[发明专利]一种基于GPS 和激光技术的高程控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于GPS和激光技术的高程控制方法，用于开沟铺管作业的开沟铺管机，其特征在于，包括：

步骤100，设置GPS基站并确定激光发射器的位置坐标和固定在开沟臂上的激光接收器的三维坐标；

步骤200，判断GPS信号和激光信号是否有效，并进行相应的数据存储和定位信息的处理；

步骤300，在空间坐标系中计算出开沟臂底端的三维坐标，驱动开沟臂移动；

步骤400，将当前开沟臂高程信号与事先设定的开沟臂高程信号进行比对，确定高程控制信息，实现对深度调节液压缸的控制。

2.如权利要求1所述的高程控制方法，其特征在于，所述步骤100包括：

步骤101，由GPS基站确定激光发射器的位置坐标为X0、Y0、Z0，此时GPS天线的坐标为X1、Y1、Z1，则可以根据激光发射器发射的斜面坡度计算出激光接收器的位置坐标X2、Y2、Z2。

3.如权利要求1所述的高程控制方法，其特征在于，所述步骤200包括：

步骤201，由同步触发模块不断的向GPS接收模块和激光接收器发送同步脉冲，当判断二者数据传输同步时，数据处理与控制中心予以接收；

步骤202，由于GPS接收模块接收的是在WGS84坐标系下的坐标，因此需要将接收到的三维坐标值进行坐标转换，转换成当地空间直角坐标系中的坐标值；

步骤203，当地面起伏较大或其它异常情形时，激光接收器接收不到信号，此时以GPS接收模块接收到的高程信息作为控制依据，判断开沟臂执行的方向，驱动开沟臂移动；

步骤204，当激光接收器能接收到激光发射器的信号时，再由GPS接收模块接收到的高程信号和激光接收器接收到的相对高程信号的融合作为微调控制信号。

4.如权利要求1所述的高程控制方法，其特征在于，所述步骤300包括：

步骤301，倾角传感器输出的信号经处理后得到的开沟臂顶端与空间的夹角为θ、γ、ψ，开沟臂的长度为L1，则可以计算得到开沟臂底端相对于基点深度位置H0。

5.如权利要求4所述的高程控制方法，其特征在于，所述步骤301包括：

步骤302，当激光接收器丢失信号时，则根据倾角传感器测得的角度和GPS接收模块接收到的坐标信息，计算出此刻开沟臂底端的三维坐标X、Y、Z，将所得开沟臂Z值与H0进行比较，判断开沟臂执行的方向，驱动开沟臂移动；

步骤303，当激光接收器恢复接收到信号后，则可以根据GPS接收模块和激光接收器二者的权重进行数据融合。

6.如权利要求5所述的高程控制方法，其特征在于，所述步骤303后，还包括：

步骤304，通过所得当前开沟臂Z值与H0进行比较实现控制；

步骤305，开沟深度许可波动ξ厘米，在[H0-ξ，H0+ξ]区间内可以近似认为所述Z值与H0相一致，此时不需要驱动深度调节液压缸，如果超过该区间，则认为开沟臂过高或者过低，对开沟臂进行控制，使所述Z值与H0达到一致。

7.一种基于GPS和激光技术的高程控制系统，用于开沟铺管作业的开沟铺管机，其特征在于，包括：

GPS定位系统，包括，GPS基站、GPS接收模块、GPS天线；

激光系统，包括，激光发射器、激光接收器；

数据处理与控制中心，用于采集GPS坐标信号、激光信号和开沟臂角度信号，并将处理后的当前开沟臂的高程与设定高程进行分析比较，判断是否驱动开沟臂；

倾角传感器，采用一种三轴加速度传感器，用于反映开沟臂的姿态；

液压执行系统，用于实施数据处理与控制中心的高程控制指令，控制电磁阀、深度调节液压缸和开沟臂的动作。

8.如权利要求7所述的高程控制系统，其特征在于，数据处理与控制中心还包括：

处理单元，用于将GPS定位系统与激光系统的数据信息进行高程定位信息的处理；

同步触发模块，用于将所述激光系统中的信号与所述GPS定位系统中GPS定位信号进行同步处理；

A/D转换器与数据传输单元，用于将激光系统和GPS定位系统的信息进行A/D转换以及进行I/O接口数据传输处理；

控制驱动模块，用于将控制驱动的信号发送至液压执行系统进行操作。