一種曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界建模方法，采集曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界的關(guān)鍵點，找出所有關(guān)鍵點中橫坐標(biāo)值最大的點和橫坐標(biāo)值最小的點，利用三次樣條函數(shù)建立上邊界模型和下邊界模型。本發(fā)明可以將曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域的邊界以及農(nóng)田作業(yè)區(qū)域內(nèi)的障礙物頂點精準(zhǔn)地記錄并繪制出來，從而為農(nóng)業(yè)植保機的作業(yè)人員提供準(zhǔn)確的農(nóng)田作業(yè)區(qū)域，為農(nóng)業(yè)植保機的路徑和航跡規(guī)劃以及計算農(nóng)田作業(yè)面積提供可靠的依據(jù)。
【專利說明】一種曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的不斷發(fā)展，采用現(xiàn)代化機械來替換人工勞動已成為各行各業(yè)的流行趨勢。我國作為一個傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，耕地面積十分廣闊，然而，目前國內(nèi)農(nóng)田作業(yè)方面還是采用傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式。其中農(nóng)藥噴灑采取的是人工噴灑的方式，這種方式不僅效率低，而且對作業(yè)人員的身心有極大的傷害，因此，急需先進的技術(shù)來改變這一現(xiàn)象。農(nóng)業(yè)植保機應(yīng)運而生，然而，現(xiàn)今所有的植保機都是靠人工進行操作，對農(nóng)田的噴灑區(qū)域及邊界完全靠操作員的眼睛進行判斷，難免產(chǎn)生誤判、漏噴及多噴的現(xiàn)象。因此，如果操作員能夠獲得準(zhǔn)確的農(nóng)田作業(yè)區(qū)域的邊界，在無人直升機進行作業(yè)時，實時的將路徑和航跡在顯示器上顯示出來，操作員便可根據(jù)航跡判斷出飛機的位置，從而很大程度的解決誤判、漏噴及多噴的問題，且大大提高了農(nóng)業(yè)噴灑的安全性。而這一問題的關(guān)鍵便在于要準(zhǔn)確的獲取農(nóng)田的邊界信息。因此，急需一種好的農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界的建模方法來解決這一實際問題。
[0003]北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心的發(fā)明專利“采集農(nóng)田關(guān)鍵頂點測繪成圖的方法”提供了一種采集農(nóng)田關(guān)鍵頂點測繪成圖的方法，通過采集四種交界頂點、兩種輪廓頂點一級一種輔助頂點后，根據(jù)關(guān)鍵頂點間的拓撲關(guān)系實時自動校驗并查看測繪結(jié)果。包括以下步驟=S1:獲取GPS位置信息；S2:勾勒待測區(qū)域輪廓；S3:測繪農(nóng)田關(guān)鍵分界頂點，并標(biāo)注地塊名稱和注釋;S4:實時校驗、提示與分割農(nóng)田；S5:上傳測繪數(shù)據(jù)；S6:獲取矢量地圖。
[0004]其中，在S2中，勾勒待測區(qū)域輪廓包括:順序標(biāo)定和無序標(biāo)定，所述順序標(biāo)定，以輪廓頂點的編號為順序，依次標(biāo)定待測區(qū)域輪廓；所述無序標(biāo)定，是指自動標(biāo)定包含全部輪廓頂點的面積最大的多邊形為區(qū)域輪廓。
[0005]現(xiàn)有方法是以繪出農(nóng)田的矢量地圖為目的，而并非以畫出農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界為目的，因此，所繪出的農(nóng)田輪廓包含兩個部分:作業(yè)區(qū)域和非作業(yè)區(qū)域。在將此農(nóng)田輪廓圖用于農(nóng)業(yè)植保機噴灑農(nóng)藥的路徑和航跡規(guī)劃等場合時，會出現(xiàn)非作業(yè)區(qū)域的多噴現(xiàn)象，浪費農(nóng)藥；在用于計算農(nóng)田作業(yè)面積時，會出現(xiàn)作業(yè)面積的計算不準(zhǔn)確現(xiàn)象；現(xiàn)有方法未對農(nóng)田區(qū)域邊界建立數(shù)學(xué)模型，從而無法為農(nóng)田作業(yè)區(qū)域的路徑和航跡規(guī)劃提供可靠依據(jù)；沒有將農(nóng)田作業(yè)區(qū)域以內(nèi)可能存在的障礙物頂點(如電線桿、樹、信號發(fā)射塔等)標(biāo)記出來，在將此農(nóng)田輪廓圖用于農(nóng)業(yè)植保機噴灑農(nóng)藥的路徑和航跡規(guī)劃等場合時，可能導(dǎo)致農(nóng)業(yè)植保機出現(xiàn)撞機或墜毀危險現(xiàn)象發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界建模方法，將曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域的邊界以及農(nóng)田作業(yè)區(qū)域內(nèi)的障礙物頂點精準(zhǔn)地記錄并繪制出來，從而為農(nóng)業(yè)植保機的作業(yè)人員提供準(zhǔn)確的農(nóng)田作業(yè)區(qū)域，為農(nóng)業(yè)植保機的路徑和航跡規(guī)劃以及計算農(nóng)田作業(yè)面積提供可靠的依據(jù)。[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界建模方法，該方法為:
[0008]I)從曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界的某一個關(guān)鍵點D1開始，以順時針方向采集曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界的所有關(guān)鍵點，設(shè)共有m個關(guān)鍵點，分別為D1 (X1, Y1)，D2 (x2, y2)，D3 (x3, y3)，…，Dm (xm, ym);建立直角坐標(biāo)系,將所述m個關(guān)鍵點(每隔一個采樣周期(GPS本身的采樣頻率的倒數(shù))就自動采集一個點，當(dāng)回到初始位置，即關(guān)鍵點D1所在位置時結(jié)束采點)設(shè)置在直角坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)；
[0009]2)比較上述m個關(guān)鍵點的橫坐標(biāo),找出橫坐標(biāo)值最大的關(guān)鍵點和最小的關(guān)鍵點；若有多個關(guān)鍵點的橫坐標(biāo)值均為最小值，且該多個關(guān)鍵點是第一個關(guān)鍵點D1與最后一個關(guān)鍵點Dm之間的關(guān)鍵點，則將次序最先的關(guān)鍵點作為橫坐標(biāo)值最小的關(guān)鍵點，若第一個關(guān)鍵點D1和最后一個關(guān)鍵點Dm的橫坐標(biāo)值都是最小值，則將最后一個關(guān)鍵點作為橫坐標(biāo)值最小的關(guān)鍵點；若有多個關(guān)鍵點的橫坐標(biāo)值均為最大值，且該多個關(guān)鍵點是第一個關(guān)鍵點D1與最后一個關(guān)鍵ADm之間的關(guān)鍵點，則將次序最后的關(guān)鍵點作為橫坐標(biāo)值最大的關(guān)鍵點，若第一個關(guān)鍵點D1和最后一個關(guān)鍵點Dm的橫坐標(biāo)值都是最大值，則將第一個關(guān)鍵點D1作為橫坐標(biāo)值最大的關(guān)鍵點；將橫坐標(biāo)值最小的關(guān)鍵點DJP最大的關(guān)鍵點Dj分別作為所有的關(guān)鍵點在直角坐標(biāo)系中的左端和右端；
[0010]3)以Di為起始點，Dj為終點；以順時針方向，令Di=Btl, Dw=B1,…，Dj=Bn，將從Di到^的各點依次即為仏“。，…)』』“^。；建立以下上邊界函數(shù)模型St(x):
【權(quán)利要求】
1.一種曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界建模方法，其特征在于，該方法為: 1)從曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界的某一個關(guān)鍵AD1開始，以順時針方向采集曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界的所有關(guān)鍵點，設(shè)共有m個關(guān)鍵點，分別為D1 (X1, Y1)，D2 (x2, y2)，D3 (x3, y3)，…，Dm(Xm，ym);建立直角坐標(biāo)系，將所述m個關(guān)鍵點設(shè)置在直角坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)； 2)比較上述m個關(guān)鍵點的橫坐標(biāo)，找出橫坐標(biāo)值最大的關(guān)鍵點和最小的關(guān)鍵點；若有多個關(guān)鍵點的橫坐標(biāo)值均為最小值，且該多個關(guān)鍵點是第一個關(guān)鍵點D1與最后一個關(guān)鍵點Dm之間的關(guān)鍵點，則將次序最先的關(guān)鍵點作為橫坐標(biāo)值最小的關(guān)鍵點，若第一個關(guān)鍵點D1和最后一個關(guān)鍵點Dm的橫坐標(biāo)值都是最小值，則將最后一個關(guān)鍵點作為橫坐標(biāo)值最小的關(guān)鍵點；若有多個關(guān)鍵點的橫坐標(biāo)值均為最大值，且該多個關(guān)鍵點是第一個關(guān)鍵點D1與最后一個關(guān)鍵點Dm之間的關(guān)鍵點，則將次序最后的關(guān)鍵點作為橫坐標(biāo)值最大的關(guān)鍵點，若第一個關(guān)鍵點D1和最后一個關(guān)鍵點Dm的橫坐標(biāo)值都是最大值，則將第一個關(guān)鍵點D1作為橫坐標(biāo)值最大的關(guān)鍵點；將橫坐標(biāo)值最小的關(guān)鍵點DJP最大的關(guān)鍵點Dj分別作為所有的關(guān)鍵點在直角坐標(biāo)系中的左端和右端； 3)以Di為起始點，Dj為終點；以順時針方向，令Di=Btl,Dw=B1,…，Dj=Bn，將從Di到Dj的各點依次即為40^，7(|)，1(，8110^711);建立以下上邊界函數(shù)模型St(x):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界建模方法，其特征在于，當(dāng)所述曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域內(nèi)存在障礙物時，采集曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域內(nèi)障礙物頂點的坐標(biāo)Z (x0, %)，建立以下障礙物警戒線函數(shù)方程: 一級障礙物警戒線的函數(shù)方程為(X-Xtl)2+(y-ytl)2=a2 ； 二級障礙物警戒線的函數(shù)方程為(X-Xtl)2+(y-ytl)2=b2 ； 三級障礙物警戒線的函數(shù)方程為(X-Xtl)2+(y-ytl)2=C2 ； 其中，0〈a〈b〈c〈50。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的曲線形農(nóng)田作業(yè)區(qū)域邊界建模方法，其特征在于，通過追趕法求解系數(shù)Mt、Mt+1的步驟為: 1)令 β ^b1, Y1=Cl1 ;其中，
【文檔編號】G06T11/00GK103714563SQ201410002907
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】譚冠政, 劉振燾, 胡建中, 阮啟果, 黃宇, 張丹, 羅倩慧 申請人:中南大學(xué)