引言
“加快建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)”是中國(guó)現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)發(fā)展中提出的新目標(biāo),強(qiáng)調(diào)以科技和機(jī)制創(chuàng)新為動(dòng)力,以設(shè)施和裝備升級(jí)為重點(diǎn),推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技裝備全領(lǐng)域突破,推動(dòng)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量高效益發(fā)展。作為全球領(lǐng)先的MEMS傳感解決方案供應(yīng)商,新納傳感很早就開(kāi)始布局精準(zhǔn)農(nóng)業(yè),推出助力農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展的高精定位傳感器,已成為全球頭部農(nóng)機(jī)企業(yè)John Deere連續(xù)7年伙伴級(jí)供應(yīng)商。未來(lái),新納將繼續(xù)以科技助力中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。
高精度定位導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展,有助于提高精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,幫助農(nóng)民通過(guò)自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)提升生產(chǎn)效率。
如何提高自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)定位精度?
我們?cè)O(shè)想一下,農(nóng)田里農(nóng)民正在用拖拉機(jī)作業(yè),沒(méi)有車(chē)道線(xiàn),沒(méi)有指示牌,也沒(méi)有高精地圖,通常拖拉機(jī)只能依賴(lài)GNSS來(lái)實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航,而傳統(tǒng)GNSS僅能提供米級(jí)定位精度。
對(duì)于這類(lèi)自動(dòng)化機(jī)器而言,精準(zhǔn)定位尤為重要。隨著技術(shù)不斷發(fā)展和突破,目前高精度定位技術(shù)可以提供移動(dòng)車(chē)輛準(zhǔn)確、可靠的絕對(duì)位置與相對(duì)位置。并且,在不影響性能提升的前提下,不斷降低成本,定位精度已提升到了厘米級(jí),這使得該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。
相對(duì)于傳統(tǒng)的GNSS,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù) (RTK) 就可以將定位精度提高到厘米級(jí)。不僅如此,RTK技術(shù)的應(yīng)用可以精確到麥田行間距,甚至是同一行中相鄰麥穗之間的間距,這不僅能最大限度地減少收割過(guò)程中的糧食浪費(fèi),同時(shí)可以更好地控制施肥過(guò)程,防止施肥過(guò)度或者施肥不足。當(dāng)然,設(shè)備作業(yè)對(duì)農(nóng)作物的損壞率也將大大降低。
那么RTK如何提高GNSS精度?首先,RTK通過(guò)測(cè)量GNSS載波信號(hào)以及獲取準(zhǔn)確的時(shí)間信息;其次,RTK使用來(lái)自基準(zhǔn)站的網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)來(lái)校正移動(dòng)站的測(cè)量數(shù)據(jù),從而進(jìn)一步提高定位數(shù)據(jù)精度。
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)必備——
高性能慣性測(cè)量單元(IMU)
當(dāng)我們說(shuō)起厘米級(jí)定位,必然會(huì)提到高精衛(wèi)慣組合定位系統(tǒng)(INS),其除了公路場(chǎng)景自動(dòng)駕駛車(chē)輛定位應(yīng)用外,同樣能完全滿(mǎn)足非公路場(chǎng)景下精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)作業(yè)要求。
INS不僅融合了GNSS與RTK數(shù)據(jù),還包括了慣性測(cè)量單元(IMU)。IMU用于測(cè)量移動(dòng)物體加速度與角速度,其中加速度計(jì)測(cè)量x、y、z軸方向的線(xiàn)性加速度,陀螺儀則測(cè)量三軸方向的角速率,最終可獲取車(chē)輛如自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)的速度、位置與運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化等信息。
但區(qū)別于路面車(chē)輛,在制定農(nóng)用設(shè)備安全移動(dòng)和導(dǎo)航解決方案時(shí),還需要考慮機(jī)械設(shè)備自身的特性。比如在振動(dòng)環(huán)境下,自動(dòng)播種機(jī)或干草打捆機(jī)安全運(yùn)行過(guò)程中,需確保IMU信號(hào)完整性,根據(jù)IMU信號(hào)鏈獲取信息來(lái)分析,以消除或減少振動(dòng)帶來(lái)的加速度變化,以及引起的誤差。目前,最有效的IMU校準(zhǔn)方法是將其置于高精度轉(zhuǎn)臺(tái)與溫箱中進(jìn)行校準(zhǔn),可確保IMU在溫度變化以及復(fù)雜場(chǎng)景下輸出的精度。
此外,相較于使用光纖陀螺儀的IMU,微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)IMU傳感器性?xún)r(jià)比更高,尺寸也更小。因而MEMS IMU傳感器在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用更為廣泛。
新納MTLT335D傾角傳感器
滿(mǎn)足ISO 13849標(biāo)準(zhǔn),兼容性好
隨著農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,對(duì)機(jī)械安全要求也越來(lái)越高:它涵蓋了各種復(fù)雜自動(dòng)化應(yīng)用,如增加農(nóng)作物產(chǎn)量,如何避免過(guò)度施肥或施肥不足,或者提高灌溉效率等。因此,符合ISO 13849安全標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)和子系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。
新納MTLT335D動(dòng)態(tài)傾角傳感器符合ISO 13849 性能級(jí)別d(PLd)的要求,開(kāi)發(fā)流程均遵循ISO 13849 中的設(shè)計(jì)和安全要求,可應(yīng)用于自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械中,推動(dòng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。
MTLT335D是MTLT305D的升級(jí)版,其外形尺寸、電氣接口、連接器與MTLT305D相同,但在關(guān)鍵性能上達(dá)到了進(jìn)一步提升與改進(jìn)。如陀螺儀角度隨機(jī)游走 (ARW) 和零偏不穩(wěn)定性 (BI)就提高了三倍。通常來(lái)說(shuō),ARW 數(shù)值越低,表示在計(jì)算姿態(tài)和位置的過(guò)程中角速率積分誤差就越小。BI表示陀螺儀零偏隨時(shí)間變化的程度,MTLT335D改進(jìn)后的BI值可以更快、更好地估計(jì)真實(shí)的陀螺儀偏差,生成更準(zhǔn)確的姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)。
MTLT335D與MTLT305D在通訊電纜以及與SAE J1939 CAN接口數(shù)據(jù)協(xié)議也是相同的,兩者可使用相同的軟件輸出數(shù)據(jù),MTLT335D可保持系統(tǒng)軟件的兼容性,可直接遷移至ISO13849標(biāo)準(zhǔn)中。因此,客戶(hù)如需改進(jìn)解決方案,可無(wú)縫兼容。
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)未來(lái)可期
縱觀(guān)當(dāng)今農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展,農(nóng)業(yè)“無(wú)限可能”這一目標(biāo)已不再遙遠(yuǎn)。當(dāng)前技術(shù)成本越來(lái)越低,技術(shù)適應(yīng)能力越來(lái)越強(qiáng)大,技術(shù)靈敏度也越來(lái)越高。曾經(jīng)被認(rèn)為無(wú)法攻克的難題,如崎嶇不平而無(wú)法耕種的地帶等,如今都可通過(guò)傳感器成功采集這些信息并用于計(jì)算與校正拖拉機(jī)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)roll, pitch 和yaw。
自動(dòng)化作業(yè)將農(nóng)民從繁重的拖拉機(jī)操作中解放出來(lái),大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和工作效率,灌溉、施肥與農(nóng)藥可以精確定位到單株農(nóng)作物,減少資源浪費(fèi),提高生產(chǎn)力。
審核編輯:郭婷
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原文標(biāo)題:期刊精選 | 厘米級(jí)高精定位賦能農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛
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