精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)機自動導(dǎo)航控制技術(shù)課件

1、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)機自動導(dǎo)航控制技術(shù)報告提綱 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)研究現(xiàn)狀 未來農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展趨勢 結(jié)束語農(nóng)業(yè)鼻祖斲木為耜， 揉木為耒， 耒耨之用， 以教萬人。 始教耕。 故號神農(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)機自動導(dǎo)航精量播種施肥變量噴灑農(nóng)藥收獲自動測產(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 美國70%、英國15%、德國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)確的時間、地點、方式精準(zhǔn)

2、農(nóng)業(yè)技術(shù)體系精準(zhǔn)作業(yè)準(zhǔn)確的時間、地點、方式、數(shù)量精確地實施播種、施肥、噴藥、收割等田間作業(yè)處方圖決策生成分 決析影響作物生長的環(huán)境因素的時空差異 定如何對作物栽培管理實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、作物長勢、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)量檢測農(nóng)機自動導(dǎo)航控制技術(shù)報告提綱 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)研究現(xiàn)狀 未來農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展趨勢 結(jié)束語我在我要我怎哪？ 位置測量 傳 去哪里？ 路徑規(guī)劃 農(nóng) 么去？ 路徑跟蹤 轉(zhuǎn)感器 機模型 向控制農(nóng)機自動導(dǎo)航農(nóng)機自動導(dǎo)航導(dǎo)航傳感器位置、航向車輪轉(zhuǎn)角農(nóng)機運動模型運動學(xué)模型動力學(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)機狀態(tài)運動狀態(tài)農(nóng)機 狀態(tài)運動 狀態(tài)農(nóng)機狀態(tài)早期導(dǎo)航傳感器1920s Steering attachment for tractors（US Patent）1930s 利用繞在一個大圓筒上的鋼琴弦導(dǎo)航1970s 低頻、低電流線圈導(dǎo)航1980s 機器視覺導(dǎo)航主要導(dǎo)航傳感器機械觸手機器視覺激光主要導(dǎo)航傳感器衛(wèi)星導(dǎo)航位置測量(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單點動態(tài)定位位置測量偽距差分（DGPS）動態(tài)定位位置測量載波相位差分（RTK）動態(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 個軌道面 軌道傾角55度 平均軌道高度20200km 周期11小時 58分鐘GPS（Global Positioning System）地面控制系統(tǒng) 主控站：1個 監(jiān)測站：5個 注入站：3個GPS衛(wèi)星 注入站 監(jiān)測站 主控站 GPS工作頻率 L1：1574.42MHz10MHz L2：1227.60MHz10MHz L5：1176.45MHz10MHz測量精度

6、 定位：5-10m（C/A碼）、1-2m（P碼） 授時：20ns 測速：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 個軌道面 軌道傾角64.8度 平均軌道高度19100km 周期11小時 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）測量精度 定位：10-15m

7、授時：20-30ns 測速：0.01m/sGalileo空間星座 27 顆工作衛(wèi)星 3 顆備用衛(wèi)星 3 個軌道面 軌道傾角56度 平均軌道高度23616km 周期14小時 22分鐘地面控制系統(tǒng) 控制中心（GCC，2個） 法國 意大利 上行站（GUS，14個） 遙測跟蹤控制（TCC，5個） 任務(wù)上行鏈路（ULS，9個） 傳感器站（GSS，30個）GalileoGalileo工作頻率 E2-L1-E1：1575.42 MHz E6：1278.75 MHz E5b：1207.14 MHz E5a：1176.45 MHz測量精度 定位：4-6m 授時：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 測軌站 測高站 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測量精度 定位：10m 授時：50ns 測速：0.2m/s農(nóng)機自動導(dǎo)航導(dǎo)航傳感器位置、航向車輪轉(zhuǎn)角農(nóng)機運動模型運動學(xué)模型動力學(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)機狀態(tài)運動狀態(tài)農(nóng)機 狀態(tài)運動 狀態(tài)農(nóng)機狀態(tài)農(nóng)機運動模型二輪車模型YGXGvttOLtCxt vt co

9、syt vt sinv tan tttttL農(nóng)機運動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)機轉(zhuǎn)向控制光靶導(dǎo)航農(nóng)機轉(zhuǎn)向控制輔助駕駛農(nóng)機轉(zhuǎn)向控制自動駕駛國外農(nóng)機導(dǎo)航產(chǎn)品國外農(nóng)機導(dǎo)航產(chǎn)品John DeereGreenStar Li

10、ghtbar光靶引導(dǎo)系統(tǒng)GreenStar AutoTrac自動駕駛系統(tǒng)John Deere GreenStar Lightbar光靶引導(dǎo)系統(tǒng)StarFire 300 接收機Greenstar 光靶John Deere GreenStar AutoTrac自動駕駛系統(tǒng) StarFire 300/3000 接收機 Greenstar 1800/2630顯示器 ATU 200 駕駛套件StarFire 3000主要特點 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 安裝簡便 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國外農(nóng)機導(dǎo)航產(chǎn)品Trimble EZ-Steer輔助駕駛 EZ-Pilot輔助駕駛 Autopilot 自動駕駛TrimbleEZ-Steer 輔助駕駛系統(tǒng) 適用于1200多種農(nóng)機 提供多種導(dǎo)航精度 T2 地形補償技術(shù) 安裝簡便TrimbleEZ-Pilot 輔助駕駛系統(tǒng) 適用于多種農(nóng)機 提供多種導(dǎo)航精度 T3 地形補償技術(shù)TrimbleAutopilot 自動駕駛系統(tǒng) 直接與農(nóng)機液

12、壓系統(tǒng)集成 提供多種導(dǎo)航精度 T3 地形補償技術(shù)導(dǎo)航精度國外農(nóng)機導(dǎo)航產(chǎn)品Topcon System 110光靶引導(dǎo)系統(tǒng) System 150自動駕駛系統(tǒng) System 200一體化控制系統(tǒng) System 250G3一體化自動駕駛系統(tǒng)Topcon System 110光靶引導(dǎo)系統(tǒng) GX-45 控制器 AGE 接收機 ASC-10 電子控制器 光靶吸盤自動駕駛系統(tǒng) GX-45 控制器 AGI-3 RTK 接收機 AES-25 電動精確駕駛方向盤 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 自動調(diào)節(jié)拖拉機液壓閥 適合于目前市面上的所有機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 能自動駕駛拖拉機、收割機等精度選擇精度選擇Topcon國內(nèi)農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)研究華南農(nóng)業(yè)大學(xué)國內(nèi)農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)研究中國農(nóng)業(yè)大學(xué)國內(nèi)農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)研究中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院國內(nèi)農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)研究北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心（國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心）國內(nèi)農(nóng)機導(dǎo)航技術(shù)研究中國科學(xué)院沈陽自動化研究所現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作

14、業(yè)測控技術(shù)實驗室78/30插秧機種肥機噴藥機拖拉機精密電源精密萬用表波形發(fā)生器多功能校準(zhǔn)儀MultisimKeil MDK-ARMLabVIEW79/30組合導(dǎo)航實驗臺農(nóng)機轉(zhuǎn)向控制實驗臺變量噴藥實驗臺現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)測控技術(shù)實驗室近年來承擔(dān)的相關(guān)科研項目 院知識創(chuàng)新工程重要方向性項目現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)測控技術(shù)與核心裝置研發(fā)（KGCX2-YW-138） 國家863計劃項目切縱流智能控制稻麥聯(lián)合收割機導(dǎo)航控制技術(shù)研究與開發(fā)（2010AA101402-4）基于物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)合收割機群協(xié)同作業(yè)技術(shù)研發(fā)與示范（2013AA040403） 國家科技支撐計劃項目農(nóng)業(yè)裝備分布式控制技術(shù)與集成平臺研發(fā)（2011BAD

15、20B0603）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)測控技術(shù)實驗室 主要研究成果農(nóng)機智能化集成平臺大型聯(lián)合收割機自動導(dǎo)航系統(tǒng)自動導(dǎo)航變量噴藥機插秧機自動導(dǎo)航與作業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)測控技術(shù)實驗室82/32農(nóng)機智能化集成平臺 核心裝置 模塊化、規(guī)范化、平臺化ARM9 核心10” LCD 觸摸屏CAN 接口Windows CE 平臺田間計算機系統(tǒng)配置任務(wù)管理路徑規(guī)劃作業(yè)監(jiān)控田間計算機轉(zhuǎn)向控制裝置 機械式轉(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)動式直線位移式智能檢測器車輪轉(zhuǎn)角檢測器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 RS

16、232/485DI、DOAD農(nóng)機總線 ISO 11783協(xié)議棧 導(dǎo)航應(yīng)用協(xié)議分布式控制通信平臺農(nóng)機導(dǎo)航集成平臺92/45變量作業(yè)控制集成平臺核心裝置檢測聯(lián)合收割機導(dǎo)航系統(tǒng)國內(nèi)第一套大型聯(lián)合收割機自主導(dǎo)航系統(tǒng)國家“863”計劃項目研究成果稻麥聯(lián)合收割機長 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)機械 試驗鑒定站2011年9月組織單位 中國機械工業(yè)聯(lián)合會鑒定結(jié)論 該成果在大型聯(lián)合收割機自動導(dǎo)航控制技術(shù) 研究及導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)方面，取得了 具有創(chuàng)新性的成果，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。成果鑒定2011年11月97/45自動導(dǎo)航變量噴藥機國家“十二五”科技支撐計劃項目研究成果藥 箱分 水 器隔膜泵渦輪流量計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導(dǎo)航