精准农业中的农机自动导航控制技术ppt课件.pptx

精准农业中的 农机自动导航控制技术 1 报告提纲 精准农业 农机导航技术研究现状 未来农机导航技术发展趋势 结束语 2 农业鼻祖 斲木为耜 揉木为耒 耒耨之用 以教万人 始教耕 故号神农氏 史记 三皇本纪 3 原始农业 4 传统农业 5 传统农业 锄禾日当午 汗滴禾下土 谁知盘中餐 粒粒皆辛苦 6 现代农业 7 现代农业 8 精准农业 农机自动导航 精量播种施肥 变量喷洒农药 收获自动测产 9 精准农业 世界现代农业的主要发展趋势 美国70 英国15 德国10 精准农业技术研究和应用效果显著 节约灌溉水 50 节约化肥 30 节约农药 30 降低生产成本 20 10 精准播种施肥 11 精准喷药 12 精准农业 精准农业 精确的数量 准确的时间 地点 方式 13 精准农业技术体系 精准作业 准确的时间 地点 方式 数量精确地实施播种 施肥 喷药 收割等田间作业 处方图 决策生成 分决 析影响作物生长的环境因素的时空差异定如何对作物栽培管理实施按需投入析处理田间采集到的数据定土壤水分 肥力 作物长势 病虫草害 数据分析 分确 数据采集 卫星遥感 航空遥感 近地遥感田间数据采集 车载产量检测 14 农机自动导航控制技术 15 报告提纲 精准农业 农机导航技术研究现状 未来农机导航技术发展趋势 结束语 16 我在 我要 我怎 哪 位置测量 传去哪里 路径规划 农么去 路径跟踪 转 感器机模型向控制 农机自动导航 17 农机自动导航 导航传感器位置 航向车轮转角 农机运动模型运动学模型动力学模型 导航规划直线跟踪曲线跟踪 转向角转向控制PID控制智能控制 农机状态 运动状态 农机状态 运动状态 农机状态 18 早期导航传感器 1920s Steeringattachmentfortractors USPatent 1930s 利用绕在一个大圆筒上的钢琴弦导航 1970s 低频 低电流线圈导航 1980s 机器视觉导航 19 主要导航传感器 机械触手 机器视觉 激光 20 主要导航传感器 卫星导航 21 位置测量 x1 y1 z1 x2 y2 z2 x3 y3 z3 x4 y4 z4 x y z d1 d2 d3 d4 x1 x y1 y z1 z 222 c vt1 vt0 d1 x2 x y2 y z2 z c vt2 vt0 d2222 x3 x y3 y z z c vt3 vt0 d3 x4 x y4 y z z c v4 v0 d4 222 4tt 222 3 单点动态定位 22 位置测量 伪距差分 DGPS 动态定位 23 位置测量 载波相位差分 RTK 动态定位 24 全球导航卫星系统 GNSS GlobalNavigationSatelliteSystem 25 空间星座 24 35颗卫星 分布在3 6个轨道平面 平均轨道高度19100 23616km 转道倾角55 65度 周期11 14小时 26 地面控制系统 主控站 管理 协调地面监控系统各部分的工作 收集各监测站的数据 编制导航电文 送往注入站 监控卫星状态 向卫星发送控制指令 卫星维护与异常情况处理 监测站 接收卫星数据 采集气象信息 将所收集到的数据传送给主控站 注入站 将导航电文注入GPS卫星 27 用户设备 28 全球导航卫星系统 GNSS 29 GPS GlobalPositioningSystem 空间星座 21颗工作卫星 3颗备用卫星 6个轨道面 轨道倾角55度 平均轨道高度20200km 周期11小时58分钟 30 GPS GlobalPositioningSystem 地面控制系统 主控站 1个 监测站 5个 注入站 3个 GPS卫星 注入站 监测站 主控站 31 GPS 工作频率 L1 1574 42MHz 10MHz L2 1227 60MHz 10MHz L5 1176 45MHz 10MHz 测量精度 定位 5 10m C A码 1 2m P码 授时 20ns 测速 0 1m s 32 GLONASS GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM 空间星座 21颗工作卫星 3颗备用卫星 3个轨道面 轨道倾角64 8度 平均轨道高度19100km 周期11小时15分钟 33 地面控制系统 系统控制中心 SCC 中央同步器 SC 指令和跟踪站 CTS 相位控制系统 PCS 光量子跟踪站 QOTS 导航字组控制设备 NFCE GLONASS 34 GLONASS 工作频率 L1 1 602 1 616MHz L2 1 246 1 256MHz 军用 测量精度 定位 10 15m 授时 20 30ns 测速 0 01m s 35 Galileo 空间星座 27颗工作卫星 3颗备用卫星 3个轨道面 轨道倾角56度 平均轨道高度23616km 周期14小时22分钟 36 地面控制系统 控制中心 GCC 2个 法国 意大利 上行站 GUS 14个 遥测跟踪控制 TCC 5个 任务上行链路 ULS 9个 传感器站 GSS 30个 Galileo 37 Galileo 工作频率 E2 L1 E1 1575 42MHz E6 1278 75MHz E5b 1207 14MHz E5a 1176 45MHz 测量精度 定位 4 6m 授时 50ns 38 北斗 空间星座 5颗静止轨道卫星 5 27颗中轨道卫星 4 3颗倾斜同步轨道卫星 5 3个轨道面 轨道倾角55度 平均轨道高度21500km 39 地面控制系统 主控站 测轨站 测高站 校正站 北斗 40 北斗 工作频率 B1 1561 098MHz 2 046MHz B2 1207 14MHz 2 046MHz B3 1268 52MHz 10 23MHz 测量精度 定位 10m 授时 50ns 测速 0 2m s 41 农机自动导航 导航传感器位置 航向车轮转角 农机运动模型运动学模型动力学模型 导航规划直线跟踪曲线跟踪 转向角转向控制PID控制智能控制 农机状态 运动状态 农机状态 运动状态 农机状态 42 农机运动模型 二轮车模型 YG XG vt t O Lt C xt vtcos yt vtsin vtan t t t t t L 43 农机运动模型 纯几何跟踪模型 转弯曲率 2 dcos e sin e 期望转角 VX VY C R R e PATH dQ Ld L G Vx Vy M N P H L2 d2 L2dd Ld2 d2 Ld2 arctan 2L dcos e sin e 44 导航路径规划 45 B1B2Bn A1 A2 An W d 导航路径规划 基于A B线的路径规划 46 A B C D Q1 O Q A1 B1 C1 D1 O1 W 导航路径规划 基于边界线的路径规划 47 农机转向控制 光靶导航 48 农机转向控制 辅助驾驶 49 农机转向控制 自动驾驶 50 国外农机导航产品 51 国外农机导航产品 JohnDeereGreenStarLightbar光靶引导系统GreenStarAutoTrac自动驾驶系统 52 JohnDeereGreenStarLightbar 光靶引导系统StarFire300接收机Greenstar光靶 53 JohnDeereGreenStarAutoTrac 自动驾驶系统 StarFire300 3000接收机 Greenstar1800 2630显示器 ATU200驾驶套件 54 StarFire3000 主要特点 多种精度 SF1 SF2 RTK 双系统 GPS GLONASS 高灵敏度 能捕获地平线上5度的卫星 适用于所有JohnDeere导航系统 55 GreenStarATU200驾驶套件 主要特点 安装简便 适用性广 提高生产效率 降低生产成本 减少操作失误 56 导航精度 57 JohnDeere 58 国外农机导航产品 Trimble EZ Steer辅助驾驶 EZ Pilot 辅助驾驶 Autopilot自动驾驶 59 Trimble EZ Steer辅助驾驶系统 适用于1200多种农机 提供多种导航精度 T2地形补偿技术 安装简便 60 Trimble EZ Pilot辅助驾驶系统 适用于多种农机 提供多种导航精度 T3地形补偿技术 61 Trimble Autopilot自动驾驶系统 直接与农机液压系统集成 提供多种导航精度 T3地形补偿技术 62 导航精度 63 国外农机导航产品 Topcon System110光靶引导系统 System150自动驾驶系统 System200一体化控制系统 System250G3一体化自动驾驶系统 64 TopconSystem110 光靶引导系统 GX 45控制器 AGE接收机 ASC 10电子控制器 光靶吸盘 65 自动驾驶系统 GX 45控制器 AGI 3RTK接收机 AES 25电动精确驾驶方向盘 直接界面驾驶控制器 液压驾驶控制器 TopconSystem150 200 250 66 电动精确驾驶方向盘 适用系统 System150 200 250 主要特性 能提供快速 高精度自动驾驶 可达到2cm精度 适合于所有地形状况 67 直接界面驾驶控制器 适用系统 System150 250 主要特性 标准总线接口界面 自动调节拖拉机液压阀 适合于目前市面上的所有机车 68 液压驾驶控制 适用系统 System200 250 主要特性 需安装液压控制阀 需安装车轮角度传感器 能自动驾驶拖拉机 收割机等 69 精度选择 70 精度选择 71 Topcon 72 国内农机导航技术研究 华南农业大学 73 国内农机导航技术研究 中国农业大学 74 国内农机导航技术研究 中国农业机械化科学研究院 75 国内农机导航技术研究 北京农业信息技术研究中心 国家农业信息化工程技术研究中心 76 国内农机导航技术研究 中国科学院沈阳自动化研究所 77 现代农业精准作业测控技术实验室 78 30 插秧机 种肥机 喷药机 拖拉机 精密电源 精密万用表 波形发生器 多功能校准仪 Multisim KeilMDK ARM LabVIEW 78 79 30 组合导航实验台 农机转向控制实验台 变量喷药实验台 现代农业精准作业测控技术实验室 79 近年来承担的相关科研项目 院知识创新工程重要方向性项目 现代农业精准作业测控技术与核心装置研发 KGCX2 YW 138 国家863计划项目 切纵流智能控制稻麦联合收割机导航控制技术研究与开发 2010AA101402 4 基于物联网的联合收割机群协同作业技术研发与示范 2013AA040403 国家科技支撑计划项目 农业装备分布式控制技术与集成平台研发 2011BAD20B0603 现代农业精准作业测控技术实验室 80 主要研究成果 农机智能化集成平台 大型联合收割机自动导航系统 自动导航变量喷药机 插秧机自动导航与作业系统 现代农业精准作业测控技术实验室 81 82 32 农机智能化集成平台 核心装置 模块化 规范化 平台化 82 ARM9核心 10 LCD触摸屏CAN接口WindowsCE平台 田间计算机 系统配置 任务管理 路径规划 作业监控 83 田间计算机 84 转向控制装置 机械式 85 转向控制装置 液压式 86 ARM9核心SD卡CAN接口 导航控制算法 导航控制器 87 连杆转动式 直线位移式 智能检测器 车轮转角检测器 88 ARM9核心ucOS II系统CAN接口 变量作业控制算法 变量作业控制器 89 智能CAN节点 RS232 485DI DOAD 农机总线 ISO11783协议栈 导航应用协议 分布式控制通信平台 90 农机导航集成平台 91 92 45 变量作业控制集成平台 92 核心装置检测 93 联合收割机导航系统 国内第一套大型联合收割机自主导航系统 国家 863 计划项目研究成果 94 联合收割机导航系统 柏油路面 平均误差5 6厘米 直线 平均误差8 4厘米 曲线 稻田 平均误差11 2厘米 直线 平均误差15 7厘米 曲线 江苏省农业机械试验鉴定站 2011年9月 95 组织单位 中国机械工业联合会 鉴定结论 该成果在大型联合收割机自动导航控制技术研究及导航控制系统设计开发方面 取得了具有创新性的成果 达到了国际先进水平 成果鉴定 2011年11月 96 97 45 自动导航变量喷药机 国家 十二五 科技支撑计划项目研究成果 97 药箱 分水器 隔膜泵 涡轮流量计 压力 传感器 比例阀 电磁阀 变量控制器 处方图 GPS信息 98 45 变量喷药 98 自动导航 99 自动导航与变量喷药 100 检测方法 A B 直线导航模式 50米距离直线控制自动运行