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农机导航环境感知技术《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:13:15 阅读: 来源:注塑加工厂家

2017-04-10 19:37:17来源: 贤集网

机器视觉

机器视觉(machinevision)是利用计算机和工业摄像机模拟人类视觉功能的科学方法。在导航控制系统中,视觉传感器主要是识别路线和检测障碍物检测农业机械车辆相对目标作物行的位置和航向,使农机完成路径跟踪的自动驾驶作业或实现农机避障的驾驶作。机器视觉检测范围大,容易得到丰富的目标信息,系统的成本较低;但由于农田作业环境复杂、多变,导航过程中机器视觉精度较难控制且视觉系统要求农业机械的行驶速度较慢,对作业车辆的驾驶要求也较高。同时,视觉系统在数据处理时较难与车辆的行驶同步进行,系统的实时性较差。

GPS定位系统

全球定位系统简称GPS,是一种可全天候工作的定位系统,由围绕地球轨道运行的24颗导航卫星组成。安装在导航车辆上的GPS系统能提供车辆的三维空间位置信息。该方法是将1台GPS接收系统(由GPS天线、无线电台、接收机,电源等组成)安置在地面基站进行观测,将GPS移动站(由GPS天线、接收机、电源等组成)放在导航机械上,农机行驶时根据基站已知精密坐标,计算出基站到卫星的距离修正数,获得农机的相对坐标。导航作业中大部分采用RTK-GPS(Real-timekinematicGPS)差分GPS技术,即用附加的差分修正信号改善GPS定位精度。目前,GPS自动导航系统产品较多。其中,美国作为研究GPS自动导航最早的国家,产品较为成熟,以美国Trimble(天宝)的产品市场占有量为最大。

惯性导航单元

惯性导航单元(INS)是一种以利用惯性元件来测量车辆加速度的自主航位推算导航系统。通过导航传感器,利用积分和运算得到导航农机的速度和位置,达到对车辆导航定位(主要是车辆航向角)目的的一种导航方法。惯性导航系统通常由惯性测量装置、转角传感器等组成。惯性测量装置(又称惯性测量单元)包括加速度计和陀螺仪。其中,加速度计测量车辆的航向信息及陀螺仪行程导航的坐标信息;惯性导航单元可以提供速度、航向和姿态等信息。惯性导航系统短时间内精度较高、稳定性好、不易受干扰、鲁棒性较强,但系统误差随时间累积精度逐渐降低,一般与其他导航单元结合使用,不单独进行导航定位。设计了基于GPS和惯性导航的果园机械系统,以GPS和陀螺仪作为导航传感器,开发自动导航系统,以福田欧豹拖拉机为实验平台,并对各系统单元进行了测试,表明系统具有较高的可靠性。

组合导航单元

单一的导航系统常常不能满足现代农业机械的导航定位的精度要求,而组合导航定位系统精度较高、成本低廉,常将不同传感器信息互相融合,相互弥补,利用算法构成一种冗余度和准确度更高的多功能系统。其中,常用的融合算法主要有Kalman滤波、航迹融合法、模糊推算方法及神经网络法等方法。在以GPS和机器视觉的组合导航定位方法为导航感知方法下,采用一种较优化的算法UKF滤波法对传感器数据进行了滤波。实验结果表明:滤波后系统的定位曲线较平滑,定位精度和稳定性都有了提高,提高了导航系统的鲁棒性。其它的常用导航定位方式有电磁导航、机械导航、超声波导航及激光导航等。

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