一种直线和曲线相结合的农田作业区域边界建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种直线和曲线相结合的农田作业区域边界建模方法，采集农田作业区域的所有特征点，分别对农田作业区域的直线部分和曲线部分建模，并获取农田作业区域内的障碍物顶点，建立障碍物警戒线模型。本发明可以将直线和曲线相结合的农田作业区域的边界以及农田作业区域内的障碍物顶点精准地记录并绘制出来，从而为农业植保机的作业人员提供准确的农田作业区域，为农业植保机的路径和航迹规划以及计算农田作业面积提供可靠的依据。
【专利说明】 一种直线和曲线相结合的农田作业区域边界建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直线和曲线相结合的农田作业区域边界建模方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的不断发展，采用现代化机械来替换人工劳动已成为各行各业的流行趋势。我国作为一个传统的农业大国，耕地面积十分广阔，然而，目前国内农田作业方面还是采用传统的人工作业方式。其中农药喷洒采取的是人工喷洒的方式，这种方式不仅效率低，而且对作业人员的身心有极大的伤害，因此，急需先进的技术来改变这一现象。农业植保机应运而生，然而，现今所有的植保机都是靠人工进行操作，对农田的喷洒区域及边界完全靠操作员的眼睛进行判断，难免产生误判、漏喷及多喷的现象。因此，如果操作员能够获得准确的农田作业区域的边界，在无人直升机进行作业时，实时的将路径和航迹在显示器上显示出来，操作员便可根据航迹判断出飞机的位置，从而很大程度的解决误判、漏喷及多喷的问题，且大大提高了农业喷洒的安全性。而这一问题的关键便在于要准确的获取农田的边界信息。因此，急需一种好的农田作业区域边界的建模方法来解决这一实际问题。
[0003]北京农业信息技术研究中心的发明专利“采集农田关键顶点测绘成图的方法”提供了一种采集农田关键顶点测绘成图的方法，通过采集四种交界顶点、两种轮廓顶点一级一种辅助顶点后，根据关键顶点间的拓扑关系实时自动校验并查看测绘结果。包括以下步骤=S1:获取GPS位置信息；S2:勾勒待测区域轮廓；S3:测绘农田关键分界顶点，并标注地块名称和注释;S4:实时校验、提示与分割农田；S5:上传测绘数据；S6:获取矢量地图。
[0004]其中，在S2中，勾勒待测区域轮廓包括:顺序标定和无序标定，所述顺序标定，以轮廓顶点的编号为顺序，依次标定待测区域轮廓；所述无序标定，是指自动标定包含全部轮廓顶点的面积最大的多边形为区域轮廓。
[0005]现有方法是以绘出农田的矢量地图为目的，而并非以画出农田作业区域边界为目的，因此，所绘出的农田轮廓包含两个部分:作业区域和非作业区域。在将此农田轮廓图用于农业植保机喷洒农药的路径和航迹规划等场合时，会出现非作业区域的多喷现象，浪费农药；在用于计算农田作业面积时，会出现作业面积的计算不准确现象；现有方法未对农田区域边界建立数学模型，从而无法为农田作业区域的路径和航迹规划提供可靠依据；没有将农田作业区域以内可能存在的障碍物顶点(如电线杆、树、信号发射塔等)标记出来，在将此农田轮廓图用于农业植保机喷洒农药的路径和航迹规划等场合时，可能导致农业植保机出现撞机或坠毁危险现象发生。
[0006]直线和曲线相结合的农田作业区域边界是指由一个以上直线部分和一个以上曲线段连接构成的封闭边界，其中直线部分包括一条以上依次连接的直线。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种直线和曲线相结合的农田作业区域边界建模方法,将直线和曲线相结合的农田作业区域的边界以及农田作业区域内的障碍物顶点精准地记录并绘制出来，从而为农业植保机的作业人员提供准确的农田作业区域，为农业植保机的路径和航迹规划以及计算农田作业面积提供可靠的依据。
[0008]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种直线和曲线相结合的农田作业区域边界建模方法，该方法为:
[0009]I)从农田作业区域边界的某一个特征点开始，以顺时针或逆时针方向采集农田作业区域边界的所有特征点，所述特征点包括农田作业区域边界直线与直线的交点、直线与曲线段的交点、各曲线段的关键点(采集曲线段关键点时，以该曲线段的一个端点为起点，另一个端点为终点，每隔一个采样周期(GPS本身的采样频率的倒数)就自动采集一个点)；将所有的特征点设置在直角坐标系的第一象限内；
[0010]2)对于农田作业区域边界的任一直线部分:当所述直线部分内的直线为一条时，直接利用该直线的两个特征点建立直线方程；当所述直线部分内的直线为两条以上时，找出与该直线部分相邻的曲线部分和该直线部分的两个交点，以其中一个交点为起点，另一个交点为终点，依次求得所述两个交点之间的相邻的两个特征点之间的直线方程、以及所述两个交点和同两个交点各自相邻的直线部分特征点之间的直线方程；
[0011]对于农田作业区域边界的任一曲线段:设所述曲线段上共有n+1个特征点，以顺时针方向(也可以以逆时针方向标记各特征点，原理与顺时针方向相同)将所述曲线段上的所有特征点依次标记为B。(X。，y0),..., Bn(xn, yn),建立区间[xt, xt+1]上的边界模型St(x):
【权利要求】
1.一种直线和曲线相结合的农田作业区域边界建模方法，其特征在于，该方法为: 1)从农田作业区域边界的某一个特征点开始，以顺时针或逆时针方向采集农田作业区域边界的所有特征点，所述特征点包括农田作业区域边界直线与直线的交点、直线与曲线段的交点、各曲线段的关键点；将所有的特征点设置在直角坐标系的第一象限内； 2)对于农田作业区域边界的任一直线部分:当所述直线部分内的直线为一条时，直接利用该直线的两个特征点建立直线方程；当所述直线部分内的直线为两条以上时，找出与该直线部分相邻的曲线部分和该直线部分的两个交点，以其中一个交点为起点，另一个交点为终点，依次求得所述两个交点之间的相邻的两个特征点之间的直线方程、以及所述两个交点和同两个交点各自相邻的直线部分特征点之间的直线方程； 对于农田作业区域边界的任一曲线段:设所述曲线段上共有n+1个特征点，以顺时针方向将所述曲线段上的所有特征点依次标记为Bq(xq，y0),..., Bn(xn, yn),建立区间[xt, xt+1]上的边界模型St ω:
2.根据权利要求1所述的曲线形农田作业区域边界建模方法，其特征在于，当所述农田作业区域内存在障碍物时，采集农田作业区域内障碍物顶点的坐标Z(X(I，yj，建立以下障碍物警戒线函数方程: 一级障碍物警戒线的函数方程为(X-Xtl)2+(y-ytl)2=a2 ； 二级障碍物警戒线的函数方程为(X-Xtl)2+(y-ytl)2=b2 ； 三级障碍物警戒线的函数方程为(X-Xtl)2+(y-ytl)2=C2 ； 其中，0〈a〈b〈c〈50。
3.根据权利要求1或2所述的直线和曲线相结合的农田作业区域边界建模方法，其特征在于，所述步骤2)中，通过追赶法求解系数Mt、Mt+1的过程为:
【文档编号】G06T11/20GK103679775SQ201410002906
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】谭冠政, 刘振焘, 胡建中, 黄宇, 张丹, 罗倩慧, 杨剑锋, 王皓 申请人:中南大学