一种基于地轮与卫星定位的农业机具测速方法及测速装置与流程

本发明涉及农业机具的运行速度测量，特别是涉及一种基于地轮与卫星定位的农业机具测速方法及测速装置。

背景技术：

1、随着农业技术及农艺的发展，以及各类精密作业的农业机具出现，各类农机能够随前进速度的变化，实时改变播种量、施肥量及喷药量的大小，这样既节约了种子化肥农药，又减少土壤和水资源污染。精确的速度测量是此类精密播种机、施肥机、喷药机的电控系统能够精准作业的前提，在随速控制中至关重要。

2、目前一般测速方法为以霍尔元件装在拖拉机的驱动轮或装在独立第五轮作为测速轮。以霍尔元件技术设计的测速轮，首先由于轮子一圈点数不多，测量精度较低，其次这种测速方式从原理上存在轮胎打滑，会导致速度偏差。以此速度作为调控参数必然导致调控精确度下降。

3、还有的测速方法是基于gps或北斗系统进行测速，该方式在低速时测速误差很大，且存在信号不稳定的缺点，当机具受到山体等掩体的遮挡可能会导致信号时强时弱或信号中断，严重影响正常作业。

4、现有技术中，专利cn 208590238u公开了一种播种机电控系统，其同时包含地轮测速单元与gps/北斗测速单元，该测速系统中，根据速度值大小区分采用地轮信号还是gps/北斗信号，实现了在各种情况下都可以精确采集播种机速度信号，还可以根据两个信号的有无还可以判断地轮测速单元和gps/北斗测速单元的好坏，若地轮测速出现异常，仍可由gps/北斗来测速，解决了现有技术中因地轮速度传感器易出现磕碰磨损的问题。该方案中，简单地根据速度大小采用不同测速单元测得的速度，控制逻辑太简单，不能保证测速的准确性，测得的速度数据的可信度较低。

5、此外，专利cn 112913388 a中提到了对地轮测得的第一移动速度与卫星定位测得的第二移动速度进行整合，整合方法为：判断第一移动速度与第二移动速度两者的差值是否小于预设阈值，是则采用地轮测得的速度，否则采用卫星测得的速度，这种判断逻辑仍然较为简单直接，得到的速度仍然具有可信度不高的缺点。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种充分考虑了地轮与卫星信号两者的数据，能够得到可信度更高的即时运行速度的基于地轮与卫星定位的农业机具测速方法及测速装置。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明的基于地轮与卫星定位的农业机具测速方法由农业机具的控制系统实施，所述方法包括：

3、基于所述地轮模块以及所述卫星定位模块两者的采集数据确定农业机具的行驶速度；

4、所述方法具体包括：

5、对所述卫星定位模块采集的数据的质量进行评估；

6、本步骤中，卫星定位模块的数据质量主要包括信号有无、信号强度、信号连续性等。

7、当所述卫星定位模块采集的数据连续有效时，基于所述地轮模块与所述卫星定位模块两者的采集数据共同确定农业机具的即时行驶速度；并在满足修正条件时基于所述即时行驶速度计算对所述地轮模块的修正系数；

8、本步骤中，修正条件为信号质量从不稳定状态恢复稳定且基于卫星定位模块计算得到的第二速度v2大于预定速度阈值v0，或者，同时满足以下三个条件：卫星信号连续稳定、第二速度v 2大于预设速度阈值v0、且距离上一次更新修正系数的时间到达预设的时间阈值。前一种情形下，由于在机具的运行速度较高时，卫星定位模块的速度精度较高，因此，在卫星定位模块的信号质量从不稳定状态恢复稳定后且第二速度v2大于预定速度阈值v0时，是一个更新修正系数的时机。后一种情形下，可以定时更新修正系数备用，以使得在需要用到修正系数时可以有最新的准确修正系数可以调用。

9、当所述卫星定位模块采集的数据不稳定或没有数据时，利用所述修正系数对所述地轮模块的采集数据进行修正得到所述即时行驶速度。

10、进一步地，所述基于所述地轮模块与所述卫星定位模块两者的采集数据共同确定农业机具的即时行驶速度，包括：

11、基于所述地轮模块的编码器采集的数据计算得到第一速度v1；

12、基于所述卫星定位模块采集的数据计算得到第二速度v2；

13、基于如下模型计算所述即时行驶速度vcurrent＝αv1+βv2，其中，α为对应于所述第一速度v1的权重，β为对应于所述第二速度v2的权重，α+β＝1；当所述第一速度v1或所述第二速度v2小于预定速度阈值v0时，α＞β；当所述第一速度v1或所述第二速度v2大于预定速度阈值v0时，α＜β。

14、进一步地，所述模型中的权重α基于如下公式进行自适应调整：

15、

16、

17、其中，k、m为调整因子，代表速度综合指标，∈为常数以防止分母的值为0，∈可以是很小的数值，如10-6。

18、进一步地，所述基于所述即时行驶速度计算对所述地轮模块的修正系数，包括：

19、每隔预设时间间隔基于当前的所述即时行驶速度vcurrent与根据所述地轮模块确定的第一速度v1计算速度偏差值△v＝vcurrent-v1，得到由特定数量的、连续的、最新采集的速度偏差值构成的偏差数组；

20、基于每个所述偏差值计算对应的偏差率γ＝△v/v1；

21、基于所述偏差数组对应的所有所述偏差率构建修正模型。本步骤中，可以基于平均绝对误差、均方程构建修正模型。

22、进一步地，所述利用所述修正系数对所述地轮模块的采集数据进行修正得到所述即时行驶速度，包括：

23、基于所述修正模型对偏差率进行预测，得到预测的偏差率，也即所述修正系数；

24、基于预测的修正系数对所述第一速度v1进行修正，得到所述即时行驶速度。

25、进一步地，所述方法还包括：

26、当所述第二速度v2大于预定速度阈值v0时，判断所述第二速度v2与所述第一速度v1的相对偏差率是否超出预设阈值，得到第一判断结果；

27、当所述第一判断结果为是，对所述地轮的机械结构参数进行调整，以改善所述相对偏差率。

28、本发明中，地轮包括轮圈以及相对于轮圈圆周阵列排布的多个金属条，各所述金属条能够相对于所述轮圈伸缩，且地轮还包括调节盘，所述调节盘能够被直线调节元件驱动在所述轮圈的轴向上运动，每个所述金属条分别通过连接件连接所述调节盘，如此，直线调节元件推动调节盘运动能够改变所有金属条的伸出长度。通过上述方式，利用连接控制系统的直线调节元件对金属条的伸出长度进行调节，可以实现对地轮产生的数据偏差过大的问题进行改善。

29、基于地轮与卫星定位的农业机具测速装置，其包括：

30、地轮模块，其包括地轮以及能够检测所述地轮的转动角度的编码器；

31、卫星定位模块，其能够基于gps系统和/或北斗系统对农业机具进行定位；

32、控制系统，其连接所述地轮模块以及所述卫星定位模块，并能够实施上述的基于地轮与卫星定位的农业机具测速方法。

33、有益效果：本发明的基于地轮与卫星定位的农业机具测速方法及测速装置，具有如下有益效果：

34、(1)能够充分利用地轮模块产生的数据具有的连续性、精确性的特性，并利用卫星定位模块产生的数据的全局性、没有累积误差的特征，通过对两者计算的速度进行结合，可以有效提升最终计算得到的即时行驶速度的可信度，抵消地轮模块的累积误差与可能打滑的缺陷以及卫星定位模块在低速时定位不够精确与信号不稳定的缺陷，使得农业机具在连续运行过程中能够准确测速。

35、(2)自适应调整权重α与β的策略设计，考虑了速度阈值v0，可以保证α是区间[0,1]中的数值，并且实现基于第一速度v1与第二速度v2自适应动态调整权重α与β，形成权重的平滑过渡，保证融合结果对低速时地轮数据的依赖及高速时对卫星数据的重视。

36、(3)能够监测第一速度v1与第二速度v2的相对偏差率，并在必要时对地轮模块的偏差率过大的问题进行改善。