[发明专利]一种基于GPS 和激光技术的高程控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明针对农业机械装备自动化控制技术领域，涉及一种高程控制方法及系统，尤其涉及一种采用GPS(Global Position System，全球定位系统)技术结合激光技术实现对开沟铺管机田间作业的开沟深度和坡度进行实时控制的方法及系统。

背景技术

上世纪九十年代以前，开沟铺管机的高程(开沟深度和坡降)一直是通过人工测量并借助机械装置操控，不仅劳动强度大、工作效率低，而且难以避免发生一些人为误差，影响施工质量。九十年代以后至今，随着农业机械自动化的发展与进步，开沟铺管机的高程控制普遍采用激光制导仪控制完成。基本控制过程如下：激光接收器接收来自激光发射器发出的激光信号，通过信号的接收、处理和转换，最后传送给控制器，控制器可根据来自激光接收器的信号，判断激光接收器相对基准参考平面的偏差位置，在控制器面板上实时显示相对高低，并发送相应的控制信号给液压控制系统，使之反馈控制开沟铺管机开沟臂升降，直至激光接收器中心位于激光参考平面内时，便控制开沟铺管机开沟臂保持稳定。

激光技术是一种被动式测量高程技术，激光本身并没有时间基准和位置基准。激光控制高程精度目前可以达到2厘米，众所周知，这种方式的激光制导虽然精确，但其作用距离是有限的，尤其是需要通视条件，在有地形阻挡时不可能实施，而在云雾以及烟尘阻挡时有效性也大大降低。目前采用激光控制高程时，需要在作业前人工拿着测量杆对整块地采样，并且当地面起伏较大时，激光接收器可能接收不到信号。而GPS制导基本上没有距离限制，也不受天气和地形限制，但是精确性却不如激光制导。GPS定位系统可以实时测定流动点的位置并提供测量时间，为系统提供WGS84大地测量基准和时间基准。低精度的GPS接收模块水平测量精度能满足要求，但测量高程坐标时误差较大；高精度的GPS接收模块成本又非常高，因此大多数都选用价格合理、精度较高的、支持RTK(Real Time Kinematic，实时动态测量)技术的双频GPS-OEM板(RTK GPS-OEM板)来完成测点信息的采集。采用GPS技术结合激光技术，使其二者优势互补，在开沟铺管机高程自动测控系统中有着较好的应用前景。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种基于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。

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。

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。

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。

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；