CN112700227B - 一种航测内业图幅地类处理标准工时计算方法、系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用在航测内业图幅处理领域，计算地类标准处理工时方法，包括：1、构建样本集，所述样本集中包括S个样本图幅，每个样本图幅中有至少两种地类；统计每个样本图幅的处理工时T_s和样本图幅中每种地类的面积；第s个样本图幅中第c种地类的面积为a_sc；s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；C为地类的总数，S>C；2、建立处理工时与地类面积之间的线性模型：A_estW_est＝T_est；其中A_est为图幅中每种地类的面积构成的矩阵，W_est为每种地类标准工时构成的向量，T_est为图幅处理工时；3、采用RANSAC算法计算模型参数W_est，得到每种地类标准工时。该方法能够根据实际生产中记录的工时数据计算标准工时，进而估计出图幅的处理工时，避免作业员效率过高或过低对地类标准工时计算的影响。

Description

一种航测内业图幅地类处理标准工时计算方法、系统及应用

技术领域

本发明属于航空测绘内业处理领域，具体涉及一种图幅地类处理标准工时的计算方法，以及该方法在工时估计中的应用。

背景技术

在航空测绘内业生产中，大面积测区一般划分为多个图幅，作业员对图幅进行处理。标准工时是处理单位面积图幅所需的时间，是图幅处理时间预估、作业计划编制的重要依据。在内业处理的数据、产品类型和作业员效率均确定的情况下，影响图幅处理标准工时最重要的因素是图幅内的地类分布。不同地类的处理难度不一，往往使处理时间差异明显。所以，在计算标准工时时必须区分地类，即对不同地类计算标准工时。地类数据既可以来源于对遥感影像的分类，也可以直接来自公开的土地覆盖数据。随着遥感技术的发展，公开且免费的全球和全国范围的土地覆盖数据越来越多，因而很容易计算出图幅内的地类占比或构成。

目前阶段通常采用专门测评的方式获得地类标准工时，即作业主管组织作业员对典型地类的典型图幅进行处理，记录处理时间，求均值，得到地类单位面积的处理时间作为标准工时。虽然该做法简单易行，但是存在一个很大的问题是容易低估地类标准工时。其原因包括：在专门测评时，通常数据都预先装备好，工序之间切换紧密，作业员工作效率一直处于较高水平，即专门测评时是较为理想的作业状态，实际作业中常常无法达到专门测评时高水平的作业条件和作业效率，专门测评无法体现图幅作业的常态。此外，专门测评用的图幅数量较少，无法充分代表该地类的总体处理难度。上述因素导致实际工时比标准工时要长。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种航测内业图幅地类处理标准工时计算方法，该方法能够根据实际生产中记录的工时数据计算标准工时，进而估计出图幅的处理工时。

技术方案：本发明一方面公开了一种航测内业图幅地类处理标准工时计算方法，包括：

S1、构建样本集，所述样本集中包括S个样本图幅，每个样本图幅中有至少两种地类；统计每个样本图幅的处理工时T_s和样本图幅中每种地类的面积；第s个样本图幅中第c种地类的面积为a_sc；s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；C为地类的总数，S>C；

S2、建立处理工时与地类面积之间的线性模型：A_estW_est＝T_est；

其中A_est为图幅中每种地类的面积构成的矩阵，W_est为每种地类标准工时构成的向量，T_est为图幅处理工时；

S3、采用RANSAC(随机采样一致性)算法计算模型参数W_est，得到每种地类标准工时。

所述步骤S3中采用RANSAC算法计算模型参数W_est的步骤为：

S31、设置最大估计次数M，M小于等于

N为每次随机抽取的样本数，令当前估计次数m＝0；

S32、从样本集中随机不重复选择N个样本图幅构成子样本集Q_m，C≤N<S；对子样本集Q_m构建处理工时与地类面积之间的线性模型：A_mW_m＝B_m；

其中

为子样本集Q_m中样本图幅的地类面积构成的N×C矩阵，a_n,c,m为子样本集Q_m中第n个样本图幅中第c种地类的面积；n＝1,2,…,N，c＝1,2,…,C；

B_m＝[T_1,m T_2,m … T_N,m]^T，为子样本集Q_m中样本图幅处理工时构成的N维向量；

W_m＝[w_1,m w_2,m … w_(C-1),m w_C,m]^T，为地类标准工时构成的C维向量；

S33、计算W_m，如果W_m有唯一解，且W_m中每个元素均大于0，则W_m为有效解，进入步骤S34；否则，W_m为无效解，跳转到步骤S32进行下次估计；

S34、根据W_m计算样本集的估计误差向量：E_m＝FW_m-G；

其中，

为样本集每个样本图幅中每种地类的面积构成的S×C矩阵，a_sc为第s个样本图幅中第c种地类的面积，s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；

G＝[T₁ … T_S]，为样本集每个样本图幅的处理工时，T_s为第s个样本图幅的处理工时；

统计E_m中元素绝对值|e_s|小于误差阈值e_th的数目，记为内点数目N_inlier,m；当前估计的总体估计误差e_m为e_m＝||E_m||；||·||为向量求模运算；

令当前估计次数m加一，如果m到达最大估计次数M，则结束估计，进入步骤S35，否则，跳转至步骤S32进行下一次估计；

S35、从M次估计结果中选择内点数目N_inlier,m最大的有效解W_m作为最优的地类标准工时向量W_est；如果内点数目N_inlier,m最大的有效解有多个，则从这多个解中选择总体估计误差e_m最小的有效解W_m作为最优的地类标准工时向量W_est。

步骤S33计算W_m时，如果子样本集中样本图幅数N＝C，则W_m＝A_m ^-1B_m，可采用因式分解或数值分析的方法求解W_m；

如果N>C，采用最小二乘法计算W_m：W_m＝(A_m ^TA_m)^-1A_m ^TB_m。

进一步地，当处理一个图幅有多个工序时，有以下两种情况：

情况一、

J为工序总数，t_sj为第s个样本图幅中工序j的工时，j＝1,2,…,J；T_est为图幅处理的总工时，W_est为每种地类标准总工时构成的向量；B_m中的元素为子样本集Q_m中样本图幅处理总工时。

情况二、T_s＝t_sj，t_sj为第s个样本图幅中工序j的工时，j∈{1,2,…,J}，J为工序总数；T_est为图幅处理中工序j的总工时；W_est为每种地类处理中工序j的标准工时构成的向量；B_m中的元素为子样本集Q_m中样本图幅上的工序j的总工时。

另一方面，本发明公开了应用上述标准工时计算方法进行航测内业图幅地类处理工时估计的方法，包括：

采用上述标准工时计算方法计算地类处理标准工时W_est；

统计待估计图幅中每种地类的面积，构成的行向量或矩阵A_est代入线性模型A_estW_est＝T_est中，得到待估计图幅的处理工时估计值T_est。

另一方面，本发明公开了实现上述航测内业图幅地类处理标准工时计算方法的系统，包括：

样本集构建模块，用于构建包括S个样本图幅的样本集，每个样本图幅中有至少两种地类；统计每个样本图幅的处理工时T_s和样本图幅中每种地类的面积；第s个样本图幅中第c种地类的面积为a_sc；s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；C为地类的总数，S>C；

线性模型构建模块，用于建立处理工时与地类面积之间的线性模型：A_estW_est＝T_est；其中A_est为图幅中每种地类的面积构成的矩阵，W_est为每种地类标准工时构成的向量，T_est为图幅处理工时；

地类标准工时向量计算模块，用于采用RANSAC算法计算模型参数W_est，得到每种地类标准工时。

另一方面，本发明还公开了实现上述航测内业图幅地类处理工时估计方法的系统，包括：

航测内业图幅地类处理标准工时计算系统，用于计算地类处理标准工时W_est；

地类处理工时估计模块，用于统计待估计图幅中每种地类的面积，构成的行向量或矩阵A_est代入线性模型A_estW_est＝T_est中，得到待估计图幅的处理工时估计值T_est。

有益效果：本发明公开航测内业图幅地类处理标准工时计算方法，通过对历史实际作业数据的挖掘，采用RANSAC算法得到航测内业图幅中每种地类处理的标准工时。与传统的专门测评相比，本发明公开的方法避免了作业效率过高或过低的样本图幅的影响，得到的地类标准工时更准确，更符合实际生产中的效率。

附图说明

图1为本发明公开航测内业图幅地类处理标准工时计算方法的流程图；

图2为采用RANSAC算法计算模型参数W_est的流程图；

图3为本发明公开航测内业图幅地类处理标准工时计算系统的组成图；

图4为本发明公开航测内业图幅地类处理工时估计系统的组成图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1

本发明公开了一种航测内业图幅地类处理标准工时计算方法，如图1所示，包括：

S1、构建样本集，所述样本集中包括S个样本图幅，每个样本图幅中有至少两种地类；统计每个样本图幅的处理工时T_s(单位为分钟或小时，本实施例中为小时)和样本图幅中每种地类的面积(单位为平方米或平方千米，本实施例中为平方千米)；第s个样本图幅中第c种地类的面积为a_sc；s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；C为地类的总数，S>C；

当处理一个图幅有多个工序时，有以下两种情况：

情况一、

J为工序总数，t_sj为第s个样本图幅中工序j的工时，j＝1,2,…,J，即T_s为处理第s个样本图幅的总工时；

情况二、T_s＝t_sj，t_sj为第s个样本图幅中工序j的工时，j∈{1,2,…,J}，J为工序总数，即T_s为处理第s个样本图幅中工序j的工时。

以上两种情况可以根据实际需要选择，既可以在整体水平上计算标准工时，也可以计算不同工序的标准工时。

样本集的设置要覆盖全部种类的地类，各地类的构成尽量均衡；且处理样本集中样本图幅的作业员数量要足够大，最少为5人；作业员水平符合行业标准。

图幅中地类的面积可以通过如下方法计算：

S11、将地形图栅格化，每个正方形栅格边长对应的实际长度为len，地形图中的每种地类用闭合多边形包围；每种地类的栅格数目清零；

S12、遍历栅格化后的地形图中每个栅格，如栅格的中心坐标落入第c种地类的闭合多边形内，则第c种地类的栅格数目Num_c加1；

S13、遍历结束后，地形图上第c种地类的面积为len²Num_c。

S2、建立处理工时与地类面积之间的线性模型：A_estW_est＝T_est；

其中A_est为图幅中每种地类的面积构成的矩阵，当样本集中

时，W_est为每种地类标准总工时构成的向量，其每个元素的单位为h/km²，T_est为图幅处理的总工时；当样本集中T_s＝t_sj时，W_est为图幅处理中每种地类的工序j的标准工时构成的向量，T_est为图幅处理中工序j的工时，j∈{1,2,…,J}；

S3、采用RANSAC算法计算模型参数W_est，得到每种地类标准工时；如图2所示，具体步骤为：

S31、设置最大估计次数M，M小于等于C_S ^N，N为每次随机抽取的样本数，令当前估计次数m＝0；

S32、从样本集中随机选择N个样本图幅构成子样本集Q_m，C≤N<S，Q_m不能和前面抽取得到的Q_m重复；对子样本集Q_m构建处理工时与地类面积之间的线性模型：A_mW_m＝B_m；

其中

为子样本集Q_m中样本图幅的地类面积构成的N×C矩阵，a_n,c,m为子样本集Q_m中第n个样本图幅中第c种地类的面积；n＝1,2,…,N，c＝1,2,…,C；

B_m＝[T_1,m T_2,m … T_N,m]^T，为子样本集Q_m中样本图幅处理工时构成的N维向量；B_m中元素T_n,m的选择也有两种：当样本集中

时，B_m中的元素T_n,m为子样本集Q_m中第n个样本图幅处理总工时，此时W_m＝[w_1,m w_2,m … w_(C-1),m w_C,m]^T，为地类标准总工时构成的C维向量；

当样本集中T_s＝t_sj时，B_m中的元素T_n,m为子样本集Q_m中第n个样本图幅处理中工序j的总工时，此时W_m＝[w_1,m w_2,m … w_(C-1),m w_C,m]^T，为地类处理中工序j的标准工时构成的C维向量；

S33、计算W_m：如果子样本集中样本图幅数N＝C，则W_m＝A_m ^-1B_m，可采用因式分解或数值分析的方法求解W_m；如果N>C，采用最小二乘法计算W_m：W_m＝(A_m ^TA_m)^-1A_m ^TB_m。

如果W_m有唯一解，且W_m中每个元素均大于0，则W_m为有效解，进入步骤S34；否则，W_m为无效解，跳转到步骤S32进行下次估计；

S34、根据W_m计算样本集的估计误差向量：E_m＝FW_m-G；

其中，

为样本集每个样本图幅中每种地类的面积构成的S×C矩阵，a_sc为第s个样本图幅中第c种地类的面积，s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；

G＝[T₁ … T_S]，为样本集每个样本图幅的处理工时，T_s为第s个样本图幅的处理工时。

统计E_m中元素绝对值|e_s|小于误差阈值e_th的数目，记为内点数目N_inlier,m；误差阈值e_th为预设的大于0的实数，可以根据需求取能接受的误差，如0.1h等。

当前估计的总体误差e_m为e_m＝||E_m||；||·||为向量求模运算；

令当前估计次数m加一，如果m到达最大估计次数M，则结束估计，进入步骤S35，否则，跳转至步骤S32进行下一次估计；

S35、从M次估计结果中选择内点数目N_inlier,m最大的有效解W_m作为最优的地类标准工时向量W_est；如果内点数目N_inlier,m最大的有效解有多个，则从这多个解中选择总体估计误差e_m最小的有效解W_m作为最优的地类标准工时向量W_est。

本实施例还公开了实现上述航测内业图幅地类处理标准工时计算方法的系统，如图3所示，包括：

样本集构建模块11，用于构建包括S个样本图幅的样本集，每个样本图幅中有至少两种地类；统计每个样本图幅的处理工时T_s和样本图幅中每种地类的面积；第s个样本图幅中第c种地类的面积为a_sc；s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；C为地类的总数；

与步骤S1相同，T_s可以根据实际需要在情况一和情况二中选择，即可以在整体水平上计算标准工时，也可以计算不同工序的标准工时。

线性模型构建模块12，用于建立处理工时与地类面积之间的线性模型：A_estW_est＝T_est；其中A_est为图幅中每种地类的面积构成的矩阵，W_est为每种地类标准工时构成的向量，T_est为图幅处理工时；

地类标准工时向量计算模块13，用于采用RANSAC算法根据步骤S3计算模型参数W_est，得到每种地类标准工时。

实施例2

本实施例公开了一种航测内业图幅地类处理工时估计方法，包括：

采用如实施例1中的方法计算地类处理标准工时W_est；

如果待估计图幅只有1个，统计待估计图幅中每种地类的面积，构成的C维行向量A_est代入线性模型A_estW_est＝T_est中；T_est为C维行向量A_est与C维列向量W_est的点积，即为待估计图幅的处理工时估计值；

如果待估计图幅有多个，统计待估计图幅中每种地类的面积，构成矩阵A_est代入线性模型A_estW_est＝T_est中；T_est为每个待估计图幅的处理时间估计值。

实现上述航测内业图幅地类处理工时估计方法的系统如图4所示，包括：

如实施例1中所述的航测内业图幅地类处理标准工时计算系统1，用于计算地类处理标准工时W_est；

地类处理工时估计模块2，用于统计待估计图幅中每种地类的面积，构成的行向量或矩阵A_est代入线性模型A_estW_est＝T_est中，得到待估计图幅的处理工时估计值T_est。

Claims (8)

1.一种航测内业图幅地类处理标准工时计算方法，其特征在于，包括：

S1、构建样本集，所述样本集中包括S个样本图幅，每个样本图幅中有至少两种地类；统计每个样本图幅的处理工时T_s和样本图幅中每种地类的面积；第s个样本图幅中第c种地类的面积为a_sc；s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；C为地类的总数，S>C；

S2、建立处理工时与地类面积之间的线性模型：A_estW_est＝T_est；

其中A_est为图幅中每种地类的面积构成的矩阵，W_est为每种地类标准工时构成的向量，T_est为图幅处理工时；

S3、采用RANSAC算法计算模型参数W_est，得到每种地类标准工时；

所述步骤S3中采用RANSAC算法计算模型参数W_est的步骤为：

S31、设置最大估计次数M，M小于等于

N为每次随机抽取的样本数，

表示从S个样本中抽取N个样本的组合个数；令当前估计次数m＝0；

S32、从样本集中随机不重复选择N个样本图幅构成子样本集Q_m，C≤N<S；对子样本集Q_m构建处理工时与地类面积之间的线性模型：A_mW_m＝B_m；

其中

为子样本集Q_m中样本图幅的地类面积构成的N×C矩阵，a_n,c,m为子样本集Q_m中第n个样本图幅中第c种地类的面积；n＝1,2,…,N，c＝1,2,…,C；

B_m＝[T_1,m T_2,m … T_N,m]^T，为子样本集Q_m中样本图幅处理工时构成的N维向量；

W_m＝[w_1,m w_2,m … w_(C-1),m w_C,m]^T，为地类标准工时构成的C维向量；

S33、计算W_m，如果W_m有唯一解，且W_m中每个元素均大于0，则W_m为有效解，进入步骤S34；否则，W_m为无效解，跳转到步骤S32进行下次估计；

S34、根据W_m计算样本集的估计误差向量：E_m＝FW_m-G；

其中，

为样本集每个样本图幅中每种地类的面积构成的S×C矩阵，a_sc为第s个样本图幅中第c种地类的面积，s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；

G＝[T₁ … T_S]，为样本集每个样本图幅的处理工时，T_s为第s个样本图幅的处理工时；

统计E_m中元素绝对值|e_s|小于误差阈值e_th的数目，记为内点数目N_inlier,m；当前估计的总体误差e_m为e_m＝||E_m||；||·||为向量求模运算；

令当前估计次数m加一，如果m到达最大估计次数M，则结束估计，进入步骤S35，否则，跳转至步骤S32进行下一次估计；

S35、从M次估计结果中选择内点数目N_inlier,m最大的有效解W_m作为最优的地类标准工时向量W_est；如果内点数目N_inlier,m最大的有效解有多个，则从这多个解中选择总体估计误差e_m最小的有效解W_m作为最优的地类标准工时向量W_est。

2.根据权利要求1所述的航测内业图幅地类处理标准工时计算方法，其特征在于，步骤S33计算W_m时，如果子样本集中样本图幅数N＝C，则W_m＝A_m ^-1B_m，采用因式分解或数值分析的方法求解W_m；

如果N>C，采用最小二乘法计算W_m：W_m＝(A_m ^TA_m)^-1A_m ^TB_m。

3.根据权利要求1所述的航测内业图幅地类处理标准工时计算方法，其特征在于，当处理一个图幅有多个工序时，

J为工序总数，t_sj为第s个样本图幅中工序j的工时，j＝1,2,…,J；T_est为图幅处理的总工时，W_est为每种地类标准总工时构成的向量；B_m中的元素为子样本集Q_m中样本图幅处理总工时。

4.根据权利要求1所述的航测内业图幅地类处理标准工时计算方法，其特征在于，当处理一个图幅有多个工序时，T_s＝t_sj，J为工序总数，t_sj为第s个样本图幅中工序j的工时，j∈{1,2,…,J}；T_est为图幅处理中工序j的总工时；W_est为每种地类处理中工序j的标准工时构成的向量；B_m中的元素为子样本集Q_m中样本图幅处理中工序j的总工时。

5.一种航测内业图幅地类处理工时估计方法，其特征在于，包括：

采用如权利要求1-4中任一项所述的方法计算地类处理标准工时W_est；

统计待估计图幅中每种地类的面积，构成的行向量或矩阵A_est代入线性模型A_estW_est＝T_est中，得到待估计图幅的处理工时估计值T_est。

6.一种航测内业图幅地类处理标准工时计算系统，其特征在于，包括：

样本集构建模块，用于构建包括S个样本图幅的样本集，每个样本图幅中有至少两种地类；统计每个样本图幅的处理工时T_s和样本图幅中每种地类的面积；第s个样本图幅中第c种地类的面积为a_sc；s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；C为地类的总数，S>C；

线性模型构建模块，用于建立处理工时与地类面积之间的线性模型：A_estW_est＝T_est；其中A_est为图幅中每种地类的面积构成的矩阵，W_est为每种地类标准工时构成的向量，T_est为图幅处理工时；

地类标准工时向量计算模块，用于采用RANSAC算法计算模型参数W_est，得到每种地类标准工时；

所述地类标准工时向量计算模块采用如下步骤计算模型参数W_est：

S31、设置最大估计次数M，M小于等于

N为每次随机抽取的样本数，

表示从S个样本中抽取N个样本的组合个数；令当前估计次数m＝0；

S32、从样本集中随机不重复选择N个样本图幅构成子样本集Q_m，C≤N<S；对子样本集Q_m构建处理工时与地类面积之间的线性模型：A_mW_m＝B_m；

其中

为子样本集Q_m中样本图幅的地类面积构成的N×C矩阵，a_n,c,m为子样本集Q_m中第n个样本图幅中第c种地类的面积；n＝1,2,…,N，c＝1,2,…,C；

B_m＝[T_1,m T_2,m … T_N,m]^T，为子样本集Q_m中样本图幅处理工时构成的N维向量；

W_m＝[w_1,m w_2,m … w_(C-1),m w_C,m]^T，为地类标准工时构成的C维向量；

S33、计算W_m，如果W_m有唯一解，且W_m中每个元素均大于0，则W_m为有效解，进入步骤S34；否则，W_m为无效解，跳转到步骤S32进行下次估计；

S34、根据W_m计算样本集的估计误差向量：E_m＝FW_m-G；

其中，

为样本集每个样本图幅中每种地类的面积构成的S×C矩阵，a_sc为第s个样本图幅中第c种地类的面积，s＝1,2,…,S，c＝1,2,…,C；

G＝[T₁ … T_S]，为样本集每个样本图幅的处理工时，T_s为第s个样本图幅的处理工时；

统计E_m中元素绝对值|e_s|小于误差阈值e_th的数目，记为内点数目N_inlier,m；当前估计的总体误差e_m为e_m＝||E_m||；||·||为向量求模运算；

令当前估计次数m加一，如果m到达最大估计次数M，则结束估计，进入步骤S35，否则，跳转至步骤S32进行下一次估计；

S35、从M次估计结果中选择内点数目N_inlier,m最大的有效解W_m作为最优的地类标准工时向量W_est；如果内点数目N_inlier,m最大的有效解有多个，则从这多个解中选择总体估计误差e_m最小的有效解W_m作为最优的地类标准工时向量W_est。

7.根据权利要求6所述的航测内业图幅地类处理标准工时计算系统，其特征在于，当处理一个图幅有多个工序时，有以下两种情况：

情况一、

J为工序总数，t_sj为第s个样本图幅中工序j的工时，j＝1,2,…,J；T_est为图幅处理的总工时，W_est为每种地类标准总工时构成的向量；B_m中的元素为子样本集Q_m中样本图幅处理总工时；

情况二、T_s＝t_sj，t_sj为第s个样本图幅中工序j的工时，j∈{1,2,…,J}，J为工序总数；T_est为图幅处理中工序j的总工时；W_est为每种地类处理中工序j的标准工时构成的向量；B_m中的元素为子样本集Q_m中样本图幅处理中工序j的工时。

8.一种航测内业图幅地类处理工时估计系统，其特征在于，包括：

如权利要求6-7中任一项所述的航测内业图幅地类处理标准工时计算系统，用于计算地类处理标准工时W_est；

地类处理工时估计模块，用于统计待估计图幅中每种地类的面积，构成的行向量或矩阵A_est代入线性模型A_estW_est＝T_est中，得到待估计图幅的处理工时估计值T_est。

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