本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于幾何方式統(tǒng)計農(nóng)機工作面積的方法。

背景技術(shù)：

目前，在農(nóng)業(yè)工作中的自動化比例越來越高，各種農(nóng)機也是越來越多，那么當(dāng)農(nóng)機在田地里作業(yè)的時候，它所真正工作覆蓋到的土地是農(nóng)戶最關(guān)心的內(nèi)容，比如是否有哪塊地漏噴了，這對作業(yè)的影響還是很大的。因為農(nóng)機所覆蓋的寬度是固定的，那么根據(jù)農(nóng)機所走過的軌跡，原則上就可以計算出這臺農(nóng)機實際上工作的區(qū)域。目前已有的一些計算方法都是基于網(wǎng)格化方式來進行的，就是將田地劃分為1米或幾米見方的網(wǎng)格，當(dāng)農(nóng)機在網(wǎng)格上工作時，就認(rèn)為這塊土地已經(jīng)被覆蓋了。這種方式在大型農(nóng)機工作的情況下問題不大，但隨著無人植保的發(fā)展，這種網(wǎng)格化的方式就顯得不夠精確了。

無人機與傳統(tǒng)拖拉機等農(nóng)機不同，它是飛行在空中，并且飛行速度遠(yuǎn)大于普通農(nóng)機，受風(fēng)力和定位精度的影響較大，雖然可以應(yīng)用RTK等方式將定位精度提高到厘米級別。但飛機在飛行過程中，仍然會被其它一些因素干擾，無法按照原有的規(guī)劃飛出一條完美的軌跡。另外在一些復(fù)雜的環(huán)境下，自動飛行的風(fēng)險過大，比如障礙太多，無法自動飛行，在這種條件下，仍需要飛手手動控制無人機進行作業(yè)。這樣一來，無人機軌跡的變化就會就會更不準(zhǔn)確。這時，網(wǎng)格化的統(tǒng)計方法就體現(xiàn)出不足了。因為網(wǎng)格化統(tǒng)計方式的精確度完全依賴于網(wǎng)格的精度，如果網(wǎng)格太大，那么就達(dá)不到精度要求；如果網(wǎng)格太小，精度雖然可以保證，但是網(wǎng)格數(shù)會以級數(shù)方式增長，在普通的便攜設(shè)備上處理這么大的數(shù)據(jù)就顯得力不從心了。

有鑒于此，研發(fā)設(shè)計出一種可避免網(wǎng)格化方式弊端的農(nóng)機工作面積統(tǒng)計方法是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，適應(yīng)現(xiàn)實需要，從而提供了一種基于幾何方式統(tǒng)計農(nóng)機工作面積的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于幾何方式統(tǒng)計農(nóng)機工作面積的方法。該方法包括以下步驟：

1）將農(nóng)機上傳的定位點數(shù)據(jù)進行過濾處理，然后將過濾處理后留下的點依次連接，形成多條連續(xù)直線段，所述定位點數(shù)據(jù)包括位置信息和工作狀態(tài)信息；

2）將簡化的多條連續(xù)線段中的每條線段分別根據(jù)農(nóng)機作業(yè)的寬度W生成一個四邊形，每個四邊形的兩條對邊a和b與對應(yīng)的線段平行，未剔除點的起始點和結(jié)尾點的四邊形邊分別垂直于起始點與第二點所構(gòu)成的線段和結(jié)尾點與倒數(shù)第二點所構(gòu)成的線段；

3）將獲取的多個四邊形進行邏輯運算以獲取一個多邊形n，所述多邊形n即為農(nóng)機最終的工作的區(qū)域；

4）計算所述多邊形n的面積Sn。

進一步地，所述步驟（1）將定位點數(shù)據(jù)進行過濾處理具體包括以下步驟：

1.1）將農(nóng)機上傳的定位點數(shù)據(jù)中的停止位置點進行剔除；

1.2）將完成步驟1.1）后的定位點數(shù)據(jù)中的非工作點進行剔除；

1.3）將完成步驟1.2）后的定位點數(shù)據(jù)中的漂移點進行剔除。

更進一步地，所述步驟1.1）具體包括：將距離小于設(shè)定閾值的前后兩點合并為一個點。

更進一步地，所述步驟1.2）具體包括：將農(nóng)機回傳的工作狀態(tài)下的定位點保留，未工作狀態(tài)下的定位點剔除。

更進一步地，所述步驟1.3）具體包括：

1.3.1）將設(shè)定時間內(nèi)已剔除停止位置點和非工作點的農(nóng)機定位點中的首尾兩點連一條直線L，計算其間所有點到直線L的距離，并找到最大距離值D_max，若D_max<=D_閾，則剔除中間所有點，保留首尾兩點；

1.3.2）若D_max> D_閾，則以D_max點為界，將這組點分成兩部分，對每一部分重復(fù)步驟1.3.1）過程，直到所有點都滿足要求。

進一步地，所述步驟2）中每個四邊形的邊a與對應(yīng)線段之間的距離D1大于或等于或小于邊b與對應(yīng)線段之間的距離D2，且D1+D2=W。

進一步地，所述步驟3)具體包括：將獲取的多個四邊形進行相并運算以獲取一個多邊形n，所述多邊形n即為農(nóng)機最終的工作區(qū)域。

進一步地，在所述步驟4)之后還包括獲取農(nóng)機未工作區(qū)域m的步驟5），所述步驟5）具體包括：將預(yù)先測得整個地塊形狀f與步驟3）中獲取的多邊形n進行相減運算。

進一步地，還可以包括獲取農(nóng)機重復(fù)工作區(qū)域p的步驟6），所述步驟6）具體包括：將步驟（2）中獲取的所有四邊形進行相交運算。

進一步地，所述步驟4)中Sn多通過下列公式獲得：

其中，Sn為多邊形計算出的面積，x_k為多邊形第k個頂點的橫坐標(biāo)值，y_k為多邊形第k個頂點的縱坐標(biāo)值，n為多邊形的頂點數(shù)。

本發(fā)明通過將定位點數(shù)據(jù)過濾后進行多邊形分段擬合，然后再對多邊形進行邏輯運算以獲取各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用該種幾何方式進行農(nóng)機工作面積統(tǒng)計，避免了采用網(wǎng)格化方式中網(wǎng)格太大帶來的精度低以及網(wǎng)格太小帶來的數(shù)量大計算繁瑣的問題，節(jié)省了計算時間和內(nèi)存空間，提高了精度和工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實施例的基于幾何方式統(tǒng)計農(nóng)機工作面積的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明一種實施例的定位點數(shù)據(jù)過濾方法流程圖；

圖3為本發(fā)明一種實施例的定位漂移點的剔除方法流程圖；

圖4為本發(fā)明一種實施例的農(nóng)機上傳的定位點軌跡圖；

圖5為本發(fā)明一種實施例的農(nóng)機上傳的定位點經(jīng)過數(shù)據(jù)過濾后的軌跡圖；

圖6為本發(fā)明一種實施例的農(nóng)機上傳的定位點經(jīng)過數(shù)據(jù)過濾后的其中兩條連續(xù)線段軌跡生成的四邊形圖；

圖7為本發(fā)明另一種實施例的基于幾何方式統(tǒng)計農(nóng)機工作面積的方法流程圖；

圖8為本發(fā)明又一種實施例的基于幾何方式統(tǒng)計農(nóng)機工作面積的方法流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。需要說明的是，附圖僅為示例性說明，并未按照嚴(yán)格比例繪制，而且其中可能有為描述便利而進行的局部放大、縮小，對于公知部分結(jié)構(gòu)亦可能有一定缺省。

圖1示意了本發(fā)明一種實施例的基于幾何方式統(tǒng)計農(nóng)機工作面積的方法流程，如圖1所示，該方法主要包括以下步驟：

在步驟101中，將農(nóng)機上傳的定位點數(shù)據(jù)進行過濾處理，然后將過濾處理后留下的點依次連接，形成多條連續(xù)直線段。其中，定位點數(shù)據(jù)包括位置信息和工作狀態(tài)信息，農(nóng)機上傳的定位點軌跡可參見圖4，過濾處理后的定位點軌跡可參見圖5。

在步驟102中，將步驟101中簡化的多條連續(xù)線段中的每條線段分別根據(jù)農(nóng)機作業(yè)的寬度W生成一個四邊形，每個四邊形的兩條對邊a和b與對應(yīng)的線段平行，未剔除點的起始點和結(jié)尾點的四邊形邊分別垂直于起始點與第二點所構(gòu)成的線段和結(jié)尾點與倒數(shù)第二點所構(gòu)成的線段。兩條線段中間的多邊形邊是兩條線段的角平分線。經(jīng)過分段擬合之后，就可得到多個代表農(nóng)機工作區(qū)域的四邊形，a1，a2，a3……,an。

在步驟103中，將步驟102中獲取的多個四邊形進行邏輯運算以獲取一個多邊形n，該多邊形n即為農(nóng)機最終的工作的區(qū)域。比如圖6所示的兩條連續(xù)線段分別形成一個四邊形，兩個四邊形構(gòu)成一個多邊形。

在步驟104中，計算步驟103中多邊形n的面積Sn。

其中，本發(fā)明實施例步驟102中每個四邊形的邊a與對應(yīng)線段之間的距離D1大于或等于或小于邊b與對應(yīng)線段之間的距離D2，且D1+D2=W。如圖6示意了D1= D2的情況。D1和D2的距離也可根據(jù)實際情況而定，也可以是左右不完全相同，而且與農(nóng)機前進方向有關(guān)。

步驟103中具體可將獲取的多個代表農(nóng)機工作區(qū)域的四邊形a1，a2，a3……,an進行并運算，那么得到的最終的多邊形就是農(nóng)機所工作的形狀n, n=a1∪a2∪a3……∪an。

步驟104中計算多邊形n的面積Sn可通過下列公式獲得：

其中，Sn為多邊形計算出的面積，x_k為多邊形第k個頂點的橫坐標(biāo)值，y_k為多邊形第k個頂點的縱坐標(biāo)值，n為多邊形的頂點數(shù)。本發(fā)明實施例中的x_k和y_k都是直角坐標(biāo)系下的值，是由農(nóng)機上傳的經(jīng)緯度坐標(biāo)值進一步轉(zhuǎn)化而來。地球是一個球面，可以把農(nóng)機工作的區(qū)域當(dāng)成一個平面來處理，在工作區(qū)域內(nèi)任意取一個點作為參考點，設(shè)為原點（0,0），其它點相對改點的偏移（以米為單位）作為它的新坐標(biāo)，就可得到一個以米為單位的新的坐標(biāo)系。

圖2示意了本發(fā)明實施例的定位點數(shù)據(jù)進行過濾處理的方法流程，如圖2所示，步驟101中，將農(nóng)機上傳的定位點數(shù)據(jù)進行過濾處理具體包括：

在步驟101-1中，將農(nóng)機上傳的定位點數(shù)據(jù)中的停止位置點進行剔除。當(dāng)發(fā)現(xiàn)前后點的距離小于某一閾值（基本上就是定位精度）時，就認(rèn)為此時農(nóng)機沒有移動，可以將兩點合并成一點。這樣也可減少后期對定位漂移數(shù)據(jù)進行剔除的運算量。

在步驟101-2中，將完成步驟101-1后的定位點數(shù)據(jù)中的非工作點進行剔除。在農(nóng)機工作過程中，有些時候農(nóng)機的移動并不伴隨著工作的進行，比如無人機在換壟時是不噴灑的。那么在不工作的時候，無人機運動軌跡就可刪除。這要求農(nóng)機在每次回傳位置數(shù)據(jù)的同時也要回傳工作狀態(tài)信息（比如是否噴灑）。

在步驟101-3中，將完成步驟101-2后的定位點數(shù)據(jù)中的漂移點進行剔除。在農(nóng)機工作過程中，農(nóng)機自身的定位（利用GPS或者北斗定位系統(tǒng)）會受到各種影響，在沒有RTK的情況下，這個定位精度甚至可能會大于5米。因此必需要過濾這些點。因為農(nóng)機基本上都是采用直線方式來行進的，因此本實施例可采用簡單的直線擬合來對原始點進行過濾，設(shè)定一個漂移的閾值。在某一個點集內(nèi)，找出一條直線，使得所有點距離這條直線的距離都在設(shè)定閾值內(nèi)。這個點集的個數(shù)也不能太大，可以設(shè)置一個合適的范圍，比如5秒內(nèi)的定位點。

圖3示意了本發(fā)明實施例的定位漂移點剔除方法，該方法具體包括以下步驟：

在步驟103-3-1中，將設(shè)定時間內(nèi)已剔除停止位置點和非工作點的農(nóng)機定位點中的首尾兩點連一條直線L，計算其間所有點到直線L的距離，并找到最大距離值D_max，若D_max<=D_閾，則剔除中間所有點，保留首尾兩點。

在步驟103-3-2中，若D_max> D_閾，則以D_max點為界，將這組點分成兩部分，對每一部分重復(fù)步驟103-3-1過程，直到所有點都滿足要求。

以一個具體實施例對本實施例中的定位漂移點剔除進行說明：假定5秒內(nèi)采集的點總共9個點，第一點和第九點連接拉一條直線，第二點到第八點距離該條直線的距離值分別是：1.8，2.1，1.4，2.4，2.3，1.9，1.5。第五點為最大值 Dmax=2.4，設(shè)定閾值是2.5，Dmax<設(shè)定閾值是2.5，則將這9個點都保留。如果是第五點值是2.6，即Dmax=2.6，設(shè)定閾值是2.5，Dmax>設(shè)定閾值是2.5，則將第一點到第五點分為一組，第五點到第九點分為一組，第一點和第五點重新拉直線，第二點至第四點到該條直線的距離再與閾值2.5分別進行比較，若都在閾值范圍內(nèi)，則剔除第二點至第四個點，只保留第一和第五點；若不在，再按照上述方法重新拉線進行剔除或保留，直到所有點都滿足要求。同樣，第五點和第九點拉直線，第六點至第八點到該直線的距離再與閾值2.5進行比較，若都在閾值范圍內(nèi)，則剔除第六點至第八點，只保留第五點和第九點，若不在，再按照上述方法重新拉線進行剔除或保留，直到所有點都滿足要求。

另外本發(fā)明還可以做出其它變化，如圖7所示，在步驟104之后還可以包括獲取農(nóng)機未工作區(qū)域m的步驟105，步驟105具體包括：

將預(yù)先測得整個地塊形狀f與步驟103中獲取的多邊形n進行布爾運算中的相減運算。那么得到幾何形狀就是農(nóng)機未工作區(qū)域的形狀m，m=f-n。同樣農(nóng)機未工作形狀m的面積Sm可通過上述多邊形面積計算公式獲得。

以及如圖8所示，在步驟104之后還可以包括獲取農(nóng)機重復(fù)工作區(qū)域p的步驟106，步驟106具體包括：將步驟102中獲取的四邊形進行相交運算。p=a1∩a2∩a3……∩an。同樣農(nóng)機重復(fù)工作的形狀p的面積Sp可通過上述多邊形面積計算公式獲得。

本發(fā)明上述方法可以在無人機的地面站，以及農(nóng)機的實時監(jiān)控軟件中實現(xiàn)。地面站軟件可以在收集農(nóng)機位置數(shù)據(jù)的同時進行直線簡化，這樣可以節(jié)省一部分時間。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。