CN107884785A - 一种地面样方gps位置信息的坐标外推方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地面样方数据采集领域，尤其涉及一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法。先测量采样车采样位置坐标P₂(X₂，Y₂)；再测量拍摄点与待采样点的距离；继续测量左右两侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角；最后测量采样车将由标准方向直角坐标轴的北头端起始，按顺时针方向转到车前进方向所夹的坐标方位角θ；根据上述参数计算采样点作物的修正坐标P′₂(X′₂，Y′₂)。通过行车拍摄采样后地理信息定位外拓的方法，修正样本数据的地理坐标信息，采集样本数据简单，节省劳动时间，行车拍摄采集样本地理信息定位数据精确。

Description

一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法

技术领域

本发明涉及地面样方数据采集领域，尤其涉及一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法。

背景技术

目前，作物的识别和分类是农业遥感的基础，精确、实时、客观的获取作物类型分布信息对社会经济、粮食生产、政策制定以及生态功能和服务都有重要的影响。遥感影像分类精度检验是遥感分类技术中一个必不可少的环节,进行精度检验,一方面可以有效地对分类器进行评价从而改造分类器,另一方面也是对遥感分类成果的最终评价(甘甫平,1999)。分类结果的可靠性是由最后的检验精度来决定的。没有精度说明的数据对用户是没有意义的(Anssen L L F,1994)。高精度的作物空间分布信息能够更好的服务于农业可持续发展的研究及决策。

常规精度检验是通过分类结果和检验数据相对比而进行的，而检验数据类型以及获取检验数据的途径则是多种多样的。谢登峰，张锦水等人采用高分辨率的无人机航拍影像对秋粮作物识别结果数据进行精度验证，由于无人机影像验证数据在使用前需要转化为栅格数据，影像了分类精度。刘焕军，于胜男等人采用农业保险公司通过高分辨影像数字化制图提供的投保地块评价一年一季农作物的识别精度。刘倩，徐希孺(1994)用航空影像对TM作物估产方法进行精度检验。黄婷，师庆三(2013)等人提出了利用高分辨率的遥感数据验证低分辨率遥感数据的方法，在一定程度上解决了研究区域的空间尺度较大时分类精度难以确定，精度检验效率低下的问题。汪松(2016)从新巧维吾尔自治区统计局及当地种植者获取了研究区域灌溉作物的－些数据资料来评价分类识别精度。徐新刚，李强子(2008)等人采用地面分级抽样调查填图数据来评价分类精度，这样填图既能突出点面,又能使实地填图结果很好地服务于后续分类处理过程应用高分辨率遥感影像提取作物种植面积。马丽，徐新刚等人分别对黑龙江友谊农场和军川农场采用了目视判读和手持GPS实测调查数据对其分类效果进行验证。刘磊(2011)等人采用手持GPS调查数据实测点结合遥感数据进行目视解译,获得研究区主要农作物空间分布底图，将该底图的矢量数据转换成栅格数据,地类代码和像元大小与自动分类结果影像一致，采用全样本精度评价方法对分类结果进行精度检验。东朝霞，王迪(2016)等人采用差分GPS实地采集数据进行北方旱地秋收作物分类精度评价。但是由于整个采样过程都是在车内进行造成了所有样本点的定位坐标都在道路上的问题，尤其部分地区道路两侧作物区分明显，若用野外调查回来的样本直接辅助目视解译以及验证分类精度将会存在很大误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法，解决传统野外采集样本数据存在耗时费力的劣势，和行车拍摄采集样本数据存在地理信息定位不精确的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法，包括如下步骤：

S1、测量采样车采样位置坐标P₂(X₂，Y₂)；

S2、测量拍摄点与待采样点的直线距离；

S3、测量左右两侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角；

S4、测量由标准方向直角坐标系的正北方向起始，按顺时针方向转到采样车行进方向所夹的行进方位角θ；

S5、计算采样点作物的修正坐标P′₂(X'₂，Y′₂)。

进一步，所述步骤S4中，θ的计算公式为θ＝arctan(Y′₂-Y₂)/(X'₂-X₂)。

进一步，所述步骤S2中，当采样点位于采样车左侧时，测量记录距离为D_l；当采样点位于采样车右侧时，测量记录距离为D_r。

进一步，所述步骤S3中，测量左侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角α_l(0，π/2)，测量右侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角α_r(0，π/2)。

进一步，所述步骤S5中：

当操作员对车左侧作物拍摄采样时，在整个(0，2π)范围内采样点作物的修正坐标为：

X′_2l＝X₂+D_lsin(θ-α_l),

Y′_2l＝Y₂+D_lcos(θ-α_l)；

当操作员对车右侧作物拍摄采样时，在整个(0，2π)范围内采样点作物的修正坐标为：

X'_2r＝X₂+D_rsin(θ+α_r),

Y′_2r＝Y₂+D_rcos(θ+α_r)。

本发明提供一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法，包括如下步骤：

S1、测量采样车采样位置坐标P₂(X₂，Y₂)；

S2、测量拍摄点与待采样点的距离；

S3、测量左右两侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角；

S4、测量由标准方向直角坐标系的正北方向起始，按顺时针方向转到采样车行进方向所夹的行进方位角θ；

S5、计算采样点作物的修正坐标P′₂(X′₂，Y′₂)。

这样，先测量采样车采样位置坐标P₂(X₂，Y₂)；再测量拍摄点与待采样点的直线距离；继续测量左右两侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角；最后测量采样车将由标准方向直角坐标轴的北头端起始，按顺时针方向转到车前进方向所夹的坐标方位角θ；根据上述参数计算采样点作物的修正坐标P′₂(X′₂，Y′₂)。通过行车拍摄采样后地理信息定位外拓的方法，修正样本数据的地理坐标信息，采集样本数据简单，节省劳动时间，行车拍摄采集样本地理信息定位数据精确。

附图说明

图1为本发明一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法流程示意图；

图2为本发明一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法测量范围在θ∈(0，π/2)示意图；

图3为本发明一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法测量范围在θ∈(π/2，π)示意图；

图4为本发明一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法测量范围在θ∈(π，3π/2)示意图；

图5为本发明一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法测量范围在θ∈(3π/2，2π)示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“中心”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图5所示，本发明提供一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法，包括如下步骤：

S1、测量采样车采样位置坐标P₂(X₂，Y₂)；

S2、测量拍摄点与待采样点的直线距离；

S3、测量左右两侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角；

S4、测量由标准方向直角坐标系的正北方向起始，按顺时针方向转到采样车行进方向所夹的行进方位角θ；

S5、计算采样点作物的修正坐标P′₂(X′₂，Y′₂)。

这样，先测量采样车采样位置坐标P₂(X₂，Y₂)；再测量拍摄点与待采样点的距离；继续测量左右两侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角；最后测量采样车将由标准方向直角坐标轴的北头端起始，按顺时针方向转到车前进方向所夹的坐标方位角θ；根据上述参数计算采样点作物的修正坐标P′₂(X′₂，Y′₂)。通过行车拍摄采样后地理信息定位外拓的方法，修正样本数据的地理坐标信息，采集样本数据简单，节省劳动时间，行车拍摄采集样本地理信息定位数据精确。

实施例

采样过程：在车行进过程中，操作人员在车内对车两侧的作物进行采样，该方法使采集到的所有作物样本点定位坐标都在车行进的道路上，对后期应用样本验证分类精度造成较大的误差，所以需要根据采集到的误差坐标推导出采样作物的修正坐标。

在采样拍摄过程中，采样间隔很短，所以将相邻两个采样点之间采样车的行进轨迹理想化为一条直线；将左右两边拍摄方向相对于车前进方向的倾角α_l(0，π/2)、α_r(0，π/2)拍摄点与待采样点的距离D_l、D_r定为可调参数；将由标准方向直角坐标轴的北头端起始，按顺时针方向转到车前进方向所夹的坐标方位角表示为θ(0，2π)表示，顺时针递增，采样车从点在采样拍摄过程中，采样间隔很短，所以将相邻两个采样点之间采样车的行进轨迹理想化为一条直线；将左右两边拍摄方向相对于车前进方向的倾角α_l(0，π/2)、α_r(0，π/2)，拍摄点与待采样点的距离D_l、D_r定为可调参数；将由标准方向直角坐标轴的北头端起始，按顺时针方向转到车前进方向所夹的坐标方位角表示为θ(0，2π)表示，顺时针递增，采样车从点P₁(X₁，Y₁)沿直线行进到点P₂(X₂，Y₂)，可计算出θ＝arctan(Y′₂-Y₂)/(X'₂-X₂)。操作员在P₂点对车两边作物拍摄采样，建立如下坐标系，下面根据θ的大小分四个象限分别推导采样点作物的修正坐标P′_2l(X′_2l,Y′_2l)，P′_2r(X′_2r,Y′_2r)。

第一象限，θ∈(0，π/2)时，

左侧拍摄时作物位置坐标：

X'_2l＝X₂+ΔX＝X₂+D_l sin(θ-α_l)；

Y′_2l＝Y₂+ΔY＝Y₂+D_l cos(θ-α_l)。

右侧拍摄时作物位置坐标：

X'_2r＝X₂+ΔX＝X₂+D_r sin(θ+α_r)；

Y′_2r＝Y₂+ΔY＝Y₂+D_r cos(θ+α_r)。

第二象限，θ∈(π/2，π)时，

左侧拍摄时作物位置坐标：

X'_2l＝X₂+ΔX＝X₂+D_l sin(θ-α_l)；

Y′_2l＝Y₂+ΔY＝Y₂+D_l cos(θ-α_l)。

右侧拍摄时作物位置坐标：

X'_2r＝X₂-ΔX＝X₂-D_r sin[(θ+α_r)-π]＝X₂+D_r sin(θ+α_r)；

Y′_2r＝Y₂-ΔY＝Y₂-D_r cos[(θ+α_r)-π]＝Y₂+D_r cos(θ+α_r)。

第三象限，θ∈(π，3π/2)时，

左侧拍摄时作物位置坐标：

X'_2l＝X₂-ΔX＝X₂-D_l sin[(θ-α_l)-π]＝X₂+D_l sin(θ-α_l)；

Y′_2l＝Y₂-ΔY＝Y₂-D_l cos[(θ-α_l)-π]＝Y₂+D_l cos(θ-α_l)。

右侧拍摄时作物位置坐标：

X'_2r＝X₂-ΔX＝X₂-D_r sin[(θ+α_r)-π]＝X₂+D_r sin(θ+α_r)；

Y′_2r＝Y₂-ΔY＝Y₂-D_r cos[(θ+α_r)-π]＝Y₂+D_r cos(θ+α_r)。

第四象限，θ∈(3π/2，2π)时，

左侧拍摄时作物位置坐标：

X'_2l＝X₂-ΔX＝X₂-D_l sin[2π-(θ-α_l)]＝X₂+D_l sin(θ-α_l)；

Y′_2l＝Y₂-ΔY＝Y₂-D_l cos[2π-(θ-α_l)]＝Y₂+D_l cos(θ-α_l)。

右侧拍摄时作物位置坐标：

X'_2r＝X₂-ΔX＝X₂-D_r sin[2π-(θ+α_r)]＝X₂+D_r sin(θ+α_r)；

Y′_2r＝Y₂-ΔY＝Y₂-D_r cos[2π-(θ+α_r)]＝Y₂+D_r cos(θ+α_r)。

从上述的推导结果可以看出，当操作员对车左侧作物拍摄采样时，在整个(0，2π)范围内采样点作物的修正坐标可以表示为：

X'_2l＝X₂+D_l sin(θ-α_l),

Y′_2l＝Y₂+D_l cos(θ-α_l)

当操作员对车右侧作物拍摄采样时，在整个(0，2π)范围内采样点作物的修正坐标可以表示为：

X'_2r＝X₂+D_r sin(θ+α_r),

Y′_2r＝Y₂+D_r cos(θ+α_r)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种地面样方GPS位置信息的坐标外推方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、测量采样车采样位置坐标P₂(X₂，Y₂)；

S2、测量拍摄点与待采样点的直线距离；

S3、测量左右两侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角；

S4、测量由标准方向直角坐标系的正北方向起始，按顺时针方向转到采样车行进方向所夹的行进方位角θ；

S5、计算采样点作物的修正坐标P′₂(X'₂，Y′₂)。

2.根据权利要求1所述的地面样方GPS位置信息的坐标外推方法，其特征在于：所述步骤S4中，θ的计算公式为θ＝arctan(Y′₂-Y₂)/(X'₂-X₂)。

3.根据权利要求2所述的地面样方GPS位置信息的坐标外推方法，其特征在于：所述步骤S2中，当采样点位于采样车左侧时，测量记录距离为D_l；当采样点位于采样车右侧时，测量记录距离为D_r。

4.根据权利要求3所述的地面样方GPS位置信息的坐标外推方法，其特征在于：所述步骤S3中，测量左侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角α_l(0，π/2)，测量右侧拍摄方向相对于车前进方向的倾角α_r(0，π/2)。

5.根据权利要求4所述的地面样方GPS位置信息的坐标外推方法，其特征在于：所述步骤S5中：

当操作员对车左侧作物拍摄采样时，在整个(0，2π)范围内采样点作物的修正坐标为：

X'_2l＝X₂+D_lsin(θ-α_l),

Y′_2l＝Y₂+D_lcos(θ-α_l)；

当操作员对车右侧作物拍摄采样时，在整个(0，2π)范围内采样点作物的修正坐标为：

X'_2r＝X₂+D_rsin(θ+α_r),

Y′_2r＝Y₂+D_rcos(θ+α_r)。