[发明专利]基于卷积神经网络的作业地块自动识别与计算方法

权利要求书

1.基于卷积神经网络的作业地块自动识别与计算方法，包括以下步骤：

步骤一、多维特征图像生成；

步骤二、多维卷积神经网络对作业地块进行识别；

步骤三、栅格识别结果的矢量数据回归；

步骤四、作业地块面积计算；

所述步骤一：多维特征图像生成主要完成方式：

(1)使用地理编码转换矢量轨迹数据生成栅格数据

根据以车辆为单位的轨迹数据经纬度信息，使用原点为(X₀，Y₀)，空间分辨率为(T_X，T_Y)、(T_X/2，T_Y/2)、(T_X/4，T_Y/4)的简单地理编码对轨迹点进行编码D_P(D_X，D_Y)，并连接时序点位；

连接方法为直线生成算法，既则计算直线斜率后根据直线方程判断直线像素格是否经过直线，生成出的轨迹线的编码数组为D1；

使用编码数组D_l生成轨迹图像P_l，其中P_l中像素位置(P_X，P_Y)为地理编码(D_X，D_Y)，生成轨迹层P_l和参数信息层P_i。轨迹层像素数值为该地理编码在编码数组中重复的次数，参数信息层像素数值为地理编码轨迹点搭载的传感器平均值。

生成的轨迹图像P_l像素值使用log归一化P_i＝log₁₀P_i/log₁₀P_max以避免停车等轨迹停滞场景带来的长尾数据干扰；

生成的参数信息层Pi像素值使用P_g＝(P_g-P_min)/(P_max-P_min)进行归一化处理。

(2)使用外部地理矢量数据转换成栅格数据

使用轨迹图像P_l的最大最小经纬度信息截取矢量图层，使用扫描线方法建立栅格图像。

扫描线法具体是从最小经度到最大经度依次以空间分辨率为T_w为间隔扫描线上是否存在矢量图形，如果存在图形则标记为该块栅格值为1否则为0，最终得到基础地理矢量的栅格形式数据P_v。

(3)使用外部地理栅格数据统一成栅格数据

将轨迹图像P_l的栅格覆盖到基础地理栅格数据G_g上去，计算每个栅格P_XY在G_g上的对应栅格，计算新的像素值P_XY＝(∑_i∑_jG_g(i，j))/(i*j)，最终得到新的基础地理矢量的栅格形式数据P_g，P_g像素数值使用P_g＝(P_g-P_min)/(P_max-P_min)进行归一化处理。

所述步骤二：多维卷积神经网络对作业地块进行识别，即使用多维卷积神经网络对作业地块进行识别的主要完成方式：

(1)将生成的二维轨迹图像P_l，二维基础地理矢量栅格P_v，二维基础地理栅格数据P_g，叠层组合为新的多维图像P_m，此时多维图像P_m维数由载具自身传感器数量与外部地理信息数据数量决定；

(2)为了去掉重复或相近的属性对计算造成的冗余，对多维图像P_m进行PCA主成分分析，取贡献率前80％以上字段组合为新的多维图像，维度为n；

(3)使用深度学习网型训练识别作业地块得到分割结果：

使用1层的3*3卷积核进行卷积计算，输入通道为n输出通道为64，再使用1层的3*3卷积核进行卷积计算，通道数为64，最后经过ReLU函数激活；

使用最大池化层简化图像到原尺寸的一半；

使用通道数为128的2层3*3卷积核进行卷积计算，最后经过ReLU函数激活；

使用最大池化层简化图像到原尺寸的一半；

使用通道数为256的2层3*3卷积核进行卷积计算，最后经过ReLU函数激活；

使用最大池化层简化图像到原尺寸的一半；

使用通道数为512的2层3*3卷积核进行卷积计算，最后经过ReLU函数激活；

使用最大池化层简化图像到原尺寸的一半；

使用通道数为512的2层3*3卷积核进行卷积计算，最后经过ReLU函数激活；

使用最大池化层简化图像到原尺寸的一半；

经过2层的1*1*4096全连接层，经过ReLU函数激活；

最后通过Softmax输出识别结果。

所述步骤三：栅格识别结果的矢量数据回归，即识别结果结合时序关系回归为矢量数据主要完成方式：

(1)将轨迹编码D_P对照第二步的分割结果图像，将识别标签结果信息作为属性信息还原到轨迹数据中去；

(2)使用窗口为7的中值滤波按时序处理轨迹数据的识别标签结果属性，通过标签结果属性的不同和时间间隔阈值Tt得到作业地块对应轨迹的开始结束时间，并根据轨迹与作业范围生成作业面矢量MP_B，同时根据步骤一中编码规则生成地块地理编码D_b。

所述步骤四：作业地块面积计算，即识别结果的作业地块面积计算主要完成方式：

(1)将作业面矢量进行宽度为作业宽度一半W/2的膨胀运算，恢复真实作业面MP；

(2)将真实作业面MP进行宽度为W/2的闭运算消除地块内噪点；

(3)提取真实作业面MP中的外轮廓数据，使用道格拉斯普克法平滑外轮廓轨迹，道格拉斯普克法将待处理曲线的首末点连一条直线，求所有中间点与直线的距离，并找出最大距离值D_max，用D_max与抽稀阈值T_dp相比较：

若D_max小于T_dp，这条曲线上的中间点全部舍去；

若D_max大于等于T_dp，则以该点为界，把曲线分为两部分；

对这两部分曲线重复上述过程，直至所有的点都被处理完成。

(4)将得到的真实作业面MP_B中的轮廓所有点投影到横坐标上，通过计算顺序连接点与投影到横坐标的点形成的梯形面积，其中从左到右连接点梯形面积为正面积，从右到左连接点梯形面积为负面积，其梯形面积之和为整个图形的总面积。