[发明专利]一种基于北斗定位数据的农机行为分析与作业面积统计方法

说明书

一种基于北斗定位数据的农机行为分析与作业面积统计方法，包括农机作业区域的自动识别、计算面积、分析重叠面积和遗漏面积；所述农机作业区域的自动识别的方法为基于空间聚类的农机作业区域自动识别算法；所述计算面积的方法包括基于栅格的面积计算方法和基于轮廓的面积计算方法。本发明为了提高农机作业区域面积统计的精度以及效率，减少人力、物力以及时间的投入，适应现代农业发展的需求，提供了一种通过北斗定位数据自动分析农机行为以及统计作业区域面积的方法，可自动识别农机作业的每个子区域，可适用于重叠作业、遗漏作业同时存在情况下的面积统计。

技术领域

本发明涉及一种基于北斗定位数据的农机行为分析与作业面积统计方法，属于农机作业数据采集及分析的技术领域。

背景技术

我国传统农业大部分仍是通过人工干预的方式完成，自动化程度不高，例如在农机作业面积统计、计算方面，大部分仍是采用人工划分、皮尺测量的方式实现，耗费大量的人力和时间，而且人工测量存在一定误差，且均为静态测量方式，无法实时地计算农机作业面积。

精准农业是二十一世纪农业科技发展的重中之重，其科技含量高、集成综合性强，极大地提高了农业生产效率，成为现代化农业生产管理的重要目标。北斗定位导航系统作为核心支撑技术之一，在农业精细化播种及收获、农机实时定位监控、农机自动作业导航、远程指挥调度等方面发挥了不可替代的作用。随着大规模、集约化、区域性农业生产过程的普及，及时掌握农机作业区域和任务完成情况对于整体效率评估以及后续作业调度具有重要意义。传统的农机作业区域统计方法多数采用农机作业人员手动上报或委托第三方实地测绘实现，涉及人为因素较多、误差较大、并且耗费大量人力、物力和时间。针对上述问题，本领域技术人员提出的技术问题为：怎样利用动态计量的方式实现自动、准确的农机作业面积测量？

目前在农机作业面积动态计量方面，主要有车轮转数测量法、超声波测量法、激光测量法以及基于定位导航系统(如GPS、北斗)的测量方法。车轮转数测量法主要利用速度传感器统计农机车轮转数，根据车轮半径间接计算出农机作业距离，然后通过农机作业幅宽乘以作业距离得出作业面积，该方法原理简单、成本低，但是农机在田地里多出现轮子打滑的情况，导致面积测量出现较大误差，而且无法准确测量农机存在重叠作业情况时的作业面积。超声波以及激光测量法原理上差不多，但是激光测量法精度要比超声波测量法高，其主要通过超声或激光传感器实时测量实际作业幅宽，然后结合速度传感器实现作业面积的计算，此方法能有效测量农机重叠作业时的面积，但是需要农作物作为参考，才能获得实际作业幅宽，多用于收获时的作业面积计算。基于定位导航的测量方法主要有基于边界的测量方法和基于轨迹的测量方法。其中，基于边界的测量方法多数是沿着农机作业区域绕行一周，然后采用三角形分割算法或者Simpson算法实现面积的计算。

基于边界的测量方法可用于任意形状的作业区域，一般区域越大，计算精度越高，但是无法统计遗漏作业区域的面积。

基于轨迹的测量方法主要有幅宽法、缓冲区矢量法等计算方法。幅宽法是根据农机作业轨迹长度乘以作业幅宽来获得作业区域的面积，作业长度看作是相邻两个数据点之间的距离累加和，该方法可以动态、实时地计算农机作业面积，但是对于存在重叠作业区域时，无法准确计算作业面积，该方法多用于带有精确自主导航的农机进行满幅作业时的面积计算。缓冲区矢量法主要是构建轨迹线实体的缓冲区，其本质上就是根据农机运行轨迹，向轨迹两侧沿垂直方向平移半个作业幅宽的距离(假设定位终端在农机的中轴线上)得到两条平行线，并在平行线两端或一端采用光滑曲线进行拟合，最终得到的封闭区域即为线实体的缓冲区。

缓冲区矢量法可用于任意形状的作业区域，可统计有效作业以及遗漏作业区域面积，但设计的计算复杂度较高，涉及到多种、多次求交运算。

针对上述技术问题，中国专利文献公开了以下技术内容：