基于Android 的水土流失變化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊濤

（國家測繪地理信息局第三航測遙感院，四川 成都610100）

我國是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國家之一。嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象是我國生態(tài)惡化的集中反映，給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的危機(jī)，制約了受影響區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展[1]。目前，“3S”技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于水土保持調(diào)查及監(jiān)測，通過遙感技術(shù)、遙感影像識別等方法，可以快速、高效的了解土壤侵蝕影響因素及時(shí)空變化、水土保持措施的現(xiàn)狀及變化，判定土壤侵蝕的類型和強(qiáng)度。

1 技術(shù)路線

在收集地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)和高分辨影像的基礎(chǔ)上，通過內(nèi)業(yè)軟件對野外調(diào)查單元范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行裁切、提取等預(yù)處理，編輯數(shù)據(jù)與影像進(jìn)行底圖制作，并復(fù)制到平板電腦；然后，通過移動設(shè)備在野外實(shí)地對水土流失信息進(jìn)行調(diào)查，并拍攝景觀照片；調(diào)查完成再導(dǎo)入到內(nèi)業(yè)，進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯，成果整理，最終輸出風(fēng)蝕水蝕調(diào)查表和歸檔成果制圖等[2-3]。

1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理階段。在野外調(diào)查開始之前，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，搜集監(jiān)測區(qū)域的遙感影像圖、地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)以及水利、氣象等行業(yè)數(shù)據(jù)。根據(jù)遙感影像圖、地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行野外調(diào)查單元的布設(shè)和野外調(diào)查線路的規(guī)劃，并制作調(diào)查底圖提供野外調(diào)查時(shí)在移動端使用。

1.2 野外調(diào)查階段。根據(jù)對監(jiān)測區(qū)域和調(diào)查路線的規(guī)劃，到達(dá)指定野外調(diào)查單元后，首先對調(diào)查單元中心點(diǎn)進(jìn)行定位，并根據(jù)風(fēng)蝕、水蝕分類對地塊進(jìn)行劃分。調(diào)查的主要工作是地塊上的土壤情況、植被覆蓋、水土保持措施等基本信息進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入；同時(shí)對調(diào)查單元地形地貌概況、各個(gè)地塊地表以及水保措施等進(jìn)行拍照，并采集遙感影像解譯樣本。同時(shí)，記錄調(diào)查人員的定位信息和行走軌跡。

1.3 內(nèi)業(yè)處理階段。野外調(diào)查結(jié)束后，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)庫和照片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和成果整理。首先對調(diào)查單元的地塊進(jìn)行重新分類和編號，同時(shí)提供裁切、合并、修線、扣面等輔助編輯工具對地塊進(jìn)行修飾整理；并最終批量輸出風(fēng)蝕水蝕調(diào)查表、自動整理照片，輸出制圖成果。

2 數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)

基于Android 移動開發(fā)及MVP 架構(gòu)，結(jié)合ArcObjects 組件式開發(fā)技術(shù)，開發(fā)移動端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊。

2.1 Android 移動開發(fā)及MVP 架構(gòu)。Android 系統(tǒng)采用層級式架構(gòu)，從下至上分別是Linux 內(nèi)核、硬件抽象層（HAL）、系統(tǒng)運(yùn)行庫層、Java API 框架層和系統(tǒng)應(yīng)用層，各層之間相對獨(dú)立，符合高內(nèi)聚、低耦合的設(shè)計(jì)原則。MVP 是一種軟件設(shè)計(jì)模式，從軟件工程中的MVC（Model View Controller）架構(gòu)演變而來。對于一個(gè)Android 應(yīng)用，在MVP 架構(gòu)中通過將UI 界面和數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離，將應(yīng)用抽象成View層、Model 層和Presenter 層[4]。

2.2 ArcObjects 組件式開發(fā)技術(shù)。ArcObjects 是桌面端軟件ArcMap、ArcCatalog、ArcScene 以 及ArcGlobe 的 開 發(fā) 平 臺。ArcObjects 具有強(qiáng)大的開放性和擴(kuò)展性，支持.Net、Java、C++、Python 等多種支持COM標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)語言和工具，可以按需求對組件進(jìn)行功能擴(kuò)展[5]。

2.3 功能模塊實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集模塊：利用LoginActivity、RegisterActivity、UsersManageActivity 等Activity 組 件 以 及User.java、UserService.java 類實(shí)現(xiàn)用戶管理；通過ArcGISTiledLayer 加載TPK 或Bundle 格式切片影像數(shù)據(jù)，并以Basemap 的方式加載到MapView 地圖控件以實(shí)現(xiàn)地圖加載；通過繼承LinearLayout的TemplatePicker 類動態(tài)生成調(diào)繪面板，實(shí)現(xiàn)調(diào)繪模塊；通過ArcGIS Runtime 結(jié)合Android GPS 定位方法實(shí)現(xiàn)定位和軌跡記錄功能；通過構(gòu)建繼承至SurfaceView視圖的自定義相機(jī)類，實(shí)現(xiàn)帶有傳感器和GPS 定位信息的自定義相機(jī)進(jìn)行樣本采集。

數(shù)據(jù)處理模塊：基于Visual Studio 2013 IDE，使用ArcGIS的ArcObjects 組件庫二次開發(fā)桌面端數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。主要實(shí)現(xiàn)水土流失調(diào)查數(shù)據(jù)管理、查詢展示與數(shù)據(jù)編輯、風(fēng)蝕水蝕調(diào)查表以及制圖輸出等功能。

圖1 野外調(diào)查底圖

3 軟件試驗(yàn)結(jié)果

利用iPad 7 裝載水土流失變化監(jiān)測系統(tǒng)，對研究區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測試驗(yàn)，主要對塔里木河流域進(jìn)行調(diào)查。利用移動端大數(shù)據(jù)遙感影像存儲與顯示技術(shù)加載調(diào)查底圖，如圖1 所示。

基于GPS 軌跡記錄和集成方向傳感器信息的照片采集技術(shù)，規(guī)劃線路并進(jìn)行照片采樣，最后整理成果入庫，如圖2。

圖2 調(diào)查路線規(guī)劃及相片采集

水土流失野外調(diào)查完成后，在內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和成果輸出。系統(tǒng)可以根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)對風(fēng)蝕、水蝕調(diào)查表進(jìn)行批量導(dǎo)出，并整理樣本照片，如圖3 所示。

圖3 調(diào)查表成果整理

4 結(jié)論

本文主要實(shí)現(xiàn)了一種基于Android 的水土流失變化監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合3S 技術(shù)和地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集和自動化處理流程。通過試驗(yàn)得出系統(tǒng)能夠方便、快捷的完成數(shù)據(jù)采集和處理任務(wù)，在實(shí)際項(xiàng)目中具有一定可行性。