CN111076709A - 一种地形测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种地形测量方法及系统，该方法包括：根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息；根据姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取平地铲的振动位移；根据定位天线的空间位置信息、定向天线的空间位置信息和平地铲的振动位移，获取待测农田的测量高程值；根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法，获取待测农田的三维地形图。本发明实施例采用本发明方法对农田进行地形测量，有效克服了传统GNSS农田平整系统在地形测量过程中地势信息采集量少，GNSS天线受系统环境影响导致采集数据不准确的问题，提高了地势信息的测量精度。

Description

一种地形测量方法及系统

技术领域

本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种地形测量方法及系统。

背景技术

基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，简称GNSS)的农田平整技术对节水灌溉、土地利用和保肥增产有重要的作用，是现代精细农业的重要研究内容之一。地形测量是农田平整作业的必要环节，通过对未平整农田的地势进行测量，得到准确的位置和高程信息，可用于农田平整路径规划，同时为平整工作中挖填土方的计算和作业效果的评价提供技术支持。

GNSS测量技术能够快速、高效获取农田三维地势信息，随着技术的发展，GNSS双天线定位、定向系统能够达到毫米级的平面定位精度和厘米级的高程定位精度，从而得到高精度的离散定位数据，通过合理的插值处理方法，得到待测区域的地形分布。

目前，国内外的研究多侧重于对GNSS测量的地形数据直接进行插值、模型预测或聚类等分析，最终得到体现地势信息的地形图。基于GNSS的农田平整系统多使用单天线进行地形测量，通常将定位天线放置平地铲的中间。

这种方法忽略了农田平整过程中由于系统机械振动、平地铲的姿态改变以及地形起伏等外界因素引起的数据采集误差，降低了农田三维地形测量精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种地形测量方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供一种地形测量方法，包括：

根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，所述定位天线和所述定向天线分别位于平地铲的两端；

根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移；

根据所述定位天线的空间位置信息、所述定向天线的空间位置信息和所述平地铲的振动位移，获取待测农田的测量高程值；

根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法，获取所述待测农田的三维地形图。

优选地，所述根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，具体包括：

获取所述全球导航卫星系统采集到的所述定位天线的位置信息矩阵；

根据所述姿态航向参考系统采集的翻滚角、俯仰角、航向角信息，获取总旋转矩阵，所述总旋转矩阵根据所述定位天线和所述姿态航向参考系统绕X轴、Y轴、Z轴的旋转角度获得；

根据所述总旋转矩阵和所述定位天线的位置信息矩阵，获取所述定位天线的位置坐标矩阵；

根据所述定位天线的位置坐标矩阵和所述全球导航卫星系统采集的航向角，获取所述定向天线的空间位置信息。

优选地，所述根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移，具体包括：

根据所述姿态航向参考系统采集的所述平地铲的三轴振动加速度，获取所述定位天线的振动加速度和所述定向天线的振动加速度；

基于最小二乘法，对所述定位天线的振动加速度和所述定向天线的振动加速度分别进行趋势项预处理，获取处理后的振动加速度；

基于快速傅里叶变化的频域积分方法，将处理后的振动加速度进行二次积分变换，获取所述平地铲的振动位移信号。

优选地，所述基于快速傅里叶变化的频域积分方法，将预处理后的振动加速度进行二次积分变换，获取所述平地铲的振动位移信号，具体包括：

将预处理后的振动加速度在频域中进行积分变换，获取离散的振动信号在频域中的角频率；

对离散的振动加速度进行滤波处理，获取最终的振动加速度；

将最终的振动加速度通过傅里叶变换到时域，获取所述平地铲的振动位移信号。

优选地，所述将预处理后的振动加速度在频域中进行积分变换，获取离散的振动信号在频域中的角频率，具体计算公式如下：

其中，ω_k为第k个点所对应在频域中的角频率，N为离散的振动信号的采集总数，f为采集频率，q为积分次数，df为频域中的频率间隔，dω为角频率的间隔。

优选地，所述对离散的振动加速度进行滤波处理，获取最终的振动加速度，具体包括：

把第m个点的振动加速度至第N个点的振动加速度置0，把第1个点的振动加速度至第S个点的振动加速度置0。

优选地，所述把第m个点的振动加速度至第N个点的振动加速度置0，把第1个点的振动加速度至第S个点的振动加速度置0，具体计算公式如下：

其中，Φ_max表示振动加速度在频域中高频点的频率，计算得到取值为第m(m＝2,3,…N)个点，Φ_min表示振动加速度在频域中低频点的频率，计算得到取值为第S(S＝2,3,…N)个点。

第二方面，本发明实施例提供一种地形测量系统，包括：

定向天线模块，用于根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，所述定位天线和所述定向天线分别位于平地铲的两端；

振动位移模块，用于根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移；

高程模块，用于根据所述定位天线的空间位置信息、所述定向天线的空间位置信息和所述平地铲的振动位移，获取待测农田的测量高程值；

地形模块，用于根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法，获取所述待测农田的三维地形图。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现本发明第一方面提供的一种地形测量方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面提供的一种地形测量方法的步骤。

本发明实施例提供的一种地形测量方法及系统，利用高精度GNSS双天线定位、定向技术，通过获取平地铲两端两个天线的空间位置信息，增加农田平整作业过程中农田的地势信息获取数量；同时使用航向姿态参考系统获取平地铲在地形测量过程中姿态和加速度的变化信息，分析地形测量中影响高程采集精度的振动误差；最终通过平滑方法和插值法处理高程数据，完成对农田三维地形图的绘制与展示。采用本发明方法对农田进行地形测量，有效克服了传统GNSS农田平整系统在地形测量过程中地势信息采集量少，GNSS天线受系统环境影响导致采集数据不准确的问题，提高了地势信息的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种地形测量方法流程图；

图2为本发明实施例中GNSS双天线和AHRS的空间位置安装示意图；

图3为本发明实施例提供的一种地形测量方法应用场景图；

图4为本发明实施例提供的地形测量装置结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种地形测量方法，用以有效消除地形测量过程中平地铲姿态变化与地形起伏引起的振动误差，并增加GNSS获取的地势信息数据，提高地形测量精度。

图1为本发明实施例提供的一种地形测量方法流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种地形测量方法，该方法包括：

S1，根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，所述定位天线和所述定向天线分别位于平地铲的两端；

S2，根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移；

S3，根据所述定位天线的空间位置信息、所述定向天线的空间位置信息和所述平地铲的振动位移，获取待测农田的测量高程值；

S4，根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法，获取所述待测农田的三维地形图。

图2为本发明实施例中GNSS双天线和AHRS的空间位置安装示意图，如图2所示，姿态航向参考系统(attitude and heading reference system)简称AHRS。图3为本发明实施例提供的一种地形测量方法应用场景图，如图3所示，分别将GNSS定位天线301放置于支撑轮所对应的平地铲上，定向天线302放置于另一支撑轮所对应的位置，并将AHRS303放置于定位、定向天线的连线上。工作人员驾驶拖拉机首先对农田进行边界测量以确定测量面积，再以蛇形行驶方式对边界内的土地进行测量，地形测量过程中双天线GNSS与AHRS的数据采集频率保持一致，结束后实时绘制出农田三维地形图。

具体地，进行GNSS农田平整作业之前，需要对农田的地势信息进行获取。现有技术中所采用的单天线定位方式，将GNSS定位天线放至平地铲202的中间位置直接获取地形测量过程中的高程数据，从而忽略了平地铲姿态的变化与地势起伏所带来的振动误差，导致最终测量到的数据误差精度较低。

本发明实施例中利用双天线GNSS高精度的定位、定向功能，将GNSS定位天线206放置于平地铲支撑轮201所对应的一端；将定向天线204放置于另一支撑轮所对应的一端，AHRS205放置于两者所在的基线O₁O₂上，可以同时获取平地铲在地形测量过程中的姿态与高程值变化最明显的位置。地形测量过程中，通过平地铲的牵引连接孔203与拖拉机进行销轴式连接。

由于GNSS定向天线主要用于测向与速度校正，因此，本发明实施例中通过GNSS采集得到的定位天线的空间位置信息和AHRS采集得到的姿态信息，得到另一个定向天线的空间位置信息。

然后根据AHRS获取的姿态与加速度信息，对振动加速度进行预处理和位移变换，获取平地铲地形测量过程中的振动位移。

由于基于GNSS的农田地势信息采集误差主要包括微地形误差和机械振动误差。微地形误差即由于农田局部凹凸变化而产生的测量误差，即农田的表面并非光滑，局部地势不断变化。未平整之前存在的凹凸、小坑和小包等，微地形变化会使得采集的数据偏离真实值；机械振动误差是在拖拉机牵引平地铲行驶过程中产生的，由于拖拉机与平地铲属于销轴式半钢性连接，且缺少减震装置，平地铲会产生无规则的机械振动，该随机振动产生的位移偏差叠加至卫星天线采集到的位置信息中。

本发明实施例中根据GNSS中定位天线的空间位置信息和定向天线的空间位置信息，提取出高程值，然后再根据前面计算出的振动位移，进行垂直方向上的振动误差小车，得到待测农田的测量高程值。

然后基于五点三次平滑法对测量高程值进行平滑处理，得到平滑处理后的测量高程值，平滑处理后的测量高程值是更为平滑、信噪比更高的高程信息。

基于平滑处理后的测量高程值，使用反距离加权法进行插值处理，得到待测农田的三维地形图。

在得到处理后的农田地形高程值的基础上，即可获取待测农田内部的地势起伏状况。基于GNSS的地形测量方法，伴随采集频率与采集覆盖面积的提高，会获得更加接近于真实地势的高程信息。

实际的平地作业时长有限，利用插值法对获取的x、y、z(高程值)进行合理间距的处理，可获得更多地覆盖农田地势的测量点。

结合最终得到的三维地势信息，绘制农田三维地形图，给农田平整作业有效的路径指导。

基于GNSS定位、定向天线所获取的平面坐标(x_i,y_i)与平滑处理后的高程值H_i(i＝1，2，3，…，n)，利用反距离加权法对其进行插值处理，处理过程中权重系数p影响着插值效果，权重系数越大在采样点出曲面约平坦，反之权重系数越小，在采样点曲面约尖锐。

当p＝0时，距离对插值无影响；当p＝1时，距离与插值的影响是线性的；当p＞＞1时，距离越远的采样点对插值点的影响会快速减弱，根据测量地块的面积对权重系数进行选择。最终通过三维图形绘制软件，对农田三维地形进行绘制。

本发明实施例提供的一种地形测量方法，利用高精度GNSS双天线定位、定向技术，通过获取平地铲两端两个天线的空间位置信息，增加农田平整作业过程中农田的地势信息获取数量；同时使用航向姿态参考系统获取平地铲在地形测量过程中姿态和加速度的变化信息，分析地形测量中影响高程采集精度的振动误差；最终通过平滑方法和插值法处理高程数据，完成对农田三维地形图的绘制与展示。采用本发明方法对农田进行地形测量，有效克服了传统GNSS农田平整系统在地形测量过程中地势信息采集量少，GNSS天线受系统环境影响导致采集数据不准确的问题，提高了地势信息的测量精度。

在上述实施例的基础上，优选地，所述根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，具体包括：

获取所述全球导航卫星系统采集到的所述定位天线的位置信息矩阵；

根据所述姿态航向参考系统采集的翻滚角、俯仰角、航向角信息，获取总旋转矩阵，所述总旋转矩阵根据所述定位天线和所述姿态航向参考系统绕X轴、Y轴、Z轴的旋转角度获得；

根据所述总旋转矩阵和所述定位天线的位置信息矩阵，获取所述定位天线的位置坐标矩阵；

根据所述定位天线的位置坐标矩阵和所述全球导航卫星系统采集的航向角，获取所述定向天线的空间位置信息。

具体地，以地面平面为XOY平面，在三维坐标系中通过平地铲左端定位天线M的地势测量数据得到其位置信息矩阵为M′＝(X′_M,Y′_M,Z′_M)^T。

通过AHRS实时测得的翻滚角θ_R、俯仰角θ_P、航向角θ_Y信息，建立GNSS天线与AHRS绕X、Y、Z轴旋转的矩阵R_X、R_Y、R_Z，同时可计算出总旋转矩阵R：

定位天线在平地铲坐标系中的位置坐标矩阵M＝(X_M,Y_M,Z_M)可以通过如下公式求得：

M＝RM′。

然后根据双天线GNSS所测得的航向角，结合定位天线与定向天线在平地铲坐标下的位置关系，可以建立如下的方程组：

其中，T_X为GNSS定位天线沿X轴平移至定向天线的距离，T_Y为GNSS定位天线沿Y轴平移至定向天线的距离，T_Z为GNSS定位天线沿Z轴平移至定向天线的距离，θ_y为GNSS测得的航向角。

对该方程组进行求解，可求得定向天线在平地铲坐标系中的位置矩阵N＝(X_N,Y_N,Z_N)。

在上述实施例的基础上，优选地，所述根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移，具体包括：

根据所述姿态航向参考系统采集的所述平地铲的三轴振动加速度，获取所述定位天线的振动加速度和所述定向天线的振动加速度；

基于最小二乘法，对所述定位天线的振动加速度和所述定向天线的振动加速度分别进行趋势项预处理；

基于快速傅里叶变化的频域积分方法，将处理后的振动加速度进行二次积分变换，获取所述平地铲的振动位移信号。

首先，将AHRS测得的平地铲三轴振动加速度a_X、a_Y、a_Z通过旋转矩阵与位移的变换，求出定位天线M和定向天线N的振动加速度。设AHRS获取的振动加速度为A＝(a_X，a_Y，a_Z)^T，加速度计算公式为：

其中，a_X、a_Y、a_Z分别是在X、Y、Z轴上的振动加速度，A_M为定位天线的振动加速度，A_N为定向天线的振动加速度，A是AHRS测量的振动加速度。

然后，基于最小二乘法对定位、定向天线的振动加速度进行趋势项的预处理，将m阶多项式与振动加速度信号{a_k}(k＝1,2,3,...n)进行拟合，拟合系数为{b_i}(i＝0,1,2,...,m)。

拟合多项式的计算公以多项式与原始振动信号的误差平方和最小为目标，计算求得对应的拟合系数b_i。最后将原始振动加速度与对应多项式做差，即可得到预处理后的振动加速度，用下列公式分别计算拟合多项式和消除趋势项后的振动信号：

其中，a_k为第k个点的振动加速度，a′_k为第k个点消除趋势项后的振动加速度，n为正整数，b_i为第i阶的拟合系数，c_k为第k个点的拟合多项式，m为非负整数。

最后，基于快速傅里叶变化的频域积分方法，将消除趋势项后的振动加速度进行二次积分变换，求得平地铲的振动位移信号。

AHRS在地形测量过程中可同时获取平地铲的姿态信息和振动加速度信息。为了消除AHRS测量的振动信号产生零点漂移和偏离基线等趋势项，基于最小二乘法对振动加速度进行预处理。基于AHRS的固定频率数据采集方式，使用快速傅里叶(FFT)变换对振动加速度进行2次积分变换，得到高程方向的振动位移进行消除。

一般来说，在求解平地铲的振动位移信号时，总的计算顺序如下，对加速度进行2次积分求得速度信号：

对加速度进行2次积分求得振动位移信号：

其中，t为采样时间，ω为角频率，a(t)为时域中的加速度，A(ω)为频域中的加速度，m/s2。v是速度；s是位移，j为单位虚数，π为圆周率，δ(ω)为脉冲函数。

在对该振动位移信号进行求解的过程中，首先将振动加速度在频域中进行积分变换，得到离散的振动信号在频域中的角频率，具体计算公式如下：

其中，ω_k为第k个点所对应在频域中的角频率，N为离散的振动信号的采集总数，f为采集频率，q为积分次数，df为频域中的频率间隔，dω为角频率的间隔。

为了对上述两个公式进行求解，积分的频域变换的计算公式为：

积分的相位变换为：

式中，F_k表示第k个点在频域的振动加速度，F′_k为F_k积分变换之后，虚数单位j在频域中表示相移，D为F_k的实部，B为F_k的虚部。每次乘以一个j就逆时针旋转90°，除以1个j顺时针旋转90°，则在频域中1次积分顺时针旋转90°，2次积分顺时针旋转180°。

在上述实施例的基础上，优选地，所述对离散的振动加速度进行滤波处理，获取最终的振动加速度，具体包括：

把第m个点的振动加速度至第N个点的振动加速度置0，把第1个点的振动加速度至第S个点的振动加速度置0。

具体地，将离散的振动加速度中第M个点到第N个点的值都变为0，实现高频滤波，将离散的振动加速度中第1个点到第S个点的值都变为0，实现低频滤波。

优选地，所述把第m个点的振动加速度至第N个点的振动加速度置0，把第1个点的振动加速度至第S个点的振动加速度置0，具体计算公式如下：

其中，Φ_max表示振动加速度在频域中高频点的频率，计算得到取值为第m(m＝2,3,…N)个点，Φ_min表示振动加速度在频域中低频点的频率，计算得到取值为第S(S＝2,3,…N)个点。

将最终得到的复数数组通过傅里叶反变换至时域，即可得到所求振动位移。

另外，本发明实施例中获取到测量高程值后，需要对测量高程值进行误差处理，然后再对误差处理后的测量高程值进行平滑处理，得到平滑处理后的测量高程值。通过以下计算公式获得误差处理后的测量高程值：

H＝H′-e，

其中，H为误差处理后的测量高程值，H′为误差处理前的测量高程值，e为误差位移，并将误差处理后的测量高程值进行五点三次法处理，获取最终平滑处理后的测量高程值。

图4为本发明实施例提供的地形测量装置结构示意图，如图4所示，该地形测量装置包括：定向天线模块401、振动位移模块402、高程模块403和地形模块404。其中：

定向天线模块401用于根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，所述定位天线和所述定向天线分别位于平地铲的两端；

振动位移模块402用于根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移；

高程模块403用于根据所述定位天线的空间位置信息、所述定向天线的空间位置信息和所述平地铲的振动位移，获取待测农田的测量高程值；

地形模块404用于根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法，获取所述待测农田的三维地形图。

定向天线模块401根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取到全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，振动位移模块402根据姿态航向参考系统采集的加速度信息，得到平地铲的振动位移，高程模块403根据定位天线的空间位置信息、定向天线的空间位置信息和平地铲的振动位移，得到待测农田的测量高程值，地形模块404根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法进行插值处理，得到待测农田的三维地形图。

本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。

图5为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)502、存储器(memory)503和总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过总线504完成相互间的通信。通信接口502可以用于电子设备的信息传输。处理器501可以调用存储器503中的逻辑指令，以执行包括如下的方法：

根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，所述定位天线和所述定向天线分别位于平地铲的两端；

根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移；

根据所述定位天线的空间位置信息、所述定向天线的空间位置信息和所述平地铲的振动位移，获取待测农田的测量高程值；

根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法，获取所述待测农田的三维地形图。

此外，上述的存储器503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明上述各方法实施例的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：

根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，所述定位天线和所述定向天线分别位于平地铲的两端；

根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移；

根据所述定位天线的空间位置信息、所述定向天线的空间位置信息和所述平地铲的振动位移，获取待测农田的测量高程值；

根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法，获取所述待测农田的三维地形图。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种地形测量方法，其特征在于，包括：

根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，所述定位天线和所述定向天线分别位于平地铲的两端；

根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移；

根据所述定位天线的空间位置信息、所述定向天线的空间位置信息和所述平地铲的振动位移，获取待测农田的测量高程值；

根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法，获取所述待测农田的三维地形图。

2.根据权利要求1所述的地形测量方法，其特征在于，所述根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，具体包括：

获取所述全球导航卫星系统采集到的所述定位天线的位置信息矩阵；

根据所述姿态航向参考系统采集的翻滚角、俯仰角、航向角信息，获取总旋转矩阵，所述总旋转矩阵根据所述定位天线和所述姿态航向参考系统绕X轴、Y轴、Z轴的旋转角度获得；

根据所述总旋转矩阵和所述定位天线的位置信息矩阵，获取所述定位天线的位置坐标矩阵；

根据所述定位天线的位置坐标矩阵和所述全球导航卫星系统采集的航向角，获取所述定向天线的空间位置信息。

3.根据权利要求1所述的地形测量方法，其特征在于，所述根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移，具体包括：

根据所述姿态航向参考系统采集的所述平地铲的三轴振动加速度，获取所述定位天线的振动加速度和所述定向天线的振动加速度；

基于最小二乘法，对所述定位天线的振动加速度和所述定向天线的振动加速度分别进行趋势项预处理，得到处理后的振动加速度；

基于快速傅里叶变化的频域积分方法，将处理后的振动加速度进行二次积分变换，获取所述平地铲的振动位移信号。

4.根据权利要求3所述的地形测量方法，其特征在于，所述基于快速傅里叶变化的频域积分方法，将预处理后的振动加速度进行二次积分变换，获取所述平地铲的振动位移信号，具体包括：

将预处理后的振动加速度在频域中进行积分变换，获取离散的振动信号在频域中的角频率；

对离散的振动加速度进行滤波处理，获取最终的振动加速度；

将最终的振动加速度通过傅里叶变换到时域，获取所述平地铲的振动位移信号。

5.根据权利要求4所述的地形测量方法，其特征在于，所述将预处理后的振动加速度在频域中进行积分变换，获取离散的振动信号在频域中的角频率，具体计算公式如下：

其中，ω_k为第k个点所对应在频域中的角频率，N为离散的振动信号的采集总数，f为采集频率，q为积分次数，df为频域中的频率间隔，dω为角频率的间隔。

6.根据权利要求4所述的地形测量方法，其特征在于，所述对离散的振动加速度进行滤波处理，获取最终的振动加速度，具体包括：

把第m个点的振动加速度至第N个点的振动加速度置0，把第1个点的振动加速度至第S个点的振动加速度置0。

7.根据权利要求6所述的地形测量方法，其特征在于，所述把第m个点的振动加速度至第N个点的振动加速度置0，把第1个点的振动加速度至第S个点的振动加速度置0，具体计算公式如下：

其中，Φ_max表示振动加速度在频域中高频点的频率，计算得到取值为第m(m＝2,3,…N)个点，Φ_min表示振动加速度在频域中低频点的频率，计算得到取值为第S(S＝2,3,…N)个点。

8.一种地形测量系统，其特征在于，包括：

定向天线模块，用于根据全球导航卫星系统采集的定位天线的空间位置信息和姿态航向参考系统采集的姿态信息，获取所述全球导航卫星系统中定向天线的空间位置信息，所述定位天线和所述定向天线分别位于平地铲的两端；

振动位移模块，用于根据所述姿态航向参考系统采集的加速度信息，获取所述平地铲的振动位移；

高程模块，用于根据所述定位天线的空间位置信息、所述定向天线的空间位置信息和所述平地铲的振动位移，获取待测农田的测量高程值；

地形模块，用于根据平滑处理后的测量高程值和反距离加权法，获取所述待测农田的三维地形图。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述地形测量方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述地形测量方法的步骤。

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