多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法技术

本发明专利技术公开了一种多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法，包括：对农机作业轨迹上运行轨迹点进行高斯‑克吕格投影；获取运行轨迹点坐标的第一外接矩形；针对每相邻的两个运行轨迹点的坐标，分别生成线缓冲区；扫描每个线缓冲区并栅格化，计算每个线缓冲区所覆盖的栅格面积之和，得到第一作业面积；再次扫描每个线缓冲区，对每个线缓冲区中未完全覆盖的栅格重新栅格化，计算每个线缓冲区所覆盖的栅格的面积之和，得到第二作业面积；第二作业面积与第一作业面积的差值的绝对值小于设定误差阈值时，将第二作业面积作为农机的实际作业面积。本发明专利技术具有算法实现简单、时间复杂度和空间复杂度较低、能满足不同计算精度的需求、适应于在线并发计算需求。

The method of obtaining the space trajectory area of multi scan time sequence

The invention discloses a method for obtaining a multilayer, scanning sequence space trajectory area include: the trajectory points Gauss Kruger projection trajectory of agricultural operations; obtaining the first outer trajectory point coordinates of rectangle; for the two operating points of each track adjacent coordinate, generate line buffer; each line scan buffer and grid, computational grid area covered by each line buffer and the first operation area; again each scanning line buffer, the grid is not cover each line in the buffer to the grid, and the area of computational grid covered each line buffer, get the second operation area; absolute value of the difference with the first second operating area of the operation area of less than set the error threshold, the second operation area as the actual operation area of agricultural machinery. The invention has simple algorithm, low time complexity and space complexity, and meets the needs of different computing accuracy, and is suitable for online concurrent computing needs.

【技术实现步骤摘要】
多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法
本专利技术涉及农机作业领域，特别涉及一种多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法。
技术介绍
随着“互联网+”带动传统农业升级，在智能硬件驱动下，为传统农业机械配备基于GPS/北斗的集定位、作业统计、作业监控为主要功能的智能硬件终端，以提升农业机械化领域智能化、信息化已成为大势所趋。而其中，以农机空间作业轨迹为基础，计算农机作业面积又为核心功能需求。当前，基于空间作业轨迹的算法主要有距离法、矢量缓冲区算法和栅格缓冲区算法等。距离法采用距离测量算法，即已知农机的作业幅宽为M，计算农机行走的轨迹长度乘以作业幅宽即得到实际作业面积，算法较为简单，计算效率高，内存占用少，但不适用农机有重叠作业的计算。矢量缓冲区算法主要采用基于线实体的缓冲区方法，其借鉴GIS中的缓冲区分析功能，对农机作业时的轨迹进行动态地缓冲区生成，并计算其实时面积。矢量方法计算精度较高，内存占用少，但原理复杂，不易实现，特别随着作业轨迹点的增多，运算量急剧增长，这样将会降低计算效率，难以满足实时并发计算需求。综上所述，无论哪种方法，在使用上都有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有算法实现简单、时间复杂度和空间复杂度较低、能满足不同计算精度的需求、适应于在线并发计算需求的多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法，包括如下步骤：A)对连续运行的农机作业轨迹上所有的运行轨迹点在高斯平面直角坐标系进行高斯-克吕格投影，得到每个所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系下的坐标；B)获取所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系下的坐标的第一外接矩形，并得到所述第一外接矩形的最左下角坐标Go(xo,yo)和最右上角坐标Ge(xe,ye)；xo为所述第一外接矩形的最左下角的横坐标，yo为所述第一外接矩形的最左下角的纵坐标，xe为所述第一外接矩形的最右上角的横坐标，ye为所述第一外接矩形的最右上角的纵坐标；C)针对所述农机作业轨迹中在时序上每相邻的两个运行轨迹点的坐标，分别生成对应的线缓冲区；D)扫描每个所述线缓冲区对其进行栅格化，计算每个所述线缓冲区所覆盖的栅格的面积之和，得到农机的第一作业面积；E)再次扫描每个所述线缓冲区，对每个所述线缓冲区中未完全覆盖的栅格重新进行栅格化，缩小其栅格大小，重新计算每个所述线缓冲区所覆盖的栅格的面积之和，得到所述农机的第二作业面积；F)判断所述农机的第二作业面积与所述农机的第一作业面积的差值的绝对值是否小于设定误差阈值，如是，将所述农机的第二作业面积作为所述农机的实际作业面积；否则，返回步骤E)。在本专利技术所述的多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法中，所述步骤A)进一步包括：A1)设连续运行的农机作业轨迹包含n个运行轨迹点P1，P2，......，Pn，所述运行轨迹点Pi的经纬度坐标为Pi(L，B)，其中，L表示经度，B表示纬度，i＝1,2,...,n，n为大于0的整数；A2)将所有的所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系中进行高斯-克吕格投影，得到所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系下的坐标P′i(x,y)，其中，x为高斯平面直角坐标横坐标，y为高斯平面直角坐标纵坐标，i＝1,2,...,n。在本专利技术所述的多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法中，所述步骤C)进一步包括：C1)按照时间顺序依次将相邻的两个所述运行轨迹点分别连接生成多个线段Li，其中，i＝1,2,...,n-1；C2)分别对每个所述线段Li采用折线凸角圆弧生成法生成对应的线缓冲区Bi，所述线缓冲区Bi的起点采用平头拟合，终止点采用半圆拟合，所述线缓冲区Bi的半径为农机的作业宽度W的1/2；C3)将所述线缓冲区Bi的四个顶点连接起来形成封闭缓冲区域lvi1-vi2lvi2-vi3avi3-vi4lvi4-vi1，其中，vi1、vi2、vi3和vi4为分别线缓冲区Bi的第一顶点、第二顶点、第三顶点和第四顶点，lvi1-vi2表示第一顶点vi1至第二顶点vi2的直线段，lvi2-vi3表示第二顶点vi2至第三顶点vi3的直线段，avi3-vi4表示第三顶点vi3至第四顶点vi4的弧段，lvi4-vi1表示第四顶点vi4至第一顶点vi1的弧段。在本专利技术所述的多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法中，所述步骤D)进一步包括：D1)获取所述第一外接矩形的长度与宽度，初始化二维数组Array[row,col]＝0，所述二维数组Array[row,col]中的每个数组单元对应运行轨迹点所覆盖区域的栅格，其中，row＝|xe-xo|*c/W+1，col＝|ye-yo|*c/W+1，row为行，col为列，c为农机作业宽度所覆盖的栅格数，W为农机的作业宽度，xo为所述第一外接矩形的最左下角的横坐标，yo为所述第一外接矩形的最左下角的纵坐标，xe为所述第一外接矩形的最右上角的横坐标，ye为所述第一外接矩形的最右上角的纵坐标；D2)获取所述线缓冲区Bi的第二外接矩形，得到所述第二外接矩形的最左下角坐标Gio(xio,yio)和最右上角坐标Gie(xie,yie)；xio为所述第二外接矩形的最左下角的横坐标，yio为所述第二外接矩形的最左下角的纵坐标，xie为所述第二外接矩形的最右下角的横坐标，yie为所述第二外接矩形的最右下角的纵坐标；D3)确定所述线缓冲区Bi所覆盖的栅格，即子数组其中，0≤rio≤k≤rie≤row，0≤cio≤j≤cie≤col，xio为所述第二外接矩形的最左下角的横坐标，yio为所述第二外接矩形的最左下角的纵坐标，xie为所述第二外接矩形的最右下角的横坐标，yie为所述第二外接矩形的最右下角的纵坐标；D4)对所述线缓冲区Bi所覆盖的栅格，即子数组Array[k,j]对应的栅格，采用射线法依次判断所述子数组Array[k,j]对应的每个栅格的四个顶点是否在所述线缓冲区Bi的内部，如果所述子数组Array[k,j]对应的当前栅格Cellkj的四个顶点都在所述线缓冲区Bi的内部，则令所述子数组Array[k,j]中对应所述当前栅格Cellkj的数组元素值为1；如果所述子数组Array[k,j]对应的当前栅格Cellkj的四个顶点都不在所述线缓冲区Bi的内部，令所述子数组Array[k,j]中对应所述当前栅格Cellkj的数组元素值为0；如果所述子数组Array[k,j]对应的当前栅格Cellkj的四个顶点中有一个、两个或三个在所述线缓冲区Bi的内部，令所述子数组Array[k,j]中对应所述当前栅格Cellkj的数组元素值为0.5；D5)计算所有运行轨迹点所对应栅格的面积之和，即所述农机的第一作业面积其中，Ainc为所述农机的第一作业面积，inc为扫描次数，inc＝0。在本专利技术所述的多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法中，所述步骤E)进一步包括：E1)令所述扫描次数inc递增1，从所述线缓冲区Bi所覆盖的栅格中找到符合0<Array[k,j]<1条件的栅格，k为行，j为列，rio≤k≤rie，cio≤j≤cie，将所找到的栅格作为所述线缓冲区Bi未完全覆盖的栅格，缩小栅格大小对所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法，其特征在于，包括如下步骤：A)对连续运行的农机作业轨迹上所有的运行轨迹点在高斯平面直角坐标系进行高斯‑克吕格投影，得到每个所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系下的坐标；B)获取所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系下的坐标的第一外接矩形，并得到所述第一外接矩形的最左下角坐标Go(xo,yo)和最右上角坐标Ge(xe,ye)；xo为所述第一外接矩形的最左下角的横坐标，yo为所述第一外接矩形的最左下角的纵坐标，xe为所述第一外接矩形的最右上角的横坐标，ye为所述第一外接矩形的最右上角的纵坐标；C)针对所述农机作业轨迹中在时序上每相邻的两个运行轨迹点的坐标，分别生成对应的线缓冲区；D)扫描每个所述线缓冲区对其进行栅格化，计算每个所述线缓冲区所覆盖的栅格的面积之和，得到农机的第一作业面积；E)再次扫描每个所述线缓冲区，对每个所述线缓冲区中未完全覆盖的栅格重新进行栅格化，缩小其栅格大小，重新计算每个所述线缓冲区所覆盖的栅格的面积之和，得到所述农机的第二作业面积；F)判断所述农机的第二作业面积与所述农机的第一作业面积的差值的绝对值是否小于设定误差阈值，如是，将所述农机的第二作业面积作为所述农机的实际作业面积；否则，返回步骤E)。...

【技术特征摘要】
1.一种多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法，其特征在于，包括如下步骤：A)对连续运行的农机作业轨迹上所有的运行轨迹点在高斯平面直角坐标系进行高斯-克吕格投影，得到每个所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系下的坐标；B)获取所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系下的坐标的第一外接矩形，并得到所述第一外接矩形的最左下角坐标Go(xo,yo)和最右上角坐标Ge(xe,ye)；xo为所述第一外接矩形的最左下角的横坐标，yo为所述第一外接矩形的最左下角的纵坐标，xe为所述第一外接矩形的最右上角的横坐标，ye为所述第一外接矩形的最右上角的纵坐标；C)针对所述农机作业轨迹中在时序上每相邻的两个运行轨迹点的坐标，分别生成对应的线缓冲区；D)扫描每个所述线缓冲区对其进行栅格化，计算每个所述线缓冲区所覆盖的栅格的面积之和，得到农机的第一作业面积；E)再次扫描每个所述线缓冲区，对每个所述线缓冲区中未完全覆盖的栅格重新进行栅格化，缩小其栅格大小，重新计算每个所述线缓冲区所覆盖的栅格的面积之和，得到所述农机的第二作业面积；F)判断所述农机的第二作业面积与所述农机的第一作业面积的差值的绝对值是否小于设定误差阈值，如是，将所述农机的第二作业面积作为所述农机的实际作业面积；否则，返回步骤E)。2.根据权利要求1所述的多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法，其特征在于，所述步骤A)进一步包括：A1)设连续运行的农机作业轨迹包含n个运行轨迹点P1，P2，......，Pn，所述运行轨迹点Pi的经纬度坐标为Pi(L，B)，其中，L表示经度，B表示纬度，i＝1,2,...,n，n为大于0的整数；A2)将所有的所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系中进行高斯-克吕格投影，得到所述运行轨迹点在所述高斯平面直角坐标系下的坐标P′i(x,y)，其中，x为高斯平面直角坐标横坐标，y为高斯平面直角坐标纵坐标，i＝1,2,...,n。3.根据权利要求2所述的多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法，其特征在于，所述步骤C)进一步包括：C1)按照时间顺序依次将相邻的两个所述运行轨迹点分别连接生成多个线段Li，其中，i＝1,2,...,n-1；C2)分别对每个所述线段Li采用折线凸角圆弧生成法生成对应的线缓冲区Bi，所述线缓冲区Bi的起点采用平头拟合，终止点采用半圆拟合，所述线缓冲区Bi的半径为农机的作业宽度W的1/2；C3)将所述线缓冲区Bi的四个顶点连接起来形成封闭缓冲区域lvi1-vi2lvi2-vi3avi3-vi4lvi4-vi1，其中，vi1、vi2、vi3和vi4为分别线缓冲区Bi的第一顶点、第二顶点、第三顶点和第四顶点，lvi1-vi2表示第一顶点vi1至第二顶点vi2的直线段，lvi2-vi3表示第二顶点vi2至第三顶点vi3的直线段，avi3-vi4表示第三顶点vi3至第四顶点vi4的弧段，lvi4-vi1表示第四顶点vi4至第一顶点vi1的弧段。4.根据权利要求3所述的多层扫描时序空间轨迹面积的获取方法，其特征在于，所述步骤D)进一步包括：D1)获取所述第一外接矩形的长度与宽度，初始化二维数组Array[row,col]＝0，所述二维数组Array[row,col]中的每个数组单元对应运行轨迹点所覆盖区域的栅格，其中，row＝|xe-xo|*c/W+1，col＝|ye-yo|*c/W+1，row为行，col为列，c为农机作业宽度所覆盖的栅格数，W为农机的作业宽度，xo为所述第一外接矩形的最左下角的横坐标，yo为所述第一外接矩形的最左下角的纵坐标，xe为所述第一外接矩形的最右上角的横坐标，ye为所述第一外接矩形的最右上角的纵坐标；D2)获取所述线缓冲区Bi的第二外接矩形，得到所述第二外接矩形的最左下角坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯大春，黄家怿，孟祥宝，谢秋波，
申请(专利权)人：广州市健坤网络科技发展有限公司，广东省现代农业装备研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44