本發(fā)明屬于智能農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于面積格點覆蓋的深松作業(yè)面積計算方法的建立。

背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)理論與技術(shù)的不斷發(fā)展，機械深松技術(shù)正逐漸在我國土壤耕作中推廣開來。由于深松技術(shù)對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性，我國政府大力提倡土地深松，并給予農(nóng)民一定補貼。由于深松作業(yè)條件的復(fù)雜性，土地深松作業(yè)中的面積無法準(zhǔn)確統(tǒng)計，導(dǎo)致農(nóng)民補貼無法合理、有效落實，政府部門無法準(zhǔn)確統(tǒng)計深松面積進(jìn)而影響到?jīng)Q策、管理?，F(xiàn)有的土地統(tǒng)計方法一般為估測法和GPS測量法，傳統(tǒng)的估測法對于大面積土地?zé)o法準(zhǔn)確統(tǒng)計，現(xiàn)有的GPS測量法一般為求規(guī)則圖形面積法、圖形等效法、里程法、投影法，雖然提高了測量效率和精度，但是深松作業(yè)存在漏耕、重耕等情況，深松鏟種類、幅寬不統(tǒng)一，且作業(yè)過程較復(fù)雜，因此現(xiàn)有的GPS測量方法無法準(zhǔn)確、有效的統(tǒng)計出每次深松作業(yè)的面積。為了克服以上現(xiàn)有測量算法的缺點，本發(fā)明目的在于提供一種基于面積格點覆蓋的深松作業(yè)面積計算方法，該算法融合了重耕、漏耕、深松鏟種類不統(tǒng)一等作業(yè)條件，能夠有效、合理、準(zhǔn)確的測算出深松作業(yè)的面積，且誤差在5％以下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服以上現(xiàn)有測算算法的缺點，本發(fā)明目的在于提供一種基于面積格點覆蓋的深松作業(yè)面積計算方法，本算法基于GPS技術(shù)，利用放置在深松機上的GPS裝置獲取深松機作業(yè)時的所有GPS軌跡坐標(biāo)來測算，測算方法簡單、有效，提高了工作效率；充分考慮了深松鏟寬度、深松機作業(yè)時速度等作業(yè)條件對測算精度的影響，建立聯(lián)合修正算法，大大提高了測算精度。具體地，充分考慮了作業(yè)深松機行駛速度、深松鏟種類不統(tǒng)一等作業(yè)條件，避免深松機重耕、漏耕作業(yè)時對面積測算精度影響，能夠有效、合理、準(zhǔn)確的測算出深松作業(yè)的面積，且誤差在5％以下。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于面積格點覆蓋的深松作業(yè)面積計算方法，包括以下步驟：步驟1，在深松作業(yè)的拖拉機上安裝GPS裝置，作業(yè)時實時采集經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，經(jīng)緯度坐標(biāo)點以成行或列的形式分布在作業(yè)土地平面；步驟2，通過經(jīng)緯度坐標(biāo)點，找出一個矩形，此矩形將作業(yè)土地全部包括在里面，然后將此矩形以某一長度劃分成一個個面積相等的小方格，統(tǒng)計落到每個小方格里坐標(biāo)點的數(shù)量，當(dāng)每個方格里的坐標(biāo)點數(shù)量達(dá)到一定個數(shù)時，則認(rèn)為此方格為有效方格點，反之則為空白方格點；步驟3，采取行掃描和列掃描方式分別統(tǒng)計有效網(wǎng)格點個數(shù)，然后求取兩次統(tǒng)計的平均值，此平均值即為測算的深松作業(yè)面積。所述步驟1中，設(shè)置GPS裝置輸出頻率為3Hz，即每秒三個GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)被記錄。所述步驟1中，將GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對坐標(biāo)數(shù)據(jù)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換由以下公式求得：xj＝xi-x(1)；yj＝y(tǒng)i-y(1)；x(k)＝x(j)×0.113×cos(34.29/180×π)y(k)＝y(tǒng)(j)×0.113；其中，x(1)為第一個采樣點經(jīng)度，xi為隨時間變化的所有坐標(biāo)點經(jīng)度；y(1)為第一個采樣點緯度，yi為隨時間變化的所有坐標(biāo)點緯度，x(k)為轉(zhuǎn)換為以米為單位的橫坐標(biāo)，y(k)為轉(zhuǎn)換為以米為單位的縱坐標(biāo)。所述驟2中，有效方格點定義為，當(dāng)每個方格落入的GPS坐標(biāo)點數(shù)量大于等于2時，此網(wǎng)格點為有效方格點；空白方格點定義為，當(dāng)每個方格落入的GPS坐標(biāo)點數(shù)量小于等于1時，此網(wǎng)格點為空白方格點。根據(jù)深松鏟幅寬，設(shè)置方格邊長d＝l，其中，l為深松鏟犁之間最大寬度，d為正方形網(wǎng)格邊長；將作業(yè)軌跡相對坐標(biāo)劃歸到每一個小方格，所有網(wǎng)格組成深松作業(yè)后的耕地；xl＝x(k)/d；yl＝y(tǒng)(k)/d；xm＝xl+N；ym＝y(tǒng)l+M；其中，N、M為某一設(shè)定的正整數(shù)，xl為由x(k)轉(zhuǎn)換的非負(fù)數(shù)坐標(biāo)，yl為由y(k)轉(zhuǎn)換的非負(fù)數(shù)坐標(biāo)，xm為最終轉(zhuǎn)換得到的橫坐標(biāo)，ym為最終轉(zhuǎn)換得到的縱坐標(biāo)。所述驟3中，行掃描為：從左到右將矩形內(nèi)所有方格逐行統(tǒng)計有效方格個數(shù)，當(dāng)連續(xù)空白方格不超過兩個時，則認(rèn)為這些空白方格點仍為有效方格點，計入作業(yè)面積統(tǒng)計；當(dāng)連續(xù)空白方格點超過兩個時，則認(rèn)為這些空白方格點為無效網(wǎng)格點，不計入作業(yè)面積統(tǒng)計；列掃描為：從上到下將矩形內(nèi)所有方格逐列統(tǒng)計有效方格個數(shù)，當(dāng)連續(xù)空白方格不超過兩個時，則認(rèn)為此空白方格點仍為有效方格點，計入作業(yè)面積統(tǒng)計；當(dāng)連續(xù)空白方格點超過兩個時，則認(rèn)為此空白方格點為無效網(wǎng)格點，不計入作業(yè)面積統(tǒng)計。所述驟3中，根據(jù)轉(zhuǎn)化后的二維坐標(biāo)生成矩陣或二維數(shù)組，在矩陣或二維數(shù)組中將有效方格點置為“1”，空白方格點置為“0”。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1)本發(fā)明提出的一種基于面積格點覆蓋的深松作業(yè)面積計算方法能夠有效、合理、準(zhǔn)確的測算出每次深松作業(yè)的面積，該算法通過融合作業(yè)中不同種類深松鏟幅寬以及拖拉機作業(yè)時速度等作業(yè)條件，大大提高了測算精度。2)算法能夠排除作業(yè)過程中重耕、漏耕等作業(yè)情況，合理反映每次深松作業(yè)面積，避免主觀因素造成的測量誤差。3)該算法操作簡單，投入成本較低，且避免每次作業(yè)面積統(tǒng)計耗費的時間，提高了作業(yè)效率。4)本發(fā)明提出的用于深松作業(yè)面積統(tǒng)計算法可為其它農(nóng)機作業(yè)面積統(tǒng)計提供依據(jù)。附圖說明圖1為有效方格點示意圖。圖2為空白方格點示意圖。圖3為行掃描示意圖。圖4為列掃描示意圖。圖5為算法流程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明一種基于面積格點覆蓋的深松作業(yè)面積計算方法建立及應(yīng)用過程如下：1算法原理介紹下面結(jié)合深松作業(yè)過程介紹一下面積測算算法原理。首先，裝有GPS裝置的拖拉機深松作業(yè)時，會將作業(yè)時采集的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)記錄，拖拉機作業(yè)經(jīng)過的土地便會有GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)點，這些經(jīng)緯度坐標(biāo)點會成行或列的形式分布在作業(yè)土地平面。通過經(jīng)緯度坐標(biāo)點，找出一個矩形，此矩形將作業(yè)土地全部包括在里面，然后將此矩形以某一長度劃分成一個個面積相等的小方格，統(tǒng)計落到每個小方格里坐標(biāo)點的數(shù)量，當(dāng)每個方格里的坐標(biāo)點數(shù)量達(dá)到一定個數(shù)時，則認(rèn)為此方格為有效方格點，反之則為空白方格點。然后采取行掃描和列掃描方式分別統(tǒng)計有效網(wǎng)格點個數(shù)，然后求取兩次統(tǒng)計的平均值，此平均值即為測算的深松作業(yè)面積。如圖1所示，所述有效方格點定義為，當(dāng)每個方格落入的GPS坐標(biāo)點數(shù)量大于等于2時，此網(wǎng)格點為有效方格點。如圖2所示，所述空白方格點定義為，當(dāng)每個方格落入的GPS坐標(biāo)點數(shù)量小于等于1時，此網(wǎng)格點為空白方格點。如圖3所述行掃描為，從左到右將矩形內(nèi)所有方格逐行統(tǒng)計有效方格個數(shù)，當(dāng)連續(xù)空白方格不超過兩個時，則認(rèn)為這些空白方格點仍為有效方格點，計入作業(yè)面積統(tǒng)計；當(dāng)連續(xù)空白方格點超過兩個時，則認(rèn)為這些空白方格點為無效網(wǎng)格點，不計入作業(yè)面積統(tǒng)計。如圖4所述列掃描為：從上到下將矩形內(nèi)所有方格逐列統(tǒng)計有效方格個數(shù)，當(dāng)連續(xù)空白方格不超過兩個時，則認(rèn)為此空白方格點仍為有效方格點，計入作業(yè)面積統(tǒng)計；當(dāng)連續(xù)空白方格點超過兩個時，則認(rèn)為此空白方格點為無效網(wǎng)格點，不計入作業(yè)面積統(tǒng)計。所述求取行掃描以及列掃描面積求取平均值，由于GPS模塊存在低精度、漂移以及自身的航向修正等問題，會對GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)點分布帶來一定的干擾，進(jìn)而影響面積測算精度。因此，需要通過行掃描、列掃面算法，并求取平均值來提高面積測算精度。2下面結(jié)合圖5詳細(xì)介紹該算法流程，該算法詳細(xì)步驟如下：步驟1：設(shè)置GPS模塊輸出頻率。該輸出頻率與農(nóng)機作業(yè)速度有關(guān)。經(jīng)試驗驗證，由于深松機速度一般為15km/h,當(dāng)設(shè)置數(shù)據(jù)頻率為3Hz時，每秒三個GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)被記錄時，相同條件下面積測算誤差最低。步驟2：將GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對坐標(biāo)數(shù)據(jù)。由于在地球上不同地點經(jīng)緯度不同，走過相同的距離所對應(yīng)的經(jīng)緯度變化大小是不同的。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換由以下公式求得：xj＝xi-x(1)；(1)yj＝y(tǒng)i-y(1)；(2)x(k)＝x(j)×0.113×cos(34.29/180×π)(3)y(k)＝y(tǒng)(j)×0.113；(4)其中，(1)式中，x(1)為第一個采樣點經(jīng)度，xi為隨時間變化的所有坐標(biāo)點經(jīng)度；(2)式中，y(1)為第一個采樣點緯度，yi為隨時間變化的所有坐標(biāo)點緯度。(3)式中，x(k)為轉(zhuǎn)換為以米為單位的橫坐標(biāo)，y(k)為轉(zhuǎn)換為以米為單位的縱坐標(biāo)。步驟3：根據(jù)深松鏟幅寬，設(shè)置方格邊長。由于深松鏟種類不一樣，相同的深松鏟帶的犁的個數(shù)也有差異，因此d＝l(5)其中，l為深松鏟犁之間最大寬度，d為正方形網(wǎng)格邊長。步驟4：將作業(yè)軌跡相對坐標(biāo)劃歸到每一個小方格。所有網(wǎng)格組成深松作業(yè)后的耕地。xl＝x(k)/d；(6)yl＝y(tǒng)(k)/d；(7)xm＝xl+N；(8)ym＝y(tǒng)l+M；(9)其中，N、M為某一正整數(shù)，xl為由x(k)轉(zhuǎn)換的非負(fù)數(shù)坐標(biāo)，yl為由y(k)轉(zhuǎn)換的非負(fù)數(shù)坐標(biāo)，xm為最終轉(zhuǎn)換得到的橫坐標(biāo)，ym為最終轉(zhuǎn)換得到的縱坐標(biāo)，(8)、(9)兩式作用是將轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為非負(fù)數(shù)。步驟5：統(tǒng)計有效方格點與空白方格點。根據(jù)轉(zhuǎn)化后的二維坐標(biāo)生成矩陣或二維數(shù)組，在矩陣或二維數(shù)組中將有效方格點置為“1”，空白方格點置為“0”。步驟6：將深松作業(yè)矩形行掃描、列掃描；求取兩次統(tǒng)計的平均值，此測算數(shù)值即為求得的深松作業(yè)面積。s＝(s1+s2)/2(10)所述行掃描與列掃描可以采用循環(huán)算法求出面積，s1為行掃描面積，s2為列掃描面積，s為最終測算的面積。3結(jié)果與討論3.1試驗方法本試驗深松機選用我國耕地常用的山拖泰山以及東方紅拖拉機。作業(yè)時，拖拉機帶深松鏟行駛速度一般為15km/h左右。試驗在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)場進(jìn)行，試驗時間為2015年8月到10月。采用U-biox公司生產(chǎn)的neo-m8第八代GPS模塊采集拖拉機作業(yè)時軌跡坐標(biāo)，該模塊經(jīng)緯度輸出頻率范圍為1Hz到10Hz，模塊輸出頻率大小、語句格式可由上位機軟件u-center配置。將GPS模塊經(jīng)緯度輸出頻率設(shè)置為5Hz。GPS模塊采集的拖拉機作業(yè)時軌跡經(jīng)緯度數(shù)據(jù)保存在U盤。3.2算法驗證結(jié)果拖拉機分別按照設(shè)定的面積大小進(jìn)行深松作業(yè)，記錄每次作業(yè)的實際面積以及原始GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。經(jīng)過該算法用MATLAB軟件編程計算，面積測量值與真實值誤差在5％以下。測量結(jié)果如下所示：實際面積(m2)測算面積(m2)誤差5595181.90％4944871.40％111810882.70％1177.8812001.90％309130441.52％