基于Android的農水規劃簡便信息采集可靠性研究

梁 建，張志強，路偉亭

(安徽省·水利部淮委水利科學研究院，合肥 230088)

1 研究背景

自2015年7月國務院印發《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》議案以來，各地都在積極部署“互聯網+”現代水利行動計劃。如何運用互聯網及大數據技術，實現數字水利向智慧水利的轉型，值得每一個水利信息化建設者的認真思考。

“互聯網+”水利行動計劃是用互聯網思維解決水利實際問題，著力構建防洪保安體系，加強農田灌溉排澇系統、水土保持、水資源配置體系等建設，不斷提高水利行業信息化水平，促進水利行業管理轉型升級，建立互聯網水利服務新模式。以水利信息化工作需求為目標，以水利普查成果為基礎數據，建立“水利一張圖”綜合數據庫，實現信息協同共享。

智能手機是“互聯網+”的重要載體，中國迄今已經有5億的智能手機用戶，通信網絡的進步、互聯網、智能手機、智能芯片在企業、人群和物體中的廣泛安裝，為下一階段的“互聯網+”奠定了堅實的基礎。水利信息應用平臺的推廣也離不開智能手機：水行政主管部門可通過平臺的智能手機客戶端實現水利信息的收集、項目的建設規劃、灌區管理與水情監測等水利工程管控，提高農業水利信息的管理能力；技術人員可通過平臺的智能手機客戶端獲取準確的灌排情況、水質監測、土壤肥力、科技服務等重要農業生產信息，從而增強對于農民適墑播種、抗旱減災、適時適量排灌指導的針對性和科學性；灌區及農戶可通過操作平臺的智能手機客戶端實現“智能灌溉”的快速建立，通過信息化手段提升灌區農田的科學化管理。

基于此，作者開發了一種基于Android的農水規劃簡便信息采集軟件[1]，實現信息采集與分享、灌區的調查及系統管理。本文基于該軟件，主要分析了智能手機實時定位的內符合精度和外符合精度。經三星Galaxy Note4手機測試，手機實時定位的精度均在0～6 m之間，可以滿足農田水利信息應用平臺的信息采集(尋點與記錄)精度，論證了基于Android的農水規劃簡便信息采集軟件的可靠性。

2 基于Android的農水規劃簡便信息采集系統簡介

針對我國農田水利前期工作調查中的問題，作者將水利工程歸納為點狀工程(水閘、泵站、橋涵等)、線狀工程(渠道、排澇溝等)和面狀工程(噴灌、滴灌等)，基于Android系統，開發了手機GPS定位結合萬分之一地形圖及百度地圖進行信息采集并記錄數據。利用手機GPS進行控制點的尋找，在保證更高的精度的前提下，方便規劃，并且通過對采集信息的后期處理可以解決我國農田水利前期工作中存在的一些問題。

信息采集系統以獨立的工程作為存儲單位，在存儲卡的根目錄新建文件夾/WCP作為系統的根目錄。對于每個工程，則新建一個與工程名相同的文件夾，作為每個工程的信息存儲目錄。工程的所有信息以JSON數據格式轉換成字符串，寫入工程目錄下的project_info.inf文件內。

圖1 農田水利工程簡便信息采集系統操作流程圖

信息采集系統的操作流程如圖1所示。地圖模式由自定義地圖和標準地圖構成：選擇自定義地圖模式需要提前準備地形圖文件，地形圖可以采用萬分之一地形圖或谷歌地圖等，按照角點坐標導入；考慮到踏勘時沒有地形圖的可能性，系統提供了采用的百度地圖API的標準地圖。系統主要提供了點狀、線狀及面狀工程的記錄、繪制及信息查詢功能，選擇新建對象和對象類型，即可進行位置的定位、記錄或對線狀、面狀工程進行繪制，保存之后可以查看對象屬性，現場可反饋線狀工程的長度和面狀工程的面積，給用戶決策提供數據支持。系統還提供了照片采集的功能，選擇建筑物對象可以進行拍照，采集的照片以“建筑物工程名_緯度-經度_年-月-日 時:分:秒”的文件名稱格式，從時間和空間上對建筑物照片進行區分，在相似建筑物數量較多的情況下，直接對照片進行分類。

3 內符合精度分析

3.1 數據采集

內符合精度是指儀器多次測量結果之間對比的較差[2]，是評定儀器穩定性、可靠性的重要指標。作者基于三星Galaxy Note4手機，利用基于Android的農水規劃簡便信息采集軟件進行信息的實時采集，分析系統的內符合精度。

智能手機實時定位測量精度的高低受測量點附近環境情況、通信質量、時段衛星分布情況及系統中定位算法等的影響。內符合精度測試是對天津某地17個固定點2天內往復5次測試進行數據采集，距離長度約400 m。

3.2 數據及分析

本文X軸(Ax)、Y(Ay)軸及點距(As)的內符合精度根據式(1)計算。

(1)

式中：Δx、Δy、Δs分別為測量點的測量值與其平均值在X軸、Y軸方向及點距的差值；n為測量值總數。

統計各測量點與其均值之間差值的分布情況，以及點距差值在不同區間的分布情況，同時計算測量點不同時間點的測量值與其平均值的差值。數據采集及點距誤差計算結果見表1。

圖2 內符合精度點距誤差

圖3 內符合精度點距誤差區間分布

注：坐標值采用BD09坐標系。

試驗結果表明，X軸方向，測量點與其均值最小誤差為0.04 m，最大誤差為5.43 m，絕大部分誤差在1～3 m，占92.94%；Y軸方向，測量點與其均值最小誤差為0.05 m，最大誤差為4.59 m，絕大部分誤差在1～3m，占95.29%。平面方向上，測量點與其均值之間的點距誤差最大值為5.63 m，最小值為0.39 m，且誤差在4～6 m的幾率為21%，點距誤差大部分出現在1～3 m。

由表2可知X軸方向內符合精度為1.78 m，Y軸方向內符合精度為1.77 m。點距的均值為2.20 m，內符合精度為1.23 m。

4 外符合精度分析

4.1 數據采集

外符合精度是指測量結果與真實位置的符合程度[3]，同樣是評定儀器穩定性、可靠性的重要指標。在外符合精度測試時，采用南方銀河1號RTK測量系統碼差分GNSS定位作為坐標真實值，其水平測量精度在0.01～0.03 m，實時定位觀測值與其差值認為是真誤差。

外符合精度測試是對安徽北部某水庫大壩分別用南方銀河1號RTK和基于Android的農水規劃簡便信息采集軟件進行實時信息采集，大壩長度約400 m，本次選取其中300 m進行測試，每20 m設置一個樁號進行測試。

4.2 數據及分析

外符合精度是通過對比測量點與控制點來反映定位系統的實用性及可靠性。而中誤差對一組測量中的特大或特小誤差反映非常敏感，能夠很好地反映出測量結果波動大小，因此，本文采用中誤差反映測量系統外符合精度，根據式(2)計算。

(2)

式中：Vx、Vy分別為X軸、Y軸方向測量值與控制點之間的差值；N為測量點數量。

轉換為百度坐標后的測量點、控制點坐標以及各方向、點距誤差見表3，圖4。

圖4 外符合精度X、Y方向及點距誤差

試驗結果表明，X軸方向最大誤差為3.67 m，最小值為0.22 m，誤差出現在0～2 m的概率為75%；Y軸方向最大誤差為4.15 m，最小值為0.26 m，誤差出現在0～2 m的概率為62.5%；點距誤差最大值為4.37 m，最小值為0.7 m，誤差出現在0～2 m的概率為62.5%。

表3 外符合精度數據采集及各誤差計算結果

注：坐標值統一采用BD09坐標系(百度)。

圖5 外符合精度點距誤差區間分布

表4 外符合精度分析成果表 m

由表2可知，點距的均值為2.37 m，外符合精度為1.86 m。

5 結 語

經測試，手機定位的實時誤差在0～6 m之間，內符合精度為1.23 m，外符合精度為1.86 m，可以滿足水利信息應用平臺的信息采集(尋點與記錄)精度，論證了基于Android的農水規劃簡便信息采集軟件的可靠性?！八粡垐D”綜合數據庫，實現信息協同共享。智能手機成本較低、普及率高，因此更容易推廣，可以為水行政主管部門、技術人員、灌區及農戶等服務。智能手機功能完善，現場反饋數據給工作人員，更加方便快捷，輔助工作人員進行決策，促進水利信息應用平臺以及“互聯網+”的推廣。

□

[1] 梁 建,路偉亭,王曉泉. 基于Andriod的小型水利工程輔助規劃系統開發[J].中國農村水利水電,2015,(10):144-147.

[2] 任 超,吳 偉,彭家頔,等. 基于GPSOne技術的智能手機定位精度及可靠性研究[J].測繪通報,2012,44(10):1 158-1 164.

[3] 李 勝. 北斗/GPS 導航系統在西北地區的定位精度分析[J].地理空間信息,2006,14(6):12-14.