[發明專利]一種基于農機作業軌跡確定農田和道路的方法及系統

有效

• 申請號: 202110228489.8
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112905576B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 陳瑛;吳才聰;張曉強;李光遠
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06F18/232
• 分類號: G06F18/232;G06F18/15;G06F16/215;G06F16/2458;G06F16/29;G06Q50/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明提出一種基于農機作業軌跡確定農田和道路的方法和系統，利用DBSCAN密度聚類方法對清理后的農機作業軌跡數據進行聚類分析，初步分割出農田和道路，之后利用小簇消除法根據正確和錯誤識別的農田中農機軌跡方向分布不同的特征對農田和道路進行區分，將農機軌跡點密度過高而被錯誤分類為農田的區域修正為道路，根據道路和農田交界處點的方向值與其鄰近的農田中數量分布最多的兩個方向的相似度高低，將道路和農田交界處錯誤識別的軌跡點進行修正。在前面步驟的基礎上以時間順序將整條軌跡劃分多個軌跡段，對相鄰軌跡段出現田路田模式或路路路模式中的路軌跡段，根據比較鄰近軌跡段之間的速度和方向分布，對錯誤識別的道路進行修正。

技術領域

本發明屬于農業生產管理技術領域，尤其涉及一種基于農機作業軌跡確定農田和道路的方法及系統。

背景技術

農田有效作業軌跡是農業生產管理中最基礎的數據之一，根據有效軌跡推算出的有效面積直接決定了種子、化肥、農藥等生產資料的投入量,也是農業機械進行田間作業計算工時和收費的主要依據。GPS全球衛星定位系統能夠提供實時的經度、緯度、方向等導航和定位信息，是支撐精細農業實踐的核心技術之一。利用GPS的定位功能,能夠測量得出軌跡各個點的坐標，從而為通過各種方法計算農機有效作業軌跡等數據提供了可能。對農機作業軌跡監測是“互聯網+農機作業”的新型監管模式，是農業現代化建設的重要體現，但目前作業軌跡識別設備大多存在識別準確率低、智能化低、浪費人力物力的缺陷。

數據挖掘技術提供了從海量數據中挖掘發展趨勢、剖析其中隱藏的知識和模式的手段。針對農業機械在農業生產中產生的作業軌跡數據特征，挖掘其中隱含的知識并對其進行分析，在此基礎上，設計相應預測、聚類，為設計農機管理決策服務模型提供了基礎，對促進農業機械化、提高生產效率、提高決策水平、健全調控和基層服務能力、促進農業機械化進入信息化領域的步伐有很大的推進作用。

目前在農機有效作業軌跡分割方面主要存在方法為：

(1)使用人工的方法：在農機行駛進入農田時用人工的方法對農田和邊界進行確定，達到分割作業軌跡中農田和道路的目的。

(2)根據密度差異分割方法：利用農田和道路上軌跡點密度不同的特征進行農田和道路的區分。

(3)使用遙感圖像進行分割的方法：依靠采集農機行駛區域的遙感圖像，借助圖像處理的方法，達到農田和道路分割的目的。

目前技術存在的缺陷：

(1)使用人工確定農田和道路交界來分割農田和道路的方法，耗費人力物力，不能適應農機作業少人化、無人化的發展趨勢，而且人工存在誤報漏報的情況，不利于農機有效作業軌跡的統計和監管。

(2)使用密度進行區分的方法，特征太過單一，道路上等密度過高的區域會被識別為農田，導致分割準確率大幅度下降。另外接收機本身定位存在誤差，部分接收機利用差分定位測量精度可達毫米級，但這樣高精度測量成本很高，目前實際應用中主要還是采用接收機單點定位測量。單點定位誤差很大，其測量誤差主要來源有衛星星歷誤差、衛星鐘差、大氣折射等因素，這也是導致分割準確率的低的另一個原因。農機在作業過程中兩臺農機交叉進行，數據采集有遺漏現象，導致部分農田軌跡點稀疏，所以單純依靠密度聚類的方法也很難對這部分農田進行準確分割。

(3)使用遙感圖像的分割方法會受圖像數據本身的限制，圖像分辨率差導致圖像分割方法的效果差，進而導致農田和道路分割準確率低。

發明內容