一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法，包括以下步骤：步骤(1)：获取主天线GNSS大地经纬度坐标与大地方位角；步骤(2)：将大地经纬度转为工程坐标、将大地方位角转换为工程坐标方位角；步骤(3)：依据车体传感器数值以及坐标方位角计算车体坐标系到工程坐标系过渡矩阵；步骤(4)：依据大臂、小臂、摇杆的传感器数值以及机械模型计算斗尖的车体坐标系坐标；步骤(5)：依据过渡矩阵和斗尖的车体坐标系坐标，计算出斗尖的工程坐标，本发明专利技术方法使用高精度北斗导航定位技术：该方法使用GNSS坐标与工程坐标转换算法，将GNSS坐标(B,L,H)转换为工程坐标(N,E,H),从而能够实时的获取GNSS天线的工程坐标。

A Method of Determining Bucket Tip Coordinates by GNSS and Inclination Sensor

The invention provides a method for determining the bucket point coordinates by using GNSS and inclination sensor, which includes the following steps: (1) obtaining the geodetic longitude and latitude coordinates and geodetic position angle of the main antenna GNSS; step (2): converting geodetic longitude and latitude into engineering coordinates and geodetic position angle into engineering coordinate azimuth angle; step (3): calculating the vehicle based on the vehicle body sensor value and coordinate azimuth angle. Steps (4): Calculate the coordinates of the body coordinates of the bucket tips according to the sensor values of the arms, arms, rockers and mechanical models; Step (5): Calculate the engineering coordinates of the bucket tips according to the coordinates of the body coordinates of the transition matrix and the bucket tips. The method of the invention uses high-precision Beidou navigation and positioning technology: The method uses GNSS coordinates and engineering coordinates. The range coordinate conversion algorithm converts GNSS coordinates (B, L, H) into engineering coordinates (N, E, H), so that the engineering coordinates of GNSS antenna can be obtained in real time.

【技术实现步骤摘要】
一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法
本专利技术涉及北斗数字化施工领域，具体涉及到一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法。
技术介绍
近年来，国家的基础设计建设发展迅速，国内施工领域对施工质量、精度要求越来越高，同时国家提倡节能环保，这对传统施工领域提出了新挑战。目前，国内使用挖掘机进行精细施工时，一般要求至少一名测量员和挖机操作手进行联合作业，如果进行高精度的试车场高环作业时，甚至可达到3～4名测量员和一位挖机操作手联合作业。同时传统作业方式具有以下不足：施工效率低，挖掘施工和测量员施工检核不可同步进行。施工检核的样本比较少，不能够覆盖整个作业过程。实时性不够，测量员在检核时，会打断施工进程，不能够实时的进行作业质量检核。不能够24小时作业，在夜晚时，如果照明条件不足，无法进行施工检核，同时挖机操作手在夜晚也不能够清晰的看清作业面。具有施工安全隐患，挖机操作手误操作时，可能会伤害到挖机附近的测量员。传统的河道施工，由于河面下环境的可观测性不高，或者观测难度较高，因此无法对河道施工质量进行有效的把控。
技术实现思路
为了解决上述不足的缺陷，本专利技术提供了一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法，本专利技术以用户为中心，最大程度上减少产品操作难度，提升产品功能的全面性，可靠性。本专利技术产品，解决了上述阐述的目前农机自动驾驶系统存在的不足。本专利技术产品，基于北斗卫星定位，控制精度完全满足市场需求，在减轻农户高强作业的同时，提升了土地利用率，最大程度上提高作业效率。本专利技术方法，提供了一种实时确定斗尖坐标的方法。该方法依赖高精度卫星定位系统以及车载高精度倾角传感器，利用实时的GNSS定位数据和倾角传感器数据，依据挖机车体坐标系统模型，结合GNSS坐标与工程坐标转换算法、工程坐标系统与车体坐标系统转换算法，可得出挖机铲斗斗尖的实时三维坐标。利用该方法，同时结合设计数据算法和相应的软件，可以实时的提醒用户如何进行施工，从而可以加快施工进度，提高施工质量，降低施工成本，防范施工事故发生。本专利技术提供了一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法，包括以下步骤：步骤(1)：获取主天线GNSS大地经纬度坐标与大地方位角；步骤(2)：将大地经纬度转为工程坐标、将大地方位角转换为工程坐标方位角；步骤(3)：依据车体传感器数值以及坐标方位角计算车体坐标系到工程坐标系过渡矩阵；步骤(4)：依据大臂、小臂、摇杆的传感器数值以及机械模型计算斗尖的车体坐标系坐标；步骤(5)：依据过渡矩阵和斗尖的车体坐标系坐标，计算出斗尖的工程坐标。上述的方法，其中，采用全站仪进行大臂、小臂、摇杆的倾角传感器校准，确定倾角传感器的安装误差。上述的方法，其中，依据安装在大臂上的大臂倾角传感器以及大臂传感器校准算法，可以获得大臂的实时俯仰角。上述的方法，其中，依据安装在连杆上的斗杆倾角传感器以及斗杆传感器校准算法，可以获得斗杆的实时俯仰角。上述的方法，其中，采用一种欧拉旋转矩阵作为车体坐标系到工程坐标系的过渡矩阵，该矩阵利用车体倾角传感器值和坐标方位角值进行实时更新。本专利技术提供了一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法具有以下有益效果：1、本专利技术方法使用高精度北斗导航定位技术：该方法使用GNSS坐标与工程坐标转换算法，将GNSS坐标(B,L,H)转换为工程坐标(N,E,H),从而能够实时的获取GNSS天线的工程坐标；2、本专利技术使用单机双天线类型的北斗导航定位设备，依据该设备可以获取主副天线连线的大地方位角。依据大地测量学原理，本专利技术将主副天线的大地方位角转换为工程坐标方位角；3、本专利技术依据上述转换得到的主副天线连线的工程坐标方位角，并结合车体模型，可以获得车体朝向的工程坐标方位角，该角度称之为车体航向角；4、本专利技术依据安装在车体上的车体倾角传感器以及车体传感器校准算法，可以获得车体的实时姿态。车体姿态包括俯仰角(前后方向与水平面的夹角)、翻滚角(左右方向与水平面的夹角)。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术中提到的左手坐标系(N-E-H)示意图。图2a-图2d分别为本专利技术中涉及的角度计算示意图。图3为本专利技术中旋转角示意图。图4为本专利技术中角c的计算示意图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本专利技术的技术方案。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。参照图1-图3所示，本专利技术提供的一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法，应用于TX63挖掘机北斗施工引导系统，利用GNSS以及车载倾角传感器等，计算挖机斗尖的实时坐标的算法。同时，依赖该算法，还可以计算出挖机的实时姿态，包括挖机航向、大臂(动臂)、小臂(斗杆)、摇杆、铲斗姿态等。另外，还可由此计算出大臂轴心、小臂轴心、铲斗轴心的车体坐标系坐标和工程坐标系坐标。本专利技术以用户为中心，最大程度上减少产品操作难度，提升产品功能的全面性，可靠性。本专利技术产品，解决了上述阐述的目前农机自动驾驶系统存在的不足。本专利技术产品，基于北斗卫星定位，控制精度完全满足市场需求，在减轻农户高强作业的同时，提升了土地利用率，最大程度上提高作业效率。本专利技术方法，提供了一种实时确定斗尖坐标的方法。该方法依赖高精度卫星定位系统以及车载高精度倾角传感器，利用实时的GNSS定位数据和倾角传感器数据，依据挖机车体坐标系统模型，结合GNSS坐标与工程坐标转换算法、工程坐标系统与车体坐标系统转换算法，可得出挖机铲斗斗尖的实时三维坐标。利用该方法，同时结合设计数据算法和相应的软件，可以实时的提醒用户如何进行施工，从而可以加快施工进度，提高施工质量，降低施工成本，防范施工事故发生。包括以下步骤：步骤(1)：获取主天线GNSS大地经纬度坐标与大地方位角；步骤(2)：将大地经纬度转为工程坐标、将大地方位角转换为工程坐标方位角；步骤(3)：依据车体传感器数值以及坐标方位角计算车体坐标系到工程坐标系过渡矩阵；步骤(4)：依据大臂、小臂、摇杆的传感器数值以及机械模型计算斗尖的车体坐标系坐标；步骤(5)：依据过渡矩阵和斗尖的车体坐标系坐标，计算出斗尖的工程坐标。本专利技术一优选而非限制的实施例中，本专利技术方法使用高精度北斗导航定位技术：该方法使用GNSS坐标与工程坐标转换算法，将GNSS坐标(B,L,H)转换为工程坐标(N,E,H),从而能够实时的获取GNSS天线的工程坐标。以及主副天线连线的，以及本专利技术使用单机双天线类型的北斗导航定位设备，依据该设备可以获取主副天线连线的大地方位角。依据大地测量学原理，本专利技术将主副天线的大地方位角转换为工程坐标方位角，而且本专利技术依据上述转换得到的主副天线连线的工程坐标方位角，并结合车体模型，可以获得车体朝向的工程坐标方位角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：获取主天线GNSS大地经纬度坐标与大地方位角；步骤(2)：将大地经纬度转为工程坐标、将大地方位角转换为工程坐标方位角；步骤(3)：依据车体传感器数值以及坐标方位角计算车体坐标系到工程坐标系过渡矩阵；步骤(4)：依据大臂、小臂、摇杆的传感器数值以及机械模型计算斗尖的车体坐标系坐标；步骤(5)：依据过渡矩阵和斗尖的车体坐标系坐标，计算出斗尖的工程坐标。

【技术特征摘要】
1.一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：获取主天线GNSS大地经纬度坐标与大地方位角；步骤(2)：将大地经纬度转为工程坐标、将大地方位角转换为工程坐标方位角；步骤(3)：依据车体传感器数值以及坐标方位角计算车体坐标系到工程坐标系过渡矩阵；步骤(4)：依据大臂、小臂、摇杆的传感器数值以及机械模型计算斗尖的车体坐标系坐标；步骤(5)：依据过渡矩阵和斗尖的车体坐标系坐标，计算出斗尖的工程坐标。2.如权利要求1所述的一种利用GNSS和倾角传感器确定斗尖坐标的方法，其特征在于，采用全站仪进行大臂、小臂、摇杆的倾角...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈礼伟，杨红，刘理想，毛凌，陈文学，
申请(专利权)人：南京天辰礼达电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32