CN110763181B - 基于位置数据时态分析的作业面积滤除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于位置数据时态分析的作业面积滤除方法，涉及农机技术领域，包括漂移数据滤除步骤和/或道路轨迹线滤除步骤；其中漂移数据滤除步骤包括：1.1、分别利用地块轮廓算法和幅宽法计算同一地块的面积得到面积S1和面积S2；1.2、如果S2＞N*S1则标记为异常地块并执行步骤1.3，否则退出整个步骤，其中，N大于1；1.3、计算地块的深度值方差δ，若δ≤λ则地块标记为漂移数据进行去除，否则退出整个步骤，其中，0≤λ＜5。本发明通过对定位漂移、道路行驶情况导致的无效作业面积进行判定和滤除，有效提高了作业面积监测的精度。

Description

基于位置数据时态分析的作业面积滤除方法

技术领域

本发明涉及农机技术领域，具体涉及一种基于位置数据时态分析的作业面积滤除方法。

背景技术

智慧农机是发展现代农业最重要的手段，依托北斗卫星导航定位、物联网技术，利用智能终端设备对农业机械进行升级改造，实时获取农机作业状态及生产数据，以实现对农机作业全程化过程的实时监控管理。目前，我国多个省市地区都已经采用智能监测设备对农机作业实施远程信息化监测，如对深松、植保、播种等作业进行监测，实时监测作业质量和作业面积数据。

目前，通用的作业监测是在农业机械上安装具有北斗卫星定位的智能终端对农机位置进行实时定位，并结合光电、倾角等传感器对犁具的工作状态进行感知，从而利用行驶轨迹坐标计算出作业面积。对农机作业的监测主要依赖于通过传感器识别农机的作业状态，但是由于农机机械、犁具有多规格、多形态的特性，并且实际作业场景有很大的差别，利用传感器对犁具工作状态进行判断的方案具有一定的局限性，对农机作业面积监测过程中存在定位漂移、道路行驶等情况导致的无效作业面积。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于位置数据时态分析的作业面积滤除方法，通过对对无效作业进行滤除从而提高了作业面积监测的精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于位置数据时态分析的作业面积滤除方法，关键在于，包括漂移数据滤除步骤和/或道路轨迹线滤除步骤；

所述漂移数据滤除步骤包括：

1.1、分别利用地块轮廓算法和幅宽法计算同一地块的面积得到面积S1和面积S2；

1.2、如果S2＞N*S1则标记为异常地块并执行步骤1.3，否则退出整个步骤，其中，N大于1；

1.3、计算地块的深度值方差δ，若δ≤λ则地块标记为漂移数据进行去除，否则退出整个步骤，其中，0≤λ＜5；

所述道路轨迹线滤除步骤包括：

2.1、读取作业线L₀，计算长度D₀、中心点坐标O₀以及该条轨迹线的结束时刻T₀，如果D₀≥1000米标识为无效作业轨迹并予以去除，如果D₀≤10米则忽略不计，当10米＜D₀＜1000米时执行步骤2.2；

2.2、筛选L₀附近满足条件|T_i-T₀|≤ε且|O_i-O₀|≤γ的作业线集合{L_n}，其中，ε取30min，γ取0.02°，Ti为第i条作业线的结束时刻，Oi为第i条作业结的中心点坐标，i大于0且小于等于n，0≤n＜5；

2.3、分别计算作业线L₀与{L_n}的左右两侧外扩n幅宽构成的多边形的外包矩形，判断外包矩形是否相交并标记作业线L₀的相邻作业线为{L’_n}；

2.4、计算L₀与作业线集合{L’_n}中各线间的距离，若D{L₀，L’_i}≤n幅宽，计数加1，其中，0≤n＜5；

2.5、如果作业线L₀附近作业线个数少于3的，标记为无效作业线并予以去除。

本发明的有益效果是：通过对定位漂移、道路行驶情况导致的无效作业面积进行判定和滤除，有效提高了作业面积监测的精度。

具体实施方式

本发明提供了一种基于位置数据时态分析的作业面积滤除方法，包括漂移数据滤除步骤和/或道路轨迹线滤除步骤。

为保证作业面积测量的实时性，通常采用幅宽法进行面积计算。由于卫星定位存在定位漂移现象，在不增加辅助设备信息的状态下，即使通过算法根据速度、状态等条件对漂移位置点进行了一定程度上的过滤，仍然不能完全去除定位漂移导致的无效作业面积。

对于农机静止状态时，由于定位误差、多径效应等导致的定位漂移会产生无效的作业数据，可以依据统计特性，对静止状态的犁具作业深度、轨迹点外包轮廓进行分析，对漂移数据进行滤除。

上述的漂移数据滤除步骤包括：

1.1、分别利用地块轮廓算法和幅宽法计算同一地块的面积得到面积S1和面积S2。

1.2、如果S2＞N*S1则标记为异常地块并执行步骤1.3，否则退出整个步骤。其中，N大于1，可以是整数也可以具有小数。

N取值范围为(1，∞)，此处是将地块幅宽法计算的面积与地块轮廓法计算的面积进行比较，幅宽法计算面积是农机行驶的距离与作业宽幅的乘积，但是对于相邻作业间的重叠作业、以及多次重复作业无法进行有效去除。而地块轮廓是对整个作业轨迹的外轮廓边界为计算对象，一般情况下地块轮廓面积近似于地块真实面积。N取值过大，容易遗漏无效作业数据，而N取值过小，容易受其他误差因素影响，导致误判。本实施例中优选N为2。

1.3、计算地块的深度值方差δ，若δ≤λ则地块标记为漂移数据进行去除，否则退出整个步骤，其中，0≤λ＜5。

计算方差的步骤包括读取该地块所有位置点的深度d_i(i＝1，2，3……，n)，计算出深度值的均值

深度值方差

方差可以对数据的离散程度进行度量，从而间接判定农机的运动情况。

λ值越小，则要求作业过程中作业深度波动比较小，容易受传感器灵敏度导致的误差，而λ值越大，则容易将正常作业过程数据误判为漂移数据。本实施例中优选λ为3。

对所有地块均进行上述的步骤进行操作以对漂移数据进行滤除。

由于传感器监测方式的局限性，在实际应用中存在将道路行驶轨迹误判为作业状态的情景，依据实际作业过程中的统计特性分析，在道路行驶过程中，轨迹线的聚合度、时间离散程度均与正常耕地作业过程有明显差别，因此依据位置的时间、空间分布特征，可以将道路上行驶轨迹进行去除。

上述的道路轨迹线滤除步骤包括：

2.1、读取作业线L₀，计算长度D₀、中心点坐标O₀以及该条轨迹线的结束时刻T₀，如果D₀≥1000米标识为无效作业轨迹并予以去除，如果D₀≤10米则忽略不计，当10米＜D₀＜1000米时执行步骤2.2。

在整个系统处理过程中，均采用的WGS 84坐标系，各位置点坐标为该位置点的经纬度。

根据实际作业场景分析，一般单次作业过程行驶距离不会超过1公里，因此对于长度比较大的作业轨迹线进行初次滤除。

2.2、筛选L₀附近满足条件|T_i-T₀|≤ε且|O_i-O₀|≤γ的作业线集合{L_n}。其中，ε取30min，γ取0.02°。Ti为第i条作业线的结束时刻，O_i为第i条作业结的中心点坐标，i大于0且小于等于n。

此处是为了筛选目标作业线的对比候选集合，从作业时间、作业空间上两个维度的条件进行筛选，将可能与目标作业线产生交集的作业线搜索出来，便于进行空间叠加分析。

2.3、分别计算作业线L₀与{L_n}的左右两侧外扩n幅宽构成的多边形的外包矩形，判断外包矩形是否相交并标记作业线L₀的相邻作业线为{L’_n}。

将作业线计算缓冲区，利用多边形的外包矩形进行叠加分析，因为矩形叠加分析计算的时间复杂度较低，可以快速进行判断是否存在相交的可能性。n取值范围[0.5，5)，取值较大时，得到的对比候选结合内元素较多，需要消耗大量时间进行运算，取值较小时，容易遗漏掉部分无效作业轨迹，导致误差。

2.4、计算L₀与作业线集合{L’_n}中各线间的距离，若D{L₀，L’_i}≤n幅宽，计数加1，其中，0.5≤n＜5。

针对上一步计算得到的疑似相交的作业线，利用空间距离计算，进行进一步的精确计算，判定是否与目标作业线相交。n取值范围为[0，5)，n取值越小，判定为无效作业的结果越准确，但由于受定位精度的影响，容易导致计算误差，n取值越大，容易导致误判，将实际作业线判定为无效，导致计算错误。本实施例中优选n为2。

2.5、如果作业线L₀附近作业线个数少于3的，标记为无效作业线并予以去除。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (1)

1.一种基于位置数据时态分析的作业面积滤除方法，其特征在于，包括漂移数据滤除步骤和/或道路轨迹线滤除步骤；

所述漂移数据滤除步骤包括：

1.1、分别利用地块轮廓算法和幅宽法计算同一地块的面积得到面积S1和面积S2；

1.2、如果S1＞N*S2则标记为异常地块并执行步骤1.3，否则退出整个步骤，其中，N大于1；

1.3、计算地块的深度值方差δ，若δ≤λ则地块标记为漂移数据进行去除，否则退出整个步骤，其中，0≤λ＜5；

所述道路轨迹线滤除步骤包括：

2.1、读取作业线L₀，计算长度D₀、中心点坐标O₀以及该轨迹线的结束时刻T₀，如果D₀≥1000米标识为无效作业轨迹并予以去除，如果D₀≤10米则忽略不计，当10米<D₀<1000米时执行步骤2.2；

2.2、筛选L₀附近满足条件|T_i-T₀|≤ε且|O_i-O₀|≤γ的作业线集合{L_n}，其中，ε取30min，γ取0.02°，T_i为第i条作业线的结束时刻，O_i为第i条作业线的中心点坐标，i大于0且小于等于n，0≤n＜5；

2.3、分别计算作业线L₀与{L_n}的左右两侧外扩n幅宽构成的多边形的外包矩形，判断外包矩形是否相交并标记作业线L₀的相邻作业线为{L’_n}；

2.4、计算L₀与作业线集合{L’_n}中各线间的距离，若D{L₀，L’_i}≤n幅宽，计数加1，其中，0≤n＜5；

2.5、如果作业线L₀附近作业线个数少于3的，标记为无效作业线并予以去除。