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(wù)院印發(fā)《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》議案以來，各地都在積極部署“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代水利行動計劃。如何運用互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字水利向智慧水利的轉(zhuǎn)型，值得每一個水利信息化建設(shè)者的認真思考。

“互聯(lián)網(wǎng)+”水利行動計劃是用互聯(lián)網(wǎng)思維解決水利實際問題，著力構(gòu)建防洪保安體系，加強農(nóng)田灌溉排澇系統(tǒng)、水土保持、水資源配置體系等建設(shè)，不斷提高水利行業(yè)信息化水平，促進水利行業(yè)管理轉(zhuǎn)型升級，建立互聯(lián)網(wǎng)水利服務(wù)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(chǔ)數(shù)據(jù)，建立“水利一張圖”綜合數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)信息協(xié)同共享。

智能手機是“互聯(lián)網(wǎng)+”的重要載體，中國迄今已經(jīng)有5億的智能手機用戶，通信網(wǎng)絡(luò)的進步、互聯(lián)網(wǎng)、智能手機、智能芯片在企業(yè)、人群和物體中的廣泛安裝，為下一階段的“互聯(lián)網(wǎng)+”奠定了堅實的基礎(chǔ)。水利信息應(yīng)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(xiàn)水利信息的收集、項目的建設(shè)規(guī)劃、灌區(qū)管理與水情監(jiān)測等水利工程管控，提高農(nóng)業(yè)水利信息的管理能力；技術(shù)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(zhì)監(jiān)測、土壤肥力、科技服務(wù)等重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，從而增強對于農(nóng)民適墑播種、抗旱減災(zāi)、適時適量排灌指導的針對性和科學性；灌區(qū)及農(nóng)戶可通過操作平臺的智能手機客戶端實現(xiàn)“智能灌溉”的快速建立，通過信息化手段提升灌區(qū)農(nóng)田的科學化管理。

基于此，作者開發(fā)了一種基于Android的農(nóng)水規(guī)劃簡便信息采集軟件[1]，實現(xiàn)信息采集與分享、灌區(qū)的調(diào)查及系統(tǒng)管理。本文基于該軟件，主要分析了智能手機實時定位的內(nèi)符合精度和外符合精度。經(jīng)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(nóng)田水利信息應(yīng)用平臺的信息采集(尋點與記錄)精度，論證了基于Android的農(nóng)水規(guī)劃簡便信息采集軟件的可靠性。

2 基于Android的農(nóng)水規(guī)劃簡便信息采集系統(tǒng)簡介

針對我國農(nóng)田水利前期工作調(diào)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(tǒng)，開發(fā)了手機GPS定位結(jié)合萬分之一地形圖及百度地圖進行信息采集并記錄數(shù)據(jù)。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(guī)劃，并且通過對采集信息的后期處理可以解決我國農(nóng)田水利前期工作中存在的一些問題。

信息采集系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成字符串，寫入工程目錄下的project_info.inf文件內(nèi)。

圖1 農(nóng)田水利工程簡便信息采集系統(tǒng)操作流程圖

信息采集系統(tǒng)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(gòu)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(tǒng)提供了采用的百度地圖API的標準地圖。系統(tǒng)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?qū)€狀、面狀工程進行繪制，保存之后可以查看對象屬性，現(xiàn)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(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)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(jīng)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(qū)分，在相似建筑物數(shù)量較多的情況下，直接對照片進行分類。

3 內(nèi)符合精度分析

3.1 數(shù)據(jù)采集

內(nèi)符合精度是指儀器多次測量結(jié)果之間對比的較差[2]，是評定儀器穩(wěn)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(nóng)水規(guī)劃簡便信息采集軟件進行信息的實時采集，分析系統(tǒng)的內(nèi)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(huán)境情況、通信質(zhì)量、時段衛(wèi)星分布情況及系統(tǒng)中定位算法等的影響。內(nèi)符合精度測試是對天津某地17個固定點2天內(nèi)往復5次測試進行數(shù)據(jù)采集，距離長度約400 m。

3.2 數(shù)據(jù)及分析

本文X軸(Ax)、Y(Ay)軸及點距(As)的內(nèi)符合精度根據(jù)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(shù)。

統(tǒng)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(qū)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(shù)據(jù)采集及點距誤差計算結(jié)果見表1。

圖2 內(nèi)符合精度點距誤差

圖3 內(nèi)符合精度點距誤差區(qū)間分布

注：坐標值采用BD09坐標系。

試驗結(jié)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(xiàn)在1～3 m。

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

4 外符合精度分析

4.1 數(shù)據(jù)采集

外符合精度是指測量結(jié)果與真實位置的符合程度[3]，同樣是評定儀器穩(wěn)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(tǒng)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(nóng)水規(guī)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(shè)置一個樁號進行測試。

4.2 數(shù)據(jù)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(tǒng)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(jié)果波動大小，因此，本文采用中誤差反映測量系統(tǒng)外符合精度，根據(jù)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(shù)量。

轉(zhuǎn)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(jié)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在0～2 m的概率為62.5%。

表3 外符合精度數(shù)據(jù)采集及各誤差計算結(jié)果

注：坐標值統(tǒng)一采用BD09坐標系(百度)。

圖5 外符合精度點距誤差區(qū)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(jié) 語

經(jīng)測試，手機定位的實時誤差在0～6 m之間，內(nèi)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(yīng)用平臺的信息采集(尋點與記錄)精度，論證了基于Android的農(nóng)水規(guī)劃簡便信息采集軟件的可靠性。“水利一張圖”綜合數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)信息協(xié)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(shù)人員、灌區(qū)及農(nóng)戶等服務(wù)。智能手機功能完善，現(xiàn)場反饋數(shù)據(jù)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(yīng)用平臺以及“互聯(lián)網(wǎng)+”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(guī)劃系統(tǒng)開發(fā)[J].中國農(nóng)村水利水電,2015,(10):144-147.

[2] 任 超,吳 偉,彭家頔,等. 基于GPSOne技術(shù)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(tǒng)在西北地區(qū)的定位精度分析[J].地理空間信息,2006,14(6):12-14.