GPS导航应用实习报告讲解.docx
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GPS导航应用实习报告讲解
顶岗实习报告
姓名：
XX
班级：
XX
指导老师：
XX
目录
一引言3
二使用GPS导航农机自动驾驶的必要性5
1、农田标准化作业5
2、劳动力成本的降低5
3、劳动强度的降低5
4、作业时间的延长、效率的提高6
5、System150自动驾驶系统优势6
三System150导航自动驾驶系统介绍7
1、System150导航自动驾驶系统工作原理7
2、System150技术参数8
3、基站工作原理10
4、GPS流动站工作原理10
四基站的安装与维护11
1、基站安装环境及条件11
2、基站通讯模式11
3、网络基站的建设12
4、网络基站的测试16
5、昌吉州基站的布设17
五System150系统在新疆的应用总结18
1、播种前打药工作18
2、播种18
3、田间管理19
4、收获19
一引言
我国是农业大国，随着科技的发展农作物随需要的耕种机械、种子、化肥、农药等设施都已经齐全，农作物的产量有了很大的提高，但是目前农作物的产量增长，基本达到一个瓶颈，如何能再提高一下农作物的产量，那就需要更高技术的精耕细作，实现数字化农业。
数字化化农业是相对于传统农业而言的，其实质体现了当代科学技术在农业上的综合应用，它是一个历史的、动态的概念。
在经历了原始农业、传统农业、工业化农业（石油农业或机械化农业）后，农业正在进入以科技密集为主要特点的数字化农业发展阶段，将现代信息技术和工程装备技术应用于农业生产的精准，已成为国家面向21世纪的数字化化农业的重要生产形式。
传统农业劳动生产率较低，大量劳动力被束缚在农业上。
通过大量高能耗工业产品（机械、化肥、农药、燃油、电力等）的投入来维持系统的产出。
机械化农业的主要优势是大幅度地提高了农业生产率，但也遇到了许多问题：
如土地压实、水土流失、地下水及地表水污染，农药的使用导致了严重的公共卫生和环境方面的问题，品种基因单一化的危害、农产品品质的下降，水土资源及能源制约等。
这种农业资源与环境的压力促使科学家和农民努力寻求一种在继续维持并提高农业产量的同时，又能有效利用有限资源、保护农业生态环境的新的可持续发展农业生产方式，并进行了多种探索，提出了多种解决途径，如自然农业、有机农业、生态农业，等等。
90年代以来，随着全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、农业应用电子技术和作物栽培有关模拟模型以及生产管理决策支持系统（DDS）技术研究的发展，精准农业已成为合理利用农业资源、提高农业作物产量、降低生产成本、改善生态环境的一种重要的现代农业生产形式。
数字化农业是现代信息技术、工程技术等一系列高新技术最新成就的基础上发展起来的一种重要的现代农业生产形式，其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术、激光技术和计算机自动控制技术。
精准农业系统是一个综合性很强的复杂系统，是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径。
随着现代化农业的发展，很多高新技术被广泛运用在农业机械上为了辅助农机驾驶员更好完成农机作业，GPS自动驾驶应运而生,GPS自动驾驶仪这项技术已经逐渐接近成熟被应用到大马力拖拉机机组作业。
如复式整地作业、起垄播种作业、喷灌植保作业等。
与传统的驾驶员作业相比农业机械安装GPS定位和自动导航系统之后，在GPS差分的定位下可以对机车田间直线行走作业实现精确引导使机组作业不重不漏大幅提高农机作业质量机车作业效率和时间利用率土地利用率很高幅度减轻驾驶员的劳动强度自动驾驶具有高精度良好的直线度高生产率等优点实现车辆科学合理调配。
农业GPS导航和自动驾驶技术是目前GPS技术在数字化农业中应用最为成熟的技术，使用农业GPS导航和自动驾驶技术也是数字化农业建设的重要体现。
目前GPS导航农机自动驾驶技术在国外，如：
美国、澳大利亚、巴西等很多国家已经普遍应用，在我国黑龙江已经的到广泛的应用，并且在江苏、山东等很多省份开始应用。
二使用GPS导航农机自动驾驶的必要性
1、农田标准化作业
在新疆耕地地块规模较大，农业机械化程度较高，但是传统的农机作业完全依赖驾驶员的驾驶经验，在直线度和结合线的精度上很难得到保证，尤其在地块较大的情况下，偏航的情况在所难免.返工，以及播种时的重漏，结合线偏差过大直接造成生产成本的加大和地块利用效率的降低。
农业GPS导航自动驾驶技术应用在田间作业的农业机械上,可以保证实施耕地、起垄、播种、喷药、收获等农田作业时衔接行距的精度,减少农作物生产投入成本,并使农作物的种植农艺特性优化,提高农艺作业质量，降低成本,增加经济效益。
同时减小作业机械了对农田的碾压，保证土壤疏松。
2、劳动力成本的降低
本来新疆劳动力成本越来越高，而且每年都要花费更多的精力和时间来做拖拉机操作人员的技术技能培训，这样就无形中加大了农业生产中的投入成本。
农业GPS导航自动驾驶技术利用GPS天线每0.5秒接收一组GPS定位数据，将自行农机实际行动轨迹显示在电子地图上，使其在场区范围内自由行走。
还可以前期在电子地图上设计行走路线，拖拉机则按设计的轨迹自动行走，可以从耕地、起垄到收割整个过程提供2厘米的重复测量精度，为操作增加无可比拟的精确度。
大大降低了对拖拉机手操作技能的要求。
3、劳动强度的降低
农业GPS导航自动驾驶技术在牵引机械上装上电动方向盘，控制系统根据设计线路实现自动转向，在农田内操作手不用关注牵引机械的方向盘、行走方向，更多的时间来关注农具的工作状态（如播种机内种子的量，打药机内农药的量等），降低操作手作业疲劳度，提高田间作业质量。
4、作业时间的延长、效率的提高
新疆地区农业受天气的影响较大，耕种期和收获期都很短，如果在耕种期和收获期内不能够抓紧时间作业将会给农民带来致命的损失。
农业GPS导航自动驾驶技术的使用可以实现牵引机械在一天24小时内始终如一的自动驾驶，使作业时间不受白天黑夜的困扰，大大提高了机车的出勤率和时间利用率。
总之，农业GPS导航和自动驾驶技术在农业领域将发挥重要作用。
在我国特别在新疆地区，利用大规模的机械化生产的地区，应当重视GPS技术在农田作业和管理中的应用。
数字化农业是未来新疆农业发展的必然趋势，农业GPS导航自动驾驶技术是数字化农业发展的前提。
昌吉州是新疆最大的农业示范地州，发挥农业科技示范与辐射功能、现代农业科技的孵化功能和新型农业科技人才的培训功能，加强农业技术的组装集成和科技成果转化，促进传统农业的改造与升级，为加快昌吉州乃至新疆现代农业的发展起到积极的示范、带动作用。
农业GPS导航农机自动驾驶这一数字化农业技术应当在昌吉州得到充分的体现。
5、System150自动驾驶系统优势
拓普康System150导航自动驾驶系统采用世界最先进、最成熟的电动方向盘驱动技术来实现农机全自动导航自动驾驶。
针对传统的液压驱动技术System150自动驾驶系统有以下优势：
1）、不限品牌、车型，适用于任何进口、国产拖拉机
不需要对液压系统做配套改造，只要您的拖拉机由方向盘操纵，便可安装该系统。
无论品牌、任何型号都适用。
2）、装卸简单方便，不更改原车液压系统
安装该系统时不需要改变原车的液压系统，不对原车造成任何损害，避免了因改装后而出现的液压故障以及保修问题
3）、一机多用，可在拖拉机间装卸调用
由于安装拆卸十分简单，一般只需要一个小时，而且不改变油路。
所以一套系统用在多个拖拉机上成为可能。
这样就大大提高了设备的使用效率，可以为几个不同期作业的拖拉机配套一套系统，或者在某台拖拉机故障或维修时更换到其他拖拉机上。
三System150导航自动驾驶系统介绍
1、System150导航自动驾驶系统工作原理
System150导航自动驾驶系统由：
基准站、AGI-3车载卫星定位组件、GX-45控制器组件以及AES-25高精度电动方向盘组件组成等四部分构成。
自动驾驶导航系统将AGI-3卫星定位、GX-45控制器以及AES-25电动方向盘有机的进行结合：
基准站和AGI-3车载卫星定位组件结合，实时、高精度的定位出车辆当前位置、速度等信息并提供给GX-45控制器组件；GX-45控制器组件反算出当前位置与规划路线的偏差并控制AES-25高精度电动方向盘组件，进行合理的转向调整，最终实现自动控制。
各个组件各司其职，完成既定的工作目标。
1.基准站组件即为GPS基准站。
GPS基准站能够接收定位卫星信号（GPS、俄罗斯GLONASS等），通过计算，得到信号中包含的误差，并获取误差改正参数；然后通过电台或者网络等通讯手段，将改正数播发出去，为AGI-3卫星定位组件提高定位精度，如下图一。
2.AGI-3卫星定位组件即GPS流动站。
安装在拖拉机顶棚上，同样接收定位卫星信号，定位出机械当前位置、速度等信息；并接收基准站播发的改正参数，将定位精度提高至更高，如下图二。
3.GX-45控制器组件即为自动驾驶导航系统的控制中枢。
能够人工设定并规划拖拉机行进路线，接收车载卫星定位组件提供的位置、速度信息并自动与规划路线进行反算，然后计算出合理转向方式，并发出指令，控制AES-25高精度电动方向盘组件，如下图三。
4．AES-25高精度电动方向盘组件即为最终控制车辆转向的部分。
通过接收GX-45控制器组件给出的指令，控制电动方向盘转向，最终实现自动控制，如下图四。
图一图二图三图四
2、System150技术参数
主要优势
多种显示模式和多语言选择
1.电动方向盘采用最先进的磁驱动技术，无摩擦；利用花键与转向器连接；大大提高了安装速度。
同时为驾驶员对于机械校准工作提供大大的便利。
2.适用各种拖拉机车型，无须增加任何硬件设备。
如：
2台车可任意调换，旧车换新车均可直接拆卸。
包括收获机和插秧机等均可采用此套系统进行控制。
从而大大提高GPS的应用率，大大减少成本。
3.不改变车的液压系统，不对原车构成任何损坏，使驾驶员无后顾之忧。
4.先进的卫星接收机。
超大接受面积，三星系统提供可靠的信号源；保证在恶劣环境下能够接受到足够的卫星，从而保证实时定位的精度。
内置罗盘惯导传感器，可精确车辆转向。
5.方向盘驱动，安装、拆卸方便，不限拖拉机品牌。
6.控制器软件完全汉化，且图形化显示，易学易用。
7.加快开沟、起垄、播种、施肥、插秧等作业的速度，自动化的控制大大提高拖拉机的速度，起垄速度可达7~15km/h。
采用全球定位技术，能够24小时连续作业
最大可达到2公分导航精度
自动地图覆盖
简单的系统设置
5英寸屏幕，具有白天和黑夜模式
可选自动方向盘，实现自动驾驶
可选自动分区和变量控制
主要特点
精度可选：
标配WAASEGNOS
选配OmniStarVBS/HP/XP、RTK、GSM、CORS网络
可选自动分区控制（10分区）和变量控制
可选AES-25电动方向盘
屏幕显示：
行数、速度、当前区域
简单的屏幕设置：
可视化包括偏移确认
多区域显示：
屏幕向前、3D显示、北方向前
可调整LED亮度以适应工作环境
快速按键让操作简单，具有USB、CAN和RS232功能
部件组成
GX-35控制器
AGI-3接收机
电缆及安装组件包
AES-25电动方向盘
电缆及安装支架等
技术指标
电压
9-32伏
工作温度
-20°~+60°
接口
2×USB
2×CANBUS
RS232/485
连接器
3×12针DTM06-12S连接器
1×USB接口
显示屏
320×234真彩
电流支持
500毫安（仅控制器）
转换电源输出
5安输出（供外接设备）
3、基站工作原理
在GPS导航自动驾驶系统中，GPS基站的架设是GPS导航自动驾驶系统实现高精度导航自动驾驶的重要前提，也是不可缺失的部分。
基站固定不动并实时对天空中的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。
在相对定位时，通过对测量求差，可以消除卫星钟差、接收机钟差，削弱电离层和对流层折射的影响，提高精度。
在导航自动驾驶的过程中，基站固定架设在同一个位置进行持续不间断的观测，并不断发送差分数据，车顶的GPS接收机可以实时接收基站发射的信号，并和其构成一条基线，这样GPS接收机就可以进行实时观测，且精度能达到厘米级，测量速度快，精度高。
4、GPS流动站工作原理
GPS导航自动驾驶导航系统是有基准站、车载卫星定位组件、决策支持组件、自动控制组件组成。
GPS基准站能够接受定位卫星信号，车载卫星定位组件也称之为GPS流动站，安装在拖拉机顶棚上，用于接收信号定位出机械位置速度；决策支持组件就是自动驾驶导航系统的控制中枢，用于人工设定规划行进路线、通过卫星组建进行反算出合理转向方式，最终通过自动控制组件给出指令，控制车辆转向最终实现自动控制。
流动站的N71电台接收基站站的信号，同时也接收相同的卫星信号，用配备的控制器进行实时解算。
流动站数据链电台功率为2w，其电源和卫星接收机共用，不需要另配电池
四基站的安装与维护
1、基站安装环境及条件
基准站的建设考虑到时间，效率和成本的原因，一般选择在办公地点楼顶架站，采用24小时连续运行的方式为外业提供连续可靠的差分信号保证。
基准站因为是需要连续运行，对周围环境的要求也有很多要求，需要至少天线15度的高度截止角范围内无连续成片的遮挡物，周围200米范围内无较大的无线电发射装置，高压输电设备，水域等。
基站最好建设在有人员长期驻扎的地方，一旦出现问题可以及时有效解决。
2、基站通讯模式
基站通讯模式，这里指是基准站发送数据发送给拖拉机车顶GPS的方式，通常情况下其通讯模式有两种：
（1）电台模式，通过外置电台，将数据以无线电波的方式传送给拖拉机车顶GPS接收机。
（2）网络模式，通过网络将数据上传到服务器，拖拉机车顶GPS接收机通过GPRS网络到服务器下载基站所传输的卫星差分数据。
模式
电台模式
网络模式
通讯距离
一般情况下，是以基站为圆心，10km为半径的圆，但在林带遮挡严重区域可能会出现很短的距离内也收不到信号的现象
手机网络信号覆盖地区半径大概30公里左右，根据手机网络信号强度不同而不同
运营成本
一次性购入硬件，后期可能会产生维修服务费用外无其他费用
需要购买3G无线网卡办理通讯上网业务；
流量计费，没有流量产生时可以永远在线但不收费，目前各地通信公司都推出GPRS流量包月、包年服务
优点
性能稳定，维护方便
1.工作距离较远，可以减少基站数量，节省成本
2.网络模式传输数据速度更快
购买3G无线网卡费用低
缺点
电台作用距离较近；
林带密集的地方受干扰严重
受当地手机网络信号影响非常严重
3、网络基站的建设
针对昌吉州情况，关于农机导航自动驾驶方面推荐基站工作模式为网络模式，若固定基站点不能够提供宽带上网作业，则需要采用3G无线网卡的网络模式。
1）设备清单
设备名称
数量
备注
GPS主机
1
接收机天线
1
GPS天线电缆
1
按实际需要选择长度
UPS电源
2
蓄电池
4
200AH
接线板
2
直击雷保护系统
电力线电泳保护器
1
信号线电泳保护器
1
2）服务器建设
每台服务器可支持多台基站
服务器要求架设在网络稳定，有固定IP，电源稳定的位置。
将显示器和服务器主机连接并固定，使用UPS供电
在服务器上安装并配置APIS软件
3）基站选址
1位于需覆盖的范围中心
2远离周边的高大建筑、树、水体、海滩和易积水地带，其距离不小于200m
3应有10°以上的地水平高度角卫星通视条件
4远离电磁干扰区（微波站、无线电发射台、高压线穿越地带等）和雷击区，其距离不小于200m
5避开铁路、公路等易产生振动的地点
6基准站应避开地质构造不稳定区域：
断层破碎带，易于发生滑坡、沉陷等局部变形的地点（如采矿区、油气开采区、地下水漏斗沉降区等），易受水淹或地下水位变化较大的地点
7具有稳定性、安全可靠地交流电电源
4）基站天线安装
在选择好的位置建设测量墩，要求稳固，不易破坏。
将天线安装在测量墩上；在天线外部安装天线防护罩，天线罩固定在观测墩上。
如下图：
5）GPS接收机安装
GPS电缆传入PVC管中并深埋地下，然后引入控制室并通过电泳保护器连接GPS接收机。
接收机连接网线，接入网络
将电源适配器连接接收机主机，并连接UPS。
接收机主体固定。
6）UPS安装
UPS安装分为电池组安装和UPS主机安装，配备两块电池，两块电池安置在机柜底层隔板，采用串连方式组合在一起，然后接入UPS主机。
如下图：
7）防雷系统的安装
防雷系统安装分为直击雷防护安装和感应雷防护安装部分：
1直击雷防护安装：
在距天线基柱3.5米处安装普通避雷针。
避雷针为直径（Ф16）16毫米高1.8米的不锈柱，支撑杆由两节组成，分别由2寸、1.2寸各三米热镀锌管制作
在设计中让避雷针与天线的距离大于3米，这样就可以保障中等强度的雷电流通过避雷针接地泄流时所产生的感应电磁场到达天线时，其强度可衰减到安全要求所允许的范围。
在距接闪器接地端50厘米处安置接地角铁：
采用2根长度为1米的角铁，间隔为20厘米埋入地下2米深处。
具体安装方法如下图所示。
2感应雷防护安装
GPS接收机馈线穿过PVC管、埋地并引入机房；
在天线输出端口与GPS接收机天线输入端口安装天馈信号避雷器；
在机房配电箱输入端安装电源保护器一台；
在接收机RS-232串口端安装串口防护器（该端口目前未与其他设备连接）；
8）基站的使用
按电源键开机即可自动发射信号。
4、网络基站的测试
（1）固定基站点网络信号的测试
测试目的：
确定固定基站点网络能够正常连续工作
测试方法：
通过网络与服务器（电脑）连接，基站连到服务器，查看服务器通过网络发射的基站差分数据的状态，确保能够连续二十四小时不间断正常发送差分数据。
测试范围：
各个固定基站点。
（2）作业范围网络测试
测试目的：
确定基站稳定发射的工作距离
测试范围：
整个工作区域周边地带。
测试方法：
测试流动站通过手机网络接收基站通过网络发射的差分信号，能够进行差分定位的范围，确保拖拉机GPS导航自动驾驶系统在整个工作区域边缘地带能够正常连续工作。
（3）实际工作区域网络信号的测试
测试目的：
拖拉机GPS系统可以上网下载数据
测试范围：
整个工作区域各个农场、地块。
测试方法：
流动站通过手机网络接受基站通过网络发射的差分信号，并且达到精度要求。
确保拖拉机GPS导航自动驾驶系统在工作区域内各大农场地块能够正常连续工作。
5、昌吉州基站的布设
针对昌吉州主要采用网络基站的形式，大概覆盖半径为30公里（如下图红色标记所示）：
1、昌吉农业园区基站两个，覆盖农业园区的主要农机工作区域，并覆盖昌吉市北部大部分农机作业区域；
2、昌吉市基站一个，主要架设在榆树沟附近覆盖昌吉市中部和南部；
3、呼图壁县预计基站两个覆盖呼图壁主要农机作业区域；
4、玛纳斯县基站一个，覆盖乐土驿、包家店示范项目作业区域；
5、奇台县基站一个，覆盖主要的示范项目作业区域。
五System150系统在新疆的应用总结
在新疆卫星导航自动驾驶主要应用于拖拉机及收获机械等。
拖拉机这农田作业中的应用非常广，通过悬挂不同的农用机具贯穿于整个农业生产中。
新疆耕作农作物的使用情况。
1、播种前打药工作
在一些农作物播种前我们往往要对田地进行一些不同药物的喷洒，比如通常我们会打除草剂，一些除草剂在夜间喷洒效果会更好，避免了见光分解降低药效。
以往喷洒类似除草剂时，特别在晚上对大块地进行打药时，人为驾驶拖拉机由于视线差，很多时候打着打着就不清楚那些地方打过了，那些地方没有打到，这样就会造成药剂喷洒重漏的问题，通常驾驶员在解决这类问题时，让两个人持手电筒站在地两头，作为参照物进行引导驾驶员驾驶，即便是这样，在交接行上也很难控制重漏问题，最终造成的影响是重的地方杀苗，漏的地方杂草丛生。
通过使用卫星导航自动驾驶技术，很好的解决了以上问题，由于其不对照明条件不要求可以在夜晚作业，通过设置合理的农具宽度和交接行宽度可以有效避免重漏问题，并且大大减少了工作人员，驾驶员一人便可高质量完成夜间打药作业。
2、播种
播种是精准农业的第一步，可以说播种质量的高低直接影响了后期田间管理直到收获等作业环节，同样也影响农作物的产量，在这里我以棉花和甜菜播种简单的介绍。
播种质量除了播种的密度、下种量等因素外，播行的直线度和交接行的控制也尤为重要，比如说，棉花和甜菜播种，如果播行不直交接行不准确，那么后面的中耕和打药就很容易产生压苗的现象，在最后的收获阶段采棉机下地必须认行，认错行就会造成收获率低，甜菜收获如果播行不直很容易把甜菜切到地里面造成浪费。
那么如何保证播种质量，通常我们会雇佣技术娴熟、经验丰富的优秀驾驶员，这就又会出现另一个问题，短短的春播时间段里面优秀驾驶员的寻找是难上加难。
另外，农户购买中型马力拖拉机很少是单单为了播自己家里的几十亩地的，他们对外也承接播种作业来，那么在播种期内播种亩数越多肯定越好。
导航自动驾驶在播种环节上就能够解决上述我们提出的问题，首先能够播行和交接行能够控制精确，使播行直线度精度达到2厘米，其次对驾驶员的经验要求大大降低，随便有驾驶执照的人员均可达到甚至超越一名优秀驾驶员的作业程度，另外，夜间作业延长了播种时间，大大提高了春播紧张时间段里的播种亩数。
3、田间管理
田间管理包括农作物整个生长环节中管理工作，但是这里我们只说中耕和打药，当农作物生长到一定时期，枝叶繁茂，拖拉机再次进入认行本身就比较困难，很容易出现压苗和撕膜的现象，如果在播种的时间我们采用了卫星导航自动驾驶技术，那么就可将播种时的行驶轨迹记录下来，在中耕和打药期间按照原来的路线进入就不会出现压苗和撕膜的现象了。
4、收获
目前越来越多农作物采用机收，但是整个新疆的机收面积还远远不够，造成的这种情况的原因也有很多，比如说甜菜的播行不直，造成机收的时候很大程度上浪费，这样农户也就不愿意机收了，所以从播种到田间管理在到收获只有整个过程都进行精准化作业才能保证机收达到最大效益。
在收获机械上由于保存有以往的形式轨迹，可以让收获机自动对行进行收获。
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