一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法技术

一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1：数据的获取与处理，所述数据的处理包括清洗和预处理，所述数据清洗包括缺失值清洗、格式内容清洗、逻辑错误清洗(去重、去异常值)、非需求数据清洗，所述数据预处理首先据当地牧民每天放牧时间约为07:00～19:00，据此剔除非放牧轨迹数据，其次采用特征区域轨迹划分算法剔除定位时由于轨迹漂移所带来的定位误差；S2：放牧强度估算，所述放牧强度估算是将清洗和预处理后的放牧轨迹数据进行基础聚类，对于得到的k个簇，分别计算其实际面积并统计簇内轨迹数据点个数(折合为羊只数)，通过簇面积与该簇内羊只数之比得到放牧强度，步骤如下：S3：放牧强度真实性检验。

A Grazing Intensity Estimation Method Based on Trajectory Data

【技术实现步骤摘要】
一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法
本专利技术具体涉及一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法。
技术介绍
过度放牧导致的草地资源严重退化已经成为畜牧业经济发展和草地生态平衡的主要障碍。不同放牧强度对土壤性状，群落特征结构和生物量，以及物种多样性和生产力都存在不同程度的影响，且有关放牧强度的研究主要集中于此。因此，估算草场实际放牧强度指导牧民合理放牧对于草畜平衡有着重要的意义。随着畜牧业现代化、信息化的发展，一方面，由于遥感技术具有覆盖面积大、重访周期短、获取成本相对低等优势，遥感数据被广泛用于放牧强度估算，如王梦佳等根据地上生物量实际变化值和牧草生长量定量估算呼伦贝尔草原放牧强度。张艳楠建立了生物量差值与放牧强度之间的回归分析模型，从而估算放牧强度。以上研究侧重于大时空尺度估算放牧强度。另一方面，牧民放牧过程中借助于定位系统产生大量轨迹数据蕴含丰富的信息，有关放牧时空轨迹数据挖掘的研究已经成为国内外研究的热点。如基于GPS定位数据建立放牧行为(觅食、休息等)识别模型和放牧行为与非放牧行为分类模型，对牲畜行为进行区分，并且有较高的分类准确度。Parsons等利用GPS记录了野生动物与家畜的轨迹数据，通过分析轨迹数据确定野生动物与家畜的病毒交叉传播热点区域。而基于轨迹数据估算放牧强度的文献较少。
技术实现思路
基于上述原因，本申请利用放牧时空轨迹数据，并结合聚类分析，提出分布型放牧强度估算方法。最后，以苏尼特左旗某二牧区为例估算放牧强度，并对对放牧强度估算结果抽样通过实地勘测方式进行验证，证明了本申请方法的有效性。本申请的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法。本申请的目的是通过以下技术方案解决的：一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，其包括以下步骤：S1：数据的获取与处理，所述数据的处理包括清洗和预处理，所述数据清洗包括缺失值清洗、格式内容清洗、逻辑错误清洗(去重、去异常值)、非需求数据清洗，所述数据预处理首先据当地牧民每天放牧时间约为07:00～19:00，据此剔除非放牧轨迹数据，其次采用特征区域轨迹划分算法剔除定位时由于轨迹漂移所带来的定位误差；S2：放牧强度估算，所述放牧强度估算是将清洗和预处理后的放牧轨迹数据进行基础聚类，对于得到的k个簇，分别计算其实际面积并统计簇内轨迹数据点个数(折合为羊只数)，通过簇面积与该簇内羊只数之比得到放牧强度，步骤如下：S21.对清洗和预处理后的放牧轨迹数据经纬度坐标使用k-means算法进行基础聚类，得到k个簇；S22.计算每个簇内所有对象到簇中心的距离均值，以此作为簇半径，再通过圆面积公式估算簇面积；S23.统计每个簇所包含对象个数乘以头羊带领羊群羊只数并折合为等价羊只数，簇放牧强度的计算式为：簇放牧强度＝簇内等价羊只数/簇面积；S3：放牧强度真实性检验。进一步的，一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，所述数据获取于苏尼特左旗某二牧区2018年5月到7月约1万条羊群轨迹数据记录，由牲畜放牧过程中头羊所佩戴定位项圈按照固定间隔时间(约10min左右)产生的连续定位数据，其中包括定位项圈编号、经纬度、采集时间、定位状态和养殖户。进一步的，一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，所述定位项圈采用定时脱落功能。进一步的，一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，S21中，所述k-means聚类算法步骤如下：S211首先从数据集任意选择k个对象作为初始簇中心；S212对剩余的每个对象，计算其与各簇中心的距离(欧式距离)，将它指派到最近的簇；S213重新计算每个簇的均值，做为更新后的簇中心；S214循环2、3步，直到k个簇的簇中心不再发生变化或小于指定阈值。进一步的，一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，步骤S22中，所述距离采用球面距离公式：d＝r·arcos[cosβ1cosβ2cos(a1-a2]+sinβ1sinβ2],式中，(α1,β1)、(α2,β2)分别为位置A、B经纬度，r为地球半径，取6371km。本申请相比现有技术有如下优点：本申请利用放牧时空轨迹数据，并结合聚类分析，提出分布型放牧强度估算方法。最后，以苏尼特左旗某二牧区为例估算放牧强度，并对对放牧强度估算结果抽样通过实地勘测方式进行验证，证明了本申请方法的有效性。附图说明附图1为苏尼特左旗各嘎查载畜率；附图2为A、B草场轨迹数据聚类结果；附图3为A、B草场放牧强度空间分布；附图4为放牧强度结果验证。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更加全面的描述，附图中给出了本专利技术的若干实施例，但是本专利技术可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本专利技术公开的内容更加透彻全面。需要说明的时，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常连接的含义相同，本申请中在本专利技术的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术，本申请所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例一如图1至图4所示，一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，其包括以下步骤：S1：数据的获取与处理，所述数据的处理包括清洗和预处理，所述数据清洗包括缺失值清洗、格式内容清洗、逻辑错误清洗(去重、去异常值)、非需求数据清洗，所述数据预处理首先据当地牧民每天放牧时间约为07:00～19:00，据此剔除非放牧轨迹数据，其次采用特征区域轨迹划分算法剔除定位时由于轨迹漂移所带来的定位误差；S2：放牧强度估算，所述放牧强度估算是将清洗和预处理后的放牧轨迹数据进行基础聚类，对于得到的k个簇，分别计算其实际面积并统计簇内轨迹数据点个数(折合为羊只数)，通过簇面积与该簇内羊只数之比得到放牧强度，步骤如下：S21.对清洗和预处理后的放牧轨迹数据经纬度坐标使用k-means算法进行基础聚类，得到k个簇；S22.计算每个簇内所有对象到簇中心的距离均值，以此作为簇半径，再通过圆面积公式估算簇面积；S23.统计每个簇所包含对象个数乘以头羊带领羊群羊只数并折合为等价羊只数，簇放牧强度的计算式为：簇放牧强度＝簇内等价羊只数/簇面积；S3：放牧强度真实性检验。进一步的，一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，所述数据获取于苏尼特左旗某二牧区2018年5月到7月约1万条羊群轨迹数据记录，由牲畜放牧过程中头羊所佩戴定位项圈按照固定间隔时间(约10min左右)产生的连续定位数据，其中包括定位项圈编号、经纬度、采集时间、定位状态和养殖户。进一步的，一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，所述定位项圈采用定时脱落功能。进一步的，一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，S21中，所述k-means聚类算法步骤如下：S211首先从数据集任意选择k个对象作为初始簇中心；S212对剩余的每个对象，计算其与各簇中心的距离(欧式距离)，将它指派到最近的簇；S213重新计算每个簇的均值，做为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1：数据的获取与处理，所述数据的处理包括清洗和预处理，所述数据清洗包括缺失值清洗、格式内容清洗、逻辑错误清洗(去重、去异常值)、非需求数据清洗，所述数据预处理首先据当地牧民每天放牧时间约为07:00～19:00，据此剔除非放牧轨迹数据，其次采用特征区域轨迹划分算法剔除定位时由于轨迹漂移所带来的定位误差；S2：放牧强度估算，所述放牧强度估算是将清洗和预处理后的放牧轨迹数据进行基础聚类，对于得到的k个簇，分别计算其实际面积并统计簇内轨迹数据点个数(折合为羊只数)，通过簇面积与该簇内羊只数之比得到放牧强度，步骤如下：S21.对清洗和预处理后的放牧轨迹数据经纬度坐标使用k‑means算法进行基础聚类，得到k个簇；S22.计算每个簇内所有对象到簇中心的距离均值，以此作为簇半径，再通过圆面积公式估算簇面积；S23.统计每个簇所包含对象个数乘以头羊带领羊群羊只数并折合为等价羊只数，簇放牧强度的计算式为：簇放牧强度＝簇内等价羊只数/簇面积；S3：放牧强度真实性检验。

【技术特征摘要】
1.一种基于轨迹数据的放牧强度估算方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1：数据的获取与处理，所述数据的处理包括清洗和预处理，所述数据清洗包括缺失值清洗、格式内容清洗、逻辑错误清洗(去重、去异常值)、非需求数据清洗，所述数据预处理首先据当地牧民每天放牧时间约为07:00～19:00，据此剔除非放牧轨迹数据，其次采用特征区域轨迹划分算法剔除定位时由于轨迹漂移所带来的定位误差；S2：放牧强度估算，所述放牧强度估算是将清洗和预处理后的放牧轨迹数据进行基础聚类，对于得到的k个簇，分别计算其实际面积并统计簇内轨迹数据点个数(折合为羊只数)，通过簇面积与该簇内羊只数之比得到放牧强度，步骤如下：S21.对清洗和预处理后的放牧轨迹数据经纬度坐标使用k-means算法进行基础聚类，得到k个簇；S22.计算每个簇内所有对象到簇中心的距离均值，以此作为簇半径，再通过圆面积公式估算簇面积；S23.统计每个簇所包含对象个数乘以头羊带领羊群羊只数并折合为等价羊只数，簇放牧强度的计算式为：簇放牧强度＝簇内等价羊只数/簇面积；S3：放牧强度真实性检验。2.根据权利要求1所述的基于轨迹数据的放牧强度估算方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜永兴，李宝山，李琦，王立全，王海，王亚帅，
申请(专利权)人：内蒙古智牧溯源技术开发有限公司，内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15