精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制技術(shù)課件

1、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制技術(shù)報(bào)告提綱 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究現(xiàn)狀 未來(lái)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 結(jié)束語(yǔ)農(nóng)業(yè)鼻祖斲木為耜， 揉木為耒， 耒耨之用， 以教萬(wàn)人。 始教耕。 故號(hào)神農(nóng)氏。史記三皇本紀(jì)原始農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)鋤禾日當(dāng)午， 汗滴禾下土， 誰(shuí)知盤中餐， 粒粒皆辛苦?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航精量播種施肥變量噴灑農(nóng)藥收獲自動(dòng)測(cè)產(chǎn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì) 美國(guó)70%、英國(guó)15%、德國(guó)10%精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)研究和應(yīng)用效果顯著 節(jié)約灌溉水：50% 節(jié)約化肥：30% 節(jié)約農(nóng)藥：30% 降低生產(chǎn)成本：20%精準(zhǔn)播種施肥精準(zhǔn)噴藥精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 精確的數(shù)量 準(zhǔn)確的時(shí)間、地點(diǎn)、方式精準(zhǔn)

2、農(nóng)業(yè)技術(shù)體系精準(zhǔn)作業(yè)準(zhǔn)確的時(shí)間、地點(diǎn)、方式、數(shù)量精確地實(shí)施播種、施肥、噴藥、收割等田間作業(yè)處方圖決策生成分 決析影響作物生長(zhǎng)的環(huán)境因素的時(shí)空差異 定如何對(duì)作物栽培管理實(shí)施按需投入析處理田間采集到的數(shù)據(jù) 定土壤水分、肥力、作物長(zhǎng)勢(shì)、病蟲草害數(shù)據(jù)分析分 確數(shù)據(jù)采集衛(wèi)星遙感、航空遙感、近地遙感 田間數(shù)據(jù)采集、車載產(chǎn)量檢測(cè)農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制技術(shù)報(bào)告提綱 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究現(xiàn)狀 未來(lái)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 結(jié)束語(yǔ)我在我要我怎哪？ 位置測(cè)量 傳 去哪里？ 路徑規(guī)劃 農(nóng) 么去？ 路徑跟蹤 轉(zhuǎn)感器 機(jī)模型 向控制農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航導(dǎo)航傳感器位置、航向車輪轉(zhuǎn)角農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型導(dǎo)航規(guī)劃直

3、線跟蹤曲線跟蹤轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)向控制PID控制智能控制農(nóng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)農(nóng)機(jī) 狀態(tài)運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)農(nóng)機(jī)狀態(tài)早期導(dǎo)航傳感器1920s Steering attachment for tractors（US Patent）1930s 利用繞在一個(gè)大圓筒上的鋼琴弦導(dǎo)航1970s 低頻、低電流線圈導(dǎo)航1980s 機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航主要導(dǎo)航傳感器機(jī)械觸手機(jī)器視覺(jué)激光主要導(dǎo)航傳感器衛(wèi)星導(dǎo)航位置測(cè)量(x1,y1,z1)(x2,y2,z2)(x3,y3,z3)(x4,y4,z4)(x,y,z)d1d2d3d4x1 x y1 y z1 z222 cvt1 vt 0 d1x2 x y2 y z2 z cvt 2 vt 0 d2 222

4、x3 x y3 y z z cvt 3 vt 0 d3x4 x y4 y z z cv 4 v 0 d42224tt2223單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位位置測(cè)量偽距差分（DGPS）動(dòng)態(tài)定位位置測(cè)量載波相位差分（RTK）動(dòng)態(tài)定位全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）Global Navigation Satellite System空間星座24-35顆衛(wèi)星分布在3-6個(gè)軌道平面平均軌道高度19100-23616km轉(zhuǎn)道傾角55-65度周期11-14小時(shí)地面控制系統(tǒng)主控站 管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作； 收集各監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，送往注入站； 監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令； 衛(wèi)星維護(hù)與異常情況處理。監(jiān)測(cè)站

5、 接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采集氣象信息； 將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站。注入站 將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星用戶設(shè)備全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）GPS（Global Positioning System）空間星座 21 顆工作衛(wèi)星 3 顆備用衛(wèi)星 6 個(gè)軌道面 軌道傾角55度 平均軌道高度20200km 周期11小時(shí) 58分鐘GPS（Global Positioning System）地面控制系統(tǒng) 主控站：1個(gè) 監(jiān)測(cè)站：5個(gè) 注入站：3個(gè)GPS衛(wèi)星 注入站 監(jiān)測(cè)站 主控站 GPS工作頻率 L1：1574.42MHz10MHz L2：1227.60MHz10MHz L5：1176.45MHz10MHz測(cè)量精度

6、 定位：5-10m（C/A碼）、1-2m（P碼） 授時(shí)：20ns 測(cè)速：0.1m/sGLONASS（GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM）空間星座 21 顆工作衛(wèi)星 3 顆備用衛(wèi)星 3 個(gè)軌道面 軌道傾角64.8度 平均軌道高度19100km 周期11小時(shí) 15分鐘地面控制系統(tǒng) 系統(tǒng)控制中心（SCC） 中央同步器（SC） 指令和跟蹤站（CTS） 相位控制系統(tǒng)（PCS） 光量子跟蹤站（QOTS） 導(dǎo)航字組控制設(shè)備（NFCE）GLONASSGLONASS工作頻率 L1：1.6021.616MHz L2：1.2461.256MHz（軍用）測(cè)量精度 定位：10-15m

7、授時(shí)：20-30ns 測(cè)速：0.01m/sGalileo空間星座 27 顆工作衛(wèi)星 3 顆備用衛(wèi)星 3 個(gè)軌道面 軌道傾角56度 平均軌道高度23616km 周期14小時(shí) 22分鐘地面控制系統(tǒng) 控制中心（GCC，2個(gè)） 法國(guó) 意大利 上行站（GUS，14個(gè)） 遙測(cè)跟蹤控制（TCC，5個(gè)） 任務(wù)上行鏈路（ULS，9個(gè)） 傳感器站（GSS，30個(gè)）GalileoGalileo工作頻率 E2-L1-E1：1575.42 MHz E6：1278.75 MHz E5b：1207.14 MHz E5a：1176.45 MHz測(cè)量精度 定位：4-6m 授時(shí)：50ns北斗空間星座 5 顆靜止軌道衛(wèi)星（5） 2

8、7 顆中軌道衛(wèi)星（4） 3 顆傾斜同步軌道衛(wèi)星（5） 3 個(gè)軌道面 軌道傾角55度 平均軌道高度21500km地面控制系統(tǒng) 主控站 測(cè)軌站 測(cè)高站 校正站北斗北斗工作頻率 B1：1561.098 MHz2.046MHz B2：1207.14 MHz2.046MHz B3：1268.52 MHz10.23MHz測(cè)量精度 定位：10m 授時(shí)：50ns 測(cè)速：0.2m/s農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航導(dǎo)航傳感器位置、航向車輪轉(zhuǎn)角農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型導(dǎo)航規(guī)劃直線跟蹤曲線跟蹤轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)向控制PID控制智能控制農(nóng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)農(nóng)機(jī) 狀態(tài)運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)農(nóng)機(jī)狀態(tài)農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)模型二輪車模型YGXGvttOLtCxt vt co

9、syt vt sinv tan tttttL農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)模型純幾何跟蹤模型 轉(zhuǎn)彎曲率 2(d cos(e ) sin(e ) 期望轉(zhuǎn)角V XVYCRRePATHd QLdLG(Vx,Vy)MNPHL 2 d 2 ) / L 2ddLd 2 d 2 ) / Ld 2 ) arctan(2L(d cos(e ) sin(e )導(dǎo)航路徑規(guī)劃B1B2BnA1A2AnWd導(dǎo)航路徑規(guī)劃基于A-B線的路徑規(guī)劃ABCDQ1OQA1B1C1D1O1W導(dǎo)航路徑規(guī)劃基于邊界線的路徑規(guī)劃農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制光靶導(dǎo)航農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制輔助駕駛農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制自動(dòng)駕駛國(guó)外農(nóng)機(jī)導(dǎo)航產(chǎn)品國(guó)外農(nóng)機(jī)導(dǎo)航產(chǎn)品John DeereGreenStar Li

10、ghtbar光靶引導(dǎo)系統(tǒng)GreenStar AutoTrac自動(dòng)駕駛系統(tǒng)John Deere GreenStar Lightbar光靶引導(dǎo)系統(tǒng)StarFire 300 接收機(jī)Greenstar 光靶John Deere GreenStar AutoTrac自動(dòng)駕駛系統(tǒng) StarFire 300/3000 接收機(jī) Greenstar 1800/2630顯示器 ATU 200 駕駛套件StarFire 3000主要特點(diǎn) 多種精度（SF1、SF2、RTK）雙系統(tǒng) （GPS、GLONASS） 高靈敏度（能捕獲地平線上5度的衛(wèi)星）適用于所有JohnDeere導(dǎo)航系統(tǒng)GreenStar ATU 200 駕

11、駛套件主要特點(diǎn) 安裝簡(jiǎn)便 適用性廣 提高生產(chǎn)效率 降低生產(chǎn)成本 減少操作失誤導(dǎo)航精度信號(hào)導(dǎo)航精度適用范圍SF130cm耕地、噴藥、飼草應(yīng)用SF210cm耕地、噴藥、播種、收獲RTK2cm所有作業(yè)John Deere國(guó)外農(nóng)機(jī)導(dǎo)航產(chǎn)品Trimble EZ-Steer輔助駕駛 EZ-Pilot輔助駕駛 Autopilot 自動(dòng)駕駛TrimbleEZ-Steer 輔助駕駛系統(tǒng) 適用于1200多種農(nóng)機(jī) 提供多種導(dǎo)航精度 T2 地形補(bǔ)償技術(shù) 安裝簡(jiǎn)便TrimbleEZ-Pilot 輔助駕駛系統(tǒng) 適用于多種農(nóng)機(jī) 提供多種導(dǎo)航精度 T3 地形補(bǔ)償技術(shù)TrimbleAutopilot 自動(dòng)駕駛系統(tǒng) 直接與農(nóng)機(jī)液

12、壓系統(tǒng)集成 提供多種導(dǎo)航精度 T3 地形補(bǔ)償技術(shù)導(dǎo)航精度國(guó)外農(nóng)機(jī)導(dǎo)航產(chǎn)品Topcon System 110光靶引導(dǎo)系統(tǒng) System 150自動(dòng)駕駛系統(tǒng) System 200一體化控制系統(tǒng) System 250G3一體化自動(dòng)駕駛系統(tǒng)Topcon System 110光靶引導(dǎo)系統(tǒng) GX-45 控制器 AGE 接收機(jī) ASC-10 電子控制器 光靶吸盤自動(dòng)駕駛系統(tǒng) GX-45 控制器 AGI-3 RTK 接收機(jī) AES-25 電動(dòng)精確駕駛方向盤 直接界面駕駛控制器 液壓駕駛控制器Topcon System 150/200/250電動(dòng)精確駕駛方向盤適用系統(tǒng) System 150/200/250主要特

13、性 能提供快速、高精度自動(dòng)駕駛 可達(dá)到2cm精度 適合于所有地形狀況直接界面駕駛控制器適用系統(tǒng) System 150/250主要特性 標(biāo)準(zhǔn)總線接口界面 自動(dòng)調(diào)節(jié)拖拉機(jī)液壓閥 適合于目前市面上的所有機(jī)車液壓駕駛控制適用系統(tǒng) System 200/250主要特性 需安裝液壓控制閥 需安裝車輪角度傳感器 能自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)、收割機(jī)等精度選擇精度選擇Topcon國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究華南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心（國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心）國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作

14、業(yè)測(cè)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室78/30插秧機(jī)種肥機(jī)噴藥機(jī)拖拉機(jī)精密電源精密萬(wàn)用表波形發(fā)生器多功能校準(zhǔn)儀MultisimKeil MDK-ARMLabVIEW79/30組合導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)臺(tái)農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)變量噴藥實(shí)驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)測(cè)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)承擔(dān)的相關(guān)科研項(xiàng)目 院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向性項(xiàng)目現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)測(cè)控技術(shù)與核心裝置研發(fā)（KGCX2-YW-138） 國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目切縱流智能控制稻麥聯(lián)合收割機(jī)導(dǎo)航控制技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)（2010AA101402-4）基于物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)合收割機(jī)群協(xié)同作業(yè)技術(shù)研發(fā)與示范（2013AA040403） 國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目農(nóng)業(yè)裝備分布式控制技術(shù)與集成平臺(tái)研發(fā)（2011BAD

15、20B0603）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)測(cè)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 主要研究成果農(nóng)機(jī)智能化集成平臺(tái)大型聯(lián)合收割機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)航變量噴藥機(jī)插秧機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航與作業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)測(cè)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室82/32農(nóng)機(jī)智能化集成平臺(tái) 核心裝置 模塊化、規(guī)范化、平臺(tái)化ARM9 核心10” LCD 觸摸屏CAN 接口Windows CE 平臺(tái)田間計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置任務(wù)管理路徑規(guī)劃作業(yè)監(jiān)控田間計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)向控制裝置 機(jī)械式轉(zhuǎn)向控制裝置 液壓式ARM9 核心SD卡CAN 接口導(dǎo)航控制算法導(dǎo)航控制器連桿轉(zhuǎn)動(dòng)式直線位移式智能檢測(cè)器車輪轉(zhuǎn)角檢測(cè)器ARM9 核心ucOS-II系統(tǒng)CAN 接口變量作業(yè)控制算法變量作業(yè)控制器智能 CAN 節(jié)點(diǎn) RS

16、232/485DI、DOAD農(nóng)機(jī)總線 ISO 11783協(xié)議棧 導(dǎo)航應(yīng)用協(xié)議分布式控制通信平臺(tái)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航集成平臺(tái)92/45變量作業(yè)控制集成平臺(tái)核心裝置檢測(cè)聯(lián)合收割機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)內(nèi)第一套大型聯(lián)合收割機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目研究成果稻麥聯(lián)合收割機(jī)長(zhǎng) x 寬 x 高8.84.974.1 m輪距（前/后）2.45 / 2.23 m轉(zhuǎn)向半徑8 m額定功率128 kw聯(lián)合收割機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)柏油路面平均誤差 5.6厘米（直線）平均誤差 8.4厘米（曲線）稻田平均誤差 11.2厘米（直線）平均誤差 15.7厘米（曲線）江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械 試驗(yàn)鑒定站2011年9月組織單位 中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)鑒定結(jié)論 該成果在大型聯(lián)合收割機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制技術(shù) 研究及導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方面，取得了 具有創(chuàng)新性的成果，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。成果鑒定2011年11月97/45自動(dòng)導(dǎo)航變量噴藥機(jī)國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目研究成果藥 箱分 水 器隔膜泵渦輪流量計(jì)壓力傳感器比例閥電磁閥變量控制器處方圖GPS信息98/45變量噴藥地速傳感器自動(dòng)導(dǎo)航