بخشی از مقاله
چکیده:
هدایت خودکار وسایل نقلیه اعم از جادهای و غیره از موارد توجه صنایع در سالهای اخیر است. روشهای متفاوتی جهت این کار استفاده میشود که شامل دید ماشینی، هدایت ماهوارهای و انواع سنسورهای محیطی مختلف میباشد. در محیطهای خارج از ساختمان و برای مسیرهای از پیش تعیین شده استفاده از هدایت ماهوارهای دقیق از کارایی مناسب برخوردار است. سیستم RTK GPS به دلیل قابلیت پیوسته و دائمی بودن دادهها، علاوه بر دقت بالا از سیستمهای مطلوب میباشد. استفاده از GPS لزوم وجود یک پردازشگر دائمی در مجموعه سیستم ماهوارهای که به سادگی آن کمک کرده را از بین می برد ولی از دقت و کارائی آن تا حد زیادی می کاهد.
هدف این پژوهش طراحی و ساخت یک آشکارساز مسیریابی و هدایت خودکار با استفاده از یک سیستم مکان یابی دقیق یا RTK GPS است که شامل دو جزء سخت افزار و نرم افزار است. در این پژوهش کاربردی، بکارگیری سیستم مکانیابی ماهوارهای در مسیریابی و آشکارسازی لحظهای دقت مسیریابی، به صورت 3 بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. فاصله سه بعدی متحرک نسبت به مسیر سنجیده شده و به صورت رقومی و بصری اعلام میشود.
مقدار فاصله یا انحراف از خط یا مسیر بر حسب سانتیمتر در نرم افزار نشان داده میشود و بر روی سخت افزار مشخص میگردد به طوری که راننده مسیر خود را بتواند تصحیح کند.در ارزیابی برنامه و سخت افزار دقت و صحت داده های خروجی در مسیرهایی با طول مشخص و شعاع انحنای مختلف در جاده بررسی گردید. در این آزمایشات مشاهده گردید که در سرعتهای بالا میزان دقت سیستم موقعیت یاب دقیق کم میگردد.
مقدمه:
با رشد روزافزون سامانههای ناوبری جهانی ماهواره ای - GNSS1 - علاقه به استفاده از این سیستم در کنترل خودکار و سیستمهای کشاورزی نیز افزایش یافته است. هدایت و مسیردهی خودکار و هوشمند خودروهای زمینی و هوایی نظامی، مسیر یابی، برنامهریزی کامپیوتری انجام کار توسط ماشینهای عمرانی و همچنین بحث کشاورزی دقیق که حدوداً یک دهه در دنیا مطرح و استفاده از موقعیت یابهای ماهوارهای جایگزینهای مناسبی برای سیستمهای لیزری مورد استفاده در عملیاتهای کشاورزی و عمرانی که اکثراً دارای محدودیتهای بسیاری گردیده استدر. کشاورزی، ترجیحاً خودکارسازی ماشینها نهتنها در ارتباط با هزینههای بالا برای نیروی انسانی میباشد به ویژه در شرایط آبوهوایی که کشاورزان اغلب وقت کمی برای کشت و برداشت دارند، مورد توجه است.
در طی این دوره، وظایف خاص بصورت منظم باید تحت دورهی زمانی فشرده برای سوددهی انجام شود. بصورت معمول این نتایج، بار کاری را در پی دارد که برای نیروی کار در دسترس سخت میباشد. یک مشکل مهم خودکارسازی که بسیاری از کشاورزان در آن مشترک هستند و این پژوهش با آن در ارتباط است، چالشمسیریابی خودکار میباشد. توسعهی دستگاههای موقعیتیاب با استفاده از ماهواره، امروزه باعث شده تا کشاورزان به راحتی بتواند به محدوده وسیعی، برای انتخاب دستگاه موقعیتیاب تجاری تا سیستم های مکان یابی دقیق RTK GNSS1 در سیستمهای موقعیتیاب جهانی در دسترس داشته باشند، که نتیجهی آن دقت سانتیمتری در مکانیابی میباشد. مقایسهی راهحلهای تجاری برای ناوگان خودکار برحسب دقت سخت میباشد.
از اینروکه فقدان یکنواختی در اطلاعات ارائه شده در شرکتهای سازنده برحسب مقیاس ماشینهای کنترل شونده که سرعت و انحراف خط سیر مرجع وجود ندارد. راهنمایی دقیق، فن آوری کلیدی و بهتری به نسب اکثر فن آوری دقیق سابق درکشاورزی می باشند. در عین حال، کاربرد نرخ متغییر کودها نیاز به جمع آوری داده های سیستمیک - برای مثال نمونه گری ناحیه یا شبکه خاک - و تحلیل داده ها - پیشنهاد کود می تواند بر اساس تست خاک و شناخت متغییرهای موقعیت ویژه مانند ارتفاع، شیب، نوع خاک و زهکشی باشد - قبل از استفاده ی موثر از کود دارد و نقشه ی آن باید ترسیم شود و کودها را می توان با نرخ متغییر به کار برد و راهنمای دقیق مانند ناوگان و آشکار ساز نوری یا سیستم های موازی مسیر سم پاشی می باشد.
راهنمایی دقیق نیز به عملیات تجهیزات اجازه می دهد در شرایط کم نور عمل کنند از این رو، توسعه ی ساعتهای عملیات در هر دستگاه در روز انجام می شود. به علاوه ی مزایای خصوصی تناسب با کشاورز، جامعه ممکن است از طریق کاهش آلایندههای کشاورزی و در نهایت از طریق مزایای سیستم های راهنمای دقیق از این فرایند بهره ببرند. تا به امروز، چند تخمین از مزایای ویژه ی سیستم های راهنمایی دقیق استفاده کرده اند.
اوکانر و همکارانش - O'Connor et al.,1996 - با استفاده از سیستم مکان یاب تفاضلی برروی یک نمونه ماشین کشاورزی، توانستند با استفاده از مسیری که قبلا مشخص شده بوده، خودرو در مسیر مورد نظر هدایت کنند. معادلات خطی حرکت خودرو و استفاده از نرم افزار MatLab® جهت برنامه کنترل سیستم از جمله نکات مورد توجه این تحقیق بوده است. هرناندز و همکارانش - Hernandez - et al ., 2003 در تحقیقی به بررسی کنترل خودکار فرمان اتومبیل توسط سیستم GPS و علائم مغناطیسی پرداختند و با در نظر گرفتن انحنای جاده توانستند دقت مناسبی در حرکت جانبی خودرو و کنترل عرضی اتومبیل بدست بیاورند.
در این پژوهش الگوریتم های کنترلی جهت شبیهسازی انحنای مسیر طراحی گردید. ژانگ و همکاران - Zhang et al ., 2004 - در بیان نتایج تحقیقات خود این طور بیان داشتند که در اصل، کنترل ناوبری با استفاده از یک الگوریتم مسیر ردیابی برای تولید زاویه فرمان خودرو در هر نقطه بر اساس یک محاسبه خطای بین موقعیت فعلی و موقعیت مسیر آینده بکار میگیرد و نتایج ردیابی مسیر آنها ، انحراف کمتر از 0/1 متر در هنگام ردیابی مسیر مستقیم یا مسیرهای با انحنای کم در یک سرعت 3/5 متر بر ثانیه را نشان داد. جیزبرچت و همکارانش - - Giesbrecht et al., 2005یک الگوریتم تعقیب مسیر خالص برای ردیابی مسیر ، همراه با یک الگوریتم تشخیص مانع برای افزایش توانایی ناوبری خودرو را بکار بردند.
آنها گزارش دادند که روش تعقیب مسیر خالص در خودرو بدون سرنشین موثر بود ، اما استفاده از موقعیت GPS و عملکرد مسیریابی ناپایدار با توجه به تغییر ناگهانی در سیگنال هایGPS ، نشان می دهد که نیاز به اطلاعات پایدار بیشتری در خصوص موقعیت و محدوده ها مورد نیاز است. هوانگ و همکاران - - Huang et al., 2010 مطالعه شبیه سازی را بر اساس روش تعقیب مسیر خالص و شبکه عصبی به منظور توسعه یک الگوریتم مسیر ردیابی مناسب برای کنترل یک تراکتور کشاورزی در زمان دور زدن در انتهای مزرعه را انجام دادند. نتایج شبیه سازی نشان داد که روش تعقیب مسیر خالص توسعه یک روش بهینه و عملی برای کنترل دور زدن در انتهای مزرعه ماشین آلات کشاورزی است.
سولئا و همکاران - Solea et al., - 2007 یک کنترل مسیر ردیابی و شبیه سازی مسیر زیر سیستم برای وسایل نقلیه مستقل بر پایه حالت کنترل لغزشی، را طراحی کردند. این روش کنترل عملکرد خوبی خصوصا زمانی که یک خطای اولیه بزرگ موقعیت وارد سیستم میشود را نشان دادند. چو و همکاران - Chu et al ., 2013 - از یک روش کنترل فازی برای تعیین زاویه فرمان مناسب برای یک کنترل کننده فرمان، بر اساس اطلاعات وضعیت، متشکل از موقعیت و خطای جهت گیری استفاده کردهاند. مدل حرکتی از دیفرانسیل یک وسیله نقلیه برای شبیه سازی پایداری کنترل از طریق شبیه سازی آزمون ایجاد شده بود. روش ارائه شده ردیابی عملکرد رضایت بخشی را ارائه کرد.
استول و همکاران - - Stoll et al., 2000 ماشین های برداشت علوفه مجهز به یک الگوریتم مسیر ردیابی و سیستم فرمان خودکار برای تولید بر اساس اطلاعات موقعیت را دنبال مسیرهای به دست آمده از سیستم, RTK GPS یا - زمان واقعی سینماتیک - را مورد آزمایش قرار دادند. نگوچی و همکاران - - Noguchi et al., 2001 یک RTK-GPS ، ژیروسکوپ فیبر نوری - - FOG ، و واحد اندازه گیری اینرسی - IMU - را به عنوان حسگر هدایت و سنسور ترکیب الگوریتم را به منظور تعیین ولتاژ بایاس FOG و جبران خطاهای مکان در زمان واقعی بکار بردند. به طور مشابه توسط نگازاکا - Nagasaka et al., 2004 - ، هدایت مستقل سیستم بر اساس-RTK GPSو سیستم FOG برای عملیات نشا کاری در مزرعه برنج طراحی شد.
افزایش بیشتر از %15 به سرعت تراکتور و ظرفیت زمین می تواند هزینهی اولیه را جبران کند - . - Heidman et al., 2003 این باعث افزایش دقت قراردهی نوارهای حاوی کودهای شیمیایی در نزدیکی گیاهان میشود و در عین حال با اضافه کردن تکنولوژیهای دیگر مانند آبیاریهای زیرسطحی مناسب این در افزایش عملکرد تولید را به %20 نیز میرساند - - Gan-Mor et al., 2001 که البته از لحاظ اقتصادی هم دارای مزایای زیادی است. این تکنولوژیها بدون RTK - GPS عملی نیستند که البته تولید را سریعتر ممکن میسازند.
