一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法技术

一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，包括下列步骤：步骤1、农机运行轨迹点采集和预处理：将传感器数据进行预处理，过滤农机作业状态信息，构建符合作业状态的轨迹点时间序列；步骤2、构造定位轨迹和作业轨迹；根据作业宽度建立一个多边形；步骤3、计算作业轨迹覆盖面积：从不同的角度对作业轨迹计算轨迹面积、覆盖面积和空白面积；步骤4、利用提取的核心特征构建定位漂移测算模型，训练样本对模型参数进行学习；步骤5、农机作业面积测算：将待计算的作业轨迹和作业面积输入定位漂移测算模型，获得精确的农机作业面积。解决了当农机耕作过程中存在多种作业类型，产生重叠区域、未作业区域时，农机作业面积计算精度不高的问题。

A calculation method of agricultural machinery operating area based on positioning drift measurement model

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法
本专利技术涉及一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法。
技术介绍
农机深松、耕整地作业对实现土地保墒，改善农田板结都有重要意义。在农机上安装地理信息系统、空间定位系统等数字技术导航装置，结合后台服务系统的模式，可以满足农机的深松、耕整地作业远程监控、管理需求，实现农业生产耕种收的精准作业。新型的农机管理和市场化服务模式日渐成熟，供求双方都要求农机作业服务提供精度高、可靠性高、实时便捷的农机作业面积计算结果。现有的农机作业面积测算方法主要包括距离法、缓冲区法、栅格法等。这些方法受限于以下两个方面：当低成本的GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)由于漂移、干扰等原因造成的农机运行轨迹点定位精度不高时，作业面积测算结果会有较大误差；当农机耕作过程中存在多种作业类型，产生重叠区域、未作业区域时，计算精度不高。因此，如何在安装低成本GPS的农机及复杂的作业环境中精确地测算农机作业面积已经成为一个急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，以解决现有技术中当农机耕作过程中存在多种作业类型，产生重叠区域、未作业区域时，农机作业面积计算精度不高的问题。所述的一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，包括下列步骤：步骤1、农机运行轨迹点采集和预处理：将农机定位传感器和姿态传感器的数据进行预处理，过滤农机作业状态信息，构建符合作业状态的轨迹点时间序列；步骤2、构造定位轨迹和作业轨迹：将符合作业状态的定位点依次连接，建立作业轨迹的折线路径；同时每两个点分别根据作业宽度生成四边形，多个四边形进行逻辑运算建立一个多边形；步骤3、计算作业轨迹覆盖面积：从不同的角度对作业轨迹计算轨迹面积、覆盖面积和空白面积；步骤4、构造定位漂移测算模型：分析不同轨迹覆盖类型，抽取轨迹覆盖面积测算的核心特征，利用提取的核心特征构建定位漂移测算模型，训练样本对模型参数进行学习；步骤5、农机作业面积测算：将待计算的作业轨迹和作业面积输入定位漂移测算模型，获得精确的农机作业面积。优选的，所述步骤1具体包括下列步骤：步骤1.1、接收安装在农机上的GPS传感器和姿态传感器每秒回传的数据；步骤1.2、将间隔时间内农机定位点过近、过远的定位点过滤掉；步骤1.3、将过滤后的且耕作深度达到国家深耕要求的轨迹点保留下来作为农机作业有效轨迹点放入集合，构建轨迹点时间序列。优选的，所述步骤2具体包括下列步骤：步骤2.1、将步骤1中符合作业状态的定位点依次连接，建立作业轨迹的折线路径；步骤2.2、以农机作业轨迹上时序相邻的2个轨迹点P1、P2的坐标计算他们之间的方位角；步骤2.3、根据农机具与轨迹是垂直的，计算农机具在上述相邻2个轨迹点间轨迹上的方位角；步骤2.4、根据农机具方位角、犁具长度R得出轨迹点P1、P2的延伸四个点L1、L2、L3、L4，进而构成该段轨迹作业覆盖面的四边形S1，以此类推，计算出轨迹路径上的所有四边形S1...Sn；步骤2.5：将步骤2.4中得到的四边形S1...Sn进行逻辑运算建立一个总作业面积多边形。优选的，所述步骤3具体包括下列步骤：步骤3.1、计算作业的理论轨迹面积：将符合作业状态的定位点依次连接，分别计算各段轨迹的距离，依据作业宽度统计轨迹覆盖的面积；步骤3.2、计算作业的理论覆盖面积：将两两作业点形成的小矩形逻辑运算获得的多边形进行基于图形学计算，统计理论覆盖的面积、外部轮廓面积、内部空白面积。优选的，所述步骤4具体包括下列步骤：步骤4.1、确定反映坐标定位漂移的要素，进而提取用于实现空白面积分析的核心特征，分别是局部重叠度、全局重叠度、全局覆盖度；步骤4.2、优化核心特征的参数，根据样本数据训练核心特征的参数，将核心特征映射到特定的统一区间[0,1]；步骤4.3、构造定位漂移测算模型，利用优化后的核心特征的参数，运用机器学习方法建立定位漂移测算模型。优选的，所述步骤4.1具体包括下列步骤：步骤4.1.1、确定反映坐标定位漂移的要素：取作业轨迹在地图上的有限的包络区域面积表示为外面积S外，在有限的包络区域内，轨迹点生成的四边形合并形成的有效覆盖面积表示为内面积S内，S外和S内之间存在一个差值，即内部空白面积表示为S空，轨迹长度结合犁具宽度R计算形成的轨迹覆盖的面积称之为轨迹面积S轨；步骤4.1.2：抽取实现空白面积分析的核心特征局部重叠度、全局重叠度、全局覆盖度：局部重叠度定义为轨迹面积和内面积的比值，用表示用α表示，局部重叠度α表达了轨迹内局部重叠的程度，轨迹越密集、重叠区域越集中，则局部重叠度越大。理想情况下，局部重叠度趋近于1，表示轨迹无漂移，作业正常。全局重叠度定义为轨迹面积和外面积的比值，用β表示全局重叠度β表达了轨迹内部整体分散的程度，轨迹点分布越均匀，重叠区域越分散，则全局重叠度越大。理想情况下，完整作业轨迹，其全局重叠度趋近于1。全局覆盖度定义为内面积和外面积的比值，用γ表示全局覆盖度γ表达了实际作业面积覆盖作业区域的程度。作业越规范，轨迹越均匀，则全局覆盖度越大；作业异常，重叠集中，则全局覆盖度越小。优选的，所述步骤4.2具体包括下列步骤：步骤4.2.1：优化核心特征的参数，选择sigmod函数将参数映射到[0,1]区间步骤4.2.2：根据样本数据训练核心特征的参数x和y，确定具体映射函数K1(α)和K2(β)。优选的，所述步骤4.3具体包括下列步骤：所述步骤4.3具体包括下列步骤：步骤4.3.1：构造定位漂移测算模型，利用优化后的核心特征的参数进行形式化表示；特别地，对S空空的结构进行分析，S空＝S漂移+S异常中S异常可以具体分为两种类型，一种是冗余部分，特别当全局重叠度β小于1的情况下，后续有其他的轨迹进行填充；另一种是未作业空白部分，由于作业过程中未覆盖产生空白区域，面积表示为S未作业；方法定义轨迹的冗余率为θ冗余作业轨迹内部面积中冗余的作业面积占据的比例：以S冗余表示对应的作业冗余面积，β为全局重叠度，则有：S冗余＝θ冗余×S空同时定义轨迹的空白率θ空白为实际轨迹内异常作业产生空白区域的面积占据除去作业冗余面积后的空白面积的比例，则有：S未作业＝θ空白×(S空-S冗余)S异常是异常作业产生的作业未覆盖面积，综上分析可知，应表示如下：S异常＝S冗余+S未作业步骤4.3.2：基于优化后的核心特征的参数，运用机器学习方法建立定位漂移测算模型；基于试验样本的轨迹，我们将实际作业面积用S正表示，存在关系：S正＝S外-S空×f(α，β)其中f(α，β)为S异本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，其特征在于：包括下列步骤：/n步骤1、农机运行轨迹点采集和预处理：将农机定位传感器和姿态传感器的数据进行预处理，过滤农机作业状态信息，构建符合作业状态的轨迹点时间序列；/n步骤2、构造定位轨迹和作业轨迹：将符合作业状态的定位点依次连接，建立作业轨迹的折线路径；同时每两个点分别根据作业宽度生成四边形，多个四边形进行逻辑运算建立一个多边形；/n步骤3、计算作业轨迹覆盖面积：从不同的角度对作业轨迹计算轨迹面积、覆盖面积和空白面积；/n步骤4、构造定位漂移测算模型：分析不同轨迹覆盖类型，抽取轨迹覆盖面积测算的核心特征，利用提取的核心特征构建定位漂移测算模型，训练样本对模型参数进行学习；/n步骤5、农机作业面积测算：将待计算的作业轨迹和作业面积输入定位漂移测算模型，获得精确的农机作业面积。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤1、农机运行轨迹点采集和预处理：将农机定位传感器和姿态传感器的数据进行预处理，过滤农机作业状态信息，构建符合作业状态的轨迹点时间序列；
步骤2、构造定位轨迹和作业轨迹：将符合作业状态的定位点依次连接，建立作业轨迹的折线路径；同时每两个点分别根据作业宽度生成四边形，多个四边形进行逻辑运算建立一个多边形；
步骤3、计算作业轨迹覆盖面积：从不同的角度对作业轨迹计算轨迹面积、覆盖面积和空白面积；
步骤4、构造定位漂移测算模型：分析不同轨迹覆盖类型，抽取轨迹覆盖面积测算的核心特征，利用提取的核心特征构建定位漂移测算模型，训练样本对模型参数进行学习；
步骤5、农机作业面积测算：将待计算的作业轨迹和作业面积输入定位漂移测算模型，获得精确的农机作业面积。


2.根据权利要求1所述的一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，其特征在于：所述步骤1具体包括下列步骤：
步骤1.1、接收安装在农机上的GPS传感器和姿态传感器每秒回传的数据；
步骤1.2、将间隔时间内农机定位点过近、过远的定位点过滤掉；
步骤1.3、将过滤后的且耕作深度达到国家深耕要求的轨迹点保留下来作为农机作业有效轨迹点放入集合，构建轨迹点时间序列。


3.根据权利要求1所述的一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，其特征在于：所述步骤2具体包括下列步骤：
步骤2.1、将步骤1中符合作业状态的定位点依次连接，建立作业轨迹的折线路径；
步骤2.2、以农机作业轨迹上时序相邻的2个轨迹点P1、P2的坐标计算他们之间的方位角；
步骤2.3、根据农机具与轨迹是垂直的，计算农机具在上述相邻2个轨迹点间轨迹上的方位角；
步骤2.4、根据农机具方位角、犁具长度R得出轨迹点P1、P2的延伸四个点L1、L2、L3、L4，进而构成该段轨迹作业覆盖面的四边形S1，以此类推，计算出轨迹路径上的所有四边形S1...Sn；
步骤2.5：将步骤2.4中得到的四边形S1...Sn进行逻辑运算建立一个总作业面积多边形。


4.根据权利要求1所述的一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，其特征在于：所述步骤3具体包括下列步骤：
步骤3.1、计算作业的理论轨迹面积：将符合作业状态的定位点依次连接，分别计算各段轨迹的距离，依据作业宽度统计轨迹覆盖的面积；
步骤3.2、计算作业的理论覆盖面积：将两两作业点形成的小矩形逻辑运算获得的多边形进行基于图形学计算，统计理论覆盖的面积、外部轮廓面积、内部空白面积。


5.根据权利要求1所述的一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，其特征在于：所述步骤4具体包括下列步骤：
步骤4.1、确定反映坐标定位漂移的要素，进而提取用于实现空白面积分析的核心特征，分别是局部重叠度、全局重叠度、全局覆盖度；
步骤4.2、优化核心特征的参数，根据样本数据训练核心特征的参数，将核心特征映射到特定的统一区间[0,1]；
步骤4.3、构造定位漂移测算模型，利用优化后的核心特征的参数，运用机器学习方法建立定位漂移测算模型。


6.根据权利要求5所述的一种基于定位漂移测算模型的农机作业面积测算方法，其特征在于：所述步骤4.1具体包括下列步骤：
步骤4.1.1、确定反映坐标定位漂移的要素：取作业轨迹在地图上的有限的包络区域面积表示为外面积S外，在有限的包络区域内，轨迹点生成的四边形合并形成的有效覆盖面积表示为内面积S内，S外和S内之间存在一个差值，即内部空白面积表示为S空，轨迹长度结合犁具宽度R计算形成的轨迹覆盖的面...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，吴晓伟，张炜，史杨，
申请(专利权)人：安徽中科智能感知产业技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34