一种基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法技术

本发明专利技术的基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法，包括：a).记录起始点A的坐标；b).播种作业；c).判断Distance(A，B)≥L是否成立，成立则播种，不成立继续播种；d).当Distance(A，B)≥L时，换种；e).当Distance(A，B)≥L+d时，播种作业；f).当Distance(A，B)≥n(L+d)‑d时，停止播种并换种；当Distance(A，B)≥n(L+d)时，重新播种。本发明专利技术的小区播种控制方法，将获取的13位经纬度坐标拆分为3部分，每部分进行单精度浮点型运算，定位精度可达厘米级，满足了小区播种的精度要求，解决了单精度MCU无法直接进行双精度浮点型数据运算的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法
本专利技术涉及一种精准定位与控制方法，更具体的说，尤其涉及一种通过对获取的经纬度数据进行拆分以达到定位精度要求的基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法。
技术介绍
小区播种机是一种专门用于育种试验的精密农业机械，主要功能是按照小地块(长度为3～5米)进行播种，以便在同样生长环境下对比不同种子的生长性状、产量数据，进行种子选育。小区播种机播种作业流程如说明书附图1所示，作业前提前规划作业小区长度L，小区间隔d，作业过程中通过手动或者自动控制的方式控制种子落下位置，达到按小区播种的效果。早期小区播种机通过提前在地里划白线的方式规划小区，作业过程以人工观察白线的方式手动控制种子落下的位置；后期发展出提前铺设测量钢索、配合电控系统的方式来确定小区长度和间隔；近年来，逐步以在播种机行进轮安装编码器的方式来测量播种机的行进距离，配合电控系统自动控制播种位置；人工方式和测量钢索方式均存在现场工作量大、工作效率低、误差大的问题，编码器方式虽然提高了工作效率，但是测量实际操作中存在小区行长累积误差大、地头转弯需人工干预等问题。针对以上问题，本专利技术利用北斗高精度定位技术，实现对作业机械的精确定位，从而对作业小区进行厘米级精确控制。地球是在不停地绕地轴旋转的一个球体，在地球中腰画一个与地轴垂直的大圆圈，使圈上的每一点都和南北两极的距离相等，这个圆圈就叫作“赤道”。在赤道的南北两边，画出许多和赤道平行的圆圈，就是“纬圈”；构成这些圆圈的线段，叫做纬线。我们把赤道定为纬度零度，向南向北各为90度，在赤道以南的叫南纬，在赤道以北的叫北纬。其次，从北极点到南极点，可以画出许多南北方向的与地球赤道垂直的大圆圈，这叫作“经圈”；构成这些圆圈的线段，就叫经线。国际上规定以通过英国伦敦近郊的格林尼治天文台的经线作为计算经度的起点，即经度零度零分零秒，也称“本初子午线”。在它东面的为东经，共180度；在它西面的为西经，共180度。每一经度和纬度还可以再细分为60分，每一分再分为60秒以及秒的小数。利用经纬线，我们就可以确定地球上每一个地方的具体位置。全球卫星导航系统，(theGlobalNavigationSatelliteSystem),也称为全球导航卫星系统，是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标(经度、纬度、高度)和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统，常见系统有GPS、BDS、GLONASS和GALILEO四大卫星导航系统，近年来，由于我国北斗定位系统(BDS)的高速发展，定位精度大大提升，高精度定位系统成本也大幅降低，基于北斗高精度定位系统的应用也越来越广泛。实时动态测量(RealTimeKinematic)定位技术是基于载波相位观测值的实时动态GNSS定位技术，它是卫星定位测量技术发展中的一个新突破,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到1-2厘米的精度。小区播种机的精确控制就是基于这种厘米级的定位信息，实现对小区行长的精确测量以及播种机行进路径的精准控制。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法。本专利技术的基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法，设播种小区的长度为L，同行中相邻小区的间距为d；其特征在于，通过以下步骤来实现：a).记录起始点坐标，用户在播种田地的起点启动播种机后，通过北斗导航模块获取起始点A的经纬度坐标；b).控制播种机进行播种作业；c).作业过程中，实时获取当前点B的经纬度坐标，并计算当前点B与起始点A之间的距离Distance(A，B)，并判断Distance(A，B)≥L是否成立，如果成立，停止播种，则执行步骤d)，如果不成立，则继续播种；d).换种作业，当Distance(A，B)≥L时，播种机将存留的种子进行清种并换充新的种子，并继续行进；e).播种机行进的过程中，判断当前点与起始点的距离，当Distance(A，B)≥L+d时，播种机重新进行播种作业；f).后续行进过程中，当Distance(A，B)≥n(L+d)-d时，播种机停止播种，并进行清种、充种作业；当Distance(A，B)≥n(L+d)时，播种机重新启动播种作业，n＝2,3,4,......；g).当一行中的所有小区均播种完毕后，根据行间距控制播种机运行至下一行的播种起点，按照步骤a)至步骤f)进行新一行的小区播种，直至田地播种完毕。本专利技术的基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法，所述当前点B与起始点A之间的距离通过以下步骤进行求取：1).经纬度坐标的处理，地球视为标准球体，播种机在田地中两点之间的实际距离即为两点之间的地表距离，地表距离可通过两点的经纬度求取；设起始点A的经纬度坐标为(LonA，LatA)，当前点B的经纬度坐标为(LonB，LatB)，按照如下规则对经纬度数值进行处理：东经取经度的正值，西经取经度的负值，北纬取90-纬度值，南纬取90+纬度值；经处理后的A、B两点的经纬度坐标分别为(MLonA，MLatA)、(MLonB、MLatB)；2).计算两点间的距离，设地球为规则球体，平均半径为R；根据经纬度定义和三角函数关系可得如下计算公式：Distance(A,B)＝R*ArcCos(C)*π/180(2)其中，地球的平均半径R取6371.004m；3).假设导航区域位于北半球，纬度无需进行90+纬度值的处理，则通过三角变换公式(1)可转换为：4).原始数据拆分，将原始得到的WGS84格式的13位经纬度数据分为三部分，三部分分别为前3位数据、最后5位数据和中间5位数据，分别用D、M、F标记，以单精度浮点型运算；则公式(3)中的四个输入参数LatA、LatB、MLonA、MLonB分别用LatAD、LatAF、LatAM，LatBD、LatBF、LatBM，MLonAD、MLonAF、MLonAM，MLonBD、MLonBF、MLonBM；其对应的关系为：LatA＝LatAD+LatAF+LatAMLatB＝LatBD+LatBF+LatBMMLonA＝MLonAD+MLonAF+MLonAMMLonB＝MLonBD+MLonBF+MLonBM将上述拆分后的LatA、LatB、MLonA、MLonB带入公式(3)中可得：5).进一步变化，利用三角变换和角公式进一步变换得到最终计算公式：C＝U*V+U1*V1*W1(10)对于获取的起始点A的坐标(LonA，LatA)、当前点的坐标(LonB，LatB)，依次经步骤1)至步骤5)的处理后，利用公式(10)即可求取C的值，然后将C的值代入公式(2)即可求取A点与B点之间的距离Distance(A,B)。本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法，在对获取的13位经纬度坐标处理过程中，首先将数据的前三位、最后五位和中间的五位拆分为3部分，每部分进行单精度浮点型运算，使得定位精度可达到厘米级，满足了小区播种时对播种机定位精度的要求，解决了现有低成本单精度MCU无法直接进行双精度浮点型数据运算的问题，降低了基于北斗高精度定位及控制装置的成本，有益效果显著，便于应用推广。附图说明图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法，设播种小区的长度为L，同行中相邻小区的间距为d；其特征在于，通过以下步骤来实现：a).记录起始点坐标，用户在播种田地的起点启动播种机后，通过北斗导航模块获取起始点A的经纬度坐标；b).控制播种机进行播种作业；c).作业过程中，实时获取当前点B的经纬度坐标，并计算当前点B与起始点A之间的距离Distance(A，B)，并判断Distance(A，B)≥L是否成立，如果成立，停止播种，则执行步骤d)，如果不成立，则继续播种；d).换种作业，当Distance(A，B)≥L时，播种机将存留的种子进行清种并换充新的种子，并继续行进；e).播种机行进的过程中，判断当前点与起始点的距离，当Distance(A，B)≥L+d时，播种机重新进行播种作业；f).后续行进过程中，当Distance(A，B)≥n(L+d)‑d时，播种机停止播种，并进行清种、充种作业；当Distance(A，B)≥n(L+d)时，播种机重新启动播种作业，n＝2,3,4,......；g).当一行中的所有小区均播种完毕后，根据行间距控制播种机运行至下一行的播种起点，按照步骤a)至步骤f)进行新一行的小区播种，直至田地播种完毕。...

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法，设播种小区的长度为L，同行中相邻小区的间距为d；其特征在于，通过以下步骤来实现：a).记录起始点坐标，用户在播种田地的起点启动播种机后，通过北斗导航模块获取起始点A的经纬度坐标；b).控制播种机进行播种作业；c).作业过程中，实时获取当前点B的经纬度坐标，并计算当前点B与起始点A之间的距离Distance(A，B)，并判断Distance(A，B)≥L是否成立，如果成立，停止播种，则执行步骤d)，如果不成立，则继续播种；d).换种作业，当Distance(A，B)≥L时，播种机将存留的种子进行清种并换充新的种子，并继续行进；e).播种机行进的过程中，判断当前点与起始点的距离，当Distance(A，B)≥L+d时，播种机重新进行播种作业；f).后续行进过程中，当Distance(A，B)≥n(L+d)-d时，播种机停止播种，并进行清种、充种作业；当Distance(A，B)≥n(L+d)时，播种机重新启动播种作业，n＝2,3,4,......；g).当一行中的所有小区均播种完毕后，根据行间距控制播种机运行至下一行的播种起点，按照步骤a)至步骤f)进行新一行的小区播种，直至田地播种完毕。2.根据权利要求1所述的基于北斗导航的小区播种机精准定位与控制方法，其特征在于，所述当前点B与起始点A之间的距离通过以下步骤进行求取：1).经纬度坐标的处理，地球视为标准球体，播种机在田地中两点之间的实际距离即为两点之间的地表距离，地表距离可通过两点的经纬度求取；设起始点A的经纬度坐标为(LonA，LatA)，当前点B的经纬度坐标为(LonB，LatB)，按照如下规则对经纬度数值进行处理：东经取经度的正值，西经取经度的负值，北纬取90-纬度值，南纬取90+纬度值；经处理后的A、B两点的经纬度坐标分别为(MLonA，MLatA)、(MLonB、MLatB)；2).计算两点间的距离，设地球为规则球体，平均半径为R；根据经纬度定义和三角函数关系可得如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝凤琦，孔志刚，唐勇伟，王浩，赵晓杰，李娟，王茂励，
申请(专利权)人：山东省计算中心国家超级计算济南中心，
类型：发明
国别省市：山东,37