一种播种机单体定位方法与流程

本发明属于农机自动化及智能化领域，具体涉及一种播种机各单体直行定位方法及播种滞后补偿方法。

背景技术：

播种机在进行直行变量播种、区段控制等智能化播种作业时，通常定位系统只有一个接收机，安装在与播种机有一定距离的拖拉机车顶中心轴位置；而播种机的播种行数至少为2行，多者为几十行，因此播种机由一个播种区域进入另一个播种区域(或进入已播种区域)时，由于播种边界形状不规则而造成各播种单体不是同时进入新的播种区域，因此要想达到更为精准的变量播种和区段控制必须知道每一行播种单体位置，通过实现对每个播种单体的精确独立控制来提高播种精度。

另外，智能化播种过程中，由于控制系统本身程序执行周期、排种器排种加减速时间、种子从排种口下落到种沟所耗时间等因素影响造成播种机播种出现距离滞后，且该滞后距离随着前进速度的增加而变大。

为此，本发明提出了一种播种机各单体直行定位方法及播种滞后补偿方法，以解决上述问题。为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种播种机单体直行播种定位方法，该方法应用于播种系统，所述播种系统包括拖拉机、定位系统接收机、播种机和播种单体，其中拖拉机牵引播种机，定位系统接收机安装在拖拉机上，播种机上均匀分布有偶数个播种单体，该方法包括：

(1)根据定位系统接收机接收到的位置信号获得定位系统接收机在平面坐标系的地理位置；

(2)计算第i行播种单体与定位系统接收机之间形成的向量与坐标系x轴正轴的夹角θi，其中i∈[1,n]，n为播种单体的数量；

(3)根据第i行播种单体与定位系统接收机之间的距离计算第i行播种单体的坐标。

所述的定位方法，其中：步骤(2)中，设第i行播种单体的坐标为(xi，yi)，则各行单体坐标与定位系统接收机定位的坐标(x，y)形成向量(xi-x，yi-y)，其与坐标系x轴正轴逆时针方向的夹角θi为：

其中，播种行数n为偶数，拖拉机前进的航向角为θ；l为接收机与播种单体的垂直距离，lr为播种行距；li为接收机与第i行单体的距离。

所述的定位方法，其中：

接收机与第i行播种单体之间的距离li为

所述的定位方法，其中：步骤(3)中第i行播种单体的坐标按如下公式计算：

xi＝x+licosθi，yi＝y+lisinθii∈[1,n](3)。

所述的定位方法，其中：还包括步骤(4)滞后补偿步骤：即将步骤(3)计算得到的第i行播种单体的坐标(x，y)往拖拉机行进方向提前一个补偿距离s，其坐标变为(x′，y′)。

所述的定位方法，其中：还包括步骤(4)滞后补偿步骤：先根据补偿距离s，在前进方向上计算得到定位装置的补偿后的位置的坐标，再根据该定位装置的补偿后的位置及播种机各单体定位模型计算得到各播种单体的补偿后的位置坐标。

所述的定位方法，其中：补偿距离s表示为：

s＝vt滞后/3.6(4)

其中，v为接收机测得的播种机作业的实时前进速度，t滞后为播种系统的滞后时间。

所述的定位方法，其中：滞后时间的大小通过以下公式进行计算

t滞后＝t1/2+t2/2+t3+t4(5)

其中，t1为定位系统定位周期，t2为排种器由先前播种量切换到当前播种量花费的时间，t3为执行程序算法花费的时间，t4为种子从排种口下落到种沟所需的时间。

所述的定位方法，其中：补偿距离s表示为：

坐标(x′，y′)由下式计算

其中，θ′等于90°-θ。

本发明的有益效果在于：

1.通过建立播种单体定位模型，由一个gps接收机的位置可以精确计算得到每个播种单体的位置，可实现对各个播种单体的独立控制，从而提高了播种机智能化播种精度，且该定位系统接收机安装在拖拉机车顶上与常用的拖拉机自动导航系统共用，降低了使用成本；

2.提出的播种滞后补偿方法可有效减小播种控制系统产生的播种滞后距离，同时可消除前进速度增加后造成的播种滞后距离增大的情况，进一步提高了播种精度。

技术实现要素：

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种播种机单体直行播种定位方法，该方法应用于播种系统，所述播种系统包括拖拉机、定位系统接收机、播种机和播种单体，其中拖拉机牵引播种机，定位系统接收机安装在拖拉机上，播种机上均匀分布有偶数个播种单体，该方法包括：

(1)根据定位系统接收机接收到的位置信号获得定位系统接收机在平面坐标系的地理位置；

(2)计算第i行播种单体与定位系统接收机之间形成的向量与坐标系x轴正轴的夹角θi，其中i∈[1,n]，n为播种单体的数量；

(3)根据第i行播种单体与定位系统接收机之间的距离计算第i行播种单体的坐标。

所述的定位方法，其中：步骤(2)中，设第i行播种单体的坐标为(xi，yi)，则各行单体坐标与定位系统接收机定位的坐标(x，y)形成向量(xi-x，yi-y)，其与坐标系x轴正轴逆时针方向的夹角θi为：

其中，播种行数n为偶数，拖拉机前进的航向角为θ；l为接收机与播种单体的垂直距离，lr为播种行距；li为接收机与第i行单体的距离。

所述的定位方法，其中：

接收机与第i行播种单体之间的距离li为

所述的定位方法，其中：步骤(3)中第i行播种单体的坐标按如下公式计算：

xi＝x+licosθi，yi＝y+lisinθii∈[1,n](3)。

所述的定位方法，其中：还包括步骤(4)滞后补偿步骤：即将步骤(3)计算得到的第i行播种单体的坐标(x，y)往拖拉机行进方向提前一个补偿距离s，其坐标变为(x′，y′)。

所述的定位方法，其中：补偿距离s表示为：

s＝vt滞后/3.6(4)

其中，v为接收机测得的播种机作业的实时前进速度，t滞后为播种系统的滞后时间。

所述的定位方法，其中：滞后时间的大小通过以下公式进行计算

t滞后＝t1/2+t2/2+t3+t4(5)

其中，t1为定位系统定位周期，t2为排种器由先前播种量切换到当前播种量花费的时间，t3为执行程序算法花费的时间，t4为种子从排种口下落到种沟所需的时间。

所述的定位方法，其中：补偿距离s表示为：

坐标(x′，y′)由下式计算

其中，θ′等于90°-θ。

附图说明

图1为播种机各单体直行定位模型示意图；

图2为播种机直行播种滞后补偿方法示意图。

其中的附图标记为：

1.拖拉机；2.定位系统接收机；3.播种机；4.播种单体；5.播种单体排种口位置；6.定位系统接收机超前控制的补偿位置；7.播种单体排种口超前控制的补偿位置

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1所示，本发明的播种机各单体直行定位模型中有拖拉机1、定位系统接收机2、播种机3，播种单体4。其中播种机3上均匀分布偶数量的播种单体4。

如图1所示，定位系统接收机2安装在拖拉机中心轴线上的位置，可以是任何形式的gps、北斗等定位系统；在构建各播种单体4定位模型前，需要接收机提供的经纬度坐标、航向角信息；因接收器2定位的经纬度坐标为三维球面的地理坐标系，而在球面上不易求解各单体的位置，因此在求解各单体位置坐标前，先把经纬度坐标转换为平面投影坐标(x，y)，如图1。再结合播种机和拖拉机的尺寸参数得到各播种单体的定位模型。播种机3安装在拖拉机1后部，由拖拉机1牵引，播种机2本体中心轴线与拖拉机1中心轴线在地面上的投影重合，播种单体4间隔相同距离在播种机3本体中心轴线两侧均匀设置，且位于同一条直线上，播种机3本体中心轴线左右两侧第一个播种单体4到播种机3本体中心轴线之间的距离均为相邻的播种单体4之间距离的1/2，播种单体4所在直线与播种机7本体中心轴线垂直。

若第i行播种单体的坐标为(xi，yi)，则各行单体坐标与定位系统接收机定位的坐标(x，y)形成向量(xi-x，yi-y)，其与坐标系x轴正轴逆时针方向的夹角θi可表示为

其中，播种行数n为偶数，机具前进的航向角为θ(正北方向(y轴正轴方向)为0度，顺时针方向角度为正)。l为接收机与播种单体的垂直距离(m)，lr为播种行距(m)。接收机与第i行单体的距离li为

故第i行单体坐标为

xi＝x+licosθi，yi＝y+lisinθii∈[1,n](3)

通过式3依次计算得到所有播种单体在平面坐标系的坐标后，再将其转换为地理坐标系下的坐标即可用于变量播种、区段控制等智能化播种时对各个单体定位需求。

如图2所示，为进一步提高播种控制精度，采用将定位系统定位到的坐标(x，y)往前进方向提前一个补偿距离s(米)，其坐标变为(x′，y′)，再使用该提前之后的坐标结合图1的定位模型计算得到各播种单体的位置坐标，以实现对控制系统的超前控制，从而减小控制系统的滞后距离。

补偿距离s可表示为

s＝vt滞后/3.6(4)

其中，v为接收机测得的播种机作业的实时前进速度(千米/小时)，t滞后为系统的滞后时间(秒)，通过实时的前进速度计算滞后距离消除了前进速度变大时造成的滞后距离增加的问题。滞后时间的大小可通过田间试验进行标定，也可通过以下公式进行初略计算

t滞后＝t1/2+t2/2+t3+t4(5)

其中，t1为定位系统定位周期，t2为排种器由先前播种量切换到当前播种量花费的时间，t3为执行程序算法花费的时间，t4为种子从排种口下落到种沟所需的时间。

坐标(x′，y′)由下式计算

其中，θ′等于90°-θ。

补偿距离s如图2所示，其在前进方向上，每个播种单体的补偿距离一致。为精简算法，提高各播种单体补偿位置的求解效率，本发明采用的计算策略为：先根据补偿距离s，在前进方向上计算得到定位装置的补偿后的位置，再根据该定位装置的补偿后的位置及播种机各单体定位模型计算得到各播种单体的补偿后的位置；而不是先通过播种机各单体定位模型计算得到各播种单体位置，再通过各播种单体位置计算得到所有单体的补偿后的位置，因此极大的减小了程序的计算量。

本发明请求保护的范围并不仅限于所述实施方式，凡与本实施例等效的技术方案均属于本发明的保护范围。