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农用智能移动平台是开展精细农业研究和实践的重要装备,GIS是实现农用智能移动平台自主行走导航控制的重要技术之一。本文从导航定位精度的改善方法、路径规划、路径预瞄控制以及导航地理信息系统的设计等方面,进行了GIS在农用智能移动平台导航控制系统中的应用研究。
通过静态定位测量和动态定位测量实验,对DGPS定位方式、DGPS+DR(deadreckoning)组合定位方式的定位精度进行了分析。在此基础上,结合车载导航显示领域地图匹配技术的概念,提出了基于地图匹配的导航定位数据模糊校正算法,实验结果表明该算法在一定程度上能提高导航定位的精度。
根据农用智能移动平台导航控制路径规划的几种“最佳”路径生成原则,包括路程最短、时间最短、通过性能最佳、弯道最少、费用最低、满足农艺要求等,结合Dijkstra算法的核心思想,制定了相应的权值计算方法。根据“预瞄跟随理论”,结合驾驶员的驾驶经验,利用Matlab的模糊控制工具箱,设计了预瞄点的模糊生成算法。
按照易用性、实用性、可靠性、可扩充性、一致性等原则,以SuperMapObjects作为GIS组件,采用自上而下的设计方法,研制了“农用智能移动平台导航地理信息系统IFCNGIS”。该系统不仅能在电子地图中动态跟踪显示农用智能移动平台的位置,进行路径规划,并以规划出的路径作为当前行走的航线,而且能保存其运动轨迹及各时刻的车况和位姿数据,用保存的各项数据进行事后分析研究,为不断优化、提高整个导航控制系统的性能提供分析的工具。
将嵌入了前述导航定位数据校正算法、路径规划及路径预瞄控制算法的导航地理信息系统应用于农用智能移动平台的道路行走实验中,分别对直道、90°弯道、圆弧道三种预定航线进行了跟踪,直道行走时跟踪的侧向距离均方根差(DRMSmdistancerootmeansquareerror)约为0.33m,最大误差约为0.71m;90。弯道行走时跟踪的侧向DRMS约为0.73m,最大误差约为1.85m;圆弧道行走时跟踪的侧向DRMS约为1.03m,最大误差约为2.56m;总的平均误差约为0.6m。上述试验结果表明本系统用于农用智能移动平台导航控制时,能较好地完成既定的航线跟踪任务。从路径规划,到定位数据校正、预瞄点生成以及航线跟踪结果分析等各个环节,IFCNGIS系统在整个实验过程中表现出较高的可靠性和较好的实时性。因此,将GIS应用于农用智能移动平台导航控制系统的研究中是可行的。