北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制系统及控制方法技术领域
本发明涉及农机导航技术领域，具体涉及北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制
系统及控制方法。
背景技术
20世纪90年代以来，“精确农业”技术已被国际农业科技界认为是21世纪实现农业
可持续发展的先导性技术之一。农业机械的自动导航是现代智能农业机械的一个重要组成
部分，有着广阔的发展前景。研究自主行走的农业机械实现精确定点投放，从量的角度尽可
能减少农用化学物质的使用应该是解决此问题的一个重要途径和发展方向。现代化农业机
械具备的作业功能将会越来越多，研制农业车辆的自主或辅助导航系统有利于驾驶人员抽
出更多的时间去关注驾驶以外的其它操作，以便能够实现预期的各项作业目标。
传统的视觉系统的导航控制方面都还依然存在问题，尤其在农业机械方面，比如
在图像处理方面，如何在农田复杂背景下提取出可靠度较高的路径边缘，以及自定位中如
何调整自身位姿等。因此对农业机械视觉导航技术的研究尤为重要。
精细农业包括定位处方农作和农情信息自动采集，其中定位处方农作要求农业机
械可以按照预先规划好的路径在田间行走，准确到达目的地并完成既定作业任务。精确导
航是实现农业机械自主行走的关键技术之一，其定位精度直接影响农业机械进行路径自动
跟踪的质量。因此，提高导航定位的精度，是改善农业机械路径跟踪质量的首要问题。
发明内容
为了解决上述不足的缺陷，本发明提供了北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制
系统，具备良好的机动性和灵活性安全性，可以提高导航定位的精度。
本发明提供了北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制系统，包括北斗信号接收
机、角度传感器、电磁阀、差分基准站、自动驾驶仪、视觉传感器、数据处理系统，所述北斗信
号接收机与分别与所述自动驾驶仪、数据处理系统和差分基准站相连，所述自动驾驶仪分
别与所述角度传感器、电磁阀和视觉传感器相连，所述差分基准站包括测量天线，所述视觉
传感器与所述数据处理系统相连，所述自动驾驶仪包括车载导航仪、车载显示控制器、电动
方向盘控制器，所述电动方向盘控制器与所述电磁阀相连，所述方向盘转向控制器包括电
动方向盘、转向控制驱动器和方向盘角度传感器，所述转向控制驱动器的输出口与电动方
向盘的输入口连接，电动方向盘的输出口与方向盘角度传感器的输入口连接，方向盘角度
传感器的输出口与转向控制驱动器的输入口连接。
上述的控制系统，其中，还包括参数调试系统，所述参数调试系统用于对角度传感
器标定、电磁阀标定、PID标定、倾角传感器标定和横滚角自动标定。
上述的控制系统，其中，所述数据处理系统用于对获取的图像信息进行预处理，并
对导航基准线的提取，估算农机的位置与和导航基准线之间的相对位姿。
上述的控制系统，其中，所述差分基准站用于收集农业机械在的原始纬度、经度、
高度坐标和前进速度，并测量得到农业机械的原始横滚角度、俯仰角度、横摆角速度和前进
方向加速度。
上述的控制系统，其中，所述视觉传感器设有三个，视觉传感器分别安装在农机最
前端机架、农机左右两侧的机架上，安装在农机左右两侧机架上的视觉传感器相背设置。
本发明的另一面，北斗导航的农业机械自动驾驶耕作的控制方法，包括以下步骤：
获取导航区域的图像信息；
对获取的图像信息进行预处理，并对导航基准线的提取，估算农机的位置与和导
航基准线之间的相对位姿；
对参数进行调试和标定；
根据自动导航仪和基准站获取农机的位置坐标和速度信息，车辆按照设定的路径
行走并实时存储耕作农作物图像。
上述的控制方法，其中，所述对获取的图像信息进行预处理，并对导航基准线的提
取，估算农机的位置与和导航基准线之间的相对位姿的步骤包括：
采用导航传感器组合测量得到农业机械在的原始纬度、经度、高度坐标和前进速
度，并测量得到农业机械的原始横滚角度、俯仰角度、横摆角速度和前进方向加速度。
本发明具有以下优点：具备良好的机动性和灵活性，可以提高导航定位的精度，可
以实现在导航过程中对农机的姿态进行实时调整。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外
形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例
绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明的北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制系统的结构示意图。
图2为本发明的北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制方法的流程示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然
而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以
实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进
行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便
阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本
发明还可以具有其他实施方式。
参照图1-图2所示，本发明提供了北斗导航的农业机械自动驾驶耕作控制系统，包
括北斗信号接收机1、角度传感器2、电磁阀3、差分基准站4、自动驾驶仪5、视觉传感器6、数
据处理系统7，北斗信号接收机1与分别与自动驾驶仪5、数据处理系统7和差分基准站4相
连，自动驾驶仪5分别与角度传感器2、电磁阀3和视觉传感器6相连，差分基准站4包括测量
天线，视觉传感器6与数据处理系统7相连，其中角度传感器2、电磁阀3、自动驾驶仪5、视觉
传感器6安装在农机上，用于对农机周围信号的采集和对农机的智能化控制，其中自动驾驶
仪包括车载导航仪、车载显示控制器、电动方向盘控制器，所述电动方向盘控制器与所述电
磁阀相连，所述方向盘转向控制器包括电动方向盘、转向控制驱动器和方向盘角度传感器，
所述转向控制驱动器的输出口与电动方向盘的输入口连接，电动方向盘的输出口与方向盘
角度传感器的输入口连接，方向盘角度传感器的输出口与转向控制驱动器的输入口连接。
本发明通过北斗信号接收机1对接收到的导航信号进行捕获跟踪和定位解算，并
获得高精度的伪距与载波相位观测数据，定位解算结果、伪距和载波相位观测数据通过
RS232接口传送给差分基准站4，北斗信号接收机1接收导航信号，对接收到的导航信号进行
捕获跟踪、定位解算，进行捕获跟踪、定位解算，定位解算后与从基准站上传输过来的数据
做融合解算，获取农机自身精确位置速度信息，通过三轴姿态传感器获取农机自身的三向
姿态信息，车载导航仪将农机的位置速度信息发送给车载显示控制器，车载显示控制器将
农机的位置与原来设定好的路径作对比，车载显示控制器通过电动方向盘控制器控制电动
方向盘的转向，电动方向盘的转动带动导向轮的转动，通过导向轮转角传感器检测导向轮
的转向角，导向轮转角传感器将导向轮的转向角信号传输给车载显示控制器，车载显示控
制器根据转向角信号继续通过转向驱动控制器控制电动方向盘的转动，循环以上动作，直
至农机位置与原先设定的路径一致，从而可以实现农机的精确导航。
本发明一优选而非限制性的实施例中，还包括参数调试系统，所述参数调试系统
用于对角度传感器标定、电磁阀标定、PID标定、倾角传感器标定和横滚角自动标定。
本发明一优选而非限制性的实施例中，数据处理系统用于对获取的图像信息进行
预处理，并对导航基准线的提取，估算农机的位置与和导航基准线之间的相对位姿。
本发明一优选而非限制性的实施例中，差分基准站用于收集农业机械在的原始纬
度、经度、高度坐标和前进速度，并测量得到农业机械的原始横滚角度、俯仰角度、横摆角速
度和前进方向加速度。
本发明一优选而非限制性的实施例中，视觉传感器设有三个，视觉传感器分别安
装在农机最前端机架、农机左右两侧的机架上，安装在农机左右两侧机架上的视觉传感器
相背设置。
本发明的另一面，北斗导航的农业机械自动驾驶耕作的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取导航区域的图像信息，其中具体包括，通过视觉传感器获取导航区域
的图像信息，进一步优选为：视觉传感器分别安装在农机最前端机架、农机左右两侧的机架
上，安装在农机左右两侧机架上的视觉传感器相背设置。
步骤S2：对获取的图像信息进行预处理，并对导航基准线的提取，估算农机的位置
与和导航基准线之间的相对位姿，具体包括，采用导航传感器组合测量得到农业机械在的
原始纬度、经度、高度坐标和前进速度，并测量得到农业机械的原始横滚角度、俯仰角度、横
摆角速度和前进方向加速度，进一步优选：获取前转向轮的初始角度，获取转向控制信号调
整前转向轮时的调整实时角度，根据调整实时角度和初始角度获取转向控制信号的死区值
以及转向模式匹配信息。
步骤S3：对参数进行调试和标定，其中包括，对角度传感器标定、电磁阀标定、PID
标定、倾角传感器标定和横滚角自动标定，也就是说，用户只需要在显示屏上点触想设置的
车辆以及犁具信息，就不用担心以后更换犁具所带来的烦恼了。除此之外，在搜星状态不
好，基站信号不稳定的情况下通过声音来提示你，来找回“最佳状态。
步骤S4：根据自动导航仪和基准站获取农机的位置坐标和速度信息，车辆按照设
定的路径行走并实时存储耕作农作物图像，对储存的农作物图像信息进行处理并作出相应
的姿态调整，也就是说对储存的图像进行处理，然后对农机的姿态作出相应的调整，可以满
足农机在正常的行使路径上，可以提高导航的精度。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述
特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实
施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示
的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等
效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据
本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明
技术方案保护的范围内。