【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及现代精细化农业，尤其涉及一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法与系统。
技术介绍
1、随着全球农业的发展，农田面积不断扩大，水资源日益紧张，对农业生产效益的要求也不断提升。在这样的背景下，精密机械和智能化技术成为了农业发展的关键。灌溉作为保障农作物健康生长的关键环节，圆形喷灌机作为其中的一种重要设备，由于其高效和自动化的特性备受农业领域推崇。
2、然而，圆形喷灌机在实际操作中面临着一些挑战。基于常用的单个全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)接收机的圆形喷灌机实时精准定位方法，无法实现铰链式多跨桁架的精准定位，缺乏圆形喷灌机桁架和喷头的姿态信息获取，无法准确监测灌溉区域，确保喷洒的覆盖范围和效果。由于缺乏精准的位置和姿态时空信息，人为操作难以确保实际灌溉和施肥过程中的机械移动位置精度，不仅影响水资源的利用效率，还影响了灌溉的均匀性。因此，实现圆形喷灌机的实时、高精度位姿信息成为了关键。
3、全球定位系统(gps)是一种常用的定位技术，可以用于圆形喷灌机的精准灌溉。通过在圆形喷灌机的最外层连接桁架上安装gnss设备，可以接收卫星信号，从而确定喷灌机的准确位置和坐标信息。通过gnss定位，可以监测灌溉区域，确保喷洒的覆盖范围和效果。随着我国北斗卫星导航系统三代全面建成，北斗/gnss为精细化智慧农业提供了不可忽略的时空精准服务。然而，基于gnss精准灌溉存在一些问题：首先，由于圆形喷灌机采用铰链式多跨桁架结构，实现多跨桁架的精准定位变
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法与系统，以解决圆形喷灌机多跨桁架的位置和姿态信息难以精确获取的问题，提高大面积下圆形喷灌机实时位姿精度和工作效率，有效降低成本，推进国家北斗智慧农业战略发展。
2、本专利技术提供一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，该方法包括：
3、步骤s1：基于rtk技术获取圆形喷灌机主桁架实时定位信息，基于倾角仪获取圆形喷灌机每跨连接桁架实时姿态信息；
4、步骤s2：获取圆形喷灌机多跨桁架的几何参数，基于几何参数构建三维空间局部坐标系下的多跨节点-桁架模型；
5、步骤s3：基于圆形喷灌机主桁架的空间大地坐标与三维空间局部坐标，采用布尔莎模型的七参数方法计算空间大地坐标系旋转到三维空间局部坐标系的坐标转换模型；
6、步骤s4：基于圆形喷灌机主桁架实时定位信息、圆形喷灌机连接桁架实时姿态信息、多跨节点-桁架模型和坐标转换模型，采用结构定位分析方法实时递推得到三维空间局部坐标系下多跨桁架的位姿参数。
7、优选地，所述步骤s1包括：
8、步骤s1.1：在圆形喷灌机主桁架上安装北斗/gnss接收机作为流动站，采用rtk技术通过接收来自附近北斗/gnss基准站的实时差分修正信号，为圆形喷灌机主桁架提供厘米精度的定位，以获取圆形喷灌机主桁架实时定位信息；
9、步骤s1.2：在圆形喷灌机每跨连接桁架节点处安装三自由度倾角仪，以实时采集每跨连接桁架高频的三轴姿态信息。
10、优选地，所述步骤s2包括：
11、步骤s2.1：测量圆形喷灌机多跨桁架的几何参数，几何参数包括：多跨桁架长度、宽度、高度，喷头相对位置；
12、步骤s2.2：构建以中心桁架底座为原点的三维空间局部坐标系，其中，z轴正向为沿中心桁架轴向上，y轴正向为地理坐标系正北方向，x轴正向为地理坐标系正东方向；
13、步骤s2.3：将几何参数映射到三维空间局部坐标系，构建附有几何参数的多跨节点-桁架模型。
14、优选地，所述步骤s3包括：
15、步骤s3.1：基于rtk技术获取圆形喷灌机主桁架的空间大地坐标下的流动站位置，定义为[xayaza]t，同时并得到三维空间局部坐标系下同一点的坐标值，定义为[xbybzb]t；
16、步骤s3.2：基于布尔莎模型的七参数方法计算空间大地坐标系旋转到三维空间局部坐标系的坐标转换模型，公式为：
17、
18、其中，xa、ya、za为圆形喷灌机主桁架的空间大地坐标下的流动站位置坐标，xb、yb、zb为三维空间局部坐标系下同一点的坐标，δx、δy、δz为空间大地坐标系与三维空间局部坐标系的三个平移参数，εx、εy、εz为三个旋转参数，m为比例因子；
19、步骤s3.3：另
20、基于在两种坐标系下三个及以上坐标达到冗余观测条件，将公式(1)简化为误差方程b＝wx，其中，b表示流动站在空间坐标系与三维空间局部坐标系的坐标差，w表示系数矩阵，x表示布尔莎模型七参数，采用最小二乘方法，计算得到布尔莎坐标转换模型的最优七参数，公式为：
21、x＝(wb)/ww(2)
22、其中x表示布尔莎模型七参数，w′表示系数矩阵转置，w表示系数矩阵，b表示流动站在空间坐标系与三维空间局部坐标系的坐标差。
23、优选地，所述步骤s4包括：
24、步骤s4.1：根据圆形喷灌机主桁架实时定位信息和圆形喷灌机连接桁架实时姿态信息，进行坐标转换，确定多跨桁架的初始位姿参数；
25、步骤s4.2：基于初始位姿参数和本节桁架姿态信息和本节桁架几何参数，采用结构定位分析方法，递推计算本节桁架的位姿参数；
26、步骤s4.3：基于上一节桁架的位姿参数作为初始参数，同样采用结构定位分析方法，用位移参数递推多跨桁架节点位置和桁架位置信息，最终获取三维空间局部坐标系下多跨桁架的位姿参数。
27、与现有技术相比，本专利技术提供的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法具有如下有益效果：
28、本专利技术基于rtk技术获取圆形喷灌机主桁架实时定位信息，基于倾角仪获取圆形喷灌机每跨连接桁架实时姿态信息，获取圆形喷灌机多跨桁架的几何参数，基于几何参数构建三维空间局部坐标系下的多跨节点-桁架模型；基于圆形喷灌机主桁架的空间大地坐标与三维空间局部坐标，采用布尔莎模型的七参数方法计算空间大地坐标系转换到三维空间局部坐标系的坐标转换模型；基于圆形喷灌机主桁架实时定位信息、圆形喷灌机连接桁架实时姿态信息、多跨节点-桁架模型和坐标转换模型，采用结构定位分析方法实时递推得到三维空间局部坐标系下多跨桁架的位姿参数。本专利技术通过rtk技术和倾角仪，可以实时获取圆形喷灌机多跨桁架的位置和姿态信息，提高了灌溉作业的效率和精度。基于布尔莎模型的七参数方法计算坐标转换模型，结合结构定位分析方法，确保了位姿参数的精准度。通过实时获取圆形喷灌机多跨桁架的位置和姿态信息，可以减少人工监测和调整的频率，从而降低成本。
29、本专利技术还提供一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿系统，该系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
6.一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿系统，其特征在于，
8.根据权利要求6所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
9.根据权利要求6所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
10.根据权利要求6所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种圆形喷灌机多跨桁架的实时定位测姿方法，其特征在于，
...【专利技术属性】
技术研发人员：孟晓林，胡亮亮，李金沛，鲍艳，师晓辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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