Model and algorithms for determining the location and position of agricultural machinery during the movement

Abstract

The subject of research is the navigation subsystem of autonomous control system to determine the location and position of agricultural machinery during the movement. The purpose of the work is to develop and research model and algorithms to determine the location and position of mobile agricultural machinery using a physical model. The following tasks are solved in the article: development of agricultural machinery physical model to collect information from sensors during movement, further development and research of applicability of algorithms for location and position determination. The following methods are used: methods of mathematical statistics, methods of information systems theory and data processing, methods of random signals filtration. The following results were obtained: during research, the agricultural machinery physical model to collect information from sensors during movement was created. The model includes a GPS receiver, an accelerometer, gyroscope and infrared encoders, to count the rotation of the wheels, as well as its own four wheelbase of agricultural machinery. The modernized GPS coordinate filtration algorithm using a geochex algorithm is proposed, which according to several successively obtained GPS coordinates calculates the hash received coordinates; if the coordinates have the same hash, it can be argued that the vehicle is in the segment of the area that corresponds to this hash. To determine the physical model position during the movement data from the accelerometer and the gyroscope was processed using Savitzky-Golay and Madgwick filters. With the use of wheels’ rotation data, the odometric algorithms for movement and location determining of the agricultural machinery physical model in motion were implemented. Conclusions: to improve the accuracy of estimating the location and position agricultural machinery, algorithms complexation of indicators from different navigation systems should be used to reduce the total error. Research results can be applied in the development of new and modifications of existing navigation subsystems of agricultural machinery autonomous control systems.Предметом дослідження є навігаційна підсистема системи автономного управління для визначення місцезнаходження та положення сільськогосподарської техніки під час руху. Мета роботи – розробка та дослідження моделі і алгоритмів для визначення місцезнаходження та положення мобільної сільськогосподарської техніки з використанням фізичної моделі. В статті вирішуються наступні завдання: розробка фізичної моделі сільськогосподарської техніки для збору інформації від датчиків під час руху, подальша розробка та дослідження застосовності алгоритмів визначення місцезнаходження та положення. Використовуються такі методи: методи математичної статистики, методи теорії інформаційних систем та обробки даних, методи фільтрації випадкових сигналів. Отримано наступні результати: під час проведених досліджень було створено фізичну модель сільськогосподарського транспортного засобу для збору інформації з датчиків під час руху. До складу моделі входять GPS-приймач, акселерометр, гіроскоп та інфрачервоні енкодери, для підрахунку обертів коліс, а також сама чотирьохколісна база транспортної техніки сільськогосподарського призначення. Було запропоновано модернізований алгоритм фільтрації GPS-координат з використанням алгоритму хешування геохекс, який за декількома послідовно отриманими GPS-координатами виконує розрахунок хешу отриманих координат; якщо координати мають спільний хеш, то можна стверджувати, що транспортний засіб знаходиться в сегменті площі, якій відповідає даний хеш. Для визначення положення фізичної моделі під час руху дані від акселерометру та гіроскопу було оброблено за допомогою фільтрів Савіцького-Голея та Маджвіка. Із застосуванням даних про обернення коліс було реалізовано одометричні алгоритми визначення переміщення та місцезнаходження фізичної моделі сільськогосподарського транспортного засобу під час руху. Висновки: для підвищення точності оцінки місцезнаходження і положення сільськогосподарських транспортних засобів слід використовувати алгоритми комплексування показників від різних навігаційних систем для зменшення сумарної похибки. Результати дослідження можуть бути застосовані при розробці нових, та модифікації існуючих навігаційних підсистем автономних систем управління сільськогосподарської техніки.