[发明专利]水田硬底层轮廓感知与数字化建模方法

权利要求书

1.水田硬底层轮廓感知与数字化建模方法，其特征在于，

水田硬底层轮廓感知方法包括以下步骤：

S1、采用GNSS和AHRS获取轮式农机行驶时的位置和姿态数据；

S2、根据安装的GNSS和AHRS与农机后轮相对位置，进行坐标转换获取轮底与硬底层接触点在坐标系中点集的坐标值；

水田硬底层轮廓数字化建模方法包括以下步骤：

S3、对点集进行均匀稀释，并进行三角剖分构建底层三维轮廓；

S4、基于射线法和点-面相交原理，提取包含预估点的特定三角形，估计硬底层全域任意点高程。

2.按照权利要求1所述的水田硬底层轮廓感知与数字化建模方法，其特征在于，步骤S1为：农机车体上安装的GNSS主天线获取其中心点在大地坐标系下的经度、纬度和海平高度；通过高斯投影获取主天线在地球局部切平面坐标系ENU下的X-Y-Z坐标。

3.按照权利要求2所述的水田硬底层轮廓感知与数字化建模方法，其特征在于：步骤S1中，主天线在地球局部切平面坐标系ENU下的X-Y-Z坐标，计算公式为：

式中，X为子午线弧长，m；L为A点在大地坐标系中的经度，°；L₀为中央子午线经度；B为A点在大地坐标系中的纬度，°；N为子午圈曲率半径，m；N，ρ″，t，η为中间变量；

子午线弧长X计算公式如下：

a₀，a₂，a₄，a₆，a₈为基本常量，按以下公式计算：

m₀，m₂，m₄，m₆，m₈按以下公式计算：

式中e为椭球第一偏心率，a为椭球长半轴，取a＝6378137m；b为椭球短半轴，b＝a·(1-f)，f为椭球扁率，取f＝1/298.257223563；

式(1)中N，ρ″，t，η，按以下公式计算：

式中，e'为椭球第二偏心率，

4.按照权利要求2所述的水田硬底层轮廓感知与数字化建模方法，其特征在于：步骤S1中，AHRS安装在车体的机架上，获取农机车体的俯仰和横滚角度。

5.按照权利要求1所述的水田硬底层轮廓感知与数字化建模方法，其特征在于，步骤S2包括：

S21、采用高精度全站仪分别测量主从天线相对动力底盘的空间位置，并测得航向安装误差，并进行航向校正；

S22、采用水平仪测量动力底盘横滚角与俯仰角，与AHRS获取数据对比得到系统误差值，并进行横滚角度与俯仰角度校正；

S23、以主天线为坐标原点建立与动力底盘平行的三维坐标系，经欧拉转换获取左右轮底在地球局部切平面坐标系ENU下的坐标值。

6.按照权利要求5所述的水田硬底层轮廓感知与数字化建模方法，其特征在于：步骤S23中，计算公式为：

式中，△x为X轴方向上轮心到轮底坐标增量，△y为Y轴方向上轮心到轮底坐标增量，△z为Z轴方向上轮心到轮底坐标增量，θ为车体俯仰角；

式中，B_rp为右轮底与地接触点；

T_B＝R·B_rp+G_d(9)

式中，T_B为右轮底B点坐标经欧拉转换在局部切平面坐标系下的点坐标，R为车体坐标系点集转换至局部切平面坐标系坐标的转换矩阵，R_z为绕Z轴旋转矩阵，R_y为绕Y轴旋转矩阵，R_x为绕X轴旋转矩阵。