[發明專利]一種直線和曲線相結合的農田作業區域邊界建模方法

有效

• 申請號: 201410002906.7
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103679775B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 譚冠政;劉振燾;胡建中;黃宇;張丹;羅倩慧;楊劍鋒;王皓
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06T11/20
• 分類號: G06T11/20
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及一種直線和曲線相結合的農田作業區域邊界建模方法。

背景技術

隨著科技的不斷發展，采用現代化機械來替換人工勞動已成為各行各業的流行趨勢。我國作為一個傳統的農業大國，耕地面積十分廣闊，然而，目前國內農田作業方面還是采用傳統的人工作業方式。其中農藥噴灑采取的是人工噴灑的方式，這種方式不僅效率低，而且對作業人員的身心有極大的傷害，因此，急需先進的技術來改變這一現象。農業植保機應運而生，然而，現今所有的植保機都是靠人工進行操作，對農田的噴灑區域及邊界完全靠操作員的眼睛進行判斷，難免產生誤判、漏噴及多噴的現象。因此，如果操作員能夠獲得準確的農田作業區域的邊界，在無人直升機進行作業時，實時的將路徑和航跡在顯示器上顯示出來，操作員便可根據航跡判斷出飛機的位置，從而很大程度的解決誤判、漏噴及多噴的問題，且大大提高了農業噴灑的安全性。而這一問題的關鍵便在于要準確的獲取農田的邊界信息。因此，急需一種好的農田作業區域邊界的建模方法來解決這一實際問題。

北京農業信息技術研究中心的發明專利“采集農田關鍵頂點測繪成圖的方法”提供了一種采集農田關鍵頂點測繪成圖的方法，通過采集四種交界頂點、兩種輪廓頂點一級一種輔助頂點后，根據關鍵頂點間的拓撲關系實時自動校驗并查看測繪結果。包括以下步驟：S₁：獲取GPS位置信息；S₂：勾勒待測區域輪廓；S₃：測繪農田關鍵分界頂點，并標注地塊名稱和注釋；S₄：實時校驗、提示與分割農田；S₅：上傳測繪數據；S₆：獲取矢量地圖。

其中，在S₂中，勾勒待測區域輪廓包括：順序標定和無序標定，所述順序標定，以輪廓頂點的編號為順序，依次標定待測區域輪廓；所述無序標定，是指自動標定包含全部輪廓頂點的面積最大的多邊形為區域輪廓。

現有方法是以繪出農田的矢量地圖為目的，而并非以畫出農田作業區域邊界為目的，因此，所繪出的農田輪廓包含兩個部分：作業區域和非作業區域。在將此農田輪廓圖用于農業植保機噴灑農藥的路徑和航跡規劃等場合時，會出現非作業區域的多噴現象，浪費農藥；在用于計算農田作業面積時，會出現作業面積的計算不準確現象；現有方法未對農田區域邊界建立數學模型，從而無法為農田作業區域的路徑和航跡規劃提供可靠依據；沒有將農田作業區域以內可能存在的障礙物頂點（如電線桿、樹、信號發射塔等）標記出來，在將此農田輪廓圖用于農業植保機噴灑農藥的路徑和航跡規劃等場合時，可能導致農業植保機出現撞機或墜毀危險現象發生。

直線和曲線相結合的農田作業區域邊界是指由一個以上直線部分和一個以上曲線段連接構成的封閉邊界，其中直線部分包括一條以上依次連接的直線。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種直線和曲線相結合的農田作業區域邊界建模方法，將直線和曲線相結合的農田作業區域的邊界以及農田作業區域內的障礙物頂點精準地記錄并繪制出來，從而為農業植保機的作業人員提供準確的農田作業區域，為農業植保機的路徑和航跡規劃以及計算農田作業面積提供可靠的依據。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種直線和曲線相結合的農田作業區域邊界建模方法，該方法為：

1）從農田作業區域邊界的某一個特征點開始，以順時針或逆時針方向采集農田作業區域邊界的所有特征點，所述特征點包括農田作業區域邊界直線與直線的交點、直線與曲線段的交點、各曲線段的關鍵點（采集曲線段關鍵點時，以該曲線段的一個端點為起點，另一個端點為終點，每隔一個采樣周期（GPS本身的采樣頻率的倒數）就自動采集一個點）；將所有的特征點設置在直角坐標系的第一象限內；

2）對于農田作業區域邊界的任一直線部分：當所述直線部分內的直線為一條時，直接利用該直線的兩個特征點建立直線方程；當所述直線部分內的直線為兩條以上時，找出與該直線部分相鄰的曲線部分和該直線部分的兩個交點，以其中一個交點為起點，另一個交點為終點，依次求得所述兩個交點之間的相鄰的兩個特征點之間的直線方程、以及所述兩個交點和同兩個交點各自相鄰的直線部分特征點之間的直線方程；