国家标准 GB/T37164一2018 自走式农业机械导航系统作业性能要求及评价方法 Workperformaneerequrementsandevalwationmetholofauoguidanee forself-propelledagrieulturalmachinery SyStemnS 2018-12-28发布 2019-07-01实施国家市场监督管理总局发布币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/37164一2018 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由机械工业联合会提出本标准由全国农业机械标准化技术委员会(SAC/TC201)归口本标准起草单位:北京合众思壮科技股份有限公司、雷沃重工股份有限公司、上海华测导航技术股份有限公司、河南科技大学、农业机械化科学研究院、北京农业智能装备技术研究中心、黑龙江惠达科技发展有限公司本标准主要起草人:张小超、唐李征、贾全、孟惠艳、孙飞、金鑫、张俊宁、孟志军、朱建勋、吕程序、王丽丽、伟利国、付拓、赵博、毛文华、陈云、王进、吴琼、杜新武、付卫强
GB/37164一2018 自走式农业机械导航系统作业性能要求及评价方法范围本标准规定了自走式农业机械自动导航系统(以下简称“农机导航系统”)的术语和定义、作业性能要求、检测条件、检测流程、测试报告及性能评级本标准适用于与自走式农业机械配套使用的农机导航系统(基于全球导航卫星定位技术) 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T93902017导航术语 IsO12188-2:2012农林业机械与拖拉机农业定位与导航系统的试验规程第2部分:基于卫星自动导航系统的水平直线行走测试(TractorsandmachineryforagrieultureandforestryTestpro ceduresforpositioningandguidancesystemsinagriculturePart2:Testingofsatellite-basedauto- uidancesystemsduringstraightandleveltravel G 术语和定义 GB/T9390-2017和ISO12188-2;2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件为了便于使用,以下重复列出了IsO12188-2:2012中的某些术语和定义 3.1通用术语 3.1.1 自走式农业机械self-propelledagrieuturalmachinery 配有动力、由驾驶员操纵行驶的农业机械,如拖拉机、联合收割机和喷雾机等 3.1.2 农机导航系统auto-guidancesystemmsofagriculturalmachinery 使自走式农业机械按照预设轨迹自动行驶的控制系统 3.1.3 操作人员uperator 操作或监控农机导航系统的工作人员 [IsO12188-2;2012,定义2.1.11] 3.1.4 定位装置posiiomingleviee 利用卫星无线电导航信号实时确定和输出天线中心点在地理坐标系中位置的装置 [IsO12188-2;2012,定义2.1.1]
GB/T37164一2018 3.1.5 差分改正dirrerentialcorreetionm 实时预测改正定位误差的方法 3.1.6 RTK基准站RTKbasestationm 以设地面固定点的方式来更准确对卫星信号进行差分改正,以提高农机作业路线的精准度和重复性的设备 3.1.7 参考点repesentatepnt 自走式农业机械或配套农机具上的一个固定点,用于代表自走式农业机械的地理位置 [IsO12188-2:2012,定义2.1.4] 3.1.8 跟踪传感器trackingsensor 用于测量自走式农业机械参考点偏航距离,且测量精度达到被测对象传感器检测水平的10倍精度的测试传感器 [IsO12188-2;2012,定义2.1.7刀 3.1.9 测试路段testcoursesegment 用于估计农机导航系统导航误差的连续路径 [IsO12188-2:2012,定义2.1.6们 3.1.10 测试航线testcourse 由若干能够代表农田作业条件的、可重复的测试路段组成的试验路径 [IsO12188-2;2012,定义2.1.5] 3.1.11 A-B线A-Bline 条通过两个任意位置点(A点和B点)的虚拟直线,大多数自动导航系统采用该直线建立导航基准线 [[IsO12188-2;2012,定义2.1.10] 3.1.12 测试运行 testrun 沿测试航线的一个方向行驶的一个完整的测试过程 [ISO12188-2;2012,定义2.1.8] 3.1.13 完整测试compleetest 在不同时间段进行相同的测试运行的组合 [ISO12188-2:2012,定义2.1.9] 3.1.14 地面平整度pavementevemness 反映测试地面起伏变化程度的参数,计算方法见式(l) -"芒-
GB/37164一2018 式中地面平整度,单位为度(")y 第i个采样点的横滚角度,单位为度() r N 采样总数 3.1.15 坡地slopeland 地面满足某一平整度要求且各点处横滚角值为某一规定值的倾斜面 3.2误差术语 3.2.1 cross-trackerror 偏航距离误差自走式农业机械参考点的当前位置至期望航线的垂直距离 [ISO12188-2;2012,定义2.2.1 3.2.2 导航误差navigationerror 偏航距离误差的平均值(取正值)与标准差之和,计算方法见式(2) -|习小、习山-习式中: 导航误差,单位为厘米(e m; N -第i个采样点的偏航距离,单位为厘米(e d cm; N 采样总数 3.2.3 重访时间reyisittime 两次不同导航测试过程,路径跟踪点经过同一位置所需要的时间间隔 [ISO12188-2:2012,定义2.2.2] 3.2.4 稳定工作状态stableworkingcondition 农机导航系统沿行驶方向持续行走5m距离,控制偏航距离误差的绝对值小于2.5cem的状态 3.2.5 上线过程approachingproeess 测试用自走式农业机械在规定的预设导航线上处于稳定工作状态时,人工干预停车(农机导航系统不断电)并将农机导航系统设置为手动模式,等待5nmin后,操作人员将导航基准线微调30em(相同方向,向左右微调按测试顺序确定),再次启动自动导航直至行驶至稳定工作状态为止的过程 3.2.6 上线距离distaneeofapproachingprocess 在农机导航系统上线过程中,从启动自动控制模式的起始位置到进人稳定工作状态点的直线距离 3.2.7 重复性误差repeatabityerror 按重访时间大于1h进行多次测量得到的导航误差 3.2.8 抗扰续航时间anti-interferenceduratiom 卫星定位装置受到干扰后(卫星数量不足或者无法接收到差分信号),农机导航系统可以保持稳定
GB/T37164一2018 工作状态的持续时间 3.2.9 停机起步误差pausestarteror 测试用自走式农业机械在稳定工作状态中人工干预停车(农机导航系统不断电)并将农机导航系统设置为手动模式,再次启动农机导航系统控制达到指定测试速度和指定测试距离时整个过程产生的导航误差 3.2.10 行距误差pass-to-passerror 两次测试运行沿两条平行的、方向相反且具有一定间距的两条航线进行,计算两次测试的导航误差的较大者作业性能要求农机导航系统作业性能指标应符合表1的要求表1性能指标要求序号项目性能指标要求导航误差 2.5cm 行距误差 2.5cm 重复性误差二2.5cm <5.0cm 停机起步误差无卫星信号抗扰续航时间无差分信号 10 5m 上线距离 S 检测条件 5.1测试地面条件自动驾驶系统应在三类不同地面平整度的路面上进行测试,地面平整度采用标定过的动态精度优于0.1"的倾角传感器进行测量,传感器安装于测试用自走式农业机械上,按照5km/h速度沿测试路段直线行走对横滚角度进行采样,采样频率不低于10Hz 地面平整度分类如表2所示表2地面平整度分类单位为度测试地面条件平整度 -类 0sP3 二类 36 5.2测试速度对于轮式拖拉机,应按照低速(1.0m/s士0.2m/s),中速(2.5m/s士0.3m/s)和高速(5.0m/s士
GB/37164一2018 0.5m/s)分别进行速度测试,对于其他类型自走式农业机械可以依据其实际作业速度等比例设定低速、中速和高速,并在测试报告中明确记录说明 5.3测试航线测试航线应包含一个或多个测试路段,测试航线在设计时应保证测试用自走式农业机械能够以期望测试速度和航向进人测试路段,测试航线的末端应保证自走式农业机械可以快速转向测试航线的位置和形状应作详细记录,测试航线在海拔高度上的变化不应超过1m 测试航线长度应不小于200m,两端的稳定区长度应不小于30m,宽度应不小于8m 此外,用于进行平整度适应性能评价的测试航线应包含三类代表不同平整度要求的测试路段,不平整测试路段长度应不小于 100 m 测试路段应当选择在开阔的场地,从安装于自走式农业机械上的定位装置任何一点看四周地平线 10°以上都不应有可见的障碍物干扰或阻碍卫星信号测试场周围50m内不应有金属和其他反射表面以免产生多路径干扰 5.4参考点相对位置确定自走式农业机械上选定的参考点应能正确反映实际作业过程产生的误差例如,除非特别说明,拖拉机的参考点一般选择后轴中心用于牵引农机具的三点悬挂位置正下方的点自走式喷雾机的参考点 -般选择喷杆中央位置正下方的点,联合收割机的参考点一般选择驾驶室正前方中心下方的点 5.5跟踪传感器跟踪传感器采样频率应不低于10Hz,其相关参数应包含在测试报告中,参见附录A中表A.1 5.6RTK基准站测试前,RTK基准站应放置于某固定位置,从基准站天线任何一点看四周地平线10°以上都不应有可见的障碍物干扰或阻碍卫星信号 5.7 操作人员操作人员应能够熟练驾驶测试用农业机械并操作农机导航系统,试验过程中无特殊情况不准许更换操作人员 5.8A-B线利用RTK差分定位装置测量测试路段起点位置30min以上,取最终收敛位置作为A点;同理测量测试路段终点位置作为B点 A-B线记录格式可参照农机导航系统出厂标准或参考如下格式 $ZX,latA,lngA,latB,lngB，关,Check,语句末尾以回车结束,具体格式参考规范如表3所示表3导入A-B线格式参考规范 $ZX 指令起始符号 latA A点纬度 A点经度 lngA latB B点纬度 lngB B点经度
GB/T37164一2018 表3(续校验和间隔符号校验和,$与*之间的每一位与后面一位相异或 Check CR 终止符(回车检测流程 6.1导入A-B线操作人员导人测试条件中确定的A-B线导航误差测试 6.2 6.2.1速度性能测试速度性能测试在一类平整度地面条件下进行,共包括三组导航测试运行流程三组测试按照低速中速和高速分别执行如下流程:首先完成上线过程,再按规定速度继续沿A-B线一个方向自动驾驶在测试段至少100m,然后掉头,重新上线,并沿着同一A-B线的相反方向自动驾驶在测试段至少100m 回到开始位置,最后依据跟踪传感器提供的记录数据计算相关参数,参见表A.2 6.2.2平整度性能测试在二类和三类平整度地面条件下分别执行如下流程:首先完成上线过程,再继续以低速度沿A-B 线一个方向自动驾驶在测试段至少100m,然后掉头,重新上线,沿着同一A-B线的相反方向自动驾驶在测试段至少100m回到开始位置,最后依据跟踪传感器提供的记录数据计算相关参数,参见表A.3 6.2.3坡地适应性测试测试路段分布见图1所示,其中a段测试路段长度应不小于15m,倾斜面上各点处的横滚角应不小于G";b段测试路段长度应不小于10m,各点处的横滚角绝对值应不大于了",c段测试路段长度应不小于15m,倾斜面上各点处的横滚角应不大于一6”;整体测试路段长度应不小于50m,各处地面条件均应符合一类平整度按照中速沿A-B线自动驾驶，三组自动导航测试运行流程组成完整测试,最后依据跟踪传感器提供的记录数据计算相关参数,参见表A.4 b段 c段行驶方向 215" 15" E10叫测试路段距离>50m 图1坡地适应性测试路段设置示意图 6.3行距误差测试在一类平整度地面条件下,按照15min重访时间,按图2所示A-B线分布和行驶方向，以中速执行如下测试流程:首先完成上线过程,再按规定速度继续沿图2所示各导航基准线方向自动驾驶在测试
GB/37164一2018 段至少100m,然后按照图示掉头,重新上线至下一条导航基准线沿图示方向进行测试运行,直至完成四条测试轨迹的测试运行,最后依据跟踪传感器提供的记录数据计算相关参数,参见表A.5 导航基准线行驶方向行问距调头示意清战送测瓜行 B 测试运行2 Im 测遥行3 测试路段距离>100m 图2行距误差测试行驶方式示意图 6.4重复性误差测试在一类平整度地面条件下,以中速行驶,沿同一A-B线相同方向自动驾驶在测试段至少100m,按照1h重访时间,重复三次该测试运行作为完整测试,最后依据跟踪传感器提供的记录数据计算相关参数,参见表A.6 6.5停机起步误差测试按照低速沿A-B线自动驾驶,待农机导航系统进人稳定工作状态后,将车速降为零,把农机导航系统设置为手动模式等待5min后将农机导航系统设置为自动导航模式,并将速度提升至低速条件，且测试过程距离为5m 重复三次该测试运行作为完整测试,依据跟踪传感器提供的记录数据计算相关参数,参见表A.7 6.6抗扰续航时间测试按照低速沿A-B线自动驾驶,待农机导航系统进人稳定工作状态后,分别停止卫星RTK差分服务与GNSS接收信号,记录数据计算导航系统可以保持合格导航误差的时间重复三次该测试运行作为完整测试,依据跟踪传感器提供的记录数据计算相关参数,参见表A.8 上线距离测试 6.7 在一类平整度地面条件下,以低速启动农机导航系统,直至农机导航系统进人稳定工作状态,人工干预停车并将农机导航系统设置为手动模式等待5min后,操作人员将导航基准线微调30em,再次启动自动导航系统直至行驶至稳定工作状态为止,依据路径跟踪传感器记录上线距离,重复三次该测试运行作为完整测试,依据跟踪传感器提供的记录数据计算相关参数,参见表A.9 测试报告 7.1生成测试报告测试过程中应保存电子版实测数据,测试完成后,应生成测试武报告影响导航系统性能的各种条件应在测试报告中分项说明,例如测试用自走式农业机械、定位装置、差分服务、车速以及地面条件等测试报告应至少包括以下信息测试条件,包括测试人员姓名,测试时间测试路线描述(平整度,坡度、位置等可视卫星数量及使用卫星数量、天气条件温度、湿度等),自走式农业机械速度以及测试设备等 -被测农机导航系统的基本信息,包括:制造商和型号、组成导航系统的关键部件(拍照留存)固
GB/T37164一2018 件版本号和发布日期、定位设备型号,对差分校正服务的描述等包括控制系统CPU的型号和主频,罗盘和姿态传感器型号,GNSS接收机型号和的天线数量,基站接收机型号和电台的型号,角度传感器信号以及液压阀型号等,参见表A.10. -用于测试的控制对象 -自走式农业机械信息,包括;制造商及农机产品型号、动力以及其他可能影响自动导航性能的参数(例如,自走式农业机械尺寸、选择的参考点及发动机转速等). 自走式农业机械整机、铭牌,参考点位置需要拍照留存在测试期间发生的任何故障、异常工作情况都需要在测试报告中记录 7.2农机导航系统作业性能和误差报告导航系统的作业性能可以利用参考点轨迹跟踪传感器测量得到的偏航距离来进行量化,偏航距离测量示意如图3所示偏航距离为有符号数,正值表示导航轨迹上的参考点在AB线的右侧负低相反误差报告应包含导航误差、行距误差、重复性误差、停机起步误差、上线距离和抗扰续航时间用于计算行距误差和重复性误差的重访时间也应在报告中记录说明: AB线 -固定辅助测试参考面; 上一次参考点导航路径; -最近的参考点导航路径" -利用参考点轨迹跟踪传感器测量得到的相对距离; -偏航距离误差; 相对偏航距离误差; -AB线与固定参考面距离图3测试过程A-B线和偏航误差测量示意图 8 性能评级农机导航系统作业性能评级应按照附录B给出的方法进行
GB/37164一2018 附录 A (资料性附录自走式农业机械导航系统试验结果记录表自走式农业机械导航系统试验结果记录表如表A.1一表A.10所示表A.1试验机构和试验条件检测机构测试时间测试地点测试人员设备型号精度被测参数时间测试设备长度横滚角航向距离误差类平整度参数二类平整度参数三类平整度参数配套自走式农业机械其他需说明情况 l0 表A.2速度性能测试结果低速测试条件中速高迷样本均值样本方差导航误差评分评分方法见表B1. 表A.3平整度性能测试结果测试条件二类平整度三类平整度样本均值样本方差导航误差评分评分方法见表Bl
GB/T37164一2018 表A.4坡地适应性导航误差测试结果样本均值样本方差导航误差评分评分方法见表B.1. 表A.5行距误差测试序号 Al-B1 B2--A2 B2--A2 A3-B3 B1-Al 行驶方向 A3--B3 样本均值样本方差行距误差误差均值评分评分按照误差均值计算,计算方法见表B.1 表A.6重复性误差样本均值样本方差重复性误差评分评分方法见表B.1 表A.7停机起步误差样本均值样本方差停机起步误差评分评分方法见表B.1 表A.8抗扰续航时间测试序号均值评分无GNSS 无差分评分按照抗扰续航时间均值计算,计算方法见表Bl 10
GB/37164一2018 表A.9上线距离测试序号 B-A -B B-A B-A 行驶方向上线距离均值评分评分按照上线距离均值计算,计算方法见表B1，表A.10农机导航系统基本信息表项目序号型号或规格导航系统制造商及品牌 CPU 内存车载计算机操作系统主频导航软件版本号接收机接收天线数量卫星定位系统差分格式数据更新率电台(频率,功率角度传感器液压阀或方向盘控制电机传感器及其他组件导航控制器姿态传感器差分格式卫星定位系统基准站电台(频率、功率接收机
GB/T37164一2018 附录 B 规范性附录) 自走式农业机械导航系统作业性能等级评定自走式农业机械导航系统作业性能等级评定如表B.1所示表B.1自走式农业机械导航系统作业性能等级评定单项评价实测分类序号项目性能要求总评产品性能等级指标实得数据分数分数 10 低速性能导航误差中速性能导航误差 20 30 高速性能导航误差 <2.5emm A类二类平整度性能导航误差 20 -级品口三类平整度性能导航误差二级品 30 三级品坡地适应性导航误差 30 四级品 10 <2.5em 行距误差五级品 <2,5emm 10 重复性误差口六级品等外品停机起步误差 <5.0cm 10 B类无卫星信号 >5s 抗扰续航时间 10 10 无差分信号 >l0s 上线距岗 5m 10 注:实得分数计算方法满足该项性能指标要求为满分,不合格为0分; 满分为190分; 基础分A类得分由1.2.3,4.5,6项组成(总分140分);附加分B类得分由7.8.,9,.10,11组成(总分0分). -级品;:基础分>120,附加分>50分,总分>170分 ),附加分>50分,总分>160分二级品;基础分>llo 三级品;基础分>100,附加分>50分,总分>150分四级品;基础分>90,附加分>40分,总分>130分; 五级品:基础分80,附加分>30分,总分>l10分; 六级品;基础分>70,附加分>20分,总分>90分; 等外品;其他分数情况

自走式农业机械导航系统作业性能要求及评价方法GB/T37164-2018

一、自走式农业机械导航系统的作业性能要求

自走式农业机械导航系统是指通过定位、传感、控制等技术手段，实现农业机械自主行驶、自主导航、定点作业等功能。针对这类智能化农业机械，GB/T37164-2018标准提出了以下作业性能要求：

导航精度：在不同地形、环境和工作条件下，导航精度应达到GB/T19424.1-2004中规定的精度标准。
稳定性：机器人应能在各种地形、气候条件下稳定行驶，不受外界干扰影响。
适应性：机器人应能适应各种农业作业环境和作业要求，具有良好的通用性。
安全性：机器人应能避免与其他物体碰撞，并在出现紧急情况时及时停止工作，确保作业安全。

二、自走式农业机械导航系统作业性能的评价方法

为了评估自走式农业机械导航系统的作业性能，GB/T37164-2018标准提出了以下评价方法：

导航精度评价：采用实测数据与预期数据进行比对，计算误差率。
稳定性评价：通过震动测试、爬坡测试、侧向稳定性测试等方式进行评价。
适应性评价：通过模拟不同农业作业环境和作业要求，对机器人进行测试评价。
安全性评价：通过碰撞测试、急停测试等方式进行评价。

三、结论

自走式农业机械导航系统是智能化农业机械的重要组成部分，其作业性能的要求和评价方法对于保障农业生产的安全、高效和可持续发展具有重要意义。GB/T37164-2018标准下提出的作业性能要求和评价方法，可以为农业企业选购、生产自走式农业机械提供参考。