基于GIS的自動遙控測量船控制系統(tǒng)研究.pdf

1、河流、湖泊應用領域最關(guān)鍵的內(nèi)容是水深測量及水質(zhì)監(jiān)測,二者對于航道開發(fā)具有重要意義。研究出一種完全自主、靈活性好、成本低、精度高的航道測量手段對內(nèi)陸河道的測繪作業(yè)有很強的實踐意義。本文設計了一種無人船自動測量系統(tǒng),系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機為主體,載有GPS導航模塊、超聲波避障模塊、水深測量模塊、數(shù)字電臺等設備,具有采集 GPS定位數(shù)據(jù)、自動導航、自主避障、實時顯示航跡信息、測量船狀態(tài)參數(shù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等功能,可以廣泛應用在內(nèi)陸航道及水庫的水深

2、水質(zhì)測量工程中。
　　首先,本文介紹了全球定位系統(tǒng)(GPS)的基本原理及坐標系統(tǒng)。GPS接收機接收的數(shù)據(jù)屬于WGS-84坐標系,測量結(jié)果的輸出值必須指定為所測點的坐標系統(tǒng),因此首先建立了WGS-84坐標系轉(zhuǎn)到平面坐標系的計算模型,并用C語言編程實現(xiàn)精確變換,為下一步控制算法的研究打下基礎。
　　其次,本系統(tǒng)一個研究重點是實現(xiàn)測量船自主導航。PID控制曾廣泛應用于工業(yè)場合,主要適用于有精確數(shù)學模型的線性系統(tǒng),但由于水流速度、風

3、速等客觀因素影響,單獨PID控制不足以使船按精確的航跡形勢。人工勢場算法最早用于機器人路徑規(guī)劃,能夠?qū)崿F(xiàn)自主避障、尋找最優(yōu)路徑等功能。本文中采用人工勢場法與PID相結(jié)合的方法,對人工勢場函數(shù)進行改進,不僅使得無人測量船以最短路徑尋找預定航向,躲避特殊位置的障礙,完全實現(xiàn)自主性;而且進一步突破路徑規(guī)劃的限制,實現(xiàn)航道測量作業(yè)中最關(guān)鍵的航跡保持。
　　測量船導航控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵是舵機控制。舵機是導航算法的執(zhí)行機構(gòu),直接影響導航的精度。

4、本系統(tǒng)中采用蓄電池單獨給舵機供電,經(jīng)由斬波電路驅(qū)動伺服電機,改變舵機運動為鏈條直線運動,并用紅外脈沖計數(shù)來定位舵機位置,實現(xiàn)了舵機快速、精準控制。
　　再次,開發(fā)人性化、便捷的操作界面是本系統(tǒng)又一個重點研究內(nèi)容。地理信息系統(tǒng)具有電子地圖顯示、地圖的放大縮小及漫游、動態(tài)顯示實時等功能。本系統(tǒng)在 VC6.0平臺下對地理信息系統(tǒng)進行二次開發(fā),開發(fā)了測量船上位機操作界面,界面可分屏顯示船體運行軌跡與各傳感器參數(shù)以及控制電臺數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送