农作业车辆定位系统的制作方法

本发明涉及农业信息技术领域，尤其涉及一种农作业车辆定位系统。

背景技术：

近年来，随着定位技术的飞速发展，对农作业车辆的定位精度也有了新的要求，而农作业车辆对基准站信号的接收能力直接影响作业过程中的定位精度。由于农业环境复杂，在信号传输过程中易受作物枝叶，如果树等障碍物的遮挡，造成信号的不连续接收，从而影响作业效果。

传统的协作通信技术受制于传输范围有限、信号易受干扰和特殊场景的需求等局限，仍有许多问题亟待解决。因此，需要深入研究具有灵活移动能力的协作通信技术，以应对农业环境的复杂通信场景。

目前，农作业车辆定位技术主要以rtk-gnss模式为主，首先将基准站接收到的载波相位观测数据通过无线通信网等方式实时发送给移动站，与移动站进行实时差分处理,并解算整周模糊度,通过差分数据消除绝大部分误差，从而获得农作业车辆的高精度定位。在这种模式下，基准站与移动站之间的数据传输过程尤为重要，当前技术中，基准站数据信息的传递方式主要包括利用无线电台传输。

运用无线电台传输信息，则需要用户自行架设基准站。为了让主机能搜索到多数量卫星和高质量卫星，基准站一般架设在周围空旷且地势较高的位置。将天线接于移动站主机顶部，以确保接收尽量多数量卫星的信号。

基站的信息通过网络传输时，需对传输的数据进行解析,转化成应用级的数据，获得由网络基站发出的定位服务。但目前基准站尚存在地面增强站建设未覆盖区域及通信网络未覆盖区域，在较长距离下，经过差分处理后的数据仍然含有很大的观测误差，导致定位精度的降低或无法解算载波相位的整周模糊度问题，从而影响农作业车辆的定位精度。

此外，由于农业环境复杂，在网络信号覆盖欠佳的地区，只能采用数传电台进行信息传输。利用数传电台传输时，电台的传输距离受到接收机性能、障碍物遮挡、电台性能及环境等因素影响。且无线电信号绕射性较差，会造成有效传输距离缩短。同时，受无线电管制的影响，某些地区无法通过扩大无线电功率来提升信号传输范围。

因此，利用有限功率的无线电信号，实现大范围的复杂环境如山区、果园等地区的rtk-gnss差分定位具有现实意义。

技术实现要素：

针对现有技术在农作业车辆定位过程中，存在的无线或网络电信号覆盖差的问题，本发明提供一种农作业车辆定位系统。

本发明提供一种农作业车辆定位系统，包括：gnss基准站、gnss移动站、旋翼无人机和数据转发设备；所述gnss移动站设置于作业车辆上；所述数据转发设备，设置于所述旋翼无人机上，作为所述gnss移动站和所述gnss基准站的中继。

根据本发明一个实施例的农作业车辆定位系统，还包括搭载平台，所述搭载平台顶端与电线连接，所述电线另一端与所述无人机连接，所述电线用于对所述无人机提供电源。

根据本发明一个实施例的农作业车辆定位系统，所述搭载平台包括电动升降杆、超声波探测器和控制器；所述旋翼无人机通过所述电线与所述搭载平台上的电动升降杆连接；所述电动升降杆顶端设有超声波传感器，所述超声波传感器用于检测周围作物高度；所述控制器用于根据所述超声波传感器检测的高度，控制所述电动升降杆高度，以使所述电动升降杆的高度大于周围作物高度。

根据本发明一个实施例的农作业车辆定位系统，所述搭载平台还包括电动卷轴，所述电动卷轴用于调节所述电线长度。

根据本发明一个实施例的农作业车辆定位系统，所述控制器还用于，根据所述旋翼无人机与所述搭载平台间的当前距离，控制所述电动卷轴调节所述电线的长度，以使所述电线张力处于预设范围。

根据本发明一个实施例的农作业车辆定位系统，所述旋翼无人机设有定位模块，所述旋翼无人机，还用于获取旋翼无人机、作业车辆及基准站的位置，并控制旋翼无人机运动至作业车辆与所述基准站的中间位置。

根据本发明一个实施例的农作业车辆定位系统，所述gnss移动站和所述gnss基准站具有直连通信。

根据本发明一个实施例的农作业车辆定位系统，所述gnss移动站，还用于根据gnss基准站发送的位置数据和所述旋翼无人机发送的位置数据，对作业车辆进行定位。

本发明提供的农作业车辆定位系统，可弥补传统农作业车辆中信号传输范围有限、抗干扰能力差等缺陷。系统采用无人机作为通信中继站，为农作业车辆的移动站转发gnss基准站的数据信息，从而实现准确定位，有助于提升农作业车辆的作业效率。该系统有效地提高了农作业车辆的定位精度，且易于实现，可行性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的农作业车辆定位系统的结构示意图；

图2是本发明提供的农作业车辆定位系统的搭载平台结构示意图；

图3是本发明提供的一种定位流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图3描述本发明的农作业车辆定位系统。图1是本发明提供的农作业车辆定位系统的结构示意图，如图1所示，本发明提供农作业车辆定位系统，包括：gnss基准站101、gnss移动站102、旋翼无人机103和数据转发设备104；所述gnss移动站102设置于作业车辆上；所述数据转发设备104，设置于旋翼无人机103上，作为所述gnss移动站102和所述gnss基准站101的中继。

本发明的以无人机为通信中继的农作业车辆定位系统主要由小型旋翼机、gnss移动站、搭载平台及gnss基站(即基准站)等组成。小型旋翼机选择系留型旋翼无人机，该无人机应用场景广泛，可完成跟踪、定位、通信中继等功能。在小型旋翼机上搭载数据转发设备，充分利用无人机具有飞行高度优势和较高的全局视野优势，将无人机作为信号中继站，用于接收基准站的卫星信息，再将卫星信息转发至农作业车辆上的移动站。以果园环境为例，gnss移动站置于果园车辆的上方，内置高增益天线和高性能接收机，使其接收到的卫星信号更强，卫星数量更多。

小型旋翼机上搭载数据转发设备，在rtk信号覆盖范围内，由小型旋翼机上的通讯设备先接收基准站信号，同时将基准站的信号转发至gnss移动站(作业车辆处)。如图1所示，路线1为移动站直接接收gnss基准站的信号，路线2为移动站经旋翼机上的数据转发设备接收基准站的差分信号的过程。

以小型旋翼机作为通信中继平台，具有一定的高度，传播过程中不易受作物枝叶等障碍物的影响，可扩大基准站差分信号的覆盖范围。由于无人机作业时空中无遮挡，故传输距离较远，可以实现小功率电台大范围传输(大于5公里)的效果，进行农作业时定位更加准确，极大提高了作业效率，可广泛应用于山区大区域作业场景。

本发明的农作业车辆定位系统，可弥补传统农作业车辆中信号传输范围有限、抗干扰能力差等缺陷。系统采用无人机作为通信中继站，为农作业车辆的移动站转发gnss基准站的数据信息，从而实现准确定位，有助于提升农作业车辆的作业效率。该系统有效的提高了农作业车辆的定位精度，且易于实现，可行性强。

在一个实施例中，该系统还包括：搭载平台，所述搭载平台顶端与电线连接，所述电线另一端与所述无人机连接，所述电线用于对所述无人机提供电源。

本发明在预作业果园旁设有固定的搭载平台，通过电线与无人机进行连接，可向无人机提供持续的电源。

在一个实施例中，所述搭载平台包括电动升降杆、超声波探测器和控制器；所述旋翼无人机通过所述电线与所述搭载平台上的电动升降杆连接；所述电动升降杆顶端设有超声波传感器，所述超声波传感器用于检测周围作物高度；所述控制器用于根据所述超声波传感器检测的高度，控制所述电动升降杆高度，以使所述电动升降杆的高度大于周围作物高度。

小型旋翼机通过电线与搭载平台上的电动升降杆连接，给飞机提供持续动力。此外，升降杆末端搭载超声波传感器，用来检测升降杆末端与周围果树的相对位置，且升降杆高度可以自动调节。搭载平台上可安装如stm32f103系列单片机为核心的控制器，控制升降杆的高度。作业时，搭载平台所载控制器根据升降杆末端超声波信号，控制升降杆高度，保证升降杆末端高于周围果树，从而可以保证无人机与升降平台间所连接的电线不受果树枝叶干扰。

在一个实施例中，所述搭载平台还包括电动卷轴，所述电动卷轴用于调节所述电线长度。图2是本发明提供的农作业车辆定位系统的搭载平台结构示意图，如图2所示，为了更好的调节电线的长度，同时也可控制无人机的高度，搭载平台上还设置有电动卷轴，可以对电线的送出长度进行调节，提高无人机的飞行效率。

在一个实施例中，所述控制器还用于，根据所述旋翼无人机与所述搭载平台间的当前距离和电线张力，控制所述电动卷轴调节所述电线的长度，以使所述电线张力处于预设范围。

控制器可根据电线张力、送出长度及旋无人机和搭载平台间的gnss距离信息，估算出当前旋翼机与搭载平台间的距离。同时，以此控制电动卷轴保证电线始终处于微张紧状态的预设张力范围，避免电线冗余过多，增加旋翼机的负重，从而影响飞行效果。

在一个实施例中，所述旋翼无人机设有定位模块，所述旋翼无人机，还用于获取旋翼无人机、作业车辆及基准站的位置，并控制旋翼无人机运动至作业车辆与所述基准站的中间位置。

对于旋翼机中继通信的相对位置选择，旋翼机接收作业车辆的gnss数据信息，并计算出旋翼机与作业车车辆及基准站的相对位置。为更好的接收与转发信息，旋翼机所搭载的控制器会控制旋翼机运动至与两者距离相当的位置，即农作业车辆与基准站的直线中点位置，使旋翼机更准确的接收与转发数据。

假设当前作业环境为某山区大面积果园，首先将小型旋翼机与电动升降杆的末端通过电线相连，启动作业平台。将小型旋翼机飞行至基准站与果园作业车辆的直线中间位置，开始接收基准站数据信息，并实时转发至车载移动站。

在作业过程中，电动升降杆上的超声波传感器一直检测周围果树与升降杆末端的相对位置，保证旋翼机在飞行及传输信息过程中不受果树枝叶的影响。作业车辆在果园中行驶时，旋翼机上的通讯设备接收来自移动站的定位信息，使旋翼机保持在基准站与移动站的中点处。

在一个实施例中，所述gnss移动站和所述gnss基准站具有直连通信。即图1中的线路1，通过两个线路综合确定gnss信号，从而可提高gnss信号的可靠性。

在一个实施例中，所述gnss移动站，还用于根据gnss基准站发送的位置数据和旋翼无人机发送的位置数据，对作业车辆进行定位。

果园作业车辆的作业过程流程图如图3所示，作业车辆接收到旋翼机中继平台的数据信息后，车载控制器根据rtk载波相位的观测方程，对果园车辆完成高精度定位。

该系统的实现方式普遍适用于大多数果园，采用无人机通信中继辅助果园车定位技术，很好的补充基准站信号，扩大了信号覆盖范围且加强了基准站的信号强度，实现了以无人机为通信中继的果园作业车辆精准定位。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。