[发明专利]大尺度作物种植面积车载调查方法与系统

说明书

发明领域

本发明涉及一种大尺度作物种植面积车载调查方法与系统，通过对GPS、GIS、图像处理和图像识别技术的开发运用及相互结合，完成大尺度作物种植面积及种植成数的计算，并分类保存到相应的数据库。特别是用户可以根据需要选择手动功能、自动功能及视频回放功能三种方式来完成作物种植面积及种植成数的计算，从而满足了用户的不同需要。

背景技术

我国是农业大国，粮食安全是我国政府非常重视的问题，准确预测农作物产量对于国家粮食政策的制定、农村经济的发展以及对外粮食贸易都有很重要的意义。在农业生物技术没有重大突破和大的自然灾害条件下，当年农作物播种面积是粮食产量的决定性因素。因此，每年及时、准确、全面地统计全国范围内大尺度农作物的种植面积是农业部门与国务院极为关心的问题，这对政府部门生产管理、国家粮食安全战略分析以及国民经济的发展与社会的安定有重要意义。大尺度作物面积车载调查方法与系统将GPS、GIS及图像识别技术相结合来估算农作物的种植面积，是对遥感估算面积的进一步补充与完善，是农情信息地面监测手段的新探索，是常规方法的重大突破。

目前我国主要通过统计局的地面抽样与农业部逐级统计上报来获取全国大尺度农作物的种植面积信息，受人为因素影响较大，数据不够客观。遥感估产虽然及时客观，但是遥感图像数据的获取受天气影响大，存在以下缺点：①在实践中卫星数据精度不适合区分间作套作的秋粮作物；②遥感图像数据的获取受天气影响大，特别是南方水稻生长期卫星图像获取率仅有6％，使得遥感分层抽样的方法在没有图像的区域有问题。③卫星图像数据价格昂贵，不适合做全国性、长期的农作物种植面积监测的唯一数据源。以遥感(RS)、GIS、GPS为基础的3S空间信息技术监测作物面积虽然及时客观，但因缺乏运行化的规范方法和精度评估，一直未正式纳入政府统计体系。运行化的空间统计方法、规范和精度评估研究是应用空间技术获取全国农作物种植面积急需解决的问题。

发明内容

根据上述问题，本发明提出了一种大尺度作物种植面积车载调查方法与系统，其可通过自动功能、手动功能和视频回放功能，高效客观地计算大尺度作物的种植面积。该方法与系统的使用将会弥补目前全国范围内大尺度农作物的种植面积统计方法的不足，大大提高其统计的效率和可靠性，与遥感估算面积相结合，能够实现每年及时、准确、全面地统计全国范围内大尺度农作物的种植面积，为国家和政府的决策提供可靠的数据，为更好的服务于三农和国家粮食安全提供必要的技术手段。

为达到上述目的，本发明提供的大尺度作物种植面积车载调查方法，包括GPS位置信息与GIS地图的匹配，GPS位置信息与图像的匹配，作物纵向种植宽度的确定，图像的保存与提取，图像的栅格算法，作物种类的识别，GPS位置信息与各类作物种植信息的存储和各类作物种植面积及种植成数的计算。通过GPS位置信息与GIS地图的匹配引导车辆进入样方及绘制车辆采样时的轨迹线；通过GPS与图像的匹配实现系统通过视频回放功能计算作物种植面积和种植成数的功能；通过纵向种植宽度的确定计算样方的面积及各类作物的种植面积；通过图像的保存与提取，为视频回放功能提供连续地的图像，为作物识别提供单帧图像；通过图像的栅格算法提高方法的实时性与准确性；通过作物种类的识别实现系统自动计算各类作物种植面积的功能；通过GPS位置信息与各类作物种植信息的存储计算整个样方的面积及各类作物的种植面积并保存计算结果；各类作物种植面积及种植成数的计算实现方法的最终目标。

本发明亦提供一种大尺度作物种植面积车载调查系统，包括GPS位置信息接收及转换运用单元，图像获取角度控制装置，图像采集装置，倾角采集及宽度测量单元，图像处理单元，作物识别单元和种植面积调查单元。GPS位置信息接收及转换运用单元用于车辆导航，包括引导车辆进入样方并绘制采样时的车辆轨迹线，另外还用于标记图像的位置、时间信息，包括记录每帧图像的位置、时间信息和每段视频的位置、时间信息；图像获取角度控制装置用于控制摄像机的拍摄角度；图像采集装置安装于位置可调整的云台上，垂直样方采集作物图像，可在保存连续视频的同时保存单帧图像；倾角采集装置固定在摄像机上，随着摄像机一起摆动，测量车辆侧倾角即摄像机对应垂直视野的摆动角度并将结果存储到数据库中，宽度测量单元根据摄像机高度、摄像机参数及摄像机拍摄角度计算作物的纵向种植宽度；图像处理单元将图像采集装置提取的单帧图像进行彩色图像滤波、颜色模型转换及彩色图像边缘检测；作物识别单元在图像预处理的基础上，通过图像栅格算法提取作物的特征进行作物识别。