一种农机作业面积算法的制作方法

本发明涉及农机作业面积测量领域，具体是一种农机作业面积算法。

背景技术：

传统的农机作业面积测量方法多采用皮尺，此方法只适用于小面积的矩形状作业区域。针对大面积、不规则形状作业面积的测量，则需要借助于罗盘仪、经纬仪、全站仪等测绘仪器。这些方法借助测绘仪器的方法均需要耗费大量的人力和时间，且均为静态测量方法，无法实时地对农机作业面积进行测量。

现有的动态测量方法主要有车轮转数法、超声波法、激光法和导航定位方法等。车轮转数法是通过速度传感器在农机驾驶时计算出车轮转数，间接得出作业距离，然后通过作业距离乘以固定幅宽来计算出作业面积，该方法原理简单、成本较低，但是当车轮打滑、地表不平整和作业中出现重叠遗漏时容易产生较大误差。超声波法主要适用于收割机的作业面积测量，可实时测量实际收割幅宽，然后结合速度传感器计算出收割面积的动态值，该方法实现了对作业中重叠现象的处理，但需要农作物作为参考，也不适合灰尘大的作业环境。激光法原理类似于超声波法，但是精度比超声波法高。以上测量方法有共同的缺点：调制信号容易受到空气温湿度以及大气压的干扰，在传输过程中易出现衰减现象。

基于导航定位的农机作业面积测量方法大致可分为两类：一种是基于边界的测量方法，一种是基于轨迹的测量方法。基于边界的面积测量方法可以胜任不规则地块的面积测量，一般来说地块面积越大，测量结果的精度就越高，此方法缺点是无法对于农机作业面积进行实时动态测量。基于轨迹的测量方法，现在主要采用的是幅宽测量法，即农机作业过程中农机轨迹的长度与作业幅宽的乘积。当拖拉机在自动导航系统的控制下进行满幅作业时，其面积测量的精度比较高。但现实中，大多数农机作业都是在无导航、无参考物的情况下凭借驾驶者经验进行的，会出现作业面积重叠的状况。

现有技术采用导航定位技术的基于边界的测量方法，由操作人员手持BDS-GPS接收机沿着农机作业区域的边界绕行一周，可测量到一组由多个点组成的定位数据，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。由于地球是一个椭球，为了精确计算距离或面积，一般采用投影的方式转换成平面坐标。然后将这些点依次连接成线，则构成有多个顶点的多边形，如图1所示。

对于多边形图形，可采用梯形法计算面积．如由2、3两个点组成的梯形(图1中的阴影部分)，其面积为：

则由N点构成的农田面积为：

采用导航定位技术的基于轨迹的测量方法幅宽法，是通过测量农机的作业轨迹长度然后乘以作业幅宽来计算作业面积。农机作业轨迹线的长度，可以看作是每相邻两个轨迹点之间的距离的加和，所以其作业总面积可以通过单段（两相邻轨迹点之间的）作业面积依次累加得到。计算单段作业面积直接采用线段长度乘以作业幅宽的思想，其数学表达方式如下：

设农机作业幅宽为w，农机从Pn(xn,yn)点到Pn+1(xn+1,yn+1)点的作业面积M为：

基于边界的测量方法，由于需要知道作业区域的全部边界点才能进行作业面积测量，所以无法在农机耕作的过程中实时对作业面积动态测量。也难以对作业过程中的重漏面积进行处理。

基于轨迹的测量方法幅宽法，由于设定的是固定幅宽，所以无法对作业过程中的重叠现象进行处理。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种农机作业面积算法，现有的采用导航定位技术的基于轨迹的农机作业面积测量方法幅宽法不能解决作业面积重叠导致面积重复计算的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种农机作业面积算法，采用两种农机作业面积测量方法：缓冲区矢量法和幅宽法；缓冲区矢量法能实时测量农机的有效作业面积，幅宽法实时测得的农机作业面积包含了重叠作业面积，结合这两种算法得到农机的重叠作业面积。

作为本发明进一步的方案：所述缓冲区矢量法其核心是对线实体缓冲区的构建，线实体缓冲区是以线实体为轴线，向其两侧沿垂直方向平移半个农具幅宽的距离得到两条平行线，并在平行线的两端采用光滑曲线进行拟合，所得到的封闭区域即为线实体目标的缓冲区。

作为本发明再进一步的方案：所述缓冲区矢量法，包括以下步骤：

（1）点坐标获取；

（2）投影；

（3）基元缓冲区生成；

（4）求交合并；

（5）求相交边界线段的交点，利用得出的交点和以前的边界线段端点，重新构建缓冲区边界，清除多余的边界线段，生成结果多边形；

（6）多边形面积计算。

作为本发明再进一步的方案：所述幅宽法，包括以下步骤：

（1）获取坐标点；

（2）投影；

（3）计算相邻点距离；

（4）求得相邻点面积；

（5）累加求得总面积。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：相比于基于边界的面积测量方法，能实时的测量农机作业面积，相比于幅宽法，能测得有效农机作业面积和作业面积重叠率。同时利用两种面积计算方法，取长补短，得到有效农机作业面积，漏播面积和重播面积。

附图说明

图1为现有技术多边形的结构示意图。

图2为农机作业面积算法的流程图。

图3为农机作业面积算法中幅宽法方法流程图。

图4为农机作业面积算法中缓冲区矢量算法方法流程图。

图5为农机作业面积算法中基元缓冲区生成示意图。

图6为农机作业面积算法中基元缓冲区构造。

图7为农机作业面积算法中扫描线求交示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图2～7，本发明实施例中，一种农机作业面积算法，采用两种农机作业面积测量方法：缓冲区矢量法和幅宽法。缓冲区矢量法能实时测量农机的有效作业面积，幅宽法实时测得的农机作业面积包含了重叠作业面积，结合这两种算法就能得到农机的重叠作业面积。此解决方案既能实时测量农机作业面积，又能实时得出农机作业面积的重叠率。

缓冲区矢量法其核心是对线实体缓冲区的构建，线实体缓冲区就是以线实体为轴线，向其两侧沿垂直方向平移半个农具幅宽的距离得到两条平行线，并在平行线的两端采用光滑曲线进行拟合，所得到的封闭区域即为线实体目标的缓冲区。

所述缓冲区矢量法，包括以下步骤：

（1）点坐标获取；

（2）投影；

（3）基元缓冲区生成；

（4）求交合并；

（5）求相交边界线段的交点，利用得出的交点和以前的边界线段端点，重新构建缓冲区边界，清除多余的边界线段，生成结果多边形；

（6）多边形面积计算。

所述幅宽法，包括以下步骤：

（1）获取坐标点；

（2）投影；

（3）计算相邻点距离；

（4）求得相邻点面积；

（5）累加求得总面积。

本发明通过引入缓冲区矢量算法，同时利用两种算法，相对于单方案的幅宽法，能测量有效农机作业面积，农机漏播面积和农机重叠播种面积。同时利用两种面积计算方法，取长补短，得到有效农机作业面积，漏播面积和重播面积。

实施例

图3所示的幅宽法首先获取点坐标，点坐标获取通过BDS-GPS接收机。然后通过投影变换成平面坐标系的点。计算相邻两点之间的距离，再乘以农具的幅宽得到相邻两点之间的耕作面积。设农机作业幅宽为w，农机从Pn(xn,yn)点到Pn+1(xn+1,yn+1)点的作业面积M为：

整个农机作业面积通过点与点之间的耕作面积累加得到。

图4所示的缓冲区矢量算法首先获取点坐标，点坐标获取通过BDS-GPS接收机。然后通过投影变换成平面坐标系的点。

下一步是基元缓冲区的生成：除第一段基元线段的首尾采用平头拟合外，其余基元线段的起点处均采用圆弧拟合，而尾部采用平头拟合。如图5所示。

相邻两点构成一个线段，对此线段构造基元缓冲区PL(Ln,R),其中Ln是第n个线段，R是农具幅宽。基元缓冲区具体构造如6所示：

（1）通过坐标变换，将线段的起点Pn移到坐标原点，并使之与X轴方向一致，得到线段；

（2）计算的缓冲区4个特征点、、、（将和的纵坐标分别加减R）；

（3）由4个特征点得到3条线段、、和1个半圆弧(半圆弧的半径为R，圆心为)，通过这4条线段构成基元缓冲区，并规定的方向为逆时针方向；

（4）将通过平移和旋转移到线段的初始位置，即得到基元缓冲区。

基元缓冲区生成后，就生成扫描线，以的每条边界线外包的X轴最小值为基准建立扫描线。扫描线从依次扫描到，当经过时，找出外包与以为基线的边界线的外包相交的线。去除同属于的边界线。如图7所示。

对于可能相交的线段和半圆弧进行交点计算，主要是线段与线段相交和线段与圆弧相交。存储计算得到的交点。对交点所属的线段重新构造线段，去除交点所属的原有线段，通过平面矢量叉积的计算，删除多余的缓冲区边界线。

重新生成多边形，首先找到最左边的一条线段，然后以其终点为下一条线段的起点，找出后续线段。如果当前线段的终点正好是第一条线段的起始点，则找到了一个环。然后再重复上述操作，知道所有的线段都被遍历过。新生成的连续边界环有两种类型：缓冲区外部边界和岛屿。岛屿就是漏播的耕种面积。缓冲区外部边界就是有效农机作业面积区域。

利用生成的缓冲区外部边界计算有效农机作业面积。

图2所示的解决方案是先分别用上述两种算法计算农机作业面积，其中幅宽法包含了重叠农机作业面积，缓冲区矢量法包含了漏播面积和有效农机作业面积。利用这些数据我们就可以最终知道农机实际作业面积和耕作面积重叠率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。