基于空間網(wǎng)格剖分的作業(yè)地塊自動(dòng)識(shí)別與面積統(tǒng)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星定位識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于空間網(wǎng)格剖分的作業(yè)地塊自動(dòng)識(shí)別與面積統(tǒng)計(jì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大多人工干預(yù)，自動(dòng)化程度不高，比如在農(nóng)業(yè)耕地面積統(tǒng)籌與計(jì)算方面，一般均是通過人工劃分及測(cè)量，耗費(fèi)大量勞動(dòng)力，而且人工測(cè)量存在一定誤差，不能準(zhǔn)確反映耕地面積實(shí)情。
[0003]精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)被認(rèn)為是二十一世紀(jì)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的前沿，其科技含量高、集成綜合性強(qiáng)，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和作業(yè)的效率，也是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的重要目標(biāo)。衛(wèi)星定位系統(tǒng)作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的核心支撐技術(shù)之一，在農(nóng)業(yè)精細(xì)化生產(chǎn)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮了不可替代的作用，如農(nóng)機(jī)車輛實(shí)時(shí)定位監(jiān)控、自動(dòng)作業(yè)導(dǎo)航以及遠(yuǎn)程指揮調(diào)度等等。當(dāng)前，大規(guī)模、集約化、區(qū)域性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程越來越普及，及時(shí)掌握農(nóng)機(jī)作業(yè)區(qū)域和任務(wù)完成情況非常重要，其對(duì)于整體效率評(píng)估以及作業(yè)進(jìn)度管理有重要意義，以往多采用農(nóng)機(jī)手主動(dòng)上報(bào)或委托第三方進(jìn)行面積實(shí)地測(cè)量，涉及人為因素、誤差較大且消耗了大量的人力物力。當(dāng)農(nóng)機(jī)車輛安裝定位終端后，應(yīng)用系統(tǒng)軟件采集大量的農(nóng)機(jī)行駛軌跡數(shù)據(jù)，為自動(dòng)化作業(yè)地塊識(shí)別和統(tǒng)計(jì)分析提供了可能。
[0004]在遙感圖像識(shí)別領(lǐng)域，通過遙感影像判讀識(shí)別各類地物目標(biāo)是一項(xiàng)重要的研宄內(nèi)容，其中非監(jiān)督分類技術(shù)對(duì)于自動(dòng)化作業(yè)地塊識(shí)別有借鑒意義。但由于信號(hào)噪聲、通信故障以及系統(tǒng)誤差等一系列客觀因素限制，數(shù)據(jù)并非完全可靠，因此所設(shè)計(jì)方法的適應(yīng)性和可靠性非常重要，目前的測(cè)量方法均未克服以上難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是為了減少人力物力的投入，以及適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，提供一種通過農(nóng)機(jī)車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)作業(yè)地塊自動(dòng)識(shí)別和區(qū)域面積統(tǒng)計(jì)的方法，基于對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)模式的系統(tǒng)分析，該方法首先進(jìn)行定位數(shù)據(jù)集的預(yù)處理，然后引入空間剖分，通過有效定位點(diǎn)映射和迭代聚類算法生成多個(gè)獨(dú)立的作業(yè)區(qū)域，進(jìn)一步采用細(xì)分網(wǎng)格快速計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的面積，其適應(yīng)性好、準(zhǔn)確性高且消除人為因素干擾，可以達(dá)到大規(guī)模農(nóng)田作業(yè)管理和進(jìn)度跟蹤的目的。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的基于空間網(wǎng)格剖分的作業(yè)地塊自動(dòng)識(shí)別與面積統(tǒng)計(jì)方法，其目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于空間網(wǎng)格剖分的作業(yè)地塊自動(dòng)識(shí)別與面積統(tǒng)計(jì)方法，通過衛(wèi)星定位農(nóng)機(jī)車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)，主要包括以下步驟:
[0007]A)數(shù)據(jù)預(yù)處理；
[0008]B)位置點(diǎn)映射和區(qū)域聚類；
[0009]C)作業(yè)區(qū)域邊界追蹤；
[0010]D)區(qū)域面積計(jì)算。[0011 ] 所述步驟A)中，數(shù)據(jù)預(yù)處理主要完成:
[0012](I)定位漂移點(diǎn)剔除。定位終端上報(bào)數(shù)據(jù)間隔為t秒，農(nóng)機(jī)最大行駛速度為Vmax，衛(wèi)星精度為X，基于相鄰點(diǎn)位置變化，判斷大于距離閥值VmaxXt+2X的點(diǎn)為定位漂移點(diǎn)，對(duì)原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行過濾，剔除該類定位點(diǎn)。
[0013](2)停車位置點(diǎn)剔除?？紤]到衛(wèi)星定位精度和速度擾動(dòng)，將小于給定速度閥值(一般取0.01千米/小時(shí))的數(shù)據(jù)點(diǎn)判定為停車點(diǎn)，停車點(diǎn)對(duì)區(qū)域有效作業(yè)點(diǎn)密度統(tǒng)計(jì)排序有干擾，需要剔除，同時(shí)可以減少算法整體計(jì)算量。
[0014]在統(tǒng)計(jì)了大量衛(wèi)星參數(shù)，并經(jīng)過理論分析，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星定位精度和速度擾動(dòng)對(duì)于農(nóng)機(jī)車輛的影響是有限的，即一般的衛(wèi)星精度都有一定限度，不可能存在精度偏差超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且考慮到速度擾動(dòng)的時(shí)效性，在做了大量研宄后，速度閾值取0.01千米/小時(shí)。
[0015]所述步驟B)中，位置點(diǎn)映射和區(qū)域聚類主要完成:
[0016](I)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合網(wǎng)格映射。在平面投影坐標(biāo)系空間計(jì)算全部數(shù)據(jù)點(diǎn)的包圍矩形，以農(nóng)機(jī)車輛作業(yè)設(shè)備寬幅5倍長(zhǎng)度為間距，將該包圍矩形進(jìn)行網(wǎng)格劃分。遍歷數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)投影坐標(biāo)空間包含關(guān)系將其映射到剖分網(wǎng)格單元，相應(yīng)的網(wǎng)格單元所包含位置點(diǎn)計(jì)數(shù)加1，直到所有數(shù)據(jù)點(diǎn)處理完畢。
[0017](2)基于包含位置點(diǎn)數(shù)目對(duì)計(jì)數(shù)大于I的所有網(wǎng)格單元進(jìn)行排序，放入隊(duì)列Queue。找出最大最小計(jì)數(shù)值Minvalue^P Max Value，按照下式計(jì)算自適應(yīng)閥值T:
[0018]T = (MinValue+MaxValue) /M
[0019]其中，M為算法預(yù)定義的入?yún)?shù)；
[0020](3)在隊(duì)列Queue中找到當(dāng)前計(jì)數(shù)最大的網(wǎng)格單元Cellmax，如果計(jì)數(shù)值大于T，則開始如下聚類過程(見附圖2):
[0021]a.將Cellmax加入當(dāng)前聚類Cluster，同時(shí)從隊(duì)列Queue中移除。
[0022]b.基于空間位置關(guān)系查看Cellmax領(lǐng)域4個(gè)Cell，如果某個(gè)Cell在隊(duì)列Queue中且計(jì)數(shù)值大于T，則以該Cell為當(dāng)前網(wǎng)格單元，重復(fù)a、b操作，直到無法找到滿足條件的網(wǎng)格單元為止，收集Cluster中的所有Cell，形成了一個(gè)完整的聚類區(qū)域，該算法子流程見附圖3。
[0023](4)重復(fù)(3)直到隊(duì)列Queue中不包含大于T的Cell為止。
[0024](5)收集所有的Cluster到聚類區(qū)域鏈表Listreg1n0
[0025]所述步驟C)中，作業(yè)區(qū)域邊界追蹤主要完成:
[0026](I)針對(duì)一個(gè)區(qū)域網(wǎng)格單元聚類Cluster，從上到下，從左到右掃描找到左下邊界網(wǎng)格單元設(shè)定為起始追蹤邊界單元Cellstart。，加入到邊界單元鏈表Listb_dalT。
[0027](2)圍繞一個(gè)單元，定義左下、下、右下、右、右上、上、左上、左八個(gè)方向，以Cellstart為起點(diǎn)，從左下方向開始逆時(shí)針掃描相鄰Cell，找到第一個(gè)包含在Cluster中的有效Cell為當(dāng)前邊界單元Cell—t，加入到邊界單元鏈表Listb_toy，并將其所在方向定義為當(dāng)前方向 Dircurrent0
[0028](3)從當(dāng)前邊界單元Cellmt開始，以當(dāng)前方向Dir寸針旋轉(zhuǎn)90度為下一個(gè)起始搜索方向，追蹤得到下一個(gè)Cell記為前邊界單元Ce I Iammt，加入鏈表Listb_dalT，并計(jì)算方向。
[0029](4)重復(fù)步驟(3)，直到下一個(gè)確定的邊界單元Cell為起始邊界Cellstart，搜索結(jié)束。
[0030](5)順次連接Listb_dalT中的網(wǎng)格單元中心點(diǎn)即得到該聚類Cluster的區(qū)域邊界多邊形。
[0031]所述步驟D)中，區(qū)域面積計(jì)算主要完成:
[0032](I)針對(duì)一個(gè)已識(shí)別作業(yè)區(qū)域，計(jì)算其所包含所有定位點(diǎn)的空間包圍盒，以作業(yè)設(shè)備寬幅為邊長(zhǎng)L，對(duì)該空間包圍盒進(jìn)行網(wǎng)格剖分，生成空間網(wǎng)格Grid?！贰?br>[0033](2)遍歷作業(yè)區(qū)域定位點(diǎn)，將其映射到空間網(wǎng)格GricLmpute的網(wǎng)格單元，將包含定位點(diǎn)的網(wǎng)格單元進(jìn)行標(biāo)示。
[0034](3)統(tǒng)計(jì)所標(biāo)示的網(wǎng)格單元的數(shù)目N，計(jì)算區(qū)域面積如下:
[0035]Areareg1n= L2XN
[0036]有益效果:隨著衛(wèi)星定位技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大面積、大規(guī)模農(nóng)機(jī)作業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控、管理和分析的需求將日趨迫切。在農(nóng)機(jī)作業(yè)地塊識(shí)別和統(tǒng)計(jì)方面，本發(fā)明有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì):
[0037]1.算法處理過程不需要人為干預(yù)，自動(dòng)化程度高，能夠作為實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)定時(shí)觸發(fā)的任務(wù)后臺(tái)執(zhí)行，極大地提高農(nóng)機(jī)作業(yè)生產(chǎn)監(jiān)督管理的效率；
[0038]2.計(jì)算穩(wěn)定可靠，通過預(yù)處理和自適應(yīng)閥值等機(jī)制，可以有效克服定位數(shù)據(jù)漂移、定位誤差以及非作業(yè)定位點(diǎn)的干擾；
[0039]3.對(duì)不同形狀的實(shí)際農(nóng)機(jī)作業(yè)區(qū)域適應(yīng)性好，可以生成非凸作業(yè)區(qū)域邊界多邊形，面積計(jì)算準(zhǔn)確，算法執(zhí)行效率高、速度快。
【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)流程框圖；
[0041]圖2是本發(fā)明中網(wǎng)格區(qū)域聚類流程框圖；
[0042]圖3是本發(fā)明中區(qū)域迭代聚類子流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0044]參見圖1所示，通過農(nóng)機(jī)車輛定位軌跡點(diǎn)實(shí)現(xiàn)作業(yè)地塊自動(dòng)識(shí)別與統(tǒng)計(jì)方法涉及的主要算法步驟如下
[0045]A)數(shù)據(jù)預(yù)處理；
[0046]B)位置點(diǎn)映射和區(qū)域聚類；
[0047]C)作業(yè)區(qū)域邊界追蹤；
[0048]D)區(qū)域面積計(jì)算。
[0049]所述步驟A)中，數(shù)據(jù)預(yù)處理主要完成:
[0050](I)定位漂移點(diǎn)剔除。定位終端上報(bào)數(shù)據(jù)間隔為t秒，農(nóng)機(jī)最大行駛速度為Vmax，衛(wèi)星精度為X，基于相鄰點(diǎn)位置變化，判斷大于距離閥值VmaxXt+2X的點(diǎn)為定位漂移點(diǎn)，對(duì)原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行過濾，剔除該類定位點(diǎn)。
[0051](2)停車位置點(diǎn)剔除?？紤]到衛(wèi)星定位精度和速度擾動(dòng)，將小于給定速度閥值(一般取0.0l千米/小時(shí))的數(shù)據(jù)點(diǎn)判定為停車點(diǎn)，停車點(diǎn)對(duì)區(qū)域有效作業(yè)點(diǎn)密度統(tǒng)計(jì)排序有干擾，需要剔除，同時(shí)可以減少算法整體計(jì)算量。
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