CN115235439B - 基于网格划分和数据校正的地块测亩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于网格划分和数据校正的地块测亩方法,属于测量技术领域。本发明通过获取的L2值与土地面积间的映射关系,第二地块测亩模型能够基于这个映射关系快速预测出土地面积,然后通过对各虚拟空间多边形对应的面积预测值进行求和,并以所得和值去验证第一地块测亩模型以获取的L1值为自变量求解得到的y值,通过这种验证方式大幅度提升了对凸多边形区域进行测亩的准确性。而且,在预测凸多边形区域的测亩结果时,只需要获取到L2值和L1值即可,不再需要对凸多边形区域进行区域划分,计算速度大幅度提升。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域,具体涉及一种基于网格划分和数据校正的地块测亩方法。
背景技术
在耕地划分、地块测量等场景,需要对地块上的某个或若干个区域是否达到一亩所占面积进行确定,现有方法中,通常采用人为测亩的方式,即人员沿区域边界通过拉皮尺的方式进行测亩,这种人为方式操作起来费时费力,当需要测量的区域数量众多时,该缺陷更为突出。况且,待测亩区域通常呈现的是不规则的形状,可能是矩形、也可能是五边形、六边形等,通过皮尺测亩的方式量得形状不规则的待测亩区域的每条边界的长度后,在计算面积时,还需要对待测亩区域进行相应的划分,比如划分为规则的矩形+三角形的组合,或者划分为梯形或三角形的组合等,然后对划得的各个规则的形状进行面积计算后再求和得到待测亩区域的面积,但人为将不规则的待测亩区域划分为规则的形状组合将耗费更长的时间,逐个测量每个规则的形状的边界长度再对每个规则形状进行人为的面积计算,非常复杂、麻烦,当待测亩区域的数量众多时,这种人为测量的方式并不现实,实际场景中难以应用,且测量结果误差较大,并不精准。
发明内容
为解决上述问题,本发明以简化测亩计算过程,提高测亩精度和测亩自动化程度为目的,提供了一种基于网格划分和数据校正的地块测亩方法。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
提供一种基于网格划分和数据校正的地块测亩方法,步骤包括:
若匹配成功,则转入步骤S2;
若匹配失败,则终止对所述凸多边形区域的测亩流程;
S2,将所述虚拟凸多边形离散为若干个所述虚拟空间多边形,然后获
取所述虚拟凸多边形对应的数据对以及获取每个所述虚拟空间多边形对
应的数据对,、分别表示所述虚拟凸多边形的中心位点与其每个顶点的
距离均值、顶点数量;分别表示每个所述虚拟空间多边形的中心位点与其每
个顶点的距离的均值;
A1,在所述凸多边形区域的每个顶点处分别安装距离传感器,并记录每个安装位
置在轴坐标系下的坐标,分别记为,表示所述凸多边形区域的
顶点数量,然后根据记录的这些坐标在计算机上绘制出所述凸多边形区域对应的所述虚拟
凸多边形;
A2,根据所述虚拟凸多边形的每个顶点的坐标计算所述虚拟凸多边形
的所述中心位点在轴坐标系下的坐标,记为,然后计算所述中心位点与其
所在的所述虚拟凸多边形上的每个顶点的距离的均值,记为,从而得到所述
数据对。
A5,根据所述虚拟空间多边形上的每个顶点的坐标计算所述虚拟空间多边
形的所述中心位点在轴坐标系下的坐标,记为,然后计算所述中心位点与其所在的所述虚拟空间多边形上的每个顶点的距离的均值,记为,从而得到关
联每个所述虚拟空间多边形的所述数据对。
作为优选,步骤S3中,构建所述第一地块测亩模型和所述第二地块测亩模型的方法步骤包括:
C4,以若干数据对中的为自变量,数据对中的为因变量求解所
述第一地块测亩模型,得到第一测亩参数的第一参数值;利用若干数据对中的
为自变量,数据对中的为因变量求解所述第二地块测亩模型,得到第二测亩参数的第
一参数值;
C5,将各所述第一测亩参数、各所述第二测亩参数的第一参数值分别代入到所述
第一地块测亩模型和所述第二地块测亩模型中,并将每个所述虚拟凸多边形对应的值输入到所述第一地块测亩模型中,模型输出对应的值,记为,并将每个所述虚
拟空间多边形对应的值输入到所述第二地块测亩模型中,模型输出对应的值,记
为;
若是,则转入步骤C9,
C9,通过拉格朗日插值多项式的插值方法分别拟合所述第一拟合点集和所述第二拟合点集中的各拟合点,得到所述第一拟合点集对应的第一拟合曲线和所述第二拟合点集对应的第二拟合曲线;
C10,根据所述第一拟合曲线求解所述第一地块测亩模型的各所述第一测亩参数的第二参数值,根据所述第二拟合曲线求解所述第二地块测亩模型的各所述第二测亩参数的第二参数值;
C11,更新校正各所述第一测亩参数和各所述第二测亩参数的第二参数值,然后将更新后得到的各第二参数值代入到对应的所述第一地块测亩模型或所述第二地块测亩模型中,完成对所述第一地块测亩模型和所述第二地块测亩模型的构建。
作为优选,步骤C9中,利用拉格朗日插值多项式的所述插值方法拟合得到所述第一拟合曲线或所述第二拟合曲线的方法通过以下公式(5)表达:
作为优选,步骤C11中,更新校正各所述第一测亩参数的第二参数值的方法包括步骤:
若是,则通过以下公式(9)校正所述第一测亩参数的第二参数值:
若否,则通过以下公式(10)校正所述第一测亩参数的第二参数值:
作为优选,步骤C11中,更新校正各所述第二测亩参数的第二参数值的方法包括步骤:
若是,则通过以下公式(13)校正所述第二测亩参数的第二参数值:
若否,则通过以下公式(14)校正所述第二测亩参数的第二参数值:
本发明具有以下有益效果:
1、通过对物理空间下的凸多边形区域绘制其对应的虚拟凸多边形,将现实场景下的测亩工作转移到计算机空间中,使得自动测亩成为可能;
2、将虚拟凸多边形离散为若干个虚拟空间多边形作为测亩单元,对测亩单元作了细化,通过计算每个测亩单元的面积并求和,所得和值作为虚拟凸多边形的面积,减少了测亩结果的误差,有利于提升测亩精度;
3、通过构建第一地块测亩模型寻找到了虚拟凸多边形的中心位点与其每个顶
点的距离的均值与该虚拟凸多边形的测亩结果间的映射关系,后续对在待测亩地
块上确定的凸多边形区域,只要获取到其对应的值即可快速求解出该凸多边形区域对应
的测亩结果,解决了人为将不规则区域划分为若干个形状规则的区域并对每个规则
区域进行面积计算并求和的方法过于费时、过于复杂且测亩误差较大的问题;
4、通过构建第二地块测亩模型寻找到了虚拟空间多边形的中心位点与其每个
顶点的距离的均值与该虚拟空间多边形的测亩结果间的映射关系,对于每个虚拟
空间多边形,只要获取到其对应的值即可快速求解出该虚拟空间多边形对应的测亩结果,然后对关联同个虚拟凸多边形的各虚拟空间多边形的测亩结果进行求和,并
根据所得和值与的差值大小即可判断出第一地块测亩模型输出的测亩结果是否正
确,通过第二地块测亩模型实现了对第一地块测亩模型输出的测亩结果的二次验证。
5、通过设置第一差值阈值,在步骤S4中,当判定和值与的差值绝
对值是否大于或等于预设的第一差值阈值时,将数据对和数据对加入
到分别对应的第一拟合点集和第二拟合点集中,增加了拟合点数量,使得后续通过拉格朗
日插值多项式的插值方法拟合得到的第一拟合曲线或第二拟合曲线更加平滑,求解得到的
各第一测亩参数或各第二测参数的第二参数值更加精确,有利于提高测亩结果的准确度;
6、通过设置第二差值阈值、第三差值阈值和第四差值阈值,以寻找第一拟合点集和第二拟合点集中的噪声拟合点,进一步提高了通过后续利用拉格朗日插值多项式的插值方法拟合得到的第一拟合曲线和第二拟合曲线反推得到的各第一测亩参数和各第二测亩参数分别对应的第二参数值的准确度;
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面所描述的附图仅仅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是本发明一实施例提供的基于网格划分和数据校正的地块测亩方法的实现步骤图;
图2是对在待测亩地块上确定的凸四边形区域对应绘制的虚拟凸四边形进行虚拟空间多边形离散以及对每个虚拟空间多边形进行二次离散后的示意图;
图3是对待测亩地块上确定的凸五边形区域对应绘制的虚拟凸五边形进行虚拟空间多变形离散以及对每个虚拟空间多变形进行二次离散后的示意图;
图4是对待测亩地块上确定的凸六边形区域对应绘制的虚拟凸六边形进行虚拟空间多边形离散以及对每个虚拟空间多边形进行二次离散后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本专利的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系,该术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;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,可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。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。
本实施例中,构建第一地块测亩模型和第二地块测亩模型的方法步骤包括:
A1,在凸多边形区域的每个顶点处分别安装距离传感器,并记录每个安装位置在轴坐标系下的坐标,分别记为,表示凸多边形区域的顶点数量,
然后根据记录的这些坐标在计算机上绘制出凸多边形区域对应的虚拟凸多边形;当时,绘制的虚拟凸多边形分别如图2、图3和图4所示;
A2,根据虚拟凸多边形的每个顶点的坐标计算虚拟凸多边形的中心位
点在轴坐标系下的坐标,记为,然后计算中心位点与其所在的虚拟凸多边
形上的每个顶点的距离的均值,记为,从而得到数据对。这里需要说明的是,
虚拟凸多边形的每个顶点坐标确定后,可以应用常规的数学算法计算出中心位点
的坐标,具体计算过程在此不做说明。的计算过程在下述内容中会有说明,在此暂不
交代。
C2,将每个虚拟凸多边形离散为若干个虚拟空间多边形,然后获取与
每个虚拟凸多边形具有离散关系的每个虚拟空间多边形对应的
数据对,表示分别表示每个虚拟空间多边形的中心位点与其每个顶
点的的距离的均值、顶点数量和面积;
A3,对虚拟凸多边形的每条边进行等分,并计算每个等分点在轴坐标
系下的坐标(每个等分点的坐标可根据所在等分线段上的两个顶点的坐标计算而得,具
体计算方法采用常规的数学算法,在此不做说明),并将每个等分点与中心位点进行
连线后,将虚拟凸多边形离散为若干个虚拟空间多边形,;
A4,计算每个虚拟空间多边形上的每个顶点坐标,分别记为(同样地,这些顶点坐标可以根据等分点坐标、中心位点坐标以
及虚拟凸多边形上的各顶点坐标采用常规的数学算法计算而得,因此详细计算过程
不做说明),表示虚拟空间多边形的顶点数量;虚拟空间多边形的示例请参照
图2
A5,根据虚拟空间多边形上的每个顶点的坐标计算虚拟空间多边形的
中心位点在轴坐标系下的坐标,记为(可根据该虚拟空间多边形的4个
顶点坐标采用常规的数学算法计算而得,具体计算过程不做说明),然后计算中心位点与
其所在的虚拟空间多边形上的每个顶点的距离的均值,记为,从而得到关联每个虚
拟空间多边形的所述数据对。
C3,获取分别对应的第一地块测亩模型、第二地块测亩模型,即的值不
同时,分别具有对应的地块测亩模型;例如如图3中所示,、;而图4中、。的数值越大,说明在待测亩区域上确定的凸多边形区域的形状越复杂,需要离散的虚拟空
间多边形以及对各所述虚拟空间多边形需要进一步离散的虚拟三角形的数量越多,离散的
虚拟空间多边形和虚拟三角形的数量越多则代表对凸多边形区域作面积分块计算的复杂
度越高,更容易出现计算误差,为了平衡面积计算误差与计算速度,本实施例对具有不同顶
点的虚拟凸多边形和虚拟空间多边形采用不同的地块测亩模型分别计算对应区域的面积。
而为了确保面积求解的精度,本实施例将高阶方程的阶数与虚拟凸多边形和虚拟空间多边
形的顶点数量相关联,以虚拟凸多边形的顶点数量分别为对应的作为第一地块测亩模型
的第一高阶方程的阶数、并以虚拟空间多边形的顶点数量为对应的作为第二地块测亩模
型的第二高阶方程的阶数。
作为第一地块测亩模型的第一高阶方程的表达式如下:
这里需要说明的是,的值不局限于4、5、6,还可以是其他的值,这里限定4、5、6是
为了方便表达对应的第一地块测亩模型,时,其对应的第一地块测亩模型在公式(1)
提供的表达式的项后再加上,时,在后加上,以此类推,不再
赘述。
作为第二地块测亩模型的第二高阶方程的表达式如下:
C4,以若干数据对中的为自变量,数据对中的为因变量求解第
一地块测亩模型,得到第一测亩参数的第一参数值;利用若干数据对中的为自
变量,数据对中的为因变量求解第二地块测亩模型,得到第二测亩参数的第一参数
值;
C5,将各第一测亩参数、各第二测亩参数的第一参数值分别代入到第一地块测亩
模型和第二地块测亩模型中,并将每个虚拟凸多边形对应的值输入到第一地块测
亩模型中,模型输出对应的值,记为,并将每个虚拟空间多边形对应的值输
入到第二地块测亩模型中,模型输出对应的值,记为;
若是,则转入步骤C9,
C9,通过拉格朗日插值多项式的插值方法分别拟合第一拟合点集和第二拟合点集中的各拟合点,得到第一拟合点集对应的第一拟合曲线和第二拟合点集对应的第二拟合曲线;
具体而言,利用拉格朗日插值多项式的插值方法拟合得到第一拟合曲线或第二拟合曲线的方法通过以下公式(5)表达:
这里需要说明的是,将第一拟合点集或第二拟合点集中的拟合数据代入到表达式(6)和公式(5)中,即可得到相应的拟合曲线,这里不对具体的数据代入过程进行说明。
得到第一拟合曲线和第二拟合曲线后,构建第一地块测亩模型和第二地块测亩模型的方法转入步骤:
C10,根据第一拟合曲线反推求解第一地块测亩模型的各第一测亩参数的第二参数值,根据第二拟合曲线反推求解第二地块测亩模型的各第二测亩参数的第二参数值;
这里需要说明的是,根据拟合曲线反推求解高阶方程的项系数(参数)的方法为常规的数学运算方法,例如,对于给定有具有项系数的值的一元一次方程,可以在XY轴坐标系下得到一条直线,同时可以根据给定的这条在XY轴坐标系下的直线反推得到该一元一次方程的各个项的项系数。不同的是,本实施例采用高阶方程作为第一地块测亩模型和第二地块测亩模型,当拟合点数量不足时,曲线不够平滑,反推得到的项系数(第二参数)与步骤C4中求解得到的同个参数的第一参数具有较大误差,而当拟合点数量足够时,曲线更为平滑,此时反推得到的项系数可能比步骤C4中求解得到的同个参数的第一参数更加准确。
但第一地块测亩模型和第二地块测亩模型中的各个参数到底以步骤C4计算的第一参数值为准还是以步骤C10中反推得到的第二参数值为准,需要有相应的理论依据来支撑。因此,在步骤C10后,还需要一个对模型参数进行校准的过程,即步骤:
C11,更新校正各第一测亩参数和各第二测亩参数的第二参数值,然后将更新后得到的各第二参数值代入到对应的第一地块测亩模型或第二地块测亩模型中,完成对第一地块测亩模型和第二地块测亩模型的构建。
本发明中,我们经反复实验总结发现,无论是第一地块测亩模型中的第一测亩参
数还是第二地块测亩模型中的第二测亩参数,对于同个参数通过步骤C4计算的第一参数值
和通过步骤C10反推得到的第二参数值,第一参数值和第二参数值的参数求解误差与模型
预测误差之间具有趋势上的对应关系,利用这个趋势上的对应关系去校正每个参数的第二
参数值,最终经校正后的模型预测输出的值与真实值更加接近。本实施例对于各参数的校
正方案具体如下:
步骤C11中,更新校正各第一测亩参数的第二参数值的方法包括步骤:
若是,则通过以下公式(9)校正第一测亩参数的第二参数值:
若否,则通过以下公式(10)校正第一测亩参数的第二参数值:
而更新校正各第二测亩参数的第二参数值的方法包括如下步骤:
若是,则通过以下公式(13)校正第二测亩参数的第二参数值:
若否,则通过以下公式(14)校正第二测亩参数的第二参数值:
综合以上方案,本发明完成了对第一地块测亩模型和第二地块测亩模型的构建,对于待测亩地块上确定的凸多边形区域,则可以通过应用这两个模型快速自动求解出对该凸多边形区域的测亩结果。如图1所示,本发明实施例提供的基于网格划分和数据校正的地块测亩方法,包括步骤:
若匹配成功,则转入步骤S2;
若匹配失败,则终止对凸多边形区域的测亩流程;
这里需要说明的是,区域相似度匹配的现有方法有许多,因此关于本申请采用的区域相似度匹配方法的具体匹配过程在此不做说明。
S2,将所述虚拟凸多边形离散为若干个所述虚拟空间多边形,然后获
取所述虚拟凸多边形对应的数据对以及获取每个所述虚拟空间多边形对
应的数据对,、分别表示所述虚拟凸多边形的中心位点与其每个顶点的
的距离均值、顶点数量;分别表示每个所述虚拟空间多边形的中心位点与其
每个顶点的距离的均值;
综上,本发明通过获取的值与面积间的映射关系,第二地块测亩模型能够
基于这个映射关系快速求解出,然后通过对各虚拟空间多边形对应的面积预
测值进行求和,并以所得和值去验证第一地块测亩模型以获取的值为自
变量求解得到的值即,通过这种验证方式大幅度提升了对凸多边形区域进行测亩
的准确性。而且,在预测凸多边形区域的测亩结果时,只需要获取到值和值即可,不再
需要对凸多边形区域进行区域划分,并对每个划得的区域分别作面积计算并求和,计算速
度大幅度提升,特别适于需要同时对多个不同形状的凸多边形区域作测亩预测的场景。
需要声明的是,上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白,还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是,这些变换只要未背离本发明的精神,都应在本发明的保护范围之内。另外,本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制,仅仅是为了便于描述。
Claims (10)
1.一种基于网格划分和数据校正的地块测亩方法,其特征在于,步骤包括:
若匹配成功,则转入步骤S2;
若匹配失败,则终止对所述凸多边形区域的测亩流程;
S2,将所述虚拟凸多边形离散为若干个虚拟空间多边形,然后获取所述虚拟
凸多边形对应的数据对以及获取每个所述虚拟空间多边形对应的
数据对,、分别表示所述虚拟凸多边形的中心位点与其每个顶点的距离均值、顶
点数量;分别表示每个所述虚拟空间多边形的中心位点与其每个顶点的距离
均值、顶点数量;
4.根据权利要求3所述的基于网格划分和数据校正的地块测亩方法,其特征在于,步骤S3中,构建所述第一地块测亩模型和所述第二地块测亩模型的方法步骤包括:
C4,以若干数据对中的为自变量,数据对中的为因变量求解所述第一
地块测亩模型,得到第一测亩参数的第一参数值;利用若干数据对中的为自变
量,数据对中的为因变量求解所述第二地块测亩模型,得到第二测亩参数的第一参数
值;
C5,将各所述第一测亩参数、各所述第二测亩参数的第一参数值分别代入到所述第一
地块测亩模型和所述第二地块测亩模型中,并将每个所述虚拟凸多边形对应的值
输入到所述第一地块测亩模型中,模型输出对应的值,记为,并将每个所述虚拟空
间多边形对应的值输入到所述第二地块测亩模型中,模型输出对应的值,记为;
若是,则转入步骤C9,
C9,通过拉格朗日插值多项式的插值方法分别拟合所述第一拟合点集和所述第二拟合点集中的各拟合点,得到所述第一拟合点集对应的第一拟合曲线和所述第二拟合点集对应的第二拟合曲线;
C10,根据所述第一拟合曲线求解所述第一地块测亩模型的各所述第一测亩参数的第二参数值,根据所述第二拟合曲线求解所述第二地块测亩模型的各所述第二测亩参数的第二参数值;
C11,更新校正各所述第一测亩参数和各所述第二测亩参数的第二参数值,然后将更新后得到的各第二参数值代入到对应的所述第一地块测亩模型或所述第二地块测亩模型中,完成对所述第一地块测亩模型和所述第二地块测亩模型的构建。
9.根据权利要求4所述的基于网格划分和数据校正的地块测亩方法,其特征在于,步骤C11中,更新校正各所述第一测亩参数的第二参数值的方法包括步骤:
若是,则通过以下公式(9)校正所述第一测亩参数的第二参数值:
若否,则通过以下公式(10)校正所述第一测亩参数的第二参数值:
10.根据权利要求4所述的基于网格划分和数据校正的地块测亩方法,其特征在于,步骤C11中,更新校正各所述第二测亩参数的第二参数值的方法包括步骤:
若是,则通过以下公式(13)校正所述第二测亩参数的第二参数值:
若否,则通过以下公式(14)校正所述第二测亩参数的第二参数值:
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