一种动态野值点检测方法及装置与流程

本发明实施例涉及测量数据检测技术领域，具体涉及一种动态野值点检测方法及装置。

背景技术：

由于小型农业无人机通常为超低空作业，飞行高度仅为3～5米，作业过程中要精确测量机体与地面的相对高度，避免在作业过程中由于地形起伏变化导致坠机或与作物发生碰撞。小型无人机通常采用无线电高度表、气压高度传感器、GPS卫星导航接收机进行无人机飞行相对高度测量融合。但是无线电高度在作物冠层上方时，其反射回波易受到作物冠层复杂形态的干扰，采集的数据中产生较大的野值误差，并且无线电高度表不仅存在孤立型野值，还存在大量的斑点型野值又称连续型野值，需要对采集的数据进行检测和野值剔除。孤立型野值是指以孤立的点的形式出现的野值，具体表现就是t时刻的观测数据为野值，而t时刻某个临域内其他观测数据是正常的，即野值的出现是孤立的；斑点型野值是指因相关性的影响，野值成片出现，特点是t时刻出现野值其前后几个采样点绝大部分也是野值。

现有技术中，对于无人机飞行高度测量的采集数据进行数据检测通常采用莱特准则，也称3σ准则。3σ准则适用的前提条件是所有的观测样本服从于同一个正态分布，当参数观测量的随机误差小于3σ时，则认为是正常数据，否则认为是野值误差。在实际应用过程中，无人机机体相对高度为动态状态量，每个状态都是单次测量值，且统计特性在变化，因此，直接运用莱特准则不适合动态高度野值的判定，尤其对于斑点型野值的检测和判定更加不适合。

因此，如何提出一种方法，能够提高飞行器飞行高度测量数据的动态野值点检测的准确性，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种动态野值点检测方法及装置。

一方面，本发明实施例提供一种动态野值点检测方法，包括：

获取数据点信息，所述数据点信息包括飞行器当前时刻的第一垂向速度和安装在所述飞行器上的无线电高度表当前时刻的第二垂向速度；

计算所述第一垂向速度与所述第二垂向速度的误差值，作为当前时刻对应的数据点的误差值；

根据所述误差值计算所述数据点的变异系数，若判断获知所述变异系数大于门限值，则确定所述数据点为野值点。

另一方面，本发明实施例提供一种动态野值点检测装置，包括：

信息获取单元，用于获取数据点信息，所述数据点信息包括飞行器当前时刻的第一垂向速度和安装在所述飞行器上的无线电高度表当前时刻的第二垂向速度；

计算单元，用于计算所述第一垂向速度与所述第二垂向速度的误差值，作为当前时刻对应的数据点的误差值；

检测单元，用于根据所述误差值计算所述数据点的变异系数，若判断获知所述变异系数大于门限值，则确定所述数据点为野值点。

本发明实施例提供的动态野值点检测方法及装置，通过安装在飞行器上的GPS卫星导航接收机获取飞行器的第一垂向速度作为无线电高度表量值的参考基准数据，并获取安装在飞行器上的无线电高度表的第二垂向速度，计算第一垂向速度和第二垂向速度的误差值，根据误差值计算当前数据点的变异系数，判断变异系数是否大于预先设置的门限值来确定当前时刻的数据点是否是野值点。不仅能检测出飞行器飞行高度测量数据的孤立型野值点，同时能够检测出飞行器飞行高度测量数据的斑点型野值点，提高了飞行器飞行高度测量数据的动态野值点检测的准确性，进一步提高了飞行器飞行的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中动态野值点检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中动态野值点检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例中动态野值点检测方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的动态野值点检测方法包括：

S1、获取数据点信息，所述数据点信息包括飞行器当前时刻的第一垂向速度和安装在所述飞行器上的无线电高度表当前时刻的第二垂向速度；

具体地，由于气压高度测量值受到大气环境影响，作为无线电高度表测量值的基准参考会对数据监测结果造成影响，飞行器的飞行过程中飞行器的飞行高度是一个动态量，而飞行器的升降速度较为精确，通常只存在一个较小的随机误差。因此获取飞行器当前时刻的第一垂向速度作为无线电高度表测量值的参考基准数据，飞行器当前时刻的第一垂向速度是指飞行器相对于地面的升降速度，本发明实施例通过安装在飞行器上的GPS卫星导航接收机来获取第一垂向速度，当然，还可以通过其他方式获取，本发明实施例不做具体限定。获取飞行器的第一垂线速度的同时获取安装在所述飞行器上的无线电高度表当前时刻的第二垂向速度，第二垂向速度是指无线电高度表相对于地面的升降速度。

S2、计算所述第一垂向速度与所述第二垂向速度的误差值，作为当前时刻对应的数据点的误差值；

根据获取到的第一垂向速度和第二垂向速度，计算第一垂向速度和第二垂向度的误差值，作为当前时刻对应的数据点的误差值。需要说明的是，第一垂向速度是通过安装在飞行器上的GPS卫星导航接收机或其他传感器来获取，第二垂向速度是通过获取无线电高度表的相关数据来计算获取到的，虽然实质上都是飞行器的垂向速度，但是两者之间会存在误差值。

S3、根据所述误差值计算所述数据点的变异系数，若判断获知所述变异系数大于门限值，则确定所述数据点为野值点。

具体地，根据计算所得的误差值计算当前时刻数据点对应的变异系数，当数据点是孤立型野值点和连续野值点时，变异系数会急剧增大，通过判断计算出的变异系数是否大于预先设置的门限值，来判断当前时刻对应的数据点是否是野值点。若判断计算得到的变异系数大于门限值，则确定当前时刻的数据点为野值点。本发明实施例中门限值设置为2，当然，门限值的大小可以根据实际使用情况进行设定，本发明实时例不作具体限定。

本发明实施例提供的动态野值点检测方法，通过安装在飞行器上的GPS卫星导航接收机获取飞行器的第一垂向速度作为无线电高度表量值的参考基准数据，并获取安装在飞行器上的无线电高度表的第二垂向速度，实时计算第一垂向速度和第二垂向速度的误差值，根据误差值计算当前数据点的变异系数，判断变异系数是否大于预先设置的门限值来确定当前时刻的数据点是否是野值点。不仅能检测出飞行器飞行高度测量数据的孤立型野值点，同时能够检测出飞行器飞行高度测量数据的斑点型野值点，提高了飞行器飞行高度测量数据的动态野值点检测的准确性，进一步提高了飞行器飞行的安全性。

在上述实施例的基础上，所述根据所述误差值计算所述数据点的变异系数包括：根据公式计算当前时刻对应的数据点的误差值的拟标准差；

根据公式计算所述数据点的变异系数；

其中σ是所述拟标准差，n是指当前时刻向前取n个数据点，i是指第i个数据点，δ(i)是第i个数据点对应的误差值，η是当前时刻对应的数据点的变异系数。

具体地，从当前时刻向前取n个数据点信息，包括当前时刻对应的数据点信息，根据这n个数据点信息计算出第一垂向速度和第二垂向速度的误差值。根据公式(1)计算当前时刻对应的数据点的误差值的拟标准差σ，再利用计算出的拟标准差σ根据公式(2)计算出当前时刻对应的数据点的变异系数η。判断计算出的变异系数是否大于门限值2，若判断结果为大于，则确定当前时刻对应的数据点是野值点。其中具体计算可以采用计算机软件来计算，将获取到的数据发送至计算机，利用计算机软件进行数据处理，计算出拟标准差σ以及当前时刻对应的数据点的变异系数η，当然还可以通过其他方法来计算和处理，本发明实施例不作具体限定。

式中：σ是当前时刻对应的数据点的拟标准差，n是指当前时刻向前取n个数据点，i是第i个数据点，δ(i)是第i个数据点对应的误差值，η是当前时刻对应的数据点的变异系数。

本发明实施例提供的动态野值点检测方法，通过计算出当前时刻数据点对应的拟标准差，进一步计算出当前时刻数据点对应的变异系数，来判断当前时刻的数据点是否是野值点，在飞行器飞行过程中，不仅能检测出孤立型野值点，也能够检测出斑点型野值点，提高了飞行器飞行高度测量数据的动态野值点检测的准确性。

在上述实施例的基础上，所述根据所述误差量计算所述数据点的变异系数还包括：在所述变异系数中加入修正因子，相应地计算所述变异系数的公式为：其中β是所述修正因子。

具体地，由于第一垂向速度和第二垂向速度实质上都是飞行器的垂向速度，数据点正常时两者之间的误差值比较小，直接利用公式(1)和公式(2)计算出变异系数后，选择门限值的范围就比较大，不容易选择出合适的门限值，检测结果容易出现错误。本发明实施例在计算变异系数时加入修正因子，利用公式(3)计算当前时刻数据点对应的变异系数，通过合理的选择修正因子，缩小门限值的选择范围，这样可以降低飞行器飞行高度测量数据野值点检测的误检率，提高了飞行器飞行高度测量数据的野值点检测的准确率。本发明实施例中修正因子β设置为10，当然，修正因子的大小可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例不作具体限定。

式中：η是当前时刻对应的数据点的变异系数，σ是当前时刻对应的数据点的拟标准差，n是指当前时刻向前取n个数据点，i是指第i个数据点，δ(i)是第i个数据点对应的误差值，β是修正因子。

在上述实施例的基础上，所述获取数据点信息包括：获取当前时刻的前n个数据点对应的飞行器的垂向速度的平均速度作为所述第一垂向速度，其中n为大于1的整数。

具体地，为了增加获取到的第一垂向速度的准确性，本发明实施例通过GPS卫星导航接收机获取当前时刻向前的n个数据点对应的飞行器的垂向速度，包括当前时刻对应的数据点对应的飞行器的垂向速度，并计算这n个垂向速度的平均速度作为第一垂向速度，n是大于1的整数，具体取值可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例不作具体限定，具体计算第一垂向速度可以参考如公式(4)。

式中：v₁表示当前时刻飞行器的第一垂向速度，n是指当前时刻向前取n个数据点，i是指第i个数据点，v₁(i)表示第i个数据点对应的GPS卫星导航接收机获取的飞行器的垂向速度。

这样结合公式(4)，可以得出计算当前数据点对应的误差值的公式，参考公式(5)。

式中：δ表示当前时刻对应的数据点的误差值，v₂表示当前时刻无线电高度表的第二垂向速度，v₁(i)表示第i个数据点对应的GPS卫星导航接收机获取的飞行器的垂向速度。

在上述实施例的基础上，所述获取数据点信息包括：获取当前时刻的前m个数据点对应的所述无线电高度表距离地面的高度值，将m个所述高度值进行数值微分，所得结果作为所述无线电高度表当前时刻的第二垂向速度，其中m为大于1的整数。

具体地，无线电高度表获取到的是无线电高度表距离地面的高度，本发明实施例通过获取当前时刻向前的m个数据点对应的无线电高度表距离地面的高度值，包括当前时刻对应的数据点对应的无线电高度表距离地面的高度值，将这m个高度值进行数值微分，所得结果作为无线电高度表当前时刻的第二垂向速度。具体进行数值微分的方法可以利用拉格朗日多项式定理或者利用计算机软件的相关公式直接计算，本发明实施例不作具体限定。其中m是大于1的整数，需要说明的是m的取值和n的取值可以相等也可以不相等，本发明实施例不作具体限定。

本发明实施例提供的动态野值点检测方法，通过GPS卫星导航接收机获取的飞行器的垂向速度作为无线电高度表测量飞行器飞行高度的参考基准数据，并计算当前时刻对应的飞行器飞行的第一垂向速度和无线电高度表的第二垂向速度的误差值，根据误差值计算出当前时刻数据点的变异系数，进一步通过合理设置门限值来判断当前数据点是否是野值点，提高了飞行器飞行高度测量数据的动态野值点检测的准确性，进一步提高了飞行器飞行的安全性。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供一种动态野值点检测装置，图2为本发明实施例中动态野值点检测装置的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的动态野值点检测装置包括：信息获取单元20、计算单元21和检测单元22，其中：

信息获取单元20用于获取数据点信息，所述数据点信息包括飞行器当前时刻的第一垂向速度和安装在所述飞行器上的无线电高度表当前时刻的第二垂向速度；计算单元21用于计算所述第一垂向速度与所述第二垂向速度的误差值，作为当前时刻对应的数据点的误差值；检测单元22用于根据所述误差值计算所述数据点的变异系数，若判断获知所述变异系数大于门限值，则确定所述数据点为野值点。

具体地，通过信息获取单元20获取飞行器当前时刻的第一垂向速度和安装在所述飞行器上的无线电高度表当前时刻的第二垂向速度，并将获取到的信息发送至计算单元21，计算单元21根据信息获取单元20获取到的数据点信息，计算第一垂向速度和第二垂向速度的误差值作为当前时刻数据点对应的误差值，并将计算结果发送至检测单元22。检测单元22根据计算单元21计算出的误差值计算当前时刻数据点的变异系数，并判断计算所得的变异系数是否大于门限值，若判断结果为大于，则确定当前时刻对应的数据点为野值点。其中第一垂向速度和第二垂向速度的获取方法和定义，以及门限值的设置同上述实施例一致，此处不再赘述。

本发明实施例提供的动态野值点检测装置，由信息获取单元获取第一垂向速度和第二垂向速度，将获取到的第一垂向速度作为无线电高度表量值的参考基准数据，计算单元计算第一垂向速度和第二垂向速度的误差值，由检测单元根据误差值来计算当前数据点对应的变异系数，并判断变异系数是否大于预先设置的门限值，进一步判断数据点是否是野值点，提高了飞行器飞行高度测量数据的动态野值点检测的准确性，进一步提高了飞行器飞行的安全性。

在上述实施例的基础上，检测单元22具体用于，根据公式计算当前时刻对应的数据点的误差值的拟标准差；

根据公式计算所述数据点的变异系数；

其中σ是所述拟标准差，n是指当前时刻向前取n个数据点，i是第i个数据点，δ(i)是第i个数据点对应的误差值，η是当前时刻对应的数据点的变异系数。

具体地，信息获取单元20从当前时刻向前取n个数据点信息，包括当前时刻对应的数据点信息，计算单元21根据这n个数据点信息计算出第一垂向速度和第二垂向速度的误差值。检测单元22根据上述公式(1)计算当前时刻对应的数据点的误差值的拟标准差σ，并根据上述公式(2)计算出当前时刻对应的数据点的变异系数η，判断计算出的变异系数是否大于门限值，若判断结果为大于，则确定当前时刻对应的数据点是野值点。具体的计算公式以及含义同上述实施例一致，此处不再赘述。

本发明实施例提供的动态野值点检测装置，通过检测单元计算出当前时刻数据点对应的拟标准差，根据拟标准差计算出当前时刻数据点对应的变异系数，来判断当前时刻的数据点是否是野值点，不仅能检测出孤立型野值点，也能够检测出斑点型野值点，提高了飞行器飞行高度测量数据的动态野值点检测的准确性。

在上述实施例的基础上，检测单元22还用于，在所述变异系数中加入修正因子，相应的计算所述变异系数的公式为：其中β是所述变异系数。

具体地，检测单元22在计算变异系数时加入修正因子，利用上述公式(3)计算当前时刻数据点对应的变异系数，通过合理的选择修正因子，缩小门限值的选择范围，这样可以降低飞行器飞行高度测量野值点的误检率，提高了飞行器飞行高度测量的野值点检测的准确率。其中修正因子的设置同上述实施例一致，此处不再赘述。

在上述实施例的基础上，信息获取单元20具体用于，获取当前时刻的前n个数据点对应的飞行器的垂向速度的平均速度作为所述第一垂向速度，其中n为大于1的整数。

具体地，信息获取单元20通过GPS卫星导航接收机获取当前时刻向前的n个数据点对应的飞行器的垂向速度对应的飞行器的垂向速度，包括当前时刻对应的数据点对应的飞行器的垂向速度，并计算这n个垂向速度的平均速度作为所述第一垂向速度，其中n的具体取值同上述实施例一致，此处不再赘述。具体计算第一垂向速度参考上述公式(4)。

在上述实施例的基础上，信息获取单元20具体用于，获取当前时刻的前m个数据点对应的所述无线电高度表距离地面的高度值，将m个所述高度值进行数值微分，所得结果作为所述无线电高度表当前时刻的第二垂向速度，其中m为大于1的整数。

具体地，信息获取单元20获取当前时刻向前的m个数据点对应的无线电高度表距离地面的高度值，包括当前时刻对应的数据点对应的无线电高度表距离地面的高度值，将这m个高度值进行数值微分，所得结果作为无线电高度表当前时刻的第二垂向速度。其中具体进行数值微分的方法以及m的具体取值同上述实施例一致，此处不再赘述。

本发明提供的动态野值点检测装置用于执行上述方法，其具体的实施方式与方法的实施方式一致，此处不再赘述。

本发明实施例提供的动态野值点检测装置，通过信息获取单元获取飞行器飞行的第一垂向速度作为无线电高度表测量飞行器飞行高度的参考数据基准，通过计算单元计算飞行器飞行的第一垂向速度和无线电高度表的第二垂向速度的误差值，由检测单元根据计算出的误差值来计算当前时刻数据点的变异系数，进一步判断当前数据点是否是野值点。不仅能检测出飞行器飞行高度测量数据的孤立型野值点，同时能够检测出飞行器飞行高度测量数据的斑点型野值点，提高了飞行器飞行高度测量数据的动态野值点检测的准确性，进一步提高了飞行器飞行的安全性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。