紅興隆北雁現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)

紅興隆農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機(jī)械化、北大荒雁窩島集團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械化,向全國農(nóng)機(jī)行業(yè)的各位領(lǐng)導(dǎo)同仁致敬。

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黑龍江墾區(qū)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)兩種GPS差分方式比較研究收藏

黑龍江墾區(qū)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)兩種GPS差分方式比較研究

 

摘要:為了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范試驗(yàn)需要,采用了GPS定位差分系統(tǒng),以提高GPS系統(tǒng)定位精度。本文對黑龍江墾區(qū)現(xiàn)有兩種精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)GPS差分方式進(jìn)行了介紹,并對兩種GPS差分方式進(jìn)行了比較研究。

  關(guān)鍵詞:精準(zhǔn)農(nóng)業(yè),全球定位系統(tǒng),差分系統(tǒng)

  1.前言

  2002年黑龍江農(nóng)墾總局在友誼農(nóng)場五分場二隊(duì)引進(jìn)美國CASE公司整套精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備,建立了友誼農(nóng)場精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地。2003年黑龍江農(nóng)墾總局又在大西江農(nóng)場引進(jìn)美國JOHNDEERE公司整套精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備,建立了大西江精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地。通過對兩個試驗(yàn)示范基地GPS差分方式的比較,對兩種GPS差分方式有了一個初步認(rèn)識。

  2.全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)

  全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS的空間部分使用24顆衛(wèi)星組成全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),每天24小時為全球陸、海、空用戶全天侯提供三維位置、速度和時間信息。全球定位系統(tǒng)(GPS)自從建立以來,已得到非常廣泛的應(yīng)用。但美國出于其戰(zhàn)略上的考慮,對外應(yīng)用上,于1991年7月開始實(shí)施SA政策,SA(SelectiveAvailability)稱為有選擇可用技術(shù),即人為地將誤差引入衛(wèi)星鐘和衛(wèi)星數(shù)據(jù)中,故意降低GPS定位精度,使用戶的GPS接收機(jī)精度都在100米左右。雖然美國政府1999年取消SA政策,但定位精度仍然在15米左右,這樣的精度不能滿足實(shí)際應(yīng)用需要,也給使用者帶來極大不便。

  3.差分GPS定位系統(tǒng)(DGPS)

  為了提高GPS定位精度,采用差分技術(shù)(DifferentialGPS)可以改善因各種誤差所影響的定位精度,使定位精度提高到亞米級或厘米級。差分定位是在一個地理位置準(zhǔn)確已知點(diǎn)建立差分基準(zhǔn)臺,實(shí)時計(jì)算出差分誤差信息,并將此信息傳送給用戶,用戶即可得到高精度定位。

  3.1友誼農(nóng)場區(qū)域自主型地面站GPS差分系統(tǒng)

  友誼農(nóng)場精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范試驗(yàn)基地DGPS定位系統(tǒng)采用區(qū)域自主型地面站GPS差分方式,使用的GPS差分方式是采用偽距差分方式(RTCM方式,RadioTechnicalCommissionforMaritimeServices,航海無線電技術(shù)委員會),在基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)求得它至可見衛(wèi)星的距離,并將此計(jì)算出的距離與含有誤差的測量值加以比較求出其偏差,然后將所有衛(wèi)星的測距誤差利用數(shù)傳發(fā)射電臺傳輸給田間作業(yè)機(jī)器(如聯(lián)合收割機(jī)),田間作業(yè)機(jī)器上的GPS接收機(jī)接收GPS信號的同時利用數(shù)傳接收電臺接收測距誤差來改正測量的偽距,**后利用改正后的偽距來解出自身的位置,從而消去公共誤差,提高定位精度。GPS的定位誤差一般在15m以內(nèi),而RTCM差分后的DGPS的定位誤差是亞米級的,即定位誤差在1m以內(nèi),這種精度能保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的定位需求。區(qū)域自主型GPS差分系統(tǒng)組成如圖1所示。

  圖1區(qū)域自主型GPS差分系統(tǒng)組成示意圖

  1.聯(lián)合收割機(jī);2.車載AG132型GPS天線;3.數(shù)傳接收電臺天線;4.GPS衛(wèi)星;5.35瓦PCC數(shù)傳發(fā)射電臺天線;6.固定AG214型GPS天線;7.友誼農(nóng)場五分場二隊(duì)辦公樓

  黑龍江省友誼農(nóng)場五分場二隊(duì)DGPS系統(tǒng)由地面固定式GPS差分站和移動式DGPS接收系統(tǒng)組成。地面GPS差分站設(shè)備包括Ag214(MS750)型雙頻GPS接收機(jī),GPS接收天線、35瓦PCC數(shù)傳發(fā)射電臺、PCC數(shù)傳電臺發(fā)射天線、12伏直流穩(wěn)壓電源等組成。

  Ag214(MS750)型GPS接收機(jī)由美國天寶(Trimble)公司生產(chǎn),為精確動態(tài)定位而設(shè)計(jì)的雙頻GPS接收機(jī),在精確定位、導(dǎo)航及控制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,該接收機(jī)的精度高,適合作為地面GPS差分基準(zhǔn)站的接收機(jī)。

  數(shù)據(jù)鏈(差分?jǐn)?shù)據(jù)的無線傳輸)使用的是甚高頻(UHF)的無線電通訊設(shè)備(數(shù)傳電臺),傳輸距離與電臺發(fā)射天線高度、功率及移動站天線和基準(zhǔn)站天線間的阻擋有關(guān)。友誼農(nóng)場五分場二隊(duì)辦公樓頂部PCC數(shù)傳電臺發(fā)射天線長度2米,架設(shè)高度為14米。經(jīng)過實(shí)際測試,數(shù)傳電臺作用距離為30公里,完全可以滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)需要。

  移動式DGPS接收系統(tǒng)由接收衛(wèi)星信號的移動式Ag132型GPS接收機(jī)和用于接收差分信號的PCC無線電數(shù)傳接收機(jī)組成,PCC無線電數(shù)傳接收機(jī)通過RS-232串行接口與Ag132型GPS接收機(jī)相連接,RS-232串行接口數(shù)據(jù)傳輸設(shè)置為RTCM格式,即差分信號格式,波特率為9600b/s、8個數(shù)據(jù)位、1個起始位、1個停止位、沒有校驗(yàn)位。

  3.2大西江農(nóng)場GPS衛(wèi)星差分系統(tǒng)

  黑龍江墾區(qū)九三農(nóng)墾分局大西江農(nóng)場精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地采用GPS差分方式是衛(wèi)星差分形式。GPS衛(wèi)星差分系統(tǒng)組成示意圖如圖2所示。(圖中為表示清楚,聯(lián)合收割機(jī)上安裝的GPS接收機(jī)天線和差分信號接收機(jī)天線為分置的,實(shí)際兩個天線合置在一個圓球形天線內(nèi)部,特此說明。)

  圖2GPS衛(wèi)星差分系統(tǒng)組成示意圖

  大西江農(nóng)場的約翰迪爾公司“綠色之星”精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)采用“星火”DGPS接收機(jī),該DGPS接收機(jī)采用雙頻差分SF2衛(wèi)星差分系統(tǒng),平均定位精度誤差為±4英寸(±10厘米)。地球同步衛(wèi)星差分系統(tǒng)是由美國修斯頓OMNISTAR公司提供,OMNITSTAR廣域衛(wèi)星差分服務(wù)被約翰迪爾的“綠色之星”系統(tǒng)所使用。OMNISTAR衛(wèi)星差分信號,覆蓋全球90%的區(qū)域,約翰迪爾公司“星火”GPS網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星差分系統(tǒng),有兩個地面注入站,將差分信號送上修斯頓公司三顆地面同步衛(wèi)星。

  4.差分方式比較研究

  黑龍江墾區(qū)GPS差分形式目前有地面站差分和衛(wèi)星差分兩種形式。友誼農(nóng)場采用地面基準(zhǔn)站差分方式;大西江農(nóng)場采用衛(wèi)星差分方式,這兩種差分方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。

  友誼農(nóng)場五分場二隊(duì)試驗(yàn)示范基地應(yīng)用區(qū)域自主型單站DGPS系統(tǒng),一次性建站投資比較大,后期運(yùn)行費(fèi)用比較低,沒有衛(wèi)星差分信號服務(wù)費(fèi)用,但服務(wù)半徑相對較小,大約為30公里左右。基準(zhǔn)站采用AG214型雙頻GPS接收機(jī),定位精度較高,但價格也較高;車載移動GPS采用AG132型單頻GPS接收機(jī),價格較低,但定位精度低于雙頻接收機(jī),差分信號傳輸格式為偽距差分(RTCM)。友誼農(nóng)場DGPS系統(tǒng)經(jīng)過兩年試驗(yàn)示范表明,該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、定位精度達(dá)到目前友誼農(nóng)場精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范需要。

  大西江農(nóng)場應(yīng)用的DGPS系統(tǒng)為衛(wèi)星差分GPS系統(tǒng),該差分方式是一種收費(fèi)提供差分服務(wù)的形式,服務(wù)半徑比較大,每臺“星火”DGPS定位系統(tǒng)每年要向約翰迪爾公司交納800美元差分信號服務(wù)費(fèi)用。車載移動DGPS采用“星火”雙頻差分GPS接收機(jī),定位精度較高,價格相應(yīng)也較貴。由于大西江農(nóng)場引進(jìn)的大型氣吹式變量施肥播種機(jī)幅寬18米,配備劃印器比較困難,沒有安裝劃印器,依靠DGPS設(shè)備對拖拉機(jī)進(jìn)行自動導(dǎo)航。為了避免重播、漏播,要求配備在拖拉機(jī)上的DGPS定位設(shè)備定位導(dǎo)航精度比較高,配套的“星火”DGPS定位設(shè)備“趟—趟”運(yùn)動精度誤差為±10厘米。由于設(shè)備引進(jìn)的時間比較短,定位精度能否達(dá)到達(dá)到大西江農(nóng)場精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)導(dǎo)航(高定位精度)試驗(yàn)示范需要,還需要進(jìn)一步測試和試驗(yàn)。

  作者簡介:王新忠,女,41歲,黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院副教授,主要從事工程力學(xué)教學(xué)及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)科研工作。

  資助項(xiàng)目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(課題編號:2003AA209090)資助

  作者聯(lián)系方式:黑龍江省大慶市開發(fā)區(qū)黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院王新忠

 




發(fā)表于 @ 2008年06月29日 10:43:00 |點(diǎn)擊數(shù)(

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