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基于rtk-gnss的海上平台桩腿结构水平位移监测

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2021年第8期54卷 781-789页

作者：熊春宝陈雯王猛熊爱成韩龙于丽娜天津大学建筑工程学院天津300350 天津市陆海测绘有限公司天津300304

采取rtk-gnss技术对海上石油平台桩腿结构进行水平位移监测以分析其振动特征.针对复杂环境下多路径效应对rtk-gnss监测结果的影响,利用草地和水域两种场地环境进行多路径效应测试试验.经分析,水域环境中多路径误差更大,而对于极为复杂... 详细信息

采取rtk-gnss技术对海上石油平台桩腿结构进行水平位移监测以分析其振动特征.针对复杂环境下多路径效应对rtk-gnss监测结果的影响,利用草地和水域两种场地环境进行多路径效应测试试验.经分析,水域环境中多路径误差更大,而对于极为复杂的海上环境更需要对监测数据滤波降噪以削弱多路径误差.因此,提出了基于自相关函数和相关系数的集合经验模态分解(EEMD)-切比雪夫滤波对埕岛油田一平台桩腿结构的rtk-gnss监测数据进行处理.结果表明:①rtk-gnss技术能够用于海上环境中的平台桩腿动态位移监测;②自相关函数与相关系数相联合可以实现本征模态函数的有效选取和信号重构;③降噪前后信号的相关性均高于0.85,证明所提滤波方法既能保留有效信息成分又能削弱多路径误差;④经降噪后,可更清晰地看出桩腿结构的实时水平位移信息及运动轨迹,为海上结构监测提供了更优的途径.

关键词： rtk-gnss 多路径效应海上平台桩腿结构振动位移滤波降噪

基于rtk-gnss和MEMS陀螺仪的车辆航向角测量技术

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华南农业大学学报 2019年第5期40卷 34-37页

作者：张智刚朱启明何杰王辉岳斌斌丁凡华南农业大学工程学院/南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室

[目的]更好地满足车辆自动驾驶时航向角测量的精度要求。[方法]提出卡尔曼滤波算法,把实时动态全球导航卫星系统(rtk-gnss)测量出来的经纬度和高程经过高斯投影转换为高斯平面坐标,和微电子机械系统(MEMS)陀螺仪测得的累积航向角进行融... 详细信息

[目的]更好地满足车辆自动驾驶时航向角测量的精度要求。[方法]提出卡尔曼滤波算法,把实时动态全球导航卫星系统(rtk-gnss)测量出来的经纬度和高程经过高斯投影转换为高斯平面坐标,和微电子机械系统(MEMS)陀螺仪测得的累积航向角进行融合处理,最终得到车辆更为精准的航向角。[结果]融合后的航向角度曲线既保持了 gnss 航向的整体变化趋势,也保持了陀螺仪航向的细部变化趋势,且较 gnss 和陀螺仪所得曲线更为平滑,可以跟踪车辆 180°调头的转弯动作。[结论]卡尔曼滤波算法可以实时在线且精准地测得车辆航向角数据,精度较 gnss 测量结果提高 80%以上。

关键词： rtk-gnss MEMS 陀螺仪车辆航向角测量卡尔曼滤波数据融合

基于rtk-gnss定位的农田地形快速测量技术

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中国农业大学学报 2014年第6期19卷 188-194页

作者：李宏鹏牛东岭王岩李笑孟庆宽刘刚中国农业大学信息与电气工程学院/现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室/农业部农业信息获取技术重点实验室北京100083

针对现有农田土地平整中地形测量精度低、作业效率不高等问题,提出农田地形快速测量方法。该方法基于rtk-gnss定位技术动态获取农田边界和内部离散点三维数据,利用三角形线性插值法建立数字高程模型并生成地形图,采用校正后的航迹法计... 详细信息

针对现有农田土地平整中地形测量精度低、作业效率不高等问题,提出农田地形快速测量方法。该方法基于rtk-gnss定位技术动态获取农田边界和内部离散点三维数据,利用三角形线性插值法建立数字高程模型并生成地形图,采用校正后的航迹法计算农田面积,并利用最小二乘法拟合农田坡面方程计算农田坡度和平整度等地势信息。在此基础上开发设计集成采集终端和数据处理软件,并与美国FieldLevelⅡ系统进行农田地形测量对比试验。试验结果表明,本系统具有较高定位精度、稳定性和作业效率;与FieldLevelⅡ系统测量数据相比,本系统综合相对平均误差率为8.19%,能够满足农田土地精细平整地形快速测量的要求。

关键词：地形测量 rtk-gnss 联合定位集成终端处理软件

基于rtk-gnss和加速度计监测的大跨径桥梁动态变形研究

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基于RTK-GNSS和加速度计监测的大跨径桥梁动态变形研究

作者：张雪芳天津大学

学位级别：硕士

大跨径桥梁结构在服役过程中极易受到风荷载、交通荷载以及地震荷载等环境激励的影响而产生变形甚至损坏桥梁结构,所以为了保障桥梁的安全与稳定,亟需采用合理有效的监测技术对现役桥梁在环境荷载作用下的动态变形进行监测。本文采用rtk... 详细信息

大跨径桥梁结构在服役过程中极易受到风荷载、交通荷载以及地震荷载等环境激励的影响而产生变形甚至损坏桥梁结构,所以为了保障桥梁的安全与稳定,亟需采用合理有效的监测技术对现役桥梁在环境荷载作用下的动态变形进行监测。本文采用rtk-gnss和加速度计联合监测桥梁结构,获取其在环境荷载激励作用下的动态响应信息。主要研究工作和创新点包含以下几点:（1）提出一种基于小波包分解（WPD）和集合经验模态分解技术（EEMD）的联合滤波方法（WPDEEMD）,并通过仿真信号验证其有效性和实用性。以均方根值（RMS）和信噪比（SNR）作为评价信号降噪效果的两个指标。结果表明该方法能有效削弱信号中的高斯白噪声,其均方根值由原来的1.3484降至0.6610,信噪比由原来的10变为13.9756。（2）采用rtk-gnss技术监测天津富民桥在环境荷载激励作用下的动态位移信息。使用WPDEEMD方法处理实测数据,结果表明该方法可有效的抑制rtk-gnss多路径效应误差。采用滑动平均滤波方法（MAF）进一步处理降噪后的实测数据,削弱监测过程中出现的随机误差。最终成功识别到了富民桥的动态位移及其模态频率,与有限元模型得到的频率一致。（3）采用集成rtk-gnss和加速度计技术监测天津永和桥在环境荷载激励下的动态响应信息,识别到了桥梁结构动态位移以及振动加速度。采用加速度频域积分算法将加速度信号进行积分重构获取相应的桥梁结构位移信息,与由rtk-gnss监测所得的位移信息基本吻合,证实了频域积分算法能够避免积分趋势项。同时,加速度计监测技术也验证了rtk-gnss监测技术的准确性。（4）采用快速傅里叶变换,随机减量算法和ITD算法对rtk-gnss监测数据和加速度计监测数据分别进行模态参数识别,成功识别到桥梁结构在环境荷载激励作用下的模态频率。（5）为了与实测结果对比,建立了永和桥的有限元模型,得到其前八阶自振频率。结果表明,rtk-gnss监测数据和加速度计监测数据得到的结论基本一致,两者差值比不到1%;有限元模型得到的自振频率与加速度计监测数据得到的自振频率也比较吻合,差值比均不超过5%。

关键词：大跨径桥梁动态响应 rtk-gnss 加速度计 WPDEEMD 模态频率

rtk-gnss融合轮速计定位在电力机器人的应用

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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机器人技术与应用 2021年第6期 45-48页

作者：程敏刘文博罗作煌亿嘉和科技股份有限公司南京210000

为了确保电力机器人实际应用中的有效性,本文引进一种rtk-gnss设备与轮速计融合定位方法,补偿电力机器人在局部环境中电磁干扰带来的定位不稳定问题,并对电力机器人融合定位方法展开设计:首先基于机器人运动模型设计一个基于轮速的里程... 详细信息

为了确保电力机器人实际应用中的有效性,本文引进一种rtk-gnss设备与轮速计融合定位方法,补偿电力机器人在局部环境中电磁干扰带来的定位不稳定问题,并对电力机器人融合定位方法展开设计:首先基于机器人运动模型设计一个基于轮速的里程计,对gnss设备输出状态和里程计状态进行预处理,使其达到能够融合的状态;基于卡尔曼滤波的思路对两种信息进行融合并输出,使得输出噪声更小、更稳定;通过对比实验,证明本设计的电力机器人定位方法,可在实际应用中获得比单一gnss设备输出更稳定的定位状态,通过记录定位数据绘制的行驶轨迹与真实轨迹更一致。

关键词：机器人电力定位方法卡尔曼滤波里程计 rtk-gnss

丘陵山区田间道路自主行驶转运车及其视觉导航系统研制

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农业工程学报 2019年第1期35卷 52-61页

作者：李云伍徐俊杰王铭枫刘得雄孙红伟王小娟西南大学工程技术学院重庆400716 丘陵山区农业装备重庆市重点实验室重庆400716

自然条件的限制使得丘陵山区农产品和物资的田间转运难以实现高安全性的机械化作业。为此,该文研制了一种在丘陵山区田间道路上自主行驶的转运车及其视觉导航系统。该系统采用rtk-gnss(real-timekinematic-global navigationsatellitesy... 详细信息

自然条件的限制使得丘陵山区农产品和物资的田间转运难以实现高安全性的机械化作业。为此,该文研制了一种在丘陵山区田间道路上自主行驶的转运车及其视觉导航系统。该系统采用rtk-gnss(real-timekinematic-global navigationsatellitesystem,实时动态-全球卫星导航系统)进行路网信息采集、实时定位和路径规划,利用机器视觉进行田间道路识别并提取路径跟踪线;田间道路非路口区域由机器视觉系统进行导航,路口区域采用rtk-gnss实时定位进行导航。全局路径规划中对A*算法估价函数进行改进,将路口节点处的道路曲率及道路起伏信息引入代价函数。图像处理中强化道路上的阴影处理和信息融合,实现道路与背景的准确分割;然后将道路区域分块求取形心点,拟合后生成道路的虚拟中线作为局部路径的导航线。路径规划仿真表明,改进的A*算法能融合丘陵山地道路起伏变化的特征,规划的路径更合理。转运车自主行驶测试表明,在直线路径、多曲率复杂路径以及地形起伏路径3种工况下,自主行驶轨迹与实际道路中线的平均偏差分别为0.031、0.069和0.092 m,最大偏差分别为0.133、0.195和0.212 m;转运车沿道路中线自主行驶的平均相对误差分别为5.16%、11.5%和15.3%,满足田间道路转运车自主行驶的安全要求。

关键词：农业机械自动导航机器视觉 rtk-gnss 转运车丘陵山区

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基于虚拟探照灯的离合制动履带底盘寻径跟踪

农业工程学报 2023年第12期39卷 10-19页

作者：陈子文熊扬凡胡宗锐李聪庞有伦杨明金西南大学工程技术学院重庆400715 重庆工业职业技术学院机械工程与自动化学院重庆401120 重庆市农业科学院农业机械化研究所重庆401329

油动履带底盘由于具有成本低、技术成熟、动力充足、续航能力强、维修便捷等特点而被广泛应用于农业生产,但其操控精度低、振动严重等问题对其应用造成挑战。该研究以农用油动履带底盘为对象,根据共性传动结构提出离合制动式履带底盘,并... 详细信息

油动履带底盘由于具有成本低、技术成熟、动力充足、续航能力强、维修便捷等特点而被广泛应用于农业生产,但其操控精度低、振动严重等问题对其应用造成挑战。该研究以农用油动履带底盘为对象,根据共性传动结构提出离合制动式履带底盘,并以STM32F303作为主控器搭建基于实时动态差分全球导航卫星系统(real-time kinematic global navigation satellite system,rtk-gnss)的自动导航系统,建立其运动学模型,提出一种改进模糊式预瞄控制算法—虚拟探照灯寻径跟踪(virtual searchlight pathfinding tracking,VSPT)算法。针对横向偏差和速度变化引起的跟踪振荡问题,提出基于横向偏差指数的视域角动态调整方法和基于行驶速度的虚拟目标点判断方法,并通过仿真和试验验证算法的有效性。仿真结果表明,在底盘前进速度0.4 m/s时,横向偏差指数λ、视域增益k1和目标增益k2取值分别为1/4,0.005 rad·m和6 s^(-1)时可获得较好的导航效果。现场试验结果表明,在水泥路面,不同初始位姿下,直线导航平均上线距离为1.64 m,平均横向偏差和航向偏差为0.44 cm和1.57°;行驶速度提高会导致导航精度降低,适当修正k1、k2可维持较好的导航效果,3种行驶速度下获得的平均横向和航向偏差分别为0.75 cm和1.05°,平均纠偏次数为4.7次;田间路况下,由于土路附着系数增加,转向相对平稳,纠偏次数降低至2.7次,相同参数时2种路况下的导航效果接近。研究表明,VSPT算法针对离合制动式履带底盘具有良好的跟踪效果和路况适应性,该研究可为离合制动履带平台提供一种高效、稳定的导航控制方案。

关键词：精准农业车辆导航 rtk-gnss 履带底盘控制算法

基于目标姿态角动态更新的自主稳定循迹系统设计

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传感技术学报 2024年第11期37卷 1931-1936页

作者：胡文彬王早甘维兵沈敖柳苗武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心湖北武汉430070 武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070

针对直线或者小曲率路径的长距离循迹问题,设计了一个自主稳定循迹系统。系统基于STM32单片机进行搭建,采用rtk-gnss和更经济的IMU模块相结合作为传感器模块。在循迹行驶过程中,通过传感器模块实时获取车体的位姿信息,采用目标姿态角动... 详细信息

针对直线或者小曲率路径的长距离循迹问题,设计了一个自主稳定循迹系统。系统基于STM32单片机进行搭建,采用rtk-gnss和更经济的IMU模块相结合作为传感器模块。在循迹行驶过程中,通过传感器模块实时获取车体的位姿信息,采用目标姿态角动态更新的PID控制算法控制舵机,不断逼近目标轨迹和方向,实现车体沿目标轨迹的自主循迹行驶。实验结果表明:该套自主循迹系统可有效实现自动行驶,在130米的长距离循迹行驶中最大横向偏差为6.60 cm,平均偏差为2.94 cm,稳定行驶后航向角偏差不超过1.5°,平均航向角偏差为0.384°,基本满足工程应用中高精度少摇摆的自主循迹需求。

关键词：信号处理技术自主循迹 rtk-gnss IMU 目标姿态角动态更新

基于gnss的双电机履带式水稻收获机底盘自动导航系统设计与试验

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基于GNSS的双电机履带式水稻收获机底盘自动导航系统设计与试验

作者：王伟康华中农业大学

学位级别：硕士

随着现代农业智能化、精准化的发展和需求,智能农业装备中自动导航技术成为重要的发展方向。再生稻是一种头季收割后再次萌发成穗的种植模式,具有省工省时、一种两收等优点,但人工操作履带式收获机进行再生稻头季收获时存在对行稳定性... 详细信息

随着现代农业智能化、精准化的发展和需求,智能农业装备中自动导航技术成为重要的发展方向。再生稻是一种头季收割后再次萌发成穗的种植模式,具有省工省时、一种两收等优点,但人工操作履带式收获机进行再生稻头季收获时存在对行稳定性差、碾压率高以及现有履带式机械大田作业精度低等问题,严重影响再生季产量。针对以上问题,在本团队自主研发的双电机履带式底盘基础上,设计并试验验证了一种基于模糊控制的自动导航系统。具体研究内容如下:（1）搭建了双电机履带式底盘自动导航硬件系统。以团队自主研发的双电机履带式底盘为基础和作业平台,搭建自动导航硬件系统。以高精度rtk-gnss（Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite System）、MTi-30惯性传感器、光电旋转编码器作为底盘运动感知传感器获取底盘实时位置和姿态信息,以Arduino作为下位机控制器接收自动导航或遥控指令控制底盘的运动,以满足再生稻田间作业需求。（2）设计了底盘自动导航系统路径跟踪模糊控制算法。通过分析受田间滑移滑转等因素影响的底盘运动学模型,在以横向偏差、航向偏差作为两个输入参数的模糊控制器基础上,优化改进后设计了以横向偏差、航向偏差及考虑滑移换转后的实际转向系数三个参数作为输入的模糊控制器,模糊控制器均以两侧电机转速控制量PWM占空比之差作为输出。（3）设计了双电机履带式底盘自动导航软件系统。基于底盘导航控制方法和控制策略,在Visual Studio 2012中使用Visual C#.NET语言对自动导航系统进行了软件层面的实现。包括实时获取底盘位置姿态信息后进行数据解析、提取和转换,自动生成导航作业路径信息,实时跟踪计算横向偏差、航向偏差与转向系数并保存数据,通过模糊控制算法完成决策并与Arduino下位机控制器完成实时通讯,以及软件平台模块设计、人机交互界面等。（4）开展了导航系统作业效果验证试验。针对设计的双电机履带式底盘自动导航系统,开展了路面试验和田间试验,验证其在不同路况、不同作业路径下的稳定性。直线段路面试验结果表明:底盘速度为0.6、1.0 m/s时,自动导航系统的平均横向偏差分别为0.015、0.021 m。直线段田间试验表明:底盘速度为0.6 m/s时,自动导航系统的平均横向偏差为0.050 m。曲线段路面试验表明:底盘速度为0.6 m/s时,双输入单输出的常规模糊控制器平均横向偏差为0.450 m、优化后考虑转向系数的模糊控制器平均横向偏差为0.168 m。

关键词：自动导航双电机履带式底盘 rtk-gnss 模糊控制精准作业