[發明專利]一種基于北斗定位數據的農機行為分析與作業面積統計方法

有效

• 申請號: 202010902540.4
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN113409240B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 白金強;郝鳳琦;劉霞;馬德新;程廣河;李成攻;孟慶龍;郝慧娟
• 申請（專利權）人: 山東省計算中心（國家超級計算濟南中心）
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/62;G06T5/30;G01S19/39;G01S19/42
• 代理公司: 濟南竹森知識產權代理事務所(普通合伙) 37270
• 代理人: 呂利敏

一種基于北斗定位數據的農機行為分析與作業面積統計方法，包括農機作業區域的自動識別、計算面積、分析重疊面積和遺漏面積；所述農機作業區域的自動識別的方法為基于空間聚類的農機作業區域自動識別算法；所述計算面積的方法包括基于柵格的面積計算方法和基于輪廓的面積計算方法。本發明為了提高農機作業區域面積統計的精度以及效率，減少人力、物力以及時間的投入，適應現代農業發展的需求，提供了一種通過北斗定位數據自動分析農機行為以及統計作業區域面積的方法，可自動識別農機作業的每個子區域，可適用于重疊作業、遺漏作業同時存在情況下的面積統計。

技術領域

本發明涉及一種基于北斗定位數據的農機行為分析與作業面積統計方法，屬于農機作業數據采集及分析的技術領域。

背景技術

我國傳統農業大部分仍是通過人工干預的方式完成，自動化程度不高，例如在農機作業面積統計、計算方面，大部分仍是采用人工劃分、皮尺測量的方式實現，耗費大量的人力和時間，而且人工測量存在一定誤差，且均為靜態測量方式，無法實時地計算農機作業面積。

精準農業是二十一世紀農業科技發展的重中之重，其科技含量高、集成綜合性強，極大地提高了農業生產效率，成為現代化農業生產管理的重要目標。北斗定位導航系統作為核心支撐技術之一，在農業精細化播種及收獲、農機實時定位監控、農機自動作業導航、遠程指揮調度等方面發揮了不可替代的作用。隨著大規模、集約化、區域性農業生產過程的普及，及時掌握農機作業區域和任務完成情況對于整體效率評估以及后續作業調度具有重要意義。傳統的農機作業區域統計方法多數采用農機作業人員手動上報或委托第三方實地測繪實現，涉及人為因素較多、誤差較大、并且耗費大量人力、物力和時間。針對上述問題，本領域技術人員提出的技術問題為：怎樣利用動態計量的方式實現自動、準確的農機作業面積測量？

目前在農機作業面積動態計量方面，主要有車輪轉數測量法、超聲波測量法、激光測量法以及基于定位導航系統(如GPS、北斗)的測量方法。車輪轉數測量法主要利用速度傳感器統計農機車輪轉數，根據車輪半徑間接計算出農機作業距離，然后通過農機作業幅寬乘以作業距離得出作業面積，該方法原理簡單、成本低，但是農機在田地里多出現輪子打滑的情況，導致面積測量出現較大誤差，而且無法準確測量農機存在重疊作業情況時的作業面積。超聲波以及激光測量法原理上差不多，但是激光測量法精度要比超聲波測量法高，其主要通過超聲或激光傳感器實時測量實際作業幅寬，然后結合速度傳感器實現作業面積的計算，此方法能有效測量農機重疊作業時的面積，但是需要農作物作為參考，才能獲得實際作業幅寬，多用于收獲時的作業面積計算。基于定位導航的測量方法主要有基于邊界的測量方法和基于軌跡的測量方法。其中，基于邊界的測量方法多數是沿著農機作業區域繞行一周，然后采用三角形分割算法或者Simpson算法實現面積的計算。

基于邊界的測量方法可用于任意形狀的作業區域，一般區域越大，計算精度越高，但是無法統計遺漏作業區域的面積。

基于軌跡的測量方法主要有幅寬法、緩沖區矢量法等計算方法。幅寬法是根據農機作業軌跡長度乘以作業幅寬來獲得作業區域的面積，作業長度看作是相鄰兩個數據點之間的距離累加和，該方法可以動態、實時地計算農機作業面積，但是對于存在重疊作業區域時，無法準確計算作業面積，該方法多用于帶有精確自主導航的農機進行滿幅作業時的面積計算。緩沖區矢量法主要是構建軌跡線實體的緩沖區，其本質上就是根據農機運行軌跡，向軌跡兩側沿垂直方向平移半個作業幅寬的距離(假設定位終端在農機的中軸線上)得到兩條平行線，并在平行線兩端或一端采用光滑曲線進行擬合，最終得到的封閉區域即為線實體的緩沖區。

緩沖區矢量法可用于任意形狀的作業區域，可統計有效作業以及遺漏作業區域面積，但設計的計算復雜度較高，涉及到多種、多次求交運算。

針對上述技術問題，中國專利文獻公開了以下技術內容：