一种基于DOM影像的农业耕地地块的面积测量方法与流程

本发明涉及数据影像处理，具体而言，涉及一种基于dom影像的农业耕地地块的面积测量方法。

背景技术：

1、数字正射影像图（digital orthophoto map, dom)是以航摄像片或遥感影像（单色/彩色）为基础，经扫描处理并经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成的影像数据，并将地形要素的信息以符号、线画、注记、公里格网、图廓（内/外）整饰等形式填加到该影像平面上，形成以栅格数据形式存储的影像数据库。它具有地形图的几何精度和影像特征。

2、农业生产中，为了量化农业生产产量和便于耕种的设计，常常会对耕地进行面积测算。范围较小的耕地面积计算人工测量十分方便简单，但对于范围广大，地形多变的耕地进行面积测算，再使用人工进行测算，则十分的耗时耗力。目前也有运用航拍图像进行面积测算的方式，但一方面由于获取到的图像数据准确度不高，导致计算精度不高，另一方面由于面积计算的方式也影响面积计算结果的准确度。

3、因此，设计一种基于dom影像的农业耕地地块的面积测量方法，能够基于航摄影像进行合理的面积图像分析，提高耕地面积计算的精度，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于dom影像的农业耕地地块的面积测量方法，通过将获取的影响图进行灰度处理，利用耕地的不同特征所展现的灰度数据不同来对耕地进行边界和区域的划分。同时，结合地理信息对耕地存在的斜面进行面积计算的更正，克服了dom影像上对在标高方向的面积的缺陷。一方面利用dom影像可以做到对正射面积的高精度计算，另一方面通过结合地理信息对正射面积进行修正，大大提高了对耕地面积计算的精度。另外，针对正射面积的调整建立调整模型，能够更加高效的实现对面积的修正。

2、第一方面，本发明提供一种基于dom影像的农业耕地地块的面积测量方法，包括获取目标测量区域的影像图，并对影像图进行灰度处理，形成目标灰度影像图；根据目标灰度影像图进行地块边界的识别，并根据识别结果进行地块的划分，形成地块划分结果数据；根据地块划分结果数据，并结合影像参数，进行初步面积计算，获取地块初始面积数据；获取目标测量区域的地理信息，并结合地块划分结果数据进行地块面积调整的确定，形成地块面积调整数据；根据地块面积调整数据，并结合目标测量区域的地理信息建立基于地理因素的面积调整模型对地块面积进行调整，形成目标测量区域的最终地块面积数据。

3、在本发明中，该方法通过将获取的影响图进行灰度处理，利用耕地的不同特征所展现的灰度数据不同来对耕地进行边界和区域的划分。同时，结合地理信息对耕地存在的斜面进行面积计算的更正，克服了dom影像上对在标高方向的面积的缺陷。一方面利用dom影像可以做到对正射面积的高精度计算，另一方面通过结合地理信息对正射面积进行修正，大大提高了对耕地面积计算的精度。另外，针对正射面积的调整建立调整模型，能够更加高效的实现对面积的修正。

4、作为一种可能的实现方式，根据目标灰度影像图进行地块边界的识别，并根据识别结果进行地块的划分，形成地块划分结果数据，包括：设定第一灰度变化阈值m1，并根据第一灰度变化阈值m1对目标灰度影像图进行区域划分，形成第一变化划分数据；以第一位置限值l1为校验参数，在第一变化划分数据的每个划分区域内进行周向宽度的验证，并根据验证结果确定道路区域；根据道路区域，确定道路边界；根据道路边界，并结合目标灰度影像图进行地块的划分，形成地块划分结果数据。

5、在本发明中，在将影像灰度化后，通过灰度值的变化来进行耕地道路的识别，进而依据道路区域的边界来实现对耕地区域的识别与划分。可以理解的是，由于道路区域在标高上会比耕地突出，所以基于成像时的光线特征，灰度值具有明显的变化，当然，在设定阈值进行误差排除的情况下能够准确的将道路与耕地的界限分开。分开后基于道路较窄较长的特定建立设备的模型，进而达到识别道路的效果。从而在确定道路区域后，根据道路区域的边界对目标测量区域进行不同耕地的识别和划分。

6、作为一种可能的实现方式，设定第一灰度变化阈值m1，并根据第一灰度变化阈值m1对目标灰度影像图进行区域划分，形成第一变化划分数据，包括：对目标灰度影像图中的灰度像素点进行遍历，将灰度差值不大于第一灰度变化阈值m1的相邻灰度像素点确定为同一区域的灰度点，进而形成第一变化划分数据。

7、在本发明中，灰度值以像素点为基础，所以通过遍历影像上的所有像素点，进而将第一灰度变化阈值作为类聚的条件，快速的进行区域划分，为后续对每个区域进行是否为道路区域的判断提供数据基础。这里，对于第一灰度变化阈值可以基于大数据分析进行确定，以保证特征识别的准确性。

8、作为一种可能的实现方式，以第一位置限值l1为校验参数，在第一变化划分数据的每个划分区域内进行周向宽度的验证，并根据验证结果确定道路区域，包括：在第一变化划分数据中的每个划分区域内获取任意三个灰度像素点a1、a2、a3；设定初始验证方向x1，分别对灰度像素点a1、a2、a3进行以下周向宽度的计算：对灰度像素点a1：以初始验证方向x1为第一计算方向，以与初始验证方向x1垂直的方向y1为第二计算方向，获取灰度像素点a1在第一计算方向x1上的两端与所在区域边界的距离最大值lx1，获取灰度像素点a1在第二计算方向y1上的两端与所在区域边界的距离最大值ly1；对灰度像素点a2：以x2为第三计算方向，以与第三计算方向x2垂直的方向y2为第四计算方向，获取灰度像素点a2在第三计算方向x2上的两端与所在区域边界的距离最大值lx2，获取灰度像素点a2在第四计算方向y2上的两端与所在区域边界的距离最大值ly2，其中x2=x1+α1；对灰度像素点a3：以x3为第五计算方向，以与第五计算方向x3垂直的方向y3为第六计算方向，获取灰度像素点a3在第五计算方向x3上的两端与所在区域边界的距离最大值lx3，获取灰度像素点a3在第六计算方向y3上的两端与所在区域边界的距离最大值ly3，其中x3=x2+α2；对获取的lx1、ly1、lx2、ly2、lx3、ly3进行以下分组判断：

9、组1：lx1≤l0，lx2≤l0，lx3≤l0；

10、组2：ly1≤l0，ly2≤l0，ly3≤l0；

11、若存在任意一组中的等式同时成立，则将所验证的区域确定为道路区域；其中，α1+α2≤π/2。

12、在本发明中，提供一种基于灰度数据进行道路区域判断的方式。可以理解的是，对于耕地的道路来说都具有较窄较长的特点，基于该特点建立判断模型，即在每个区域内任意选取三个位置点，并获取相互垂直的两个方向上的距离最大值，同时对于每个位置点的方向选择采用参考同一坐标系下的角度变换的形式获得，这样的方向选择方式，能够保证在为道路区域的区域中会有一组方向上的距离具有不会沿着道路方向的较短的满足第一位置限值的取值，而对于在非道路区域中，两个判断组的距离会因为耕地宽大的特点而出现超出第一位置限值的情况，这样能够快速的确定出道路区域。

13、作为一种可能的实现方式，根据地块划分结果数据，并结合影像参数，进行初步面积计算，获取地块初始面积数据，包括：根据地块划分结果数据，确定出目标测量区域内的所有地块区域dn，其中，n为目标测量区域基于地块划分结果数据所确定的地块的标号，n为非零自然数；根据影像参数，获取每个地块区域dn的尺寸数据；根据尺寸数据计算每个地块区域dn的面积，形成地块初始面积s0-n。

14、在本发明中，在完成每个耕地区域的划分后，可以根据dom影像直接确定出每个耕地区域的正射投影面积，当然，对于耕地是平地的情况，所获得的地块初始面积即为耕地准确的实际面积，而对于存在斜度的耕地，该地块初始面积则是耕地在水平面的正向投影面积。

15、作为一种可能的实现方式，获取目标测量区域的地理信息，并结合地块划分结果数据进行地块面积调整的确定，形成地块面积调整数据，包括：获取目标测量区域的地理信息，确定目标测量区域内存在标高落差的区域；根据存在标高落差的区域，对目标测量区域内的地块区域dn进行标高调整划分，确定出需要基于标高进行面积调整的区域，形成标高调整区域。

16、在本发明中，为了弥补dom影像对于标高的缺失，通过地理信息来提取耕地的标高，进而确定出耕地区域是否存在斜坡的情况，为后续进行面积的修正提供基础。

17、作为一种可能的实现方式，根据存在标高落差的区域，对目标测量区域内的地块区域dn进行标高调整划分，确定出需要基于标高进行面积调整的区域，形成标高调整区域，包括：若地块区域dn完全处于存在标高落差的区域，则将地块区域确定为完整标高调整地块an；若地块区域部分处于存在标高落差的区域，将地块区域确定为非完整标高调整地块bn，并将非完整标高调整地块进行划分，形成标高非调整子地块fn-c和部分标高调整子地块tn-e，其中，c、e均为非零自然数。

18、在本发明中，根据耕地的类型不同，存在斜坡的耕地可能是整个区域完全是倾斜的，也可能值有部分是倾斜的，而这两种不同类型的耕地需要进行划分，进而针对性的建立不同的面积修正模型来实现对其面积的准确计算。

19、作为一种可能的实现方式，根据地块面积调整数据，并结合目标测量区域的地理信息建立基于地理因素的面积调整模型对地块面积进行调整，形成目标测量区域的最终地块面积数据，包括：结合目标灰度影像图，对完整标高调整地块an建立完整地块面积调整模型，并进行面积调整，形成完整标高调整面积数据；结合目标灰度影像图，对非完整标高调整地块bn建立非完整地块面积调整模型，并进行面积调整，形成非完整标高调整面积数据。

20、在本发明中，针对不同类型的耕地建立不同的面积修正模型，在充分考虑地理因素对耕地面积计算的情况下做到准确的面积计算。

21、作为一种可能的实现方式，结合目标灰度影像图，对完整标高调整地块an建立完整地块面积调整模型，并进行面积调整，形成完整标高调整面积数据，包括：获取完整标高调整地块的灰度参数，并基于标高落差的趋势确定第一分析方向z，设定落差变化阈值范围[h0，h1]，确定标高落差基准角度β0，根据不同的灰度分析情况确定完整标高调整地块的面积sa-n：当在第一分析方向z上，完整标高调整地块内的像素点的灰度值呈连续变化，且相邻像素点的灰度差值位于落差变化阈值范围[h0，h1]中，则以标高落差基准角度β0计算完整标高调整地块的面积sa-n，其中：；当在第一分析方向z上，完整标高调整地块内的像素点的灰度值呈连续变化，但存在相邻像素点的灰度差值超出落差变化阈值范围[h0，h1]，则以相邻像素点的灰度值超过落差变化阈值范围的位置为分界点，将完整标高调整地块进行分区划分，形成不同的完整标高调整子地块an-k和an-i，其中，an-k表示区域内相邻像素点的灰度差值小于h0的完整标高调整子地块，an-i表示区域内相邻像素点的灰度差值大于h1的完整标高调整子地块，k，i均为非零自然数；对完整标高调整子地块an-k，基于标高落差基准角度β0确定完整标高调整小角度β1，并根据完整标高调整小角度β1计算完整标高调整子地块的面积sa-n-k，对完整标高调整子地块an-i，基于标高落差基准角度确定完整标高调整大角度β2，并根据完整标高调整大角度β2计算完整标高调整子地块的面积sa-n-i，基于sa-n-k和sa-n-i确定完整标高调整地块的面积sa-n，其中：，，hk表示完整标高调整子地块中在第一分析方向z上相邻像素点的灰度差值的平均数；为完整标高调整子地块的初始子面积；，，hi表示完整标高调整子地块中在第一分析方向z上相邻像素点的灰度差值的平均数；为完整标高调整子地块的初始子面积；

22、；当在第一分析方向z上，完整标高调整地块内的像素点的灰度值非连续变化，则提取非连续变化的区域确定为完整标高平面地块an-p，对每个连续性变化的区域进行相邻像素点的灰度差值与落差变化阈值范围的判断，确定为不同的完整标高调整子地块an-u，p、u均为非零自然数；获取完整标高平面地块的面积sa-n-p，基于标高落差基准角度β0确定每个完整标高调整子地块an-u的调整角度βu，并计算完整标高调整子地块的面积sa-n-u，基于sa-n-p和sa-n-u确定完整标高调整地块的面积sa-n，其中：，βu根据判定情况确定：若完整标高调整子地块中相邻像素点的灰度差值的平均数处于[h0，h1]中，则βu=β0，若完整标高调整子地块中相邻像素点的灰度差值的平均数hu小于h0，则，若完整标高调整子地块中相邻像素点的灰度差值的平均数hu大于h1，则

23、；。

24、在本发明中，对于完全处于斜面区域的耕地，根据耕地倾斜变化的不同划分为不同的计算类型，进而适应不同的耕地面积计算，达到准确计算耕地面积的效果。一种是整个耕地的倾斜角度相同且倾斜角度统一，这样在灰度数据上展现出相邻灰度差值具有连续且稳定的变化特性，直接基于标高落差基准角度可获得准确的耕地面积。第二种是，存在耕地整体倾斜，但其中倾斜的角度不同，这样，为了进一步获得准确的面积计算结果，就需要对耕地进行基于不同倾斜角度的划分，利用灰度差值变化的平均值获取有效的倾斜角度，进而进行准确的面积计算。第三种则是，存在阶梯式的倾斜方式，在斜面过后紧跟着一个平面再继续是斜面，这样需要在将平面提取后对剩下的斜面进行斜面角度的确定，最后综合斜面与平面的面积获取准确的耕地面积。

25、作为一种可能的实现方式，结合目标灰度影像图，对非完整标高调整地块bn建立非完整地块面积调整模型，并进行面积调整，形成非完整标高调整面积数据，包括：计算标高非调整子地块fn-c的面积sn-c；获取完整标高调整地块的灰度参数，并基于标高落差的趋势确定第一分析方向z，设定落差变化阈值范围[h0，h1]，确定标高落差基准角度β0，根据不同的灰度分析情况确定部分标高调整子地块的面积sn-e：当在第一分析方向z上，部分标高调整子地块内的像素点的灰度值呈连续变化，且相邻像素点的灰度差值位于落差变化阈值范围[h0，h1]中，则以标高落差基准角度β0计算部分标高调整子地块sn-e，其中：，为部分标高调整子地块的初始子面积；当在第一分析方向z上，部分标高调整子地块内的像素点的灰度值呈连续变化，但存在相邻像素点的灰度差值超出落差变化阈值范围[h0，h1]，则以相邻像素点的灰度值超过落差变化阈值范围的位置为分界点，将部分标高调整子地块进行分区划分，形成不同的部分标高调整子地块子区域an-e-w和an-e-q，其中，an-e-w表示区域内相邻像素点的灰度差值小于h0的部分标高调整子地块子区域，an-e-q表示区域内相邻像素点的灰度差值大于h1的部分标高调整子地块子区域，w，q均为非零自然数；对部分标高调整子地块子区域an-e-w，基于标高落差基准角度β0确定部分标高调整小角度β3，并根据部分标高调整小角度β3计算部分标高调整子地块子区域的面积sn-e-w，对部分标高调整子地块子区域an-e-q，基于标高落差基准角度确定完整标高调整大角度β4，并根据完整标高调整大角度β4计算部分标高调整子地块子区域的面积sn-e-q，基于sn-e-w和sn-e-q确定完整标高调整地块的面积sn-e，其中：，，hw表示部分标高调整子地块子区域中在第一分析方向z上相邻像素点的灰度差值的平均数；为部分标高调整子地块子区域的初始子面积；

26、，，hq表示部分标高调整子地块子区域中在第一分析方向z上相邻像素点的灰度差值的平均数；为部分标高调整子地块子区域的初始子面积；

27、；

28、当在第一分析方向z上，部分标高调整子地块内的像素点的灰度值非连续变化，则提取非连续变化的区域确定为部分标高调整子地块平面区域an-e-t，对每个连续性变化的区域进行相邻像素点的灰度差值与落差变化阈值范围的判断，确定为不同的部分标高调整子地块子区域an-e-r，t、r均为非零自然数；获取部分标高调整子地块平面区域的面积sn-e-t，基于标高落差基准角度β0确定每个部分标高调整子地块的调整角度βr，并计算部分标高调整子地块的面积sn-e-r，基于sn-e-t和sn-e-r确定完整标高调整地块的面积sn-e，其中：，βr根据判定情况确定：若部分标高调整子地块中相邻像素点的灰度差值的平均数处于[h0，h1]中，则βr=β0，若部分标高调整子地块中相邻像素点的灰度差值的平均数hr小于h0，则，若部分标高调整子地块中相邻像素点的灰度差值的平均数hr大于h1，则；；结合和sn-c，确定非完整标高调整面积sb-n，其中：。

29、在本发明中，同样地，对于某些耕地本身只有部分倾斜，则需要在将平面耕地部分去除后再对呈斜面的耕地进行准确的面积计算分析。同理，对于部分耕地区域呈斜面的面积计算，根据耕地倾斜变化的不同划分为不同的计算类型，进而适应不同的耕地面积计算，达到准确计算耕地面积的效果。本发明也提供三种计算模型，一种是整个耕地的倾斜角度相同且倾斜角度统一，这样在灰度数据上展现出相邻灰度差值具有连续且稳定的变化特性，直接基于标高落差基准角度可获得准确的耕地面积。第二种是，存在耕地整体倾斜，但其中倾斜的角度不同，这样，为了进一步获得准确的面积计算结果，就需要对耕地进行基于不同倾斜角度的划分，利用灰度差值变化的平均值获取有效的倾斜角度，进而进行准确的面积计算。第三种则是，存在阶梯式的倾斜方式，在斜面过后紧跟着一个平面再继续是斜面，这样需要在将平面提取后对剩下的斜面进行斜面角度的确定，最后综合斜面与平面的面积获取准确的耕地面积。

30、本发明提供的一种基于dom影像的农业耕地地块的面积测量方法的有益效果有：

31、该方法通过将获取的影响图进行灰度处理，利用耕地的不同特征所展现的灰度数据不同来对耕地进行边界和区域的划分。同时，结合地理信息对耕地存在的斜面进行面积计算的更正，克服了dom影像上对在标高方向的面积的缺陷。一方面利用dom影像可以做到对正射面积的高精度计算，另一方面通过结合地理信息对正射面积进行修正，大大提高了对耕地面积计算的精度。另外，针对正射面积的调整建立调整模型，能够更加高效的实现对面积的修正。