一种基于贝塞尔曲线拟合路径的农机作业面积计算方法与流程

本发明涉及智慧农业领域，具体涉及到一种基于贝塞尔曲线拟合路径的农机作业面积计算方法。

背景技术：

近年来，随着智慧农业的发展，农机自动化越来越普及，自动计算农机作业面积的需求越来迫切。因为作业场景的复杂性以及农机作业的随机性导致大多数场景无法精确计算作业面积。

现有的农机作业面积算法一般有面积格点覆盖法、幅宽法、线路经法，但是存在着诸多不足的地方。例如：常见的格点覆盖法对农机速度过于理想化，当农机非匀速行驶时很容易出现漏算重算现象；现有的幅宽法都没有考虑坐标点漏传，顶点掉头等问题，计算精确度存在较大误差，线路径法没有综合考虑方向速度因素带来的误差。

技术实现要素：

为了解决上述不足的缺陷，本发明提供了一种基于贝塞尔曲线拟合路径的农机作业面积计算方法，解决了上述的目前农机作业面积计算的不足，结合农机作业实际场景参数，最大程度上提升了面积计算准确度，稳定性，可靠性。

本发明提供了一种基于贝塞尔曲线拟合路径的农机作业面积计算方法，包括以下步骤：

步骤(1)：去除所有非作业状态的点；

步骤(2)：在所有作业的坐标点中找出时间间隔不连续的相邻点，根据这些相邻点的方向角及速度拟合中间点；

步骤(3)：将时间连续但方向角呈钝角的相邻点找出，根据两点的方向角及速度拟合边界顶点；

步骤(4)：将原始作业中的点与拟合点的集合按时间顺序连线，并将连线向外按幅宽以90度角缓冲，去除重叠区域，形成一个缓冲后的不规则图形，然后计算缓冲后的图形面积。

上述的方法，其中，所述步骤(2)和步骤(3)中拟合方式使用三阶贝塞尔曲线拟合方式。

上述的方法，其中，还包括将采集的坐标、速度、方位角、作业状态、时间数据，并将按时间顺序缓存入存储介质内，不间断将存储介质内的数据通过tcp协议有序发送到服务器。

上述的方法，其中，所述步骤(1)包括：服务器接收到数据后，判断为非作业状态则不作处理；作业模块自动将作业状态的点与前一点比较，若时间间隔>＝10s,则基于贝塞尔曲线进行中间点拟合，拟合点数为间隔时间/5取整；若时间间隔<10s且方向角呈钝角，则基于贝塞尔曲线进行边界顶点拟合，拟合点数为时间间隔整数秒。

上述的方法，其中，所述三阶贝塞尔曲线拟合方式具体包括：

贝塞尔曲线采用三次方公式，具体为

b(t)＝p0(1-t)³+3p1t(1-t)²+3p2t²(1-t)+p3t³，t∈[0，1]，

其中p0,p3为已知相邻点，假设p0点速度为v0,p0与p3的时间间隔为t0，p1(x1,y1)，p2(x2,y2)点为p0(x0，y0)与p3(x2,y2)点沿方位角r1，r2以速度v0m/s运行(1/3)t0s所到大的点；

以及x1＝x0+(v0*t0/3)*cos(r1)

y1＝y0+(v0*t0/3)*sin(r1)

x2＝x3-(v0*t0/3)*cos(|r2|)

y2＝y3-(v0*t0/3)*sin(|r2|)；通过上述的公式，p0、p1、p2、p3已知，则可以求出任意时刻贝塞尔曲线上点的位置。

本发明提供了一种基于贝塞尔曲线拟合路径的农机作业面积计算方法具有以下有益效果：1、相比于线路径或幅宽法考虑了时间不连续性带来的误差。2、相比于线路径法考虑了速度、角度变化带来的误差。3、本发明方法通过优化坐标集合，精确计算出农机作业的面积。4、本发明方法可适应各种已知作业类型及不规则田地的计算。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明方法的不连续点拟合图；

图3为本发明方法的边界顶点拟合图；

图4为三阶贝塞尔曲线中p1、p2控制点的确定示意图；

图5、图6为基于点连线的缓冲示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图1-图6所示，本发明提供的一种基于贝塞尔曲线拟合路径的农机作业面积计算方法，包括以下步骤：

步骤(1)：去除所有非作业状态的点；其中还包括将采集的坐标、速度、方位角、作业状态、时间数据，并将按时间顺序缓存入存储介质内，不间断将存储介质内的数据通过tcp协议有序发送到服务器；以及服务器接收到数据后，判断为非作业状态则不作处理；作业模块自动将作业状态的点与前一点比较，若时间间隔>＝10s,则基于贝塞尔曲线进行中间点拟合，拟合点数为间隔时间/5取整；若时间间隔<10s且方向角呈钝角，则基于贝塞尔曲线进行边界顶点拟合，拟合点数为时间间隔整数秒。

步骤(2)：在所有作业的坐标点中找出时间间隔不连续的相邻点，根据这些相邻点的方向角及速度拟合中间点；

步骤(3)：将时间连续但方向角呈钝角的相邻点找出，根据两点的方向角及速度拟合边界顶点；其中步骤(2)和步骤(3)中拟合方式使用三阶贝塞尔曲线拟合方式。其中三阶贝塞尔曲线拟合方式具体包括：

贝塞尔曲线采用三次方公式，具体为

b(t)＝p0(1-t)³+3p1t(1-t)²+3p2t²(1-t)+p3t³，t∈[0，1]，其中p0,p3为已知相邻点，假设p0点速度为v0,p0与p3的时间间隔为t0，p1(x1,y1)，p2(x2,y2)点为p0(x0，y0)与p3(x2,y2)点沿方位角r1，r2以速度v0m/s运行(1/3)t0s所到大的点；

以及x1＝x0+(v0*t0/3)*cos(r1)

y1＝y0+(v0*t0/3)*sin(r1)

x2＝x3-(v0*t0/3)*cos(|r2|)

y2＝y3-(v0*t0/3)*sin(|r2|)；通过上述的公式，p0、p1、p2、p3已知，则可以求出任意时刻贝塞尔曲线上点的位置。

步骤(4)：将原始作业中的点与拟合点的集合按时间顺序连线，并将连线向外按幅宽以90度角缓冲，去除重叠区域，形成一个缓冲后的不规则图形，然后计算缓冲后的图形面积。本发明相比于线路径或幅宽法考虑了时间不连续性带来的误差。相比于线路径法考虑了速度、角度变化带来的误差。本发明方法通过优化坐标集合，精确计算出农机作业的面积。本发明方法可适应各种已知作业类型及不规则田地的计算。

在本发明中，需使用的源数据包括：坐标采集间隔，有序的高精度农机的坐标、时间、作业幅宽、速度、方向角、作业状态等信息。

以下具体本发明的具体应用实施例

实施例1

参照图1-图6所示，本发明提供的一种基于贝塞尔曲线拟合路径的农机作业面积计算方法，本发明使用华测农机导航产品进行数据上传，定位模块使用定位精度为0.5m的华测rtk产品，使用速度方位角传感器进行速度、方位角及作业状态数据采集。导航产品5s采集一次坐标、速度、方位角、作业状态、时间数据，将以上数据按时间顺序缓存入存储介质内，导航产品不间断将存储介质内的数据通过tcp协议有序发送到服务器；

服务器接收到数据后，判断为非作业状态则不作处理。作业模块自动将作业状态的点与前一点比较，若时间间隔>＝10s,则基于贝塞尔曲线进行中间点拟合，拟合点数为间隔时间/5取整。若时间间隔<10s且方向角呈钝角，则基于贝塞尔曲线进行边界顶点拟合，拟合点数为时间间隔整数秒；

将所有点按顺序连线，连线后以幅宽长度呈90°向外缓冲，计算缓冲后的图像面积即为作业面积；

其中，基于贝塞尔曲线的拟合方法：

1)贝塞尔曲线采用三次方公式

b(t)＝p0(1-t)³+3p1t(1-t)²+3p2t²(1-t)+p3t³，t∈[0，1]

2)p0,p3为已知相邻点，假设p0点速度为v0,p0与p3的时间间隔为t0，p1(x1,y1)，p2(x2,y2)点为p0(x0，y0)与p3(x2,y2)点沿方位角r1，r2以速度v0m/s运行(1/3)t0s所到大的点,见附图4

x1＝x0+(v0*t0/3)*cos(r1)

y1＝y0+(v0*t0/3)*sin(r1)

x2＝x3-(v0*t0/3)*cos(|r2|)

y2＝y3-(v0*t0/3)*sin(|r2|)

3)基于1)的公式，p0、p1、p2、p3已知，则可以求出任意时刻贝塞尔曲线上点的位置。

本实施例1相比于线路径或幅宽法考虑了时间不连续性带来的误差。相比于线路径法考虑了速度、角度变化带来的误差。通过优化坐标集合，精确计算出农机作业的面积。可适应各种已知作业类型及不规则田地的计算，解决了目前农机作业面积计算的不足，结合农机作业实际场景参数，最大程度上提升了面积计算准确度，稳定性，可靠性。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。