[發(fā)明專利]一種基于柵格圖像的農(nóng)機作業(yè)面積計算方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310500785.8
• 申請日: 2023-05-06
• 公開（公告）號: CN116205968A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳才聰;李冬;劉鑫;翟衛(wèi)欣
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06T7/11;G06Q50/02
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 張金玲

本發(fā)明提供一種基于柵格圖像的農(nóng)機作業(yè)面積計算方法及系統(tǒng)，包括：獲取農(nóng)機的行為軌跡數(shù)據(jù)并進行預處理，得到軌跡田路數(shù)據(jù)；通過聚類算法對軌跡田路數(shù)據(jù)進行分割；將田內(nèi)作業(yè)軌跡中的每一個軌跡點的經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為平面高斯投影坐標并進行低通濾波，獲取濾波后的平面坐標；根據(jù)平面坐標計算農(nóng)機田內(nèi)作業(yè)軌跡對應的柵格圖像坐標，繪制柵格圖像，獲取初始農(nóng)機田內(nèi)作業(yè)的像素塊個數(shù)，計算每個像素塊對應的真實地面面積；對柵格圖像中的農(nóng)機作業(yè)條帶間隙進行補償，生成最終農(nóng)機田內(nèi)作業(yè)的像素塊個數(shù)；根據(jù)最終農(nóng)機田內(nèi)作業(yè)的像素塊個數(shù)與每個像素塊對應的真實地面面積的乘積確定農(nóng)機作業(yè)面積。本發(fā)明解決了現(xiàn)有農(nóng)機作業(yè)面積測量不精準的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)機作業(yè)面積測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于柵格圖像的農(nóng)機作業(yè)面積計算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著我國農(nóng)機水平的快速發(fā)展和農(nóng)機規(guī)模的不斷擴大，我國的主要農(nóng)作物如小麥、水稻、玉米等已經(jīng)基本實現(xiàn)田內(nèi)作業(yè)全程機械化水平。其中，農(nóng)機作業(yè)面積是發(fā)放農(nóng)機補貼、收取農(nóng)機作業(yè)費用、評估農(nóng)機作業(yè)效率等的重要依據(jù)。

傳統(tǒng)的農(nóng)機作業(yè)面積都是通過人工丈量的農(nóng)田面積作為農(nóng)機的作業(yè)面積。但這種方法不僅費時費力、效率低下，而且很多農(nóng)田形狀是不規(guī)則的多邊形，存在較大的測量誤差。隨著全球定位技術(shù)的不斷發(fā)展，可以通過定位技術(shù)來測量農(nóng)機作業(yè)面積。這種方式不僅大大解放了勞動力，而且方便、快捷，提高了面積測量的精度和效率。比如，在農(nóng)機上安裝定位設(shè)備（如北斗/GNSS定位終端）來記錄農(nóng)機作業(yè)的運動軌跡信息，通過計算農(nóng)機軌跡的面積，將其作為農(nóng)機作業(yè)的面積。

目前基于農(nóng)機軌跡來測量農(nóng)機作業(yè)面積的方法主要分為三類，分別是距離幅寬法、外包絡(luò)面法和柵格圖像法。距離幅寬法是將農(nóng)機作業(yè)的軌跡點連成折線，通過計算折線總長度將其作為農(nóng)機作業(yè)軌跡總長度，通過乘以農(nóng)機作業(yè)的幅寬，得到農(nóng)機作業(yè)的面積。此外，也有學者利用緩沖區(qū)法和改進Alpha+Shapes算法進行農(nóng)機作業(yè)面積的計算。當農(nóng)機作業(yè)出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎或掉頭時，此處用折線計算會產(chǎn)生較大誤差。并且，這種方法會導致農(nóng)機軌跡重疊區(qū)面積的重復計算，導致計算誤差偏大。外包絡(luò)面法是從農(nóng)機軌跡的幾何特征入手，通過提取農(nóng)機作業(yè)區(qū)域邊界點經(jīng)緯度地理坐標，采用高斯投影正算將經(jīng)緯度地理坐標轉(zhuǎn)換到平面直角坐標系中得到平面坐標，將其按照順序依次連接成不規(guī)則的多邊形區(qū)域，即外包絡(luò)面，作為農(nóng)機的作業(yè)區(qū)域，進而利用高斯面積公式或Delaunay?三角網(wǎng)法實現(xiàn)農(nóng)機作業(yè)面積的計算。這種算法受農(nóng)田的復雜形狀的影響過大，且容易將農(nóng)機未作業(yè)區(qū)域歸為農(nóng)機作業(yè)區(qū)域進行農(nóng)機作業(yè)面積的計算，導致計算的農(nóng)機作業(yè)面積誤差偏大。柵格圖像法是指將農(nóng)機軌跡點的經(jīng)緯度地理坐標，通過坐標變換把經(jīng)緯度地理坐標轉(zhuǎn)換成為平面投影坐標，進一步的在把這些軌跡點可視化到一個平面柵格圖像中，計算柵格圖像中軌跡所占的像素的個數(shù)再乘以單個像素對應的實際面積得到農(nóng)機田內(nèi)作業(yè)面積。此外，也有學者通過識別柵格圖像中農(nóng)機作業(yè)軌跡所圍成的農(nóng)田邊界，使用面積公式計算不規(guī)則多邊形面積，以此作為農(nóng)機作業(yè)的面積。柵格圖像法實施過程中的難點在于生成的柵格圖像中可能會出現(xiàn)兩條作業(yè)條帶間有縫隙遺漏的現(xiàn)象，并且由于農(nóng)機作業(yè)軌跡數(shù)據(jù)的定位誤差，會導致農(nóng)機軌跡轉(zhuǎn)換成圖像后，其邊緣存在較大的鋸齒、毛刺現(xiàn)象。此外，柵格大小（即圖像分辨率的大小）不好確定，且受軌跡點密集度和分辨率影響較大，導致農(nóng)機作業(yè)面積難以準確檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于柵格圖像的農(nóng)機作業(yè)面積計算方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有農(nóng)機作業(yè)面積測量不精準的問題。

本發(fā)明提供一種基于柵格圖像的農(nóng)機作業(yè)面積計算方法，包括：

獲取農(nóng)機的行為軌跡數(shù)據(jù)，并將所述行為軌跡數(shù)據(jù)發(fā)送至農(nóng)機作業(yè)大數(shù)據(jù)管理服務平臺；

通過所述大數(shù)據(jù)管理服務平臺獲取所述行為軌跡數(shù)據(jù)，對所述行為軌跡數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理，得到軌跡田路數(shù)據(jù)；

通過預設(shè)的聚類算法對所述軌跡田路數(shù)據(jù)進行分割，分為多段農(nóng)機在田內(nèi)作業(yè)的軌跡和在道路上轉(zhuǎn)移的軌跡；

將所述田內(nèi)作業(yè)軌跡中的每一個軌跡點的經(jīng)緯度地理坐標轉(zhuǎn)換為平面高斯投影坐標并進行低通濾波，獲取濾波后的平面高斯投影坐標；