本發(fā)明涉及智慧農(nóng)業(yè)，尤其涉及一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、精確測(cè)算農(nóng)田作業(yè)面積可以幫助農(nóng)民科學(xué)制定種植計(jì)劃和施肥方案，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究和發(fā)展農(nóng)機(jī)作業(yè)面積測(cè)量技術(shù)對(duì)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量，具有重要意義。

2、傳統(tǒng)的人工丈量方法需要大量時(shí)間和勞動(dòng)力，準(zhǔn)確度也受到人為因素的影響，已經(jīng)不再適用于現(xiàn)代化的農(nóng)機(jī)作業(yè)管理。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今的農(nóng)田面積測(cè)量通常是通過(guò)農(nóng)機(jī)上的定位設(shè)備采集農(nóng)機(jī)運(yùn)行的軌跡點(diǎn)，并采用折線距離法或緩沖區(qū)算法對(duì)軌跡點(diǎn)進(jìn)行分析，從而得到農(nóng)田作業(yè)面積。折線距離法計(jì)算簡(jiǎn)單，可以快速處理大量數(shù)據(jù)的距離，但在實(shí)際操作中，受到人為因素影響，相對(duì)誤差較大。相比之下，緩沖區(qū)算法相對(duì)誤差較小，但計(jì)算復(fù)雜度高，尤其是在處理大規(guī)?？臻g數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。此外，這兩種方法對(duì)于具有復(fù)雜形狀的農(nóng)田，農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量精準(zhǔn)程度較低。

3、因此，如何提高農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量精準(zhǔn)程度，成為亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提高農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量精準(zhǔn)程度。

2、本發(fā)明提供一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法，包括如下步驟：獲取農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的多個(gè)軌跡點(diǎn)；

3、對(duì)全部所述軌跡點(diǎn)進(jìn)行篩選，得到多個(gè)篩選后的軌跡點(diǎn)；

4、將各個(gè)所述篩選后的軌跡點(diǎn)的經(jīng)緯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二維平面坐標(biāo)；

5、基于全部所述二維平面坐標(biāo)，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的第一初始作業(yè)面積；

6、基于全部所述二維平面坐標(biāo)，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的第二初始作業(yè)面積；

7、基于所述第一初始作業(yè)面積和所述第二初始作業(yè)面積，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的實(shí)際作業(yè)面積。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法，所述基于全部所述二維平面坐標(biāo)，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的第一初始作業(yè)面積，具體包括：

9、在多個(gè)相鄰的所述篩選后的軌跡點(diǎn)之間插入一個(gè)或多個(gè)插值點(diǎn)，并確定每個(gè)所述插值點(diǎn)的二維平面坐標(biāo)；

10、基于所有所述二維平面坐標(biāo)，確定任意兩個(gè)相鄰二維平面坐標(biāo)之間的距離；

11、將所有所述距離求和，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)形成的軌跡線的總長(zhǎng)度；

12、確定所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的作業(yè)幅寬；

13、將所述總長(zhǎng)度與所述作業(yè)幅寬相乘，得到所述第一初始作業(yè)面積。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法，所述基于全部所述二維平面坐標(biāo)，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的第二初始作業(yè)面積，具體包括：

15、確定所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的作業(yè)幅寬，并基于所述作業(yè)幅寬確定緩沖區(qū)寬度；

16、基于多個(gè)所述篩選后的軌跡點(diǎn)，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)形成的軌跡線；

17、基于所述緩沖區(qū)寬度，圍繞所述軌跡線構(gòu)建相應(yīng)的緩沖區(qū)；

18、對(duì)所述緩沖區(qū)進(jìn)行德勞內(nèi)三角剖分，將所述緩沖區(qū)劃分為多個(gè)三角形；

19、基于每個(gè)所述三角形的三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算各個(gè)所述三角形的面積；

20、將所述緩沖區(qū)內(nèi)所有三角形的面積相加，得到所述第二初始作業(yè)面積。

21、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法，所述基于所述緩沖區(qū)寬度，圍繞所述軌跡線構(gòu)建相應(yīng)的緩沖區(qū)，具體包括：

22、在所述軌跡線上每個(gè)所述篩選后的軌跡點(diǎn)處，沿所述軌跡線的法線方向向外擴(kuò)展與所述緩沖區(qū)寬度相等的距離，生成所述緩沖區(qū)。

23、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法，所述基于所述第一初始作業(yè)面積和所述第二初始作業(yè)面積，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的實(shí)際作業(yè)面積，具體包括：

24、基于所述第一初始作業(yè)面積和所述第二初始作業(yè)面積，建立雙目標(biāo)優(yōu)化模型；

25、生成初始種群，其中，所述初始種群中每個(gè)種群個(gè)體表示一組權(quán)重組合，所述權(quán)重組合用于對(duì)所述第一初始作業(yè)面積和所述第二初始作業(yè)面積進(jìn)行加權(quán)；

26、基于預(yù)設(shè)的改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法和所述初始種群，求解所述雙目標(biāo)優(yōu)化模型，得到第一權(quán)重和第二權(quán)重；

27、將所述第一權(quán)重、所述第二權(quán)重、所述第一初始作業(yè)面積和所述第二初始作業(yè)面積相乘后加權(quán)求和，得到所述實(shí)際作業(yè)面積。

28、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法，所述生成初始種群，具體包括：

29、通過(guò)混沌映射方法生成混沌種群；

30、通過(guò)反向?qū)W習(xí)生成反向種群；

31、將所述反向種群與所述混沌種群合并，得到所述初始種群。

32、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法，在所述基于預(yù)設(shè)的改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法和所述初始種群，求解所述雙目標(biāo)優(yōu)化模型，得到第一權(quán)重和第二權(quán)重之前，所述方法還包括：

33、在多目標(biāo)遺傳算法中，通過(guò)引入自適應(yīng)參數(shù)、萊維飛行策略以及隨機(jī)漫步策略，得到所述預(yù)設(shè)的改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法；

34、其中，所述自適應(yīng)參數(shù)通過(guò)以下公式表示：；其中，it為當(dāng)前迭代次數(shù)，maxit為最大迭代次數(shù)，b為常數(shù)。

35、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法，所述基于預(yù)設(shè)的改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法和所述初始種群，求解所述雙目標(biāo)優(yōu)化模型，得到第一權(quán)重和第二權(quán)重，具體包括：

36、對(duì)每個(gè)所述權(quán)重組合基于雙目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)估，得到適應(yīng)度值，其中所述雙目標(biāo)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)分別為基于所述第一初始作業(yè)面積的第一目標(biāo)函數(shù)和基于所述第二初始作業(yè)面積的第二目標(biāo)函數(shù)；

37、根據(jù)所述適應(yīng)度值對(duì)各個(gè)所述種群個(gè)體進(jìn)行非支配排序，形成多個(gè)非支配層次，并在每個(gè)所述非支配層次內(nèi)計(jì)算各個(gè)所述種群個(gè)體的擁擠度；

38、基于所述適應(yīng)度值和所述擁擠度，通過(guò)選擇操作選擇優(yōu)良個(gè)體，并對(duì)所述優(yōu)良個(gè)體進(jìn)行交叉操作，生成新的子代個(gè)體；

39、對(duì)所述新的子代個(gè)體進(jìn)行變異操作，得到經(jīng)過(guò)變異的子代個(gè)體，所述經(jīng)過(guò)變異的子代個(gè)體用于生成下一代初始種群；

40、在每一代迭代中，重復(fù)執(zhí)行上述步驟，并計(jì)算相鄰代初始種群之間的距離；

41、若在連續(xù)多次迭代中，所述相鄰代初始種群之間的距離小于預(yù)設(shè)的第一閾值，或，迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的第二閾值，預(yù)設(shè)的改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法停止迭代，并從pareto前沿上的解中選擇最優(yōu)的權(quán)重組合，得到所述第一權(quán)重和所述第二權(quán)重。

42、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法，所述經(jīng)緯坐標(biāo)包括經(jīng)度坐標(biāo)和緯度坐標(biāo)；所述將各個(gè)所述篩選后的軌跡點(diǎn)的經(jīng)緯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二維平面坐標(biāo)，具體包括：

43、確定地圖投影的中央經(jīng)線和標(biāo)準(zhǔn)緯線；

44、計(jì)算所述經(jīng)度坐標(biāo)與所述中央經(jīng)線的經(jīng)度差；

45、確定赤道至所述緯度坐標(biāo)的子午線弧長(zhǎng)、子午圈曲率半徑以及橢球的第二偏心率；

46、基于所述緯度坐標(biāo)、所述經(jīng)度差、所述子午線弧長(zhǎng)、所述子午圈曲率半徑以及所述橢球的第二偏心率，利用高斯投影算法計(jì)算得到所述二維平面坐標(biāo)。

47、本發(fā)明還提供一種基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量系統(tǒng)，包括如下模塊：獲取模塊、軌跡點(diǎn)篩選模塊、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊以及處理模塊；

48、所述獲取模塊，用于獲取農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的多個(gè)軌跡點(diǎn)；

49、所述軌跡點(diǎn)篩選模塊，用于對(duì)全部所述軌跡點(diǎn)進(jìn)行篩選，得到多個(gè)篩選后的軌跡點(diǎn)；

50、所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，用于將各個(gè)所述篩選后的軌跡點(diǎn)的經(jīng)緯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二維平面坐標(biāo)；

51、所述處理模塊，用于基于多個(gè)所述二維平面坐標(biāo)，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的第一初始作業(yè)面積；

52、所述處理模塊，還用于基于多個(gè)所述二維平面坐標(biāo)，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的第二初始作業(yè)面積；

53、所述處理模塊，還用于基于所述第一初始作業(yè)面積和所述第二初始作業(yè)面積，得到所述農(nóng)機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)的實(shí)際作業(yè)面積。

54、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法。

55、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法。

56、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述基于農(nóng)機(jī)空間運(yùn)行軌跡的農(nóng)田作業(yè)面積測(cè)量方法。

57、綜上所述，本技術(shù)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

58、在計(jì)算農(nóng)機(jī)作業(yè)面積的過(guò)程中，首先通過(guò)收集農(nóng)機(jī)在作業(yè)時(shí)的軌跡點(diǎn)，完整記錄了農(nóng)機(jī)的行駛路徑，這確保了后續(xù)的面積計(jì)算能夠準(zhǔn)確反映農(nóng)機(jī)的實(shí)際作業(yè)情況。然后，將這些經(jīng)過(guò)篩選的軌跡點(diǎn)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)，使得可以在平面上進(jìn)行精確的幾何計(jì)算。接著，利用折線距離算法，初步計(jì)算出農(nóng)機(jī)的作業(yè)面積，這個(gè)方法特別適合規(guī)則路徑，能夠快速給出一個(gè)基礎(chǔ)面積估算值。然而，為了進(jìn)一步提高精度，尤其是在路徑復(fù)雜或地形變化較大的情況下，還使用了緩沖區(qū)三角剖分算法。這一算法更適合處理不規(guī)則的路徑和復(fù)雜的地形，能更精確地計(jì)算出作業(yè)面積。最后，通過(guò)優(yōu)化算法，找到最優(yōu)的權(quán)重組合，將前兩種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行加權(quán)綜合，得出一個(gè)更加精確的實(shí)際作業(yè)面積。通過(guò)這種綜合方法，可以顯著提高農(nóng)機(jī)作業(yè)面積測(cè)量的準(zhǔn)確性，使得農(nóng)田管理更加高效和精確。