准的指令可以从最外侧塔架到最内侧塔确定优先顺序。

现在参考图4和图6，现在将讨论用于本发明的替代的对准方法600。根据一个示例性替代算法，在优选的第一步骤602，本发明的枢轴控制器410优选地接收第一组GPS位置数据。根据一个优选实施方式，GPS数据可以由GPS卫星接收器直接接收。可替代地，这种数据可以从存储器输入或从外部网络接收。

在下一步骤604，枢轴控制器410优选地将GPS位置数据与存储在固定(参考)站中的参考地理位置进行比较。在下一步骤606，枢轴控制器410优选地计算RTK误差校正数据。在下一步骤608，该RTK误差校正数据优选地经由电力线载波网络发射到每个下游驱动塔控制器404、406、408。

在下一步骤610，每个塔架控制单元可以优选地将经校正的位置数据广播至相邻的驱动塔架控制器。根据一个优选实施方式，每个塔架控制单元可以经由连接的PLC板来发射经校正的位置数据。根据替代的优选实施方式，经校正的位置数据可以直接在驱动塔架控制器之间发射，或者可以首先发射至中心枢轴点控制器410，该中心枢轴点控制器410随后可以存储位置数据并通过PLC总线416将位置数据发射到每个驱动控制器。在下一步骤612，每对相邻的塔架可以优选地使用经校正的位置数据来计算它们之间的直的、中心线。在下一步骤614，驱动塔架可以计算它们到所计算出的中心线的相对距离。在下一步骤616，每个驱动塔架的控制器然后可以控制驱动轮组以减小驱动轮的当前位置与所计算的中心线之间的距离。例如，可以优选地控制电动机以增加其速度，以便当灌溉机器沿给定方向行进时减小其自身与中心线之间的距离，因此减小驱动塔架之间的角度偏移。

优选地，多组塔架可以同时作用以使其自身对准并且持续地更新中心线。例如，该系统可以优选地同时分析和对准多个三塔架组。此外，“三塔架对准”可优选地沿着机器在每个塔架上进行，从最靠近端部塔架的塔架开始，然后向内进行。对准优选地可以在所有塔架之间同时进行。另外，枢轴控制器410可以优选地连续地向所有下游塔架发送实时动态(RTK)信号，以允许每个塔架控制器校正GPS误差并计算校正位置数据。

根据另一优选实施方式，所有塔架可以连续地被对准，直到所有“德尔塔(delta)”长度在用于对准的特定阈值内。在对准过程中，端部塔架可以优选地是以使跨接件上的应力最小化来进行移动的。根据本发明的其他方面，应理解的是，如上所讨论的三塔架组的使用仅作为优选示例提供。或者，任何其他数量的塔架也可以作为组使用。

根据一个替代实施方式，本发明可以在每个塔架上使用模拟传感器。例如，LORAN设备可以位于每个塔架上，然后该系统可以例如结合来自LORAN设备的三角测量数据使用三塔架对准算法。此外，在GPS传感器发生故障或变得不可用的情况下，LORAN也可以作为GPS传感器的备用来使用。

根据另一优选实施方式，本发明的GPS传感器可以优选地放置在离地面尽可能低的位置。此外，当GPS传感器需要被放置在塔架上的较高位置时，任何由地形引起的跟踪误差都可以优选地通过利用在塔架处的GPS传感器的测斜仪和/或陀螺仪传感器数据进行校正或补偿。在这种情况下，可以基于由共同安装的测斜仪和/或陀螺仪传感器所测得的塔架中的倾斜量(由于地形坡度)来调节由传感器所报告的GPS坐标。或者，如果GPS传感器安装在离塔架上的管道较近的位置，则无需对地形引起的倾斜进行补偿。

尽管以上关于本发明的描述包含许多特异性，但是这些描述不应解释为对范围的限制，而应作为示例。许多其他变体是可能的。例如，通过本发明的本发明的处理元件可以在许多不同的频率、电压、安培和总线配置上运行。此外，本发明提供的通信实际上可以设计为双工或单工。此外，本发明的系统可以与包括线性和中心枢轴系统两者的驱动塔架的任何布置一起使用。此外，根据需要，可以将向本发明和从本发明发射数据的过程设计成实际上是推挽式(push or pull)的。更进一步，本发明的每个特征可以被制成从远处的监视站远程激活和访问。因此，可根据需要优选地将数据上传到本发明以及从本发明下载数据。

因此，本发明的范围不应由所示出的实施方式确定，而应由所附权利要求书及其合法等效物来确定。

Claims (21)

1.一种用于使用通过电力线载波系统传送的实时动态(RTK)数据将跨接件进行对准的方法，其中，所述系统包括多个连接的跨接件和多个驱动塔架，所述多个驱动塔架用于将所述连接的跨接件围绕具有枢轴控制器的中心枢轴移动；其中，每个驱动塔架包括电力线载波节点；此外其中，所述驱动塔架包括中间驱动塔架和最后驱动塔架，此外其中，所述系统包括存储参考位置数据的固定参考站；

其中，所述方法包括：

接收第一组GPS位置数据；

将所述第一组GPS位置数据与存储在所述固定参考站中的所述参考位置数据进行比较；

计算RTK误差校正数据；

创建RTK误差校正数据信号；

对所述RTK误差校正数据信号进行调制以在电力线载波上传输；其中，所述电力线载波包括多个导电元件，所述导电元件配置成连接并传送信号至电力线总线，以及连接和传送来自电力线总线的信号；

通过所述电力线总线将所述RTK误差校正数据信号发射到所述电力线上至每个驱动塔架的所述电力线载波节点；

在每个所述驱动塔架处对所述RTK误差校正数据信号进行解调并使用经解调的所述RTK误差校正数据来计算经校正的位置数据；

每个所述驱动塔架的控制器将经校正的位置数据广播至相邻的驱动塔架的控制器；

每对相邻的驱动塔架使用经校正的位置数据来计算该对相邻的驱动塔架之间的直的中心线；

计算每对相邻的驱动塔架中的每个驱动塔架到所计算出的中心线的相对距离；

每对相邻的驱动塔架中的每个驱动塔架的控制器控制驱动轮组以减小驱动塔架的当前位置与所计算出的中心线之间的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一组GPS位置数据是从存储器输入的；此外其中，通过减少每个中间驱动塔架的平均运行时间来控制每个中间驱动塔架的速度从而减小每个中间驱动塔架的当前位置与所计算出的中心线之间的距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个驱动塔架还包括转角驱动塔架，所述方法还包括：在所述转角驱动塔架处对所述RTK误差校正数据信号进行解调；

使用所述RTK误差校正数据来计算所述转角驱动塔架的位置；

将所计算出的所述转角驱动塔架的位置与所述转角驱动塔架的目标位置进行比较；其中，比较步骤包括：计算所计算出的所述转角驱动塔架的位置与所述转角驱动塔架的所述目标位置之间的距离；其中，使用线性回归算法进行所述距离的计算；以及

对所述转角驱动塔架的速度进行控制以减小所计算出的所述转角驱动塔架的位置与所述转角驱动塔架的所述目标位置之间的所述距离。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，使用偏差误差算法来执行所述计算。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，使用路径投影算法来执行所述计算。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，通过对启动-停止电动机的占空比进行调节来减小所计算出的所述转角驱动塔架的位置与所述转角驱动塔架的所述目标位置之间的所述距离。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，通过改变变速电动机的RPM来减小所计算出的所述转角驱动塔架的位置与所述转角驱动塔架的所述目标位置之间的所述距离。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述RTK校正信号是以近实时的方式发射，以允许每个塔架控制器实时地校正GPS误差。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，通过改变所编程的驱动塔架驱动轮的平均速度来减小所计算出的所述转角驱动塔架的位置与所述转角驱动塔架的所述目标位置之间的所述距离。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，多对相邻的驱动塔架同时作用以使其自身对准并且持续地更新中心线。

11.一种包括多个连接的跨接件和多个驱动塔架的灌溉系统，所述多个驱动塔架用于使所述连接的跨接件围绕具有枢轴控制器的中心枢轴移动，所述灌溉系统包括：

塔架控制面板，其中，所述塔架控制面板包括第一PLC板；

RTK参考站，其中，所述RTK参考站配置成接收RTK数据；其中，所述RTK参考站位于附接到所述中心枢轴的立管的集流环内；

RTK误差计算模块，其中，所述RTK误差计算模块配置成接收所述RTK数据并产生GPS误差校正数据；其中，所述RTK误差计算模块配置成将所述GPS误差校正数据发射至所述第一PLC板；

其中，所述第一PLC板配置成调制并发射包括所述GPS误差校正数据的RTK误差信号；其中，所述第一PLC板配置成向多个下游固态塔架箱输出电力和控制信号；

第一塔架箱，其中，所述第一塔架箱是配置成控制第一驱动塔架的操作的固态塔架箱，其中，所述第一塔架箱配置成从所述第一PLC板接收所述RTK误差信号、电力和控制信号；其中，所述第一塔架箱配置成将所述接收的电力引导至第一塔架驱动电动机；

第二塔架箱，其中，所述第二塔架箱是配置成控制第二驱动塔架的操作的固态塔架箱，其中，所述第二塔架箱配置成从所述第一PLC板接收所述RTK误差信号、电力和控制信号；其中，所述第二塔架箱配置成将所接收的电力引导至第二塔架驱动电动机；

第三塔架箱，其中，所述第三塔架箱是配置成控制第三驱动塔架的操作的固态塔架箱，其中，所述第三塔架箱配置成从所述第一PLC板接收所述RTK误差信号、电力和控制信号；其中，所述第三塔架箱配置成将所接收的电力引导至第三塔架驱动电动机；

转角塔架箱，其中所述转角塔架箱是配置成控制转角驱动塔架的操作的固态塔架箱，其中，所述转角塔架箱配置成从所述第一PLC板接收所述RTK误差信号、电力和控制信号；其中，所述转角塔架箱配置成将所接收的电力引导至转角塔架驱动电动机；

其中，所述转角塔架箱包括第二PLC板和引导控制面板；其中，所述第二PLC板配置成从所述第一PLC板接收电力和控制信号；其中，所述引导控制面板配置成接收GPS传感器数据和所述RTK误差信号；其中，所述第二PLC板配置成使用所述RTK误差信号来生成转角塔架位置数据；其中，所述第二PLC板配置成将所述转角塔架位置数据发射至所述第一PLC板；

其中，所述第一驱动塔架、所述第二驱动塔架、所述第三驱动塔架和所述转角驱动塔架能配置成从一个或更多个相邻的驱动塔架发射和接收经校正的位置数据；

其中，所述第一驱动塔架与所述第二驱动塔架相邻，所述第二驱动塔架与所述第三驱动塔架相邻，所述第三驱动塔架与所述转角驱动塔架相邻；

其中第一对相邻驱动塔架配置成使用利用所述RTK误差信号校正的位置数据来独立地计算到所述第一对相邻驱动塔架之间的中心线的距离；其中，所述第一对相邻塔架配置成仅分配两个相邻驱动塔架箱中的一个驱动塔架箱来控制驱动轮组，以减小当前位置与所计算出的中心线之间的距离。

12.根据权利要求11所述的灌溉系统，其中，至少部分地使用来自广域增强系统(WAAS)的数据来计算灌溉机器的位置。

13.根据权利要求11所述的灌溉系统，其中，所述枢轴控制器配置成将所述转角塔架位置数据发射至远程的基于云端的监视和控制系统。

14.根据权利要求11所述的灌溉系统，其中，所述枢轴控制器配置成基于所述灌溉机器的位置来使用所述转角塔架位置数据控制一个或更多个喷洒器。

15.根据权利要求11所述的灌溉系统，其中，所述枢轴控制器配置成使用所述转角塔架位置数据来调节所述机器的速度。

16.根据权利要求11所述的灌溉系统，其中，所述枢轴控制器配置成使用转角塔架位置数据来控制喷洒器的脉冲速率，以符合可变速率灌溉处方。

17.根据权利要求11所述的灌溉系统，其中，所述枢轴控制器配置成使用所述转角塔架位置数据来计算驱动塔架的滑移率。

18.根据权利要求11所述的灌溉系统，其中，所述系统还包括多个对准组；其中，第一对准组包括多个驱动塔架；其中，所述第一对准组配置成独立于所述塔架控制面板的指令而协调所述第一对准组内的所述多个驱动塔架的对准。

19.根据权利要求18所述的灌溉系统，其中，所述第一对准组包括三个驱动塔架；其中，所述第一对准组配置成在所述第一对准组塔架箱之间发射对准数据；其中，所述第一对准组配置成沿着由所述第一对准组塔架箱所计算出的中心线来对准所述三个驱动塔架中的每个驱动塔架。

20.根据权利要求19所述的灌溉系统，其中，所述多个对准组配置成基于所述多个对准组与所述中心枢轴的距离来依次对准。

21.根据权利要求20所述的灌溉系统，其中，距所述中心枢轴最远的对准组配置成在最靠近所述中心枢轴的对准组之前对准。