【摘 要】
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随着农机作业质量要求的提高,GPS系统被广泛应用在农机导航上,用来获得农机的准确定位以满足精准农业的需求。得到的GPS位置信息需要经过坐标转换以适应不同的需要。在进行农机导航的路径规划、数据分析及观测作业质量时,GPS数据常转换至高斯投影平面,但高斯投影存在坐标数值大且不灵活等特点。在位置测量时,如田间采样及测绘,GPS常与全站仪进行组合测量,通过控制点求解坐标转换模型,得到目标点的大地坐标,由于
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随着农机作业质量要求的提高,GPS系统被广泛应用在农机导航上,用来获得农机的准确定位以满足精准农业的需求。得到的GPS位置信息需要经过坐标转换以适应不同的需要。在进行农机导航的路径规划、数据分析及观测作业质量时,GPS数据常转换至高斯投影平面,但高斯投影存在坐标数值大且不灵活等特点。在位置测量时,如田间采样及测绘,GPS常与全站仪进行组合测量,通过控制点求解坐标转换模型,得到目标点的大地坐标,由于测量过程中一些不可控的因素,控制点中存在的野值点,会使得测量精度下降。针对上述精准农业中GPS应用及与全站仪组合定位中存在的问题,本文主要对以下几方面进行了研究:（1）针对高斯投影坐标系使用不灵活的特点,提出一种基于农田形状的局部坐标系建立方法。分析了GPS数据坐标转换研究现状以及农机在农田中的作业特点,基于空间坐标转换原理,对大地坐标系与局部坐标系间转换的可行性从理论上进行了分析,提出了建立局部坐标系的步骤,并提出了安装有GPS的农机在局部坐标系下的定位方法及路径规划方法。（2）针对GPS与全站仪组合测量时控制点混入野值点降低测量精度的问题,对随机抽样一致（Random sample consensus,简称RANSAC）算法参与改善GPS与全站仪组合测量精度的方法进行研究。分析GPS与全站仪组合测量研究现状后,在GPS与全站仪组合测量时,引入RANSAC算法改进坐标参数求解过程。对直接线性变换法（Direct linear transformation,简称DLT）和RANSAC算法进行研究,给出了两者结合对大地坐标系和全站仪坐标系转换模型进行求解的步骤,以及利用MATLAB求解的算法流程图。（3）进行基于农田形状的局部坐标系建立试验。首先对空间坐标系转换的严密性进行了验证。用GPS系统测量10段固定间隔的距离,计算高斯投影长度和ECEF坐标长度,试验证明高斯投影长度小于实际距离,且ECEF坐标长度误差更小。接着选取华南农业大学教学科研基地的两块农田进行局部坐标系的建立。确定好局部坐标系的原点,再用GPS系统记录插秧机在田间工作的轨迹。通过原点坐标以及对作业轨迹拟合求出欧拉角,最终求得局部坐标转换模型,得到插秧机的局部坐标,并计算在局部坐标系下农机轨迹的横向偏差。（4）进行GPS与全站仪组合测量验证试验。本文采用GPS系统和激光全站仪对设置的目标点进行测量,通过DLT结合RANSAC算法,带入相应控制点的坐标求出二者之间的转换模型。试验中设置了三个阈值水平研究阈值对RANSAC算法的影响,并用GPS测量的目标点验证该模型的准确性。试验结果为:根据仪器精度选取的阈值为0.03米时,在经度方向上误差0.153×10-6度,纬度方向上误差0.083×10-6度,高程上误差0.015米。同时用野值点在控制点中所占比例分别为25%,50%和75%的仿真数据去验证该方法对排除野值点影响的能力,结果表明,RANSAC算法在欧拉角方向和三个平移参数的平均绝对误差小于最小二乘法。
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