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      割草機器人高精定位導航技術研究

      作者:司南導航 來源:LSAD產業聯盟 發布時間:2022年06月02日

      [摘要]司南導航提供行業優質解決方案。

      [關鍵詞]自動駕駛 割草機 高精定位

      隨著科學技術的發展,環保、智能的機器人割草機逐步出現在大眾的視野。由于其安全、無噪音、智能化程度高,更是成為了割草機市場的新寵。 

      導航定位是割草機實現自主作業的關鍵一環。司南導航GNSS高精度衛星定位技術可為割草機的自動化和智能化作業提供優質解決方案。

      研發背景
       
      對當前整個割草機行業而言,痛點已經非常明顯:傳統割草機的導航信息主要是依靠視覺、聲學等傳感器提供,通常是通過埋設電纜、利用電渦流傳感器的方式確定工作區域并進行導航。然而這些導航方式或多或少存在一些缺點,例如,在割草機工作前,需要事先進行電纜等設備的鋪設,且不同的地塊對于電纜的需求也不同,這是一份較為復雜的前期工作,利用電纜圍出工作區域和障礙物范圍,極大程度上造成人力和資本的浪費。 
       
      下載 (1)
       
      基于此,司南設計采用K8系列高精度模塊應用于割草機上,改善以往割草機在應用限制和精度方面的問題,使割草機在空曠場景達到厘米級的軌跡行駛,通過司南LAI低功耗抗多徑、Quantum RTK秒固定、PPP、RTK-KEEP斷鏈維持等技術在樹下、房角等在遮擋區域也能達到理想的使用效果。 
       
      解決方案簡介
       
      上海司南衛星導航技術股份有限公司基于K8系列北斗/GNSS高精度模塊,利用GNSS衛星(中國北斗、美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟Galileo等多星系統)的定位數據輔助割草機進行現場作業,在作業過程中實時提供精準的位置信息,從而實現控制割草機按照設計路徑行駛,為割草機的自動化作業提供位置等信息的支持。

      系統組成示意圖
       
      割草機高精度定位系統主要包括基準站系統和車載兩部分。其中:

      基準站部分
       
      基準站主要由北斗/GNSS高精度模塊和通訊部分組成,基準站為車載部分提供差分數據,從而實現車載端厘米級的定位。
      通訊部分可參考下表:

      微信圖片_20220602092411
       
      車載端部分
       
      車載端部分指在割草機車上安裝的部分,主要包括北斗/GNSS天線,北斗/GNSS高精度模塊,無線數傳模塊、無線電接收天線。車載部分獲取基準站的差分數據,有三種方案推薦:

      (1)建立單基準站,基準站+車載端:“1+1”的模式,如上面介紹的基準站,可以通過無線數傳模塊獲取差分數據; 
       

       
       
      適用于:工作范圍在10公里以內的應用場景。
       
      (2)通過獲取當地的CORS(或者地基增強網)數據,這樣要求車載部分可以通過GPRS/4G方式登陸CORS中心獲取差分數據,這種方式需要GPRS/4G移動網絡通信費以及CORS差分數據服務費; 
       
       
      適用于:當地CORS服務比較穩定、差分數據服務費較低、工作范圍比較大的應用場景。
       
      (3)自建CORS網,可以根據自身需求,在不同的地方搭建基準站;只需要GPRS/4G移動網絡通信費和后續的基站維護費用; 
       
       
      適用于:當地CORS服務不穩定、差分數據服務費較貴、用戶工作覆蓋范圍比較大的應用場景。
       
      產品及技術特點
       
      產品特點:


       
       
      技術特點:

      (1)LAI低功耗抗干擾
       
      LAI是我們先進的抗窄帶和抗連續波干擾的專利技術,干信比可達50dB,開啟功耗僅需0.1W。LAI技術可以通過簡單的設置快速檢測并消除干擾來減少故障時間確保安全運行。同時,該技術還可以輸出干擾源的頻譜圖,用于判斷干擾類型和可能干擾源。
       
      (2)Quantum RTK秒固定
       
      Quantum RTK 算法擁有完善的周跳探測與修復技術,充分利用全系統全頻點的優勢,通過多頻組合、模型和參數估計等方法完全消除電離層、對流層、 多徑等誤差,實現定位定向秒固定。大大縮短RTK的初始化時間,提高了RTK的可靠性和精度。同時擁有超長基線解算能力,擴大了作業范圍。 
       
      (3)RTK-KEEP斷鏈維持
       
      RTK-KEEP斷鏈維持技術在基站數據中斷后通過模型和參數估計消除衛星軌道、鐘差、電離層、對流層等影響定位精度的誤差,可維持厘米級定位精度超過十分鐘以上,大大提高RTK的可用性。
       
      解決方案優勢
       
      (1)平行高效切割
       
      可實現高精度導航,智能割草機位置精度可達厘米級,可確保作業機器均勻(避免反復)切割草坪。 

      (2)安全可靠運行
       
      該套解決方案可在墻角、樹下等衛星信號減弱甚至丟失的場景,依然能夠進行安全有效運行,可用性好,可靠性高。

      (3)抗干擾-多場景可用
       
      抗干擾能力強,能夠實現復雜環境下連續有效的定位,滿足多種場景下的應用。
       
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