一种土地面积测量方法及系统与流程

本发明属于土地面积测量的技术领域，具体地涉及一种通过智能手机测量土地面积的方法，以及通过智能手机测量土地面积的系统。

背景技术：

土地流转市场的不断增长，供需双方都希望通过简易便捷的工具来快速获知土地的面积、坡度等数据。现有土地面积测量包括以下几种方法：1)简单的拉线或皮尺作为测量工具，该方法不足之处在于仅适合测量小块且形状规则的土地；2)采用gps定位系统、嵌入式单片机开发的面积测量仪或者计价器，如江苏大学的专利“基于gps农田作业面积测量系统及测量方法”(zl200910036283.4)，伟创科技北斗gps测亩仪、美国“gps面积测量仪-征程300”、易力a5手持高精度gps测亩仪，均是通过gps定位，绕行测量土地一周，自动记录测量路线的坐标，然后由单片机对定位信息进行处理，计算出相应的面积；该方法不足之处在于定位精度高的设备价格高不宜推广使用，定位精度低的面积计算误差大，使用体验不好也难于推广；3)实时监测农业机械作业宽度和行走距离，进而计算出面积及价格，如河北农业大学的专利“自动在线测量谷物实时实际割幅宽度的方法及装置”(zl200520113683.1),北京农业信息技术研究中心的专利“一种收割面积测量与计费系统及方法”(zl200710175342.7),均通过超声波检测收割幅宽，由单片机实时计算输出作业面积；赵金周的专利“农机车辆耕作面积测量计价器”(zl200820028159.4)，包括由吸附安装在不同农机车辆轮轴上通用尺度测量盘和计算器，累计测量轮胎行驶周长数据的动触点拨杆及动触头与静触头，通过耕作时动触头拨杆与动触头和静触头互相接触，累计轮胎周长数据，加上尺度衡量盘上的不足一周圈的尺度换算数据，可测量出长、宽度，进而计算出面积及价格，该方法不足之处在于由于测量环境差、工况复杂，操作起来比较费力，测量结果存在的误差会比较大，可靠性不足。

目前gps在军事、测绘、交通、旅游、勘探等领域得到了广泛的应用，随着移动设备，无线网络技术的不断发展，直接使用手机gps定位模块来进行土地测量成为了土地流转市场的主流趋势，如中国专利201610187343.2，专利名称为一种通过智能手机测量土地面积的方法和系统，报道了一种通过智能手机测量土地面积的方法，其优点在于无需购买专业测量仪器，无需具备专业技术，操作简单便捷，能够测量各种形状的土地的面积，计算速度快，但不足之处在于土地测量中定位精度低，如网络稳定性差，受到环境干扰大，从而导致较大的定位误差，这些误差影响gps定位精度及计算结果的误差大。

因此，有必要开发一种能快速计算土地面积及提高测量结果精度的土地面积测量方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种土地面积测量方法，采用手机内部自带的高精度gps定位模块，围绕测量区域，自动记录路线的定位信息，根据定位坐标进行修正，并对坐标点进行换算，而后计算区域面积，从而提高面积测量结果的精度。

本发明提供一种土地面积测量方法，包括以下步骤：

步骤一，点击开始测量，绕行测量区域，通过手机gps接收模块，接收gps发送的定位信息并记录下来；

步骤二，手机gps接收模块将定位信息自动换算成坐标点并保存，定位坐标点生成原始的测量路线图，可基于手机自带的百度地图或高德地图生成测量路线图；

步骤三，建立计算坐标系，对各定位坐标点进行修正，其中修正的方法包括：

科学研究表明，成人平均行走速率大约为1.4m/s，在测试场地测量开始，行走5秒后，每秒都会得到n个点，从每秒获得的n个点中取一个均值点，得到了5个点，标记为点1、2、3、4、5。以点1所在位置为坐标原点，左右延伸作为横坐标，上下延伸作为纵坐标，点5到这四个锚节点的距离分别为d1～d4，d为预先确定的固定值，然后由该d值作为正方形边长，方便任何一个点都能根据该正方形计算得出对应的坐标，由几何算法可得盲节点的坐标：

将式中求和平均得到一个稳定性更好的公式：

采用如下公式二进行坐标点五的修正：

δi＝(di-d′i)-|di-d′i|*(wj-1)(三)

其中，其中i＝1～4，j＝1～3，di表示需修正的任意坐标点到周边连续测定的i号坐标点的测距，di’表示用几何算法得到的需修正的任意坐标点到i号坐标点的距离，wj为修正权值，取值范围为行走速率快慢值0.75～1.4；

步骤四，根据步骤三中对任意定位坐标点四次修正后的数据，将起点到终点各坐标点修正后的δxi和δyi按照规则几何图形构成n个顶点的多边形，将多边形分解成n个三角形，求出每个图形面积，再通过多边形求和公式三计算最终测量面积s，其中：

s＝(δx1×δy2-δx2×δy1+δx2×δy3-δx3×δy2+...+δxn-1×δyn-δxn×δyn-1+δxn×δy1-δx1×δyn)/2(四)

步骤五，显示用户的路径和该图形的面积s。

前述土地面积测量方法，通过土地测量系统实现，其特征在于，该系统包括：

数据采集模块，用来读取智能手机的定位模块中采样点的经纬度数据；

数据修正模块，用来根据公式二对各采用点的数据进行修正；

数据结果计算模块，用来根据公式三获得要测量土地面积的图形的面积s；

数据显示模块，用来在智能终端上显示该图形的面积s。

本发明测量原理：采用gps全球卫星定位系统能够提供实时的经度、纬度等导航和定位信息，利用gps的定位功能，得出各个点的坐标。在进行测量的过程中，将测量的区域转换成由多个点组成的一组定位数据，按时间次序依次记为(x1，y1)，(x2，y2)，…，(xn，yn)，其中x表示经度，y表示纬度，将这些点依次连接成线，则构成有n个顶点的多边形，然后计算出相应面积。

本发明修正原理：通过公式一对x1和x2分别计算时必定会得到两个不同的值，当x1大于x2时，因为d值不变，d为预先确定的固定值，比如为正方形的边长，则有d1或d3的值比实际值偏大，或者d2或d4的值比实际值偏小，另外当测量距离变大，测距误差也会变大。因此我们可以认为d1与d3中的较大值的测距误差更大。同样，当x2大于x1时，有d2或d4比实际值偏大，而d1或d3比实际值偏小，且d2与d4中的较大值的测距误差更大。根据上述信息，通过对x1和x2求和平均作为最后定位坐标的x轴，对y1和y2求和平均作为最后定位坐标的y轴。正常情况下测量者步行速率每秒不超过1.4m，不会低于0.75m，确定修正权值范围为0.75～1.4。

与相关技术相比，本发明提供的一种土地面积测量方法结构简单，使用方便，首先通过连续采集坐标点，采用高斯滤波将干扰较大的样本滤除，然后通过几何算法得到坐标点坐标，最后通过一种新的修正算法对坐标进行修正，大大提高了面积测量精度，该方法实用性强，便于推广。

附图说明

图1为本发明提供的土地面积测量方法中坐标建立示意图；

图2为本实施例的纠偏前数据输出结果图；

图3为本实施例的第一次数据修正结果图；

图4为本实施例的第二次数据修正结果图；

图5为本实施例的第三次数据修正结果图；

图6为本实施例的第四次数据修正结果图；

图7为最终误差结果图。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例提供的土地面积测量系统包括数据采集模块、数据修正模块、数据结果计算模块以及数据显示模块，采用上述系统进行土地面积测量方法，包括以下步骤：

(1)点击开始测量，绕行测量区域，应用通过手机gps接收模块，每隔一段时间接收gps发送的定位信息并记录下来；

(2)数据采集模块读取gps接收模块中每个采样点的经纬度数据，将定位信息换算成定位坐标并保存，根据这些定位坐标，生成原始测量路线图；

(3)建立计算坐标系后通过数据修正模块对坐标点进行修正，修正的步骤如下：

科学研究表明，成人平均行走速率大约为1.4m/s，如图1所示，在测试场地测量开始，行走5秒后，每秒都会得到n个点，从每秒获得的n个点中取一个均值点，得到了5个点，标记为点1、2、3、4、5。以点1所在位置为坐标原点，左右延伸作为横坐标，上下延伸作为纵坐标，点5到这四个锚节点的距离分别为d1～d4，由几何算法可得盲节点的坐标：

将上式分开即得下式：

将上式中求和平均得到一个稳定性更好的公式：

通过对x1和x2求和平均作为最后定位坐标的x轴。然而由于误差的影响，我们对x1和x2分别计算时必定会得到两个不同的值。当x1大于x2时，因为d值不变，则有d1或d3的值比实际值偏大，或者d2或d4的值比实际值偏小。另外，由公式二可以看出，当测量距离变大，测距误差也会变大。因此可认为d1与d3中的较大值的测距误差更大。同样，当x2大于x1时，有d2或d4比实际值偏大，而d1或d3比实际值偏小，且d2与d4中的较大值的测距误差更大。根据上述信息，通过如下公式对定位坐标进行修正：

δi＝(di-d′i)-|di-d′i|*(wj-1)公式三

其中i＝1～4，j＝1～3。di表示i号锚坐标点的测距，di’表示用几何算法得到的定位坐标到i号锚坐标点的距离，wj为修正权值，其中w1表示比实际值偏大的两个测距值中较大值所对应的权值，w2表示比实际值偏大的两个测距值中较小值所对应的权值，w3表示比实际值偏小的两个测距值所对应的权值。

正常情况下测量者步行速率每秒不超过1.4m，不会低于0.75m，设定w1＝1.4，w2＝1.2，w3＝0.75。d值的取值范围为点1到点5共4秒内的行走距离，为3(0.75*4)-5.6(1.4*4)m，通过大量测量经验，为了获取较优的修正数据，此处取d值为4.5m。

为了便于计算演示，假设该5个点无限接近于一条直线，则有图1所示，点5到前四个节点所测得的距离分别为d1＝5.6m，d2＝4.2m，d3＝2.8m，d4＝1.4m，通过公式二计算得到纠偏前的坐标为b(2.6，4.4)。

点5坐标为(5，0)，该点为当前秒得到的n个坐标点的均值，时间在1秒内，偏差范围取值为正负1.4，这里取正偏差最大值1.4，则有点5的实际坐标为a(6.4，1.4)，可知ab间相距4.8m，参见图2。

通过公式一得到x1＝3.7，x2＝1.6。因为x1大于x2，所以可以认为d2和d4小于实际值，d1和d3大于实际值，且其中d1的偏差较大。

通过几何算法，可得d1’＝6.5，d2’＝2.4，d3’＝3.4，d4’＝7。

通过公式三对坐标进行修正。

由于d1偏差最大，先将坐标b向1号锚节点进行修正，权值为w1＝1.4，修正距离为□1＝-1.3，则需要把b坐标往1节点移动1.3m到点c，通过计算可得到第一次修正点坐标c(1.9，3.3)，参见图3。

然后将c坐标向3号锚节点修正，权值为w2＝1.2，修正距离为□3＝-0.7，则需要把c坐标往3节点移动0.7m到点d，计算得出第二次修正坐标点d(2.1，2.6)，参见图4。

将坐标d向2号锚节点进行修正，权值为w3＝0.75，修正距离为□2＝2.3，则需要把d坐标往2节点移动-2.3m到点e，计算得出坐标e为(2.7，4.8)，参见图5；

最后再将坐标e向4号锚节点进行修正，权值为w3＝0.75，修正距离为□4＝-4.2，则需要把e坐标往4节点移动4.2m到点f，计算得出坐标f为(4，0.8)，参见图6。

通过四次纠偏得到的点f即为最终修正点，计算得出af相距2.4m，比ab的距离减少了2.4m。当点5的实际坐标a偏差范围无限趋近于0时，af偏差距离越小。参见图7。

(4)根据修正后的坐标数据，将这些点连接起来，可构成n个顶点的多边形。将多边形分解成n个三角形，求出每个图形面积，再求和计算出最终的测量面积s＝(δx1×δy2-δx2×δy1+δx2×δy3-δx3×δy2+...+δxn-1×δyn-δxn×δyn-1+δxn×δy1-δx1×δyn)/2，并通过数据显示模块显示。

本发明与其他基于gps定位系统的测亩仪或者测量仪器比较，优点在于：通过对坐标修正，大大提高了面积测量精度，小面积土地保持在±0.1亩误差，极端情况不超过±0.2亩。手机下载安装即可免费使用，一方面满足了人们对土地面积测量准确性的需求，同时又满足了价格免费、操作便捷、数据易存取的使用要求，对土地流转市场的发展有很大的促进作用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。