基于Android的农水规划简便信息采集可靠性研究

梁 建，张志强，路伟亭

(安徽省·水利部淮委水利科学研究院，合肥 230088)

1 研究背景

自2015年7月国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》议案以来，各地都在积极部署“互联网+”现代水利行动计划。如何运用互联网及大数据技术，实现数字水利向智慧水利的转型，值得每一个水利信息化建设者的认真思考。

“互联网+”水利行动计划是用互联网思维解决水利实际问题，着力构建防洪保安体系，加强农田灌溉排涝系统、水土保持、水资源配置体系等建设，不断提高水利行业信息化水平，促进水利行业管理转型升级，建立互联网水利服务新模式。以水利信息化工作需求为目标，以水利普查成果为基础数据，建立“水利一张图”综合数据库，实现信息协同共享。

智能手机是“互联网+”的重要载体，中国迄今已经有5亿的智能手机用户，通信网络的进步、互联网、智能手机、智能芯片在企业、人群和物体中的广泛安装，为下一阶段的“互联网+”奠定了坚实的基础。水利信息应用平台的推广也离不开智能手机：水行政主管部门可通过平台的智能手机客户端实现水利信息的收集、项目的建设规划、灌区管理与水情监测等水利工程管控，提高农业水利信息的管理能力；技术人员可通过平台的智能手机客户端获取准确的灌排情况、水质监测、土壤肥力、科技服务等重要农业生产信息，从而增强对于农民适墒播种、抗旱减灾、适时适量排灌指导的针对性和科学性；灌区及农户可通过操作平台的智能手机客户端实现“智能灌溉”的快速建立，通过信息化手段提升灌区农田的科学化管理。

基于此，作者开发了一种基于Android的农水规划简便信息采集软件[1]，实现信息采集与分享、灌区的调查及系统管理。本文基于该软件，主要分析了智能手机实时定位的内符合精度和外符合精度。经三星Galaxy Note4手机测试，手机实时定位的精度均在0～6 m之间，可以满足农田水利信息应用平台的信息采集(寻点与记录)精度，论证了基于Android的农水规划简便信息采集软件的可靠性。

2 基于Android的农水规划简便信息采集系统简介

针对我国农田水利前期工作调查中的问题，作者将水利工程归纳为点状工程(水闸、泵站、桥涵等)、线状工程(渠道、排涝沟等)和面状工程(喷灌、滴灌等)，基于Android系统，开发了手机GPS定位结合万分之一地形图及百度地图进行信息采集并记录数据。利用手机GPS进行控制点的寻找，在保证更高的精度的前提下，方便规划，并且通过对采集信息的后期处理可以解决我国农田水利前期工作中存在的一些问题。

信息采集系统以独立的工程作为存储单位，在存储卡的根目录新建文件夹/WCP作为系统的根目录。对于每个工程，则新建一个与工程名相同的文件夹，作为每个工程的信息存储目录。工程的所有信息以JSON数据格式转换成字符串，写入工程目录下的project_info.inf文件内。

图1 农田水利工程简便信息采集系统操作流程图

信息采集系统的操作流程如图1所示。地图模式由自定义地图和标准地图构成：选择自定义地图模式需要提前准备地形图文件，地形图可以采用万分之一地形图或谷歌地图等，按照角点坐标导入；考虑到踏勘时没有地形图的可能性，系统提供了采用的百度地图API的标准地图。系统主要提供了点状、线状及面状工程的记录、绘制及信息查询功能，选择新建对象和对象类型，即可进行位置的定位、记录或对线状、面状工程进行绘制，保存之后可以查看对象属性，现场可反馈线状工程的长度和面状工程的面积，给用户决策提供数据支持。系统还提供了照片采集的功能，选择建筑物对象可以进行拍照，采集的照片以“建筑物工程名_纬度-经度_年-月-日 时:分:秒”的文件名称格式，从时间和空间上对建筑物照片进行区分，在相似建筑物数量较多的情况下，直接对照片进行分类。

3 内符合精度分析

3.1 数据采集

内符合精度是指仪器多次测量结果之间对比的较差[2]，是评定仪器稳定性、可靠性的重要指标。作者基于三星Galaxy Note4手机，利用基于Android的农水规划简便信息采集软件进行信息的实时采集，分析系统的内符合精度。

智能手机实时定位测量精度的高低受测量点附近环境情况、通信质量、时段卫星分布情况及系统中定位算法等的影响。内符合精度测试是对天津某地17个固定点2天内往复5次测试进行数据采集，距离长度约400 m。

3.2 数据及分析

本文X轴(Ax)、Y(Ay)轴及点距(As)的内符合精度根据式(1)计算。

(1)

式中：Δx、Δy、Δs分别为测量点的测量值与其平均值在X轴、Y轴方向及点距的差值；n为测量值总数。

统计各测量点与其均值之间差值的分布情况，以及点距差值在不同区间的分布情况，同时计算测量点不同时间点的测量值与其平均值的差值。数据采集及点距误差计算结果见表1。

图2 内符合精度点距误差

图3 内符合精度点距误差区间分布

注：坐标值采用BD09坐标系。

试验结果表明，X轴方向，测量点与其均值最小误差为0.04 m，最大误差为5.43 m，绝大部分误差在1～3 m，占92.94%；Y轴方向，测量点与其均值最小误差为0.05 m，最大误差为4.59 m，绝大部分误差在1～3m，占95.29%。平面方向上，测量点与其均值之间的点距误差最大值为5.63 m，最小值为0.39 m，且误差在4～6 m的几率为21%，点距误差大部分出现在1～3 m。

由表2可知X轴方向内符合精度为1.78 m，Y轴方向内符合精度为1.77 m。点距的均值为2.20 m，内符合精度为1.23 m。

4 外符合精度分析

4.1 数据采集

外符合精度是指测量结果与真实位置的符合程度[3]，同样是评定仪器稳定性、可靠性的重要指标。在外符合精度测试时，采用南方银河1号RTK测量系统码差分GNSS定位作为坐标真实值，其水平测量精度在0.01～0.03 m，实时定位观测值与其差值认为是真误差。

外符合精度测试是对安徽北部某水库大坝分别用南方银河1号RTK和基于Android的农水规划简便信息采集软件进行实时信息采集，大坝长度约400 m，本次选取其中300 m进行测试，每20 m设置一个桩号进行测试。

4.2 数据及分析

外符合精度是通过对比测量点与控制点来反映定位系统的实用性及可靠性。而中误差对一组测量中的特大或特小误差反映非常敏感，能够很好地反映出测量结果波动大小，因此，本文采用中误差反映测量系统外符合精度，根据式(2)计算。

(2)

式中：Vx、Vy分别为X轴、Y轴方向测量值与控制点之间的差值；N为测量点数量。

转换为百度坐标后的测量点、控制点坐标以及各方向、点距误差见表3，图4。

图4 外符合精度X、Y方向及点距误差

试验结果表明，X轴方向最大误差为3.67 m，最小值为0.22 m，误差出现在0～2 m的概率为75%；Y轴方向最大误差为4.15 m，最小值为0.26 m，误差出现在0～2 m的概率为62.5%；点距误差最大值为4.37 m，最小值为0.7 m，误差出现在0～2 m的概率为62.5%。

表3 外符合精度数据采集及各误差计算结果

注：坐标值统一采用BD09坐标系(百度)。

图5 外符合精度点距误差区间分布

表4 外符合精度分析成果表 m

由表2可知，点距的均值为2.37 m，外符合精度为1.86 m。

5 结 语

经测试，手机定位的实时误差在0～6 m之间，内符合精度为1.23 m，外符合精度为1.86 m，可以满足水利信息应用平台的信息采集(寻点与记录)精度，论证了基于Android的农水规划简便信息采集软件的可靠性。“水利一张图”综合数据库，实现信息协同共享。智能手机成本较低、普及率高，因此更容易推广，可以为水行政主管部门、技术人员、灌区及农户等服务。智能手机功能完善，现场反馈数据给工作人员，更加方便快捷，辅助工作人员进行决策，促进水利信息应用平台以及“互联网+”的推广。

□

[1] 梁 建,路伟亭,王晓泉. 基于Andriod的小型水利工程辅助规划系统开发[J].中国农村水利水电,2015,(10):144-147.

[2] 任 超,吴 伟,彭家頔,等. 基于GPSOne技术的智能手机定位精度及可靠性研究[J].测绘通报,2012,44(10):1 158-1 164.

[3] 李 胜. 北斗/GPS 导航系统在西北地区的定位精度分析[J].地理空间信息,2006,14(6):12-14.