基于Android 的水土流失變化監測系統的設計與實現

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重的國家之一。嚴重的水土流失現象是我國生態惡化的集中反映，給生態環境帶來了巨大的危機，制約了受影響區域的經濟社會發展[1]。目前，“3S”技術被越來越廣泛地應用于水土保持調查及監測，通過遙感技術、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空變化、水土保持措施的現狀及變化，判定土壤侵蝕的類型和強度。

1 技術路線

在收集地理國情監測數據和高分辨影像的基礎上，通過內業軟件對野外調查單元范圍內的數據進行裁切、提取等預處理，編輯數據與影像進行底圖制作，并復制到平板電腦；然后，通過移動設備在野外實地對水土流失信息進行調查，并拍攝景觀照片；調查完成再導入到內業，進行數據編輯，成果整理，最終輸出風蝕水蝕調查表和歸檔成果制圖等[2-3]。

1.1 數據預處理階段。在野外調查開始之前，需要進行數據準備，搜集監測區域的遙感影像圖、地理國情監測數據以及水利、氣象等行業數據。根據遙感影像圖、地理國情監測數據進行野外調查單元的布設和野外調查線路的規劃，并制作調查底圖提供野外調查時在移動端使用。

1.2 野外調查階段。根據對監測區域和調查路線的規劃，到達指定野外調查單元后，首先對調查單元中心點進行定位，并根據風蝕、水蝕分類對地塊進行劃分。調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行數據錄入；同時對調查單元地形地貌概況、各個地塊地表以及水保措施等進行拍照，并采集遙感影像解譯樣本。同時，記錄調查人員的定位信息和行走軌跡。

1.3 內業處理階段。野外調查結束后，根據調查數據庫和照片進行數據處理和成果整理。首先對調查單元的地塊進行重新分類和編號，同時提供裁切、合并、修線、扣面等輔助編輯工具對地塊進行修飾整理；并最終批量輸出風蝕水蝕調查表、自動整理照片，輸出制圖成果。

2 數據采集模塊實現

基于Android 移動開發及MVP 架構，結合ArcObjects 組件式開發技術，開發移動端數據采集系統模塊。

2.1 Android 移動開發及MVP 架構。Android 系統采用層級式架構，從下至上分別是Linux 內核、硬件抽象層（HAL）、系統運行庫層、Java API 框架層和系統應用層，各層之間相對獨立，符合高內聚、低耦合的設計原則。MVP 是一種軟件設計模式，從軟件工程中的MVC（Model View Controller）架構演變而來。對于一個Android 應用，在MVP 架構中通過將UI 界面和數據進行隔離，將應用抽象成View層、Model 層和Presenter 層[4]。

2.2 ArcObjects 組件式開發技術。ArcObjects 是桌面端軟件ArcMap、ArcCatalog、ArcScene 以 及ArcGlobe 的 開 發 平 臺。ArcObjects 具有強大的開放性和擴展性，支持.Net、Java、C++、Python 等多種支持COM標準的開發語言和工具，可以按需求對組件進行功能擴展[5]。

2.3 功能模塊實現。數據采集模塊：利用LoginActivity、RegisterActivity、UsersManageActivity 等Activity 組 件 以 及User.java、UserService.java 類實現用戶管理；通過ArcGISTiledLayer 加載TPK 或Bundle 格式切片影像數據，并以Basemap 的方式加載到MapView 地圖控件以實現地圖加載；通過繼承LinearLayout的TemplatePicker 類動態生成調繪面板，實現調繪模塊；通過ArcGIS Runtime 結合Android GPS 定位方法實現定位和軌跡記錄功能；通過構建繼承至SurfaceView視圖的自定義相機類，實現帶有傳感器和GPS 定位信息的自定義相機進行樣本采集。

數據處理模塊：基于Visual Studio 2013 IDE，使用ArcGIS的ArcObjects 組件庫二次開發桌面端數據處理子系統。主要實現水土流失調查數據管理、查詢展示與數據編輯、風蝕水蝕調查表以及制圖輸出等功能。

圖1 野外調查底圖

3 軟件試驗結果

利用iPad 7 裝載水土流失變化監測系統，對研究區域進行監測試驗，主要對塔里木河流域進行調查。利用移動端大數據遙感影像存儲與顯示技術加載調查底圖，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，規劃線路并進行照片采樣，最后整理成果入庫，如圖2。

圖2 調查路線規劃及相片采集

水土流失野外調查完成后，在內業進行數據處理和成果輸出。系統可以根據調查數據對風蝕、水蝕調查表進行批量導出，并整理樣本照片，如圖3 所示。

圖3 調查表成果整理

4 結論

本文主要實現了一種基于Android 的水土流失變化監測系統，結合3S 技術和地理國情監測數據實現野外數據采集和自動化處理流程。通過試驗得出系統能夠方便、快捷的完成數據采集和處理任務，在實際項目中具有一定可行性。