基于GPS控制技术土地平整系统.pdfVIP

2011 年中国农业工程学会学术年会（CSAE 2011 ） 基于GPS 控制技术的土地平整系统 ※ 刘寅，刘刚 ，杨飞，王泷，李鑫磊，郭明明 （中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室，北京，100083） 摘 要：应用GPS 控制平地技术可有效改善农田表面微地形状况，提高农田灌溉效率，促进现代农业节水技术的发展。本研究利用 高精度AgGPS 332 接收机获取农田平面坐标和高程信息，通过姿态传感器校正平整机械行驶过程中的测量误差，根据校正后数据形 成农田三维地形图；对农田三维地形图进行可视化分析，得到农田的坡度信息以及平地基准高程、挖填土方量等计算，提出科学合理 的农田平整方案；根据用户需要选择相应的平地方式，输出液压控制信号驱动平整机械进行平地作业。本系统以工控机为工作平台， Visual C++6.0 为软件开发环境，研究相关算法，实现平地作业相关辅助决策。田间试验结果表明，该系统工作相对稳定，工作半径 达2km 左右，测量效率比人工标杆定点高90%以上，将其用于平地作业时农田的平整误差小于2.5cm，实现了预期的目标。 关键词：GPS 平地，三维地形测量，姿态传感器，高程 中图分类号：S24、TP3 我国在此方面的研究空白。 0 引 言 应用土地精细平整技术可有效改善农田微地形状 1 GPS 控制平地系统的工作原理 [1] 况 ，提高田间地面灌溉效率和灌溉水分布的均匀程度， 是发展我国现代农业节水技术，促进农业增产高效的重 GPS 控制平地系统主要由三维地形测量系统、控制 要措施之一。 作业系统、液压执行机构、拖拉机和平地铲组成。其中 目前，国内主要采用激光控制平地技术进行土地精 液压机构包含齿轮泵、液压调节器、油箱和液压缸等。 细平整，利用激光束扫射形成参照平面作为非视觉操作 三维地形测量系统通过 GPS 接收机接收观测点的平面 控制手段，代替常规平地设备操作人员的目测判断能力 坐标和高程信息，并对测量数据进行坐标变换和误差处 来自动控制液压平地机具刀口的升降，从而能够大幅度 理，根据校正后的数据形成农田三维地形图。控制作业 [2] 提高田间土地的平整精度 。但是该技术仅适用于小范 系统根据地块表面积、平地坡度等信息，设计相关算法 围内的土地精细平整，且易受天气情况影响，在强光、 得到平地基准高程，进而根据高程的变化输出液压控制 大风情况下工作会对平地精度产生较大影响。 信号控制平地铲升降，完成平地作业。 自2005 年起，国外开始研究基于全球定位系统 [3] (Global Positioning System，GPS)的平地技术 ，该技术 2 GPS 控制平地系统的设计 是利用GPS 定位及数据采集作为非视觉控制手段，来控 制液压平地机具的升降高度，达到精细平整土地的目的。 2.1 三维地形测量系统 由于GPS 接收机可获得地表任何位置的定位信息，且工 三维地形测量系统主要包括GPS 接收系统、姿态方 作不受天气影响，因此实现了农田土地的高精度、大范 [4]。目前，美国Trimble 公司已经推出基 位校正系统和数据处理终端。系统组成如图1 所示： 围、全天候平整 于GPS 技术的控制平地系统相关设备，并在美国的大型 农场中得到了广泛的应用和推广，取得了很好的效果， 但是价格昂贵，未能在国内得到引进和使用[5] 。 基于此，本文率