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(yīng)用領(lǐng)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(qiáng)的實(shí)踐意義。本文設(shè)計(jì)了一種無人船自動測量系統(tǒng),系統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為主體,載有GPS導(dǎo)航模塊、超聲波避障模塊、水深測量模塊、數(shù)字電臺等設(shè)備,具有采集 GPS定位數(shù)據(jù)、自動導(dǎo)航、自主避障、實(shí)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(yīng)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(biāo)系統(tǒng)。GPS接收機(jī)接收的數(shù)據(jù)屬于WGS-84坐標(biāo)系,測量結(jié)果的輸出值必須指定為所測點(diǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng),因此首先建立了WGS-84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到平面坐標(biāo)系的計(jì)算模型,并用C語言編程實(shí)現(xiàn)精確變換,為下一步控制算法的研究打下基礎(chǔ)。
　　其次,本系統(tǒng)一個研究重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)測量船自主導(dǎo)航。PID控制曾廣泛應(yīng)用于工業(yè)場合,主要適用于有精確數(shù)學(xué)模型的線性系統(tǒng),但由于水流速度、風(fēng)

3、速等客觀因素影響,單獨(dú)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(jī)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(jìn)行改進(jìn),不僅使得無人測量船以最短路徑尋找預(yù)定航向,躲避特殊位置的障礙,完全實(shí)現(xiàn)自主性;而且進(jìn)一步突破路徑規(guī)劃的限制,實(shí)現(xiàn)航道測量作業(yè)中最關(guān)鍵的航跡保持。
　　測量船導(dǎo)航控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵是舵機(jī)控制。舵機(jī)是導(dǎo)航算法的執(zhí)行機(jī)構(gòu),直接影響導(dǎo)航的精度。

4、本系統(tǒng)中采用蓄電池單獨(dú)給舵機(jī)供電,經(jīng)由斬波電路驅(qū)動伺服電機(jī),改變舵機(jī)運(yùn)動為鏈條直線運(yùn)動,并用紅外脈沖計(jì)數(shù)來定位舵機(jī)位置,實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)快速、精準(zhǔn)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(diǎn)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(shí)時等功能。本系統(tǒng)在 VC6.0平臺下對地理信息系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā),開發(fā)了測量船上位機(jī)操作界面,界面可分屏顯示船體運(yùn)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