技术领域
[0001] 本
发明属于农业无人机技术领域，具体涉及一种农业植保无人机的作业面积统计方法。
背景技术
[0002] 农业无人机飞行作业有多种模式——手动模式、AB点模式和全自主模式等。不同作业模式下的无人机飞行轨迹有不同的统计规律。全自主模式由于提前有航线规划，作业面积以航线完成度和
地块面积结合算出，但不规则地块的面积统计误差较大，尤其是地块中有障碍物的情况下，统计误差会达到30％以上；AB点模式的航线长度根据实际情况会随时调整，因此无法基于地块的面积用航线的
覆盖范围来统计作业面积，只能根据航线长度来近似估算作业面积；手动模式下的航线变化更加随意，统计情况最复杂，目前没有有效的统计方法适用于手动飞行的作业统计；
[0003] 目前使用最多的面积统计方式是喷幅与飞行距离的乘积，我们叫做矩形法。具体做法是根据飞机飞行距离与喷洒状态先计算出每段喷洒距离L，再根据飞机的喷幅W来计算作业面积： 矩形法计算面积只适合航线规划规则，喷洒流程规范的作业模式，否则路径覆盖的面积会重复计算，或者间距较大的航迹会漏算面积；
[0004] 另一种统计方式以喷洒点的最小凸包多边形面积当作作业面积，我们叫做散布点覆盖面积法。具体做法是分割任意多边形为三
角形，累加三角形面积： 其中Vi和Yi分别表示第i个三角形的两条边所代表的向量，散点覆盖面积法由于首先计算最小凸包，因此十字交叉喷洒，或者地块不规则的情况下会多算喷洒面积，误差较大。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服
现有技术的不足，提供一种农业植保无人机的作业面积统计方法，该一种农业植保无人机的作业面积统计方法具有能够降低误差，计算精确度高的主要功能优点。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] 一种农业植保无人机的作业面积统计方法，包括以下步骤：
[0008] 1)汇总完成作业架次的作业数据，所述的作业数据包括飞机
位置信息、喷洒幅值和无人机喷洒
开关标志；
[0009] 2)对作业数据进行降噪以筛除明显异常点；
[0010] 3)将作业轨迹中无人机喷洒开关标志为关的未喷洒轨迹段剔除并形成多段不连续的喷洒轨迹段；
[0011] 4)结合每段喷洒轨迹段的飞机经纬度位置信息将轨迹分别拟合成一个直线并根据有效喷洒幅值生成该喷洒轨迹段对应的喷洒轨迹缓冲区；
[0012] 5)将各轨迹缓冲区采用多边形合并技术融合并计算融合后的多边形面积。
[0013] 在上述技术方案中，所述的步骤1)中的作业数据由农业植保无人机作业时实时上传提供。
[0014] 在上述技术方案中，所述的步骤2)包括以下步骤；
[0015] 步骤21)将飞机位置信息按照其生成的时间顺序进行排序，形成作业轨迹；
[0016] 步骤22)按次序依次计算后一个轨迹点与前一个轨迹点的距离并判断该距离是否超出两轨迹点的时间间隔内最大航程，如果超出，则将该后一轨迹点删除，若未超出则保留；
[0017] 步骤23)重新生成新的有效作业轨迹。
[0018] 在上述技术方案中，所述的作业信息还包括喷洒值，所述的步骤22)中同时将喷洒值过低对应的轨迹点删除。
[0019] 在上述技术方案中，所述的步骤4)包括：
[0020] 41)将喷洒轨迹段内的飞机位置信息的经纬度坐标转换为平面笛卡尔坐标并生成喷洒轨迹点；
[0021] 42)采用最小二乘法计算出喷洒轨迹点的拟合直线；
[0022] 43)计算有效喷洒幅值并生成喷洒轨迹缓冲区。
[0023] 在上述技术方案中，所述
[0024] 的步骤43)中，有效喷洒幅值为喷洒幅值乘以系数，所述的系数为
[0025]
[0026] 其中，δ为不同机型的设定参数，Vf为飞行速度(单位m/s),Vw为
风速(单位：m/s),Vp为喷洒流速(单位升/分钟)，A为设定的系数极大值。
[0027] 在上述技术方案中，所述的步骤5)包括，
[0028] 51)对喷洒轨迹缓冲区利用最小凸包
算法筛选出
顶点坐标以构成多边形向量；
[0029] 52)采用多边形合并技术融合并计算融合后的多边形面积。
[0030] 在上述技术方案中，还包括通过
用户界面显示无人机的作业航迹、喷洒轨迹段、拟合直线、喷洒轨迹缓冲区以及喷洒面积的显示步骤。
[0031] 本发明的优点和有益效果为：
[0032] 1.本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法以矩形法为
基础，采用不只依靠作业航线的面积统计方法，使其对作业航线的轨迹具有更强的适应性，能够解决手动模式下的更加随意的变化航线造成无法统计的难题，同时也弥补采用散点覆盖面积法无法统计不规则地块的难题。
[0033] 2.本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法将喷洒轨迹生成缓冲区域，可以有效的模拟喷洒过程，通过多边形合并技术能够将重叠的喷洒区进行融合，有效避免重复计算造成作业面积计算不准确的情况，采用生成缓冲区的方式计算喷洒面积，能够拟合多种地形，减少统计误差，尤其对有障碍物的地块，能够有效的降低统计误差。
附图说明
[0034] 图1是本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法的最小凸包计算机过程图。
[0035] 图2是本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法的无人机的航迹点的降噪处理图。
[0036] 图3是本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法的航迹点的降噪的处理
流程图。
[0037] 图4是本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法的喷洒轨迹分段图。
[0038] 图5是本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法的总体流程图。
[0039] 图6是本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法的无人机的经纬度位置信息形成的运行轨迹的
可视化图。
[0040] 图7是本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法的喷洒轨迹形成的喷洒区域的可视化图。
[0041] 图8是本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法的缓冲区的面积计算结果的可视化图。
[0042] 图9所示为融合结果示意图。
[0043] 图10所示为最小凸包法构成多边形向量流程图。
[0044] 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0045] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图1-10和具体
实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0046] 实施例1
[0047] 本发明的一种农业植保无人机的作业面积统计方法，包括以下步骤：
[0048] 1)汇总完成作业架次的作业数据，所述的作业数据包括飞机位置信息、喷洒幅值和无人机喷洒开关标志；
[0049] 2)对作业数据进行降噪以筛除明显异常点；
[0050] 3)将作业轨迹中无人机喷洒开关标志为关的未喷洒轨迹段剔除并形成多段不连续的喷洒轨迹段；
[0051] 4)结合每段喷洒轨迹段的飞机经纬度位置信息将轨迹分别拟合成一个直线并根据有效喷洒幅值生成该喷洒轨迹段对应的喷洒轨迹缓冲区；其中，有效喷洒幅值是结合喷洒幅值、风速、喷洒流速以及飞行速度等综合计算得到。
[0052] 5)将各轨迹缓冲区采用多边形合并技术融合并计算融合后的多边形面积。
[0053] 同时，还包括通过用户界面显示无人机的作业航迹、喷洒轨迹段、拟合直线、喷洒轨迹缓冲区以及喷洒面积的显示步骤。通过将原始数据、处理过程数据及最终生成的面积通过
人机交互形式展示，提高了交互性。
[0054] 其中，上述统计方法在
服务器中进行，所述的步骤1)中的作业数据由农业植保无人机作业时利用无线通讯模块实时上传提供至服务器，该作业批次完成后进行统计计算，所述的
无线通信模块为2G/3G/4G移动网络模块。
[0055] 本发明的算法适应性强，本方法基于喷洒轨迹生成缓冲区域，可以有效模拟喷洒过程，无论是手动模式、AB点模式或全自主模式，只要有连续的喷洒轨迹就可以计算面积；生成多段喷洒轨迹段缓冲区后，采用多边形合并技术，可以使重叠喷洒的区域相互融合，避免重复计算作业面积；喷洒轨迹缓冲区生成的面积可以较好的拟合多种地形，包括有障碍物的地块，统计误差更小。
[0056] 采集飞机飞行轨迹的过程中，由于通信链路的
稳定性问题，会导致一些异常点出现(异常点是指明显不属于本次作业区域的地球经纬度坐标)。生成轨迹的过程中必须去掉这些异常点，否则会导致面积计算误差很大。具体降噪包括以下步骤；
[0057] 步骤21)将飞机位置信息按照其生成的时间顺序进行排序，形成作业轨迹；
[0058] 步骤22)按次序依次计算后一个轨迹点与前一个轨迹点的距离并判断该距离是否超出两轨迹点时间间隔内最大航程，如果超出，则将该后一轨迹点删除，若未超出则保留；
[0059] 步骤23)重新生成新的有效作业轨迹。
[0060] 同时，在步骤22)中还包括
选定计算基准点的步骤，选定有效计算基准点可有提高计算
精度和降噪效果，机选基准点可由地域限定，或者第一次开始喷洒时的轨迹点作为计算基准点。
[0061] 进一步地，所述的作业信息还包括喷洒值，所述的步骤22)中同时将喷洒值过低对应的轨迹点删除。
[0062] 其中，所述的步骤4)中包括以下步骤，
[0063] 41)将喷洒轨迹段内的飞机位置信息的经纬度坐标转换为平面笛卡尔坐标并生成喷洒轨迹点；
[0064] 42)采用最小二乘法计算出喷洒轨迹点的拟合直线；
[0065] 43)计算有效喷洒幅值并生成喷洒轨迹缓冲区，有效喷洒幅值为喷洒幅值乘以系数，其中有效喷洒幅值的系数为
[0066]
[0067] 所述的步骤5)包括，
[0068] 51)对喷洒轨迹缓冲区利用最小凸包算法筛选出顶点坐标以构成多边形向量；
[0069] 52)采用多边形合并技术融合并计算融合后的多边形面积。
[0070] 其中，δ为不同机型的设定参数，Vf为飞行速度(单位m/s),Vw为风速(单位：m/s),Vp为喷洒流速(单位升/分钟)，A为设定的系数极大值，取值1.5-1.9之间。首先将轨迹拟合成直线然后再依据该直线轨迹和有效喷洒幅值可以生成比较规则的喷洒轨迹缓冲区，即利用轨迹产生的模拟直线轨迹来模拟喷洒过程，然后采取多边形融合技术消除重复统计改进的最小凸包算法，适当对作业轨迹进行处理，尤其适用于对不规则地块的进行面积统计，包括有障碍物的地块，统计误差更小。
[0071] 为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将
定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0072] 而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0073] 以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的
变形、
修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
