基于北斗導(dǎo)航的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在輪式拖拉機(jī)上的應(yīng)用

基于北斗導(dǎo)航的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在輪式拖拉機(jī)上的應(yīng)用

Summary：目前農(nóng)業(yè)機(jī)械以大型化、高效化、智能化、自動(dòng)化、作業(yè)精細(xì)化、電液一體化為主流，基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛控制技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要組成部分，作為農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化裝備的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)是開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)實(shí)踐的前提與技術(shù)保障。介紹了基于北斗導(dǎo)航的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的組成及其工作原理，闡述了基于北斗導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在輪式拖拉機(jī)上的應(yīng)用，分析了北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)相對(duì)于國(guó)外同等產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。Keys：北斗導(dǎo)航；自動(dòng)駕駛系統(tǒng)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；智慧農(nóng)業(yè)；農(nóng)業(yè)機(jī)器人；農(nóng)業(yè)應(yīng)用引言我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械中使用的導(dǎo)航系統(tǒng)以GPS為主，系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性方面存在著一定風(fēng)險(xiǎn)。目前我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)開始投入使用，國(guó)家已經(jīng)推出一系列基于北斗導(dǎo)航的補(bǔ)貼政策。因此，基于北斗導(dǎo)航智能系統(tǒng)是開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)實(shí)踐的前提與技術(shù)保障。衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)的推廣應(yīng)用將促進(jìn)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的推廣應(yīng)用與發(fā)展，提高作業(yè)精度，提高土地利用率，減輕機(jī)手勞動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，帶來經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制技術(shù)應(yīng)用研究與實(shí)踐，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求與迫切愿望。我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的高速發(fā)展，為北斗應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)的建設(shè)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和北斗應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，也進(jìn)一步加快了農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制技術(shù)在耕作、播種、施肥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用。

1北斗導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及原理1.1總體構(gòu)架北斗農(nóng)機(jī)導(dǎo)航自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)一般由觸摸屏、控制器、電動(dòng)方向盤、前輪轉(zhuǎn)向傳感器、GPS定位系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站組成。網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站接收機(jī)將接收到的空間衛(wèi)星發(fā)射的實(shí)時(shí)衛(wèi)星數(shù)據(jù)通過電臺(tái)/4G傳送至用戶觀測(cè)站，用戶觀測(cè)站的接受機(jī)接受并實(shí)時(shí)解算當(dāng)前位置坐標(biāo)，并將自位置坐標(biāo)與基準(zhǔn)站傳來的位置數(shù)據(jù)比較，得出觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性及計(jì)算結(jié)果的收斂性，以此為依據(jù)對(duì)解算結(jié)果進(jìn)行分析，減少冗余觀測(cè)量，增加觀測(cè)結(jié)果的可靠性。根據(jù)解算位置信息以及規(guī)劃的作業(yè)路徑，驅(qū)動(dòng)農(nóng)機(jī)電動(dòng)方向盤實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛和精準(zhǔn)作業(yè)。1.2網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站由服務(wù)器、北斗天線、北斗接收機(jī)組成，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站以安裝于農(nóng)場(chǎng)中心時(shí)，需要提供電源和以太網(wǎng)。1.2.1基本工作原理北斗測(cè)量型天線接收BDS、GPS星座的導(dǎo)航信號(hào)，將信號(hào)放大濾波后送給北斗測(cè)量型接收機(jī)，北斗測(cè)量型接收機(jī)對(duì)接收到的導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤、定位解算，并獲得高精度的偽距與載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)。定位解算結(jié)果、偽距、載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口傳送給服務(wù)器，服務(wù)器在通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車載智能終端，可用于高精度位置速度解算。1.2.2特點(diǎn)采用先進(jìn)的“卡爾曼濾波輔助鎖相環(huán)技術(shù)”、“雙頻、雙模、雙天線”衛(wèi)星信號(hào)兼容差分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了北斗載波相位跟蹤精度優(yōu)于1mm，農(nóng)機(jī)差分定位精度優(yōu)于8mm。1.3農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車載智能終端自動(dòng)駕駛車載智能終端安裝于農(nóng)機(jī)上，集成了顯示屏、接收機(jī)、控制器。終端獲得車輪角度信息、目標(biāo)直線信息參數(shù)，顯示信息包括衛(wèi)星數(shù)量、RTK、偏差顯示、速度、作業(yè)幅寬、車輛參數(shù)、基站、行駛軌跡等。1.3.1基本工作原理車載智能終端通過4G通信模塊接收來網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站的差分?jǐn)?shù)據(jù)，通過車載智能終端解算，獲取車輛自身精確位置速度信息，通過安裝在農(nóng)機(jī)上的三軸姿態(tài)傳感器和安裝于前橋轉(zhuǎn)角傳感器分別獲取車輛自身的三向姿態(tài)信息和轉(zhuǎn)角信息獲取，車載智能終端上進(jìn)行農(nóng)機(jī)路徑規(guī)劃和導(dǎo)航軌跡控制，通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)方向盤進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)車輛的直線自動(dòng)駕駛。1.3.2特點(diǎn)農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的是電動(dòng)方向盤，能夠匹配安裝不同的農(nóng)機(jī)，適應(yīng)了市場(chǎng)上不同廠家的農(nóng)機(jī)。車載智能終端軟件，能夠顯示當(dāng)前狀態(tài)信息；在后臺(tái)處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提供農(nóng)機(jī)實(shí)時(shí)管理平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)了作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控、任務(wù)實(shí)時(shí)下發(fā)、遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)等功能。2基于北斗導(dǎo)航農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用2.1起壟起壟具有保墑、保水、保肥等作用，但傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)的精度無法保證，使得起壟的難度大大增加?；诒倍穼?dǎo)航的農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)用降低了起壟的難度，在一定程度上可以提高成活率并且增產(chǎn)。2.2鋪膜地膜具有增溫、保墑和促進(jìn)作物早熟等效果。但鋪膜對(duì)精度要求較高，傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)作業(yè)對(duì)駕駛員的要求較高。而應(yīng)用北斗導(dǎo)航自動(dòng)控制系統(tǒng)可以在鋪膜時(shí)降低駕駛難度、提高鋪膜質(zhì)量并且不受時(shí)間限制，大大節(jié)約了勞動(dòng)成本。2.3播種、施肥、施藥傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)作業(yè)完全依賴駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)，在直線度和結(jié)合線的精度上很難得到保證，容易造成播種、施肥、施藥時(shí)的重復(fù)和遺漏，而應(yīng)用北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠在減輕駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)有效提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。2.4實(shí)時(shí)監(jiān)控車載智能終端控制軟件，前臺(tái)單機(jī)調(diào)試控制系統(tǒng)，顯示當(dāng)前系統(tǒng)信息；后臺(tái)處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程操控農(nóng)機(jī)，建立農(nóng)機(jī)實(shí)時(shí)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控、任務(wù)實(shí)時(shí)下發(fā)、遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)等功能，最終實(shí)現(xiàn)輔助職能部門監(jiān)管、農(nóng)機(jī)具租賃等功能，使北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)朝著“互聯(lián)網(wǎng)+智能農(nóng)機(jī)”的方向邁進(jìn)。2.5作業(yè)規(guī)劃和調(diào)度通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位，可以實(shí)時(shí)掌握農(nóng)具的田間作業(yè)情況，包括農(nóng)具的作業(yè)地號(hào)、作業(yè)速度等信息，并將實(shí)時(shí)作業(yè)情況通過信息中心的屏幕顯示，使農(nóng)機(jī)管理人員隨時(shí)根據(jù)機(jī)車田間作業(yè)情況，科學(xué)合理的對(duì)全場(chǎng)農(nóng)機(jī)作業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一指揮和調(diào)度。作業(yè)調(diào)度也同樣可以應(yīng)用在農(nóng)機(jī)跨區(qū)作業(yè)的調(diào)度上。3結(jié)語相比較國(guó)外的衛(wèi)星導(dǎo)航農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）產(chǎn)品純國(guó)產(chǎn)化，產(chǎn)品可控，產(chǎn)品成本低。（2）采用基于北斗導(dǎo)航的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，確保了國(guó)家農(nóng)機(jī)信息安全。（3）自動(dòng)駕駛系統(tǒng)采用電動(dòng)方向盤安裝操作方便。我相信具有基于北斗導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的“互聯(lián)網(wǎng)+智能農(nóng)機(jī)”會(huì)推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)實(shí)踐的前提與技術(shù)保障，會(huì)在振興鄉(xiāng)村的戰(zhàn)略中發(fā)揮重要作用。Reference：[1]張超,陳永成.推進(jìn)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)的幾點(diǎn)建議[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2015（3）:20-21.[2]邱新偉,王俊發(fā),李亞芹,等.淺析我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù),2015（3）:4-6.[3]劉剛．精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)組織、決策分析及在我國(guó)的應(yīng)用實(shí)踐．http://www.51lw．com∥article/sociology／662.htm,2003-06-16[4]李軍,馬蓉.拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2012,39(5