GPS导航计算机毕业设计开题报告

时间：2024-07-29 07:46:43 开题报告我要投稿

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GPS导航计算机毕业设计开题报告

　　全球卫星定位系统（GPS）能全天候全天时提供高精度的位置、速度和时间信息，在军事和民用上显现出越来越重要的用途，其应用前景远远超出人们的想象。我们在这里和大家分享一篇GPS导航计算机毕业设计开题报告，希望大家喜欢。

GPS导航计算机毕业设计开题报告

　　一、研究的意义

　　精准农业，也叫精确农业（Precisionagriculture），是在20世纪90年代，为了倡导环境保全型的农业，由美国明尼苏达大学的土壤学者的提出。通过使用科学技术手段，从而让农田内不同单元小区的农业生产的投入为最经济和科学合理的，以达到获得经济、环境等方面最高的回报目的，从而实现农业生产的精准管理的方式，这种方式是精准农业技术思想的实质。

　　精准农业的技术核心是用信息技术改造传统农业，将全球定位系统，地理信息系统等高新技术集成起来，实现农业可持续发展目标。拖拉机是实施精准农业所必须的物质载体，它可以与附装的、悬挂的或牵引的的农机具一起完成起垄、播种、施肥、喷药等大部分田间作业。

　　精准农业的技术体系可以分成两类，一是基于3S技术的精准农业，另一类基于传感器技术的精准农业。

　　基于3S技术的精准农业，也被称为基于地图的精准农业（Map-basedapproach），是以地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、遥感技术（RS）和计算机自动控制系统为其主要核心。农业信息的重要组成部分是精准农业，特点是在土壤的监测和作物信息数据分析使用地理信息系统，作为属性数据，并与矢量化地图数据一起制成具有实效性和可操作性的田间管理信息系统。

　　基于传感器的精准农业（Sensor-basedapproach），可以通过使用传感器及时性的特点，测定所需的特性，如土壤、作物等，对这些测得的信息，经过快速的数据处理以后，就可以直接用于控制变量管理，所以，这种操作可以不依赖GPS系统的支持，同样也不依赖GIS的支持。

　　从当前的研究进展得知，以3S技术为基础的精准农业的应用较为普遍，主要原因是因为田间实时传感器昂贵，精度差。另一方面，采用GPS定位技术和GIS技术相结合的方法，对土壤的取样、产量的实时监测、遥感、土壤地图的绘制等都非常的便利，加上统计学、作物模拟的多种方法，使得以3S技术为基础的精准农业的应用模式更为普遍。

　　随着劳动生产率的挑高，农用拖拉机向大型化方向的发展，这种趋势在欧洲和北美表现尤为明显。近几年，在我国东北地区，其发展势头也日益迅猛，另外，现代农业作业要求作业速度越来越快、作业幅宽越来越宽、作业质量越来越高，其结果就是人们越来越依赖少数几台功率较大的拖拉机，并迫切需要能够最大限度的提高这些拖拉机的作业效率。这也对驾驶员的操作水平提出了越来越高的要求，驾驶员的工作负荷也越来越大。在高速宽幅作业机械行进过程，要求驾驶员操纵作业机械精确的沿作物行间隙或预定路线行走。

　　我国目前的农业生产比较落后，普遍存在资源利用率低，投入产出率低的的现象。现有农业生产主要基于农业原料（如化肥等）的大量投入条件下获得的，由于盲目的施用大量的化肥，化肥投入量大，每年单位耕地面积化肥投入量高于世界平均水平的3倍多。

　　嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统综合运用了嵌入式技术、GPS、GIS和计算机编程等技术。

　　GPS和GIS技术是嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统的核心技术，如何利用相关的技术提高嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统的整体性能正处于不断的发展与完善中，开展针对基于GPS和GIS技术的研究不仅可以提高系统的性能，而且还提高系统的可靠性。

　　综上所述，通过对嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统的应用研究，可以提高对农业机械的控制和驾驶水平，保障农业机械作业时，可以安全、高效的进行。不断完善嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统的研究，相当于提高了农业机械的作业效率、降低驾驶员的工作量，减轻驾驶员的生理和心理上的负担；而且众所周知，一些农田作业环境非常恶劣，如实施农药和化肥的喷洒作业时，会对驾驶员身体产生一定的危害。嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统有利于提高劳动生产效率、降低驾驶难度、提高作业质量，将驾驶员从恶劣环境中解放出来。因此，开展研究嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统的应用研究是非常有必要的，对实现我国农业机械的现代化发展意义非常的重大。

　　二、国内外研究现状

　　国外研究动态目前，世界上对精准农业的实践应用到很多方面，例如配方施肥，精量播种，病虫害防治，杂草清除和水分管理，都有精准农业的参与。在一些发达国家中，精准农业已经成为对合理使用农业资源、改善生态环境和农业可持续发展的科学技术基础。在发达国家，为改善生态环境和农业的可持续发展，对农业资源合理的使用，在精准农业的研究上已投入大量人力和物力，而且还成立了专门的研究机构，并且在大学里面设立与精准农业有关的课程体系。

　　发展精准农业最早的国家是美国，目前，美国连接到互联网的农民约为51%,使用直升机进行耕作管理的农场为20%,许多大中型农场都安装了GPS定位系统。这些对高新技术的应用，在美国成为农业信息化的主要内容，同时也打造出美国的精准农业体系。

　　在美国，在甜菜、小麦、玉米和大豆等作物的种植上，广泛的使用精准农业技术。美国CASE和美国JOHNDEERE研究开发出一套准精准农业机械装备，包括：大型气力输送试变量施肥播种机，联合收获机产量检测系统，大型自走式变量喷药机，农机作业GPS导航自动驾驶装置。

　　在上世纪70年代，世界许多工程师，对农田机械的自动导航进行了研究。

　　比较具有代表性的国家主要以美国、日本、欧洲等发达国家。美国的Conner等人，试验是以JoneDeere7800拖拉机为平台，将4个独立的GPS安装在驾驶仓外，产生的定位信息频率是10Hz,从而达到了以4天线载波相位的GPS导航目的，定位精度达到了2.5cm。斯坦福大学也同样也以JoneDeere拖拉机为试验平台，使用4个DGPS座位导航仪器，由试验结果可以知道，在以速度为3.25公里/小时的直线行驶中，其最大偏差的值为2.5cm。

　　1998年Noguchi等人采用ExtendedKalmanFilter（EKF）对机器视觉、PTK-GPS、GDS融合导航问题进行了研究，对3种传感器的4种不同的组合方式的导航控制进行了相关的试验研究，其中包括RTK-GPS（精度±20cm）与GDS融合后的导航精度达到±8.4cm.在国外，田间的变量实施技术发展很迅速。由Rawson公司生产的产品，ACCU-RATE变量控制器可以根据实际情况，独立进行编程工作，这样可以达到控制播种和施肥的目的。天宝公司生产的AGGPS170田间计算机，通过与AGGPS接收机和导航系统结合自动驾驶仪，实现导航、成图、土壤取样、变量控制、作业记录等多种功能。用于颗粒状肥料的变量施肥机是由俄罗斯的全俄农机化研究所开发研制的，为了完成控制排肥量的目的，该变量施肥机在排肥口处安装了共振片和电磁铁，通过使用振动开关的方式来控制排肥量。

　　丹麦AalborgUniversity的K.M.Nielse,P.Andersen等人利用GPS和陀螺仪实现拖拉机导航控制，基于机器视觉研发了用于绘制杂草分布图的自动行走拖拉机，该系统可以检测作物杂草，可用于精确农业点喷雾、施肥、除草等操作。

　　GPS定位应用到英国西尔索研究所的智能除草拖拉机上，在草地上行驶时，根据坐标已经输入值自动启动喷雾器，达到喷洒除草剂的目标，达到除草的目的，具有良好的经济效益。荷兰InstituteofAgriculturalandEnironmentalEngineeringIMAG-DLO的R.P.VanZuydam利用电子地图与RTKGPS组合导航技术实现对拖拉机转向的控制，并进行了现场试验，结果表明，其最大误差12cm,混凝土路面试验的最大误差为2cm。

　　在最近5年来，“国际精准农业学术研讨会”及相关装备和技术产品展览会每年都会举办，在重要国际学术会议或专业刊物上已经发表大量的学术报告和研究发现。

　　国内研究动态国内专家对精准农业的研究很少，西安交通大学的杨为民博士、李天石等开发了农业机械机器视觉导航试验系统；西北农林科技大学的杨青教授领导的基于GPS与GIS控制的可变灌溉系统研究；位于北京小汤山的精准农业试验示范基地是由国家农业信息化工程技术研究中心建立的，2F-VTR1型变量施肥机和1G-VRT1旋耕变量施肥机就是由该研究中心的王秀、陈立平、孟志军等人研究的，该设备主要根据用户设置施肥量或上位控制计算机处方施肥量、实时接收GPS位置信号及作业行走速度信号，自动调整排肥驱动系统的转速，实现实时变量施肥。在播前施用种肥和冬小麦返青变量施肥作业的时候可以使用2F-VRT1型变量施肥机，在牧草的变量施肥作业中也可以使用该施肥机。在进行旋耕作业的同时使用1G-VRT1旋耕变量施肥机进行实时变量施肥。

　　在吉林省榆树市弓棚镇由吉林农业大学建立的玉米精准农业示范基地，吉林农业大学的科研人员陈桂芬、田云和吉林大学的科研人员张书惠等人共同研制出2BAF-6型玉米变量施肥精密播种机和2BFQ-6型精密播种变量施肥机。

　　中国农机研究院张小超等人研制出小麦变量施肥播种机，该变量施肥控制方案采用液压油缸控制排肥槽轮伸缩长度控制排肥量。

　　2002年黑龙江省友谊农场引进美国CASE公司整套精准农业机械设备，进行精准农业技术试验示范，取得了阶段性试验效果。

　　2003年黑龙江省大西江农场引进了美国JOHNDEERE公司整套精准农业机械装备，进行试验示范。

　　黑龙江八一农垦大学精准农业技术研究中心研制的2BJ-6W型大豆精密播种机，播种机为6行垄作，行距平均为70cm,幅宽为4.2cm.上位计算机采用触摸液晶屏工控计算机，操作系统采用Windows98或者WindowsME.变量施肥软件采用VB6.0编程，完成系统与DGPS的通信和上位计算机下位单片机的RS-232通信，具有数据库管理，图形管理和变量控制功能。

　　总之，根据近年来研究进展情况看，我国在精准农业技术的研究方面已经取得了一些成绩，但在通过嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统方面还需要进一步的深入研究。

　　三、研究的目的

　　精准农业技术是当今现代化大农业的前沿高新技术，根据农田空间差异和作物栽培的需求开展农业机械导航控制和变量施肥技术。本课题的目的在于使用计算机编程方法、SerialPort控件和eSuperMap嵌入式地理信息系统控件，利用GPS和GIS技术，研究设计嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统。通过RS-232串口接收GPS实时数据和发送控制指令，实现对农业机械的导航控制和变量施肥机马达转速的控制，达到提高农业机械作业的效率、减少肥料浪费、节省操作时间、减轻农业机械驾驶员的工作强度的目的，从而实现降低农业生产的成本，提高农业生产的经济效益和生态效益。

　　四、研究内容

　　本课题研究内容是“嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统”.主要研究有以下几方面：

　　一是GPS技术在导航和定位上的应用研究。利用C#编程语言和SerialPort控件实现RS-232串口接收GPS实时信息的功能，解决对GPS数据的截取、导航提示的问题。

　　二是GIS技术在变量施肥控制上的应用研究。利用eSuperMap嵌入式地理信息控件和由RS-232串口接收到的GPS信息，研发了车载计算机变量施肥控制软件，解决了变量施肥作业的变量指令在车载计算机中如何发送给变量控制器、变量施肥的处方数据存储和农机在处方图上定位显示的问题。

　　三是嵌入式编程技术的研究。由于嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统搭载到车载一体机中，必须解决嵌入式硬件设备资源紧张的问题，使软件做到对硬件资源消耗低，但是功能强大和性能突出的特点。

　　四是对定位导航与变量施肥算法的研究。软件的执行效率和稳定性，取决于算法的优劣和对算法的优化，所以为了更好的完成对嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统，需要对关键算法进行研究，包括：坐标投影变换的研究、直线行走导航算法的研究、定位算法的研究和变量施肥算法的研究。

　　五、提纲

　　摘要

　　第一章绪论1.1研究的意义

　　1.2国内外研究现状

　　1.2.1国外研究动态

　　1.2.2国内研究动态

　　1.2.3研究趋势

　　1.3研究目的和内容

　　1.3.1研究目的

　　1.3.2研究内容

　　1.4研究方法

　　1.5本章小结

　　第二章硬件系统的组成设计

　　2.1系统组成的概述

　　2.2GPS接收机

　　2.3车载触控计算机

　　2.4GPS导航光耙及其设计

　　2.5变量施肥控制器及其设计

　　2.5.1控制系统方案

　　2.5.2闭环控制器总体方案

　　2.5.3变量施肥闭环控制程序流程图

　　2.6本章小结

　　第三章定位导航与变量施肥算法研究

　　3.1坐标投影变换的研究

　　3.1.1UTM投影系统

　　3.1.2UTM投影的实现

　　3.1.3UTM投影反算的实现

　　3.2直线行走导航算法的研究

　　3.2.1确定导航AB线

　　3.2.2农业机械在导航AB线的位置

　　3.2.3偏航距离及左右确定

　　3.3定位算法的研究

　　3.3.1标准卡尔曼滤波模型

　　3.3.2运动载体的GPS动态定位系统数学模型

　　3.3.3提高GPS定位精度的改进卡尔曼滤波算法的实现

　　3.4嵌入式地理信息系统及变量施肥算法的研究

　　3.4.1嵌入式地理信息系统的概念

　　3.4.2eSuperMap概述

　　3.4.3基于eSuperMap开发的应用系统

　　3.4.4eSuperMap控件在变量施肥中的应用

　　3.4.5变量施肥算法的研究与设计

　　3.5本章小结

　　第四章软件功能的研究和设计

　　4.1嵌入式系统在农业机械上的应用4.2系统结构的设计

　　4.3数据通讯方式

　　4.3.1RS232串口通讯在。NET下实现

　　4.4导航功能的研究和设计

　　4.4.1GPS信息解析

　　4.4.2GPS导航提示

　　4.4.3导航光耙测试

　　4.4.4导航演示

　　4.4.5作业信息记录查询

　　4.5变量施肥的功能研究和设计

　　4.5.1变量施肥控制

　　4.5.2变量控制器参数下传

　　4.5.3变量控制器参数上传

　　4.5.4作业信息记录查询

　　4.5.5农机作业回放

　　4.6软件开发语言和工具的选择

　　4.7本章小结

　　第五章系统的测试试验

　　5.1系统软件功能测试

　　5.2系统软件测试平台

　　5.3数据测试

　　5.3.1导航控制测试

　　5.3.2变量施肥测试

　　5.4导航控制试验

　　5.4.1试验场地

　　5.4.2试验方法与结果分析

　　5.5变量施肥控制试验

　　5.5.1试验基本情况

　　5.5.2试验结果

　　5.6本章小结

　　第六章结论与展望

　　6.1结论

　　6.2创新点

　　6.3展望

　　六、研究方法

　　在这项研究中，对全球卫星定位系统的理论、地理信息系统的理论、嵌入式编程等理论进行了综合运用，使用MicrosoftOfficeVisio2003画图软件，完成软件功能的流程图和数据库实体分析图，使用CaseIHAFSSoftwareAFS精准农业软件完成农田电子信息地图，对土壤包含营养成分分布的情况进行研究。

　　在研制变量施肥控制器时，采用闭环自动控制理论和工程设计的方法。在软件工程相关理论的指导下，在VisualStudio2008开发环境下，使用C#编程语言、SQLCE嵌入式数据库、eSuperMap嵌入式GIS开发平台进行嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制系统软件的开发。运用理论分析、系统设计和试验实践的方法探索适合我国农机作业导航与变量施肥控制的技术方案。

　　七、进度安排

　　11月01日-11月07日论文选题，

　　11月08日-11月20日初步收集毕业论文相关材料，填写《任务书》，

　　11月26日-11月30日进一步熟悉毕业论文资料，撰写开题报告，

　　12月10日-12月19日确定并上交开题报告，

　　01月04日-02月15日完成毕业论文初稿，上交指导老师，

　　02月16日-02月20日完成论文修改工作，

　　02月21日-03月20日定稿、打印、装订，

　　03月21日-04月10日论文答辩。

　　八、参考文献

　　[1]张晓辉，李汝莘。法国的精确农业研究及应用现状[J].农机化研究，2002（1）：12-15.

　　[2]李强，李永奎。我国农业机械GPS导航技术的发展[J].农机化研究，2009（8）：242-244.