ES2316128T3 - Estacion de referencia movil para general señales correctoras para un dispositivo diferencial de determinacion de la posicion. - Google Patents
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Abstract
Estación de referencia (46) móvil para generar señales correctoras para un mecanismo diferencial de determinación de posición, que comprende: un receptor de señales de determinación de posición (52) para recibir señales desde satélites (42) de un sistema de determinación de posición, un procesador electrónico (50) que está unido a una antena de radio (56) a través de una unidad emisora (54), y está equipado para recibir señales de posición desde el receptor de señales de determinación de posición (52) y de las mismas derivar datos de corrección, que pueden modularse mediante la unidad emisora (54) sobre frecuencias de radio y radiarse a través de la antena de radio (56), caracterizada porque se une el procesador (50) a un sensor de inercia (60) y puede hacerse que calcule, con base en señales del sensor de inercia (60), un magnitud dependiente de una variación de posición de la estación de referencia (46) y que genere una señal de error, si esta magnitud supera un valor umbral predeterminado, de tal modo que se genera una señal de error si la estación de referencia (46) ha volcado o ha sido apartada por un tercero, porque bloquea una vía de circulación o porque está en el camino de un tercero.
Description
Estación de referencia móvil para generar
señales correctoras para un dispositivo diferencial de determinación
de la posición.
La invención se refiere a una estación de
referencia móvil para generar señales correctoras para un mecanismo
diferencial de determinación de posición, que comprende: un receptor
de señales de determinación de posición para recibir señales desde
satélites de un sistema de determinación de posición, un procesador
electrónico que está unido a una antena de radio a través de una
unidad emisora, y está equipado para recibir señales de posición
desde el receptor de señales de determinación de posición y de las
mismas derivar datos de corrección, que pueden modularse mediante
la unidad emisora sobre frecuencias de radio y radiarse a través de
la antena de radio.
\vskip1.000000\baselineskip
En la agricultura se utilizan sistemas de
detección de posición apoyados por satélite, entre otras cosas,
para dirigir automáticamente vehículos agrícolas, para detectar
datos de forma específica según la posición, p.ej. datos de
rendimiento, y para activar actuadores de forma específica según la
posición, por ejemplo para esparcir fertilizantes o productos
químicos.
Los sistemas de detección de posición apoyados
por satélite como GPS, Glonass o el futuro Galileo utilizan varios
satélites situados en una órbita terrestre y equipados con relojes
atómicos, que radian en cada caso ondas (de radio)
electromagnéticas que contienen informaciones sobre hora e identidad
o posición. Los receptores correspondientes deben recibir en cada
caso las señales de al menos tres satélites, para poder determinar
la posición actual en el espacio. Si se quiere además determinar la
hora, es necesario recibir señales de cuatro satélites.
Es asimismo habitual (véase el documento EP 0
660 660 B) mejorar la precisión de los sistemas de detección de
posición mediante la recepción de señales de radio que contengan
datos de corrección, que se irradian desde estaciones de referencia
en emplazamientos conocidos. Estos sistemas reciben el nombre de
sistemas diferenciales de detección de posición (es decir DGPS).
Las estaciones de referencia reciben señales desde satélites del
sistema de detección de posición y derivan de las mismas información
sobre posición, que transforman en datos de corrección y transmiten
mediante un sensor de radio al vehículo, que está equipado con un
receptor adecuado para recibir datos de corrección. Con base en los
datos de corrección y en las señales recibidas desde los satélites
se determina, mediante un ordenador, la posición del vehículo. Se
conocen por un lado los llamados sistemas de gran área con
estaciones de referencia estacionarias y en red y, por otro lado,
estaciones de referencia locales, que pueden ser móviles y que
normalmente están instaladas en las proximidades del campo a labrar
en cada caso o montadas de forma permanente en emplazamientos
elevados. Una ventaja de una determinación de posición con una
estación de referencia local, con relación a un sistema de gran
área, estriba en una precisión bastante más elevada, que se
consigue porque puede prescindirse de tiempos de propagación en la
red y la señal correctora se genera en el entorno inmediato del
punto de aplicación. Estos sistemas se utilizan, a causa de su
elevada precisión, para la mejora dinámica o para la dirección de
máquinas en marcha y por ello reciben también el nombre de RTK
(Cinemática en Tiempo
Real).
Real).
El documento US 6 140 959 A describe una
estación de referencia GPS con auto-calibración que,
con base en señales de posición recibidas, reconoce si todavía se
encuentra en su posición o se ha cambiado. Si la variación de
posición es inferior a 100 m, se parte de la base de que la estación
de referencia no se ha cambiado. En caso contrario se reciben
señales de posición durante un espacio de tiempo mayor y sólo a
continuación se radian de nuevo señales correctoras.
En el caso de estaciones de referencia móviles
existe un riesgo determinado que éstas se muevan durante el
funcionamiento, porque por ejemplo bloquean una vía de circulación,
etc. y por ello son apartadas por un tercero. Una estación de
referencia colocada sobre un trípode puede volcarse también en el
caso de viento fuerte. Cualquier movimiento de la estación de
referencia conduce a un movimiento análogo de un vehículo dirigido
automáticamente sobre el campo y, de este modo, representa un
riesgo considerable para la seguridad.
La estación de referencia no puede diferenciar
precisamente por sí misma si la variación de posición está causada
por un movimiento de la propia estación o es inducida por otros
errores. Más bien transmite asimismo los datos de corrección, que
se basan sin embargo de aquí en adelante en una nueva posición de la
estación de referencia, al vehículo. Debido a que al ordenador del
vehículo se presentan ahora otros datos de corrección, calcula
también una información de posición diferente. Debido a que ésta
diferirá de la posición nominal, un sistema de dirección del
vehículo genera de forma correspondiente datos de dirección que
trabajan en contra, que conducen al movimiento de dirección
indeseado citado para guiar el vehículo de vuelta a la ruta nominal.
Sólo cuando una variación de posición asume valores, que hace que
los errores inherentes al sistema parezcan improbables, envía la
estación de referencia un mensaje de aviso al vehículo y desconecta
la señal correctora. Hasta ese momento, sin embargo, el vehículo
puede haberse se parado varios metros de la trayectoria nominal.
El problema en el que se basa la invención
consiste en aprontar un mecanismo, que coopera con una estación de
referencia móvil, para determinar la posición de un vehículo
agrícola, en el que ya no se presenten los citados problemas o lo
hagan en una medida reducida.
Este problema es resuelto conforme a la
invención mediante el aprendizaje de la reivindicación 1, en donde
en las reivindicaciones subordinadas se explican particularidades
que perfeccionan la solución de forma ventajosa.
Una estación de referencia móvil, que es
especialmente adecuada para cooperar con un mecanismo diferencial
de determinación de posición, para determinar la posición de un
vehículo agrícola, comprende un receptor de señales de
determinación de posición para recibir señales desde satélites de un
sistema de determinación de posición y un procesador electrónico,
que está unido a una antena de radio a través de una unidad emisora
y recibe, en funcionamiento, señales de posición desde receptores de
señales de determinación de posición y de ellas deriva datos de
corrección, que son modulados mediante la unidad emisora sobre
radiofrecuencias y se radian a través de la antena de radio. Se
propone unir el procesador a un sensor de inercia y hacer que
calcule, con base en señales del sensor de inercia, un magnitud
dependiente de una variación de posición de la estación de
referencia y que genera una señal de error, si esta magnitud supera
un valor umbral predeterminado. En el caso de esta magnitud puede
tratarse de la variación de posición, de su velocidad o de la
aceleración de la estación de referencia. Si el importe de esta
magnitud supera un valor umbral predeterminado, que por ejemplo
puede estar dentro de un margen de un dígito en cm, cm/s o
cm/s^{2}, se genera una señal de error, de tal modo que se genera
una señal de error si la estación de referencia ha volcado o se ha
apartado, porque bloquea una vía de circulación o porque está en el
camino de un tercero.
La señal de error puede utilizarse para
interrumpir la radiación de los datos de corrección mediante la
estación de referencia. El sistema de dirección de un vehículo, que
está equipado con un mecanismo diferencial de determinación de
posición que coopera con la estación de referencia, puede acudir
después dado el caso a otra señal correctora o seguir trabajando
sin datos de corrección. De este modo se evitan volantazos
indeseados del vehículo.
Aparte de esto, la señal de error puede radiarse
a través de la unidad emisora y la antena de radio. Un operador de
un vehículo, que está equipado con un mecanismo diferencial de
determinación de posición que coopera con la estación de
referencia, puede de este modo ser informado prácticamente de
inmediato sobre un posible error de la estación de referencia y
adoptar por su parte medidas adicionales, en especial dirigir el
vehículo manualmente o detenerlo y devolver la estación de
referencia de nuevo a su posición nominal original.
El sensor de inercia está unido con preferencia
físicamente al receptor de señales de determinación de posición,
por ejemplo dispuesto en una carcasa común. En el caso de una
posible forma de ejecución el receptor de señales de determinación
de posición y el sensor de inercia así como, dado el caso, el
procesador y la unidad emisora están aplicados a una pletina común.
El sensor de inercia puede formar parte de un sistema de navegación
inercial para una máquina, que sirve para compensar un
dislocamiento entre el receptor de señales de determinación de
posición y las ruedas u otros puntos de la máquina (o como ayuda a
la navegación en el caso de avería del receptor de señales de
determinación de posición).
El sensor de inercia puede formar parte de un
sistema de navegación inercial, como el que se utiliza a bordo de
vehículos. Puede partirse por ejemplo de una variación de posición
de la estación de referencia, si el sistema de navegación inercial
establece valores para una variación de posición o velocidad de
variación de posición o aceleración, que están situados por encima
de una derivación como la que es habitual para este tipo de
sistemas.
En los dibujos se ha representado un ejemplo de
ejecución de la invención, que se describe a continuación con más
detalle. Aquí muestran:
la fig. 1 una vista lateral de una estación de
referencia móvil y de un vehículo agrícola que coopera con la
misma,
la fig. 2 un diagrama de flujo, según el cual
trabaja la estación de referencia, y
la fig. 3 un diagrama de flujo, según el cual
trabaja el ordenador del vehículo.
La figura 1 muestra una vista lateral de un
vehículo agrícola 10 en forma de un tractor y de un aparato de
trabajo 14, instalado sobre un varillaje de tres puntos 12 de la
máquina 10, en forma de un distribuidor centrífugo de abono. El
vehículo 10 se compone de un bastidor soporte 16, que se apoya en
ruedas delanteras 18 orientables y ruedas traseras 20 accionables y
que soporta una cabina 22, en la que se encuentra un puesto de
trabajo de operador 24. El puesto de trabajo de operador 24
comprende un volante 26, un asiento, pedales (no mostrados) y un
terminal virtual 28. El terminal virtual 28 está unido a un
mecanismo de transmisión de datos 30, que es un bus de datos en la
forma de ejecución representada.
El mecanismo de transmisión de datos 30 está
unido asimismo a un ordenador 38, que está unido directamente o a
través del mecanismo de transmisión de datos 30 a un receptor de
señales de determinación de posición 40 para recibir señales desde
satélites 42 de un sistema de determinación de posición (p.ej. GPS,
Glonass o Galileo) y a un receptor de datos de corrección 44, que
sirve para recibir datos de corrección modulados sobre ondas de
radio, que son radiadas desde una estación de referencia 46 móvil.
Asimismo, el ordenador 38 está unido a un sistema de navegación
inercial 32.
La estación de referencia 46 móvil comprende un
soporte tipo trípode 34, sobre el que está fijada una carcasa 36,
que contiene un procesador electrónico 50 que está unido a un
receptor de señales de determinación de posición 52, un sensor de
inercia 60 y, a través de una unidad emisora 54, a una antena de
radio 56. El sensor de inercia 60 está ejecutado en esta forma de
ejecución como un sistema de navegación inercial conocido por sí
mismo, como el que se utiliza en vehículos (véase el documento EP 1
475 609 A), cuyo manifiesto se recoge también haciendo referencia
en los presentes documentos). Está dispuesto dentro de la carcasa 36
de la estación de referencia 46.
La estación de referencia móvil se coloca en
funcionamiento sobre el límite de un campo o en otro punto
adecuado.
El funcionamiento de la estación de referencia
46 se describe a continuación con base en el diagrama de flujo
representado en la figura 2. Después del inicio en el paso 80 (es
decir, conexión y aumento de potencia de la estación de referencia
46), el receptor de señales de determinación de posición 52 envía en
el paso 82 al procesador 50 señales de posición, que deriva de
señales que recibe de los satélites 42. El procesador 50 genera,
con base en las señales de posición recibidas y en su posición
conocida, datos de corrección que pueden calcularse como diferencia
entre posición real y medida e indicarse como vector de corrección.
Para esto se hace referencia al manifiesto del documento DE 195 39
302 A, que se recoge también haciendo referencia en los presentes
documentos). A continuación el procesador pregunta, en el paso 84,
si las señales del sensor de referencia 60 indican que el sensor de
inercia 60 y con él la estación de referencia 46 han realizado un
movimiento con relación al suelo del terreno (o presentan una
velocidad de movimiento o una aceleración), que es mayor que un
valor umbral que se corresponde por ejemplo con el triple de la
derivación habitual para un sistema de navegación inercial. Si no
es éste el caso, sigue el paso 86 en el que los datos de corrección
se modulan mediante la unidad emisora 54 sobre frecuencias de radio
y se radian a través de la antena de radio 56. En otro caso sigue
el paso 88, en el que se radia una señal de error a través de la
unidad emisora 54. Al paso 86 le sigue de nuevo el paso 82; tras el
paso 88 finaliza el procedimiento en el paso 90.
La figura 3 representa un diagrama de flujo,
según el cual trabaja el ordenador 38 del vehículo 10. Después del
inicio en el paso 100, en el paso 102 el ordenador 38 recibe señales
desde el receptor de señales de determinación de posición 40 y, a
través del receptor de datos de corrección 44, señales desde la
unidad emisora 54. Después viene el paso 104, en el que el
ordenador 38 investiga si la unidad emisora 54 ha radiado una señal
de error. Si no es éste el caso, el ordenador 38 calcula en el paso
106, con base en las señales procedentes del receptor de señales de
determinación de posición 40, una señal de posición cuya precisión
mejora con base en los datos de corrección de la estación de
referencia 46 recibidos desde la unidad emisora 54.
El sistema de navegación inercial 32 del
vehículo 10 entrega al ordenador 38 una información sobre posibles
ángulos de guiñada y balanceo del vehículo 10. El ordenador 38
utiliza en el paso 108 las señales del sistema de navegación
inercial 32, para compensar el dislocamiento entre las ruedas
delanteras 18 y el receptor de señales de determinación de posición
40, cuando el vehículo 10 circula sobre terreno irregular. Las
señales del sistema de navegación inercial 32 pueden utilizarse
también para, en el caso de un fallo temporal de las señales
procedentes del receptor de señales de determinación de posición 40
y/o del receptor de datos de corrección 44, poder generar señales
de dirección.
La señal de posición compensada se compara
mediante una unidad de control de dirección 58, que está unida al
ordenador 38 a través del mecanismo de transmisión de datos 30, con
una posición nominal a lo largo de un recorrido nominal archivado y
se utiliza para generar una señal de dirección, con la que se activa
un cilindro de dirección (no mostrado) para dirigir las ruedas
delanteras 18.
Aparte de esto en el paso 112 se utiliza la
señal de posición original o compensada mediante el ordenador 38,
para activar una unidad de control 48 para el control específico
según la posición del distribuidor de abono 14, con base en un plan
de fertilización. En el paso 112 también podrían recogerse datos
mediante el ordenador 38, p.ej. con relación al estado de las
plantas o bien datos de rendimiento, en el caso de una cosechadora
o cortadora-recolectora.
Cuando el paso 104 (basándose en el paso 84)
produce una variación de posición de la estación de referencia 46,
puede partirse de que la estación de referencia 46 se ha apartado de
su posición nominal, por ejemplo porque estaba en el camino de un
tercero, o se ha volcado, p.ej. a causa del viento o de animales que
han pasado junto a la misma. En el paso 114, que sigue en el caso
de una señal de error en el paso 104, se envía al operador en la
cabina de conductor 22 un mensaje de aviso mediante el ordenador 38
a través del terminal virtual 28. El conductor es avisado de este
modo de un posible error. Asimismo el ordenador 38 ignora a
continuación las señales correctoras entrantes desde la estación de
referencia 46. Por medio de esto se evitan volantazos
desproporcionados de las ruedas delanteras 18. Después del paso 114
finaliza en principio el procedimiento en el paso 116.
El proceso de dirección automático puede
proseguirse con datos de corrección, ahora sin embargo sin datos de
corrección de la estación de referencia 46, o después de que la
estación de referencia 46 se ha llevado de nuevo a la posición
prevista y esto último se ha confirmado mediante una introducción
mediante un interfaz (no mostrado) unido a un procesador 50.
Alternativamente el conductor puede asumir el proceso de dirección
mediante el volante 26.
Claims (6)
1. Estación de referencia (46) móvil para
generar señales correctoras para un mecanismo diferencial de
determinación de posición, que comprende: un receptor de señales de
determinación de posición (52) para recibir señales desde satélites
(42) de un sistema de determinación de posición, un procesador
electrónico (50) que está unido a una antena de radio (56) a través
de una unidad emisora (54), y está equipado para recibir señales de
posición desde el receptor de señales de determinación de posición
(52) y de las mismas derivar datos de corrección, que pueden
modularse mediante la unidad emisora (54) sobre frecuencias de radio
y radiarse a través de la antena de radio (56),
caracterizada porque se une el procesador (50) a un sensor de
inercia (60) y puede hacerse que calcule, con base en señales del
sensor de inercia (60), un magnitud dependiente de una variación de
posición de la estación de referencia (46) y que genere una señal
de error, si esta magnitud supera un valor umbral predeterminado,
de tal modo que se genera una señal de error si la estación de
referencia (46) ha volcado o ha sido apartada por un tercero,
porque bloquea una vía de circulación o porque está en el camino de
un tercero.
2. Estación de referencia (46) según la
reivindicación 1, caracterizada porque el procesador (50)
puede hacerse funcionar de modo que finalice la radiación de datos
de corrección como consecuencia de una señal de error.
3. Estación de referencia (46) según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el procesador (50)
puede hacerse funcionar de modo que radie la señal de error a
través de la unidad emisora (54) y de la antena de radio.
4. Estación de referencia (46) según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el sensor de
inercia (60) está unido físicamente al receptor de señales de
determinación de posición (52).
5. Estación de referencia (46) según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el sensor de
inercia (60) forma parte de un sistema de navegación inercial.
6. Estación de referencia (46) según la
reivindicación 5, caracterizada porque el valor umbral es
mayor que una derivación habitual para un sistema de navegación
inercial.
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