趙 方，張 潔，趙天忠，閆 民

北京林業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，北京 100083

基于Android平臺的GPS林地面積測量

趙 方，張 潔，趙天忠，閆 民

北京林業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，北京 100083

1 引言

林地面積測量是林業(yè)生產(chǎn)調(diào)查的重要內(nèi)容，在森林資源調(diào)查監(jiān)測、林地勘驗(yàn)、造林驗(yàn)收、病蟲害評價等方面都得到了廣泛應(yīng)用[1]。面積測量的精準(zhǔn)度直接影響林業(yè)生產(chǎn)調(diào)查的建設(shè)成果。在林業(yè)生產(chǎn)調(diào)查中面積測量精度一般要求在90%以上[2]，有的甚至是95%以上如《退耕還林工程建設(shè)檢查驗(yàn)收辦法》規(guī)定小班面積檢查驗(yàn)收允許誤差為±5%[3]。

林地面積測量的手段包括：地形圖勾繪法、羅盤儀導(dǎo)線測量面積和手持GPS測量面積[4]。地形圖勾繪法工作復(fù)雜誤差大；根據(jù)文獻(xiàn)[5]研究表明GPS與羅盤儀相比，測量面積成本GPS是羅盤儀的1/10，工效是羅盤儀的10倍。因此利用GPS進(jìn)行林地面積測量是近年林業(yè)生產(chǎn)中林地面積測量的重要手段之一和發(fā)展趨勢[6]。但是由于手持GPS單點(diǎn)定位的精度有限，進(jìn)行林地面積測量時必然會產(chǎn)生面積誤差，需要進(jìn)行誤差糾正。如利用差分技術(shù)[7]或秩虧自由網(wǎng)平差[8]等方法進(jìn)行誤差糾正，雖然精度較高但需要較為復(fù)雜的技術(shù)支撐。而且還需要將GPS采用的WGS-84地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為高斯平面直角坐標(biāo)系求解面積[9-10]。手持GPS面積計算功能并沒有考慮這些誤差，因此需要修正面積形變產(chǎn)生的誤差。如利用修正函數(shù)或原點(diǎn)選擇所測區(qū)域的平均經(jīng)度[11]，但是對于面積較大區(qū)域需要分塊和事先測量所測地塊平均經(jīng)度。分析現(xiàn)有的利用手持GPS對林地面積測量的研究表明，其研究成果較難或不能直接應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)。

Google推出的Android平臺開源、免費(fèi)、市場占有率高，并提供特定的位置服務(wù)類庫支持GPS應(yīng)用開發(fā)[12]。根據(jù)Android平臺特性和手持GPS存在的問題，本文在GPS數(shù)據(jù)點(diǎn)的處理和具體實(shí)現(xiàn)向量法計算面積上進(jìn)行了改進(jìn)。在處理GPS數(shù)據(jù)時，提出基于多目標(biāo)優(yōu)化原理構(gòu)造評價函數(shù)和定義兩條篩選原則對采樣點(diǎn)進(jìn)行篩選；根據(jù)Android位置服務(wù)類庫特點(diǎn)使用方位角和球面距離實(shí)現(xiàn)向量法算面積，避免經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換引起的誤差。實(shí)地測量結(jié)果表明，與常用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法計算面積相比，不僅滿足林業(yè)要求而且精度更高，可直接應(yīng)用于林業(yè)調(diào)查生產(chǎn)中。

2 Android內(nèi)置GPS精確度分析

本文使用Android智能移動終端內(nèi)置的GPS定位功能進(jìn)行林地面積測量，因此需要對內(nèi)置GPS定位功能采集的數(shù)據(jù)精確度進(jìn)行分析。

手持Android智能移動終端繞北京林業(yè)大學(xué)校園圍墻內(nèi)外，進(jìn)行GPS定位測量實(shí)驗(yàn)，設(shè)置每隔2 s接收一次數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)包括經(jīng)度、緯度和精確度三個屬性共2萬組數(shù)據(jù)。對測量數(shù)據(jù)的精確度序列采用統(tǒng)計方法以1.0 m的數(shù)據(jù)間隔劃分觀測值，得出GPS測量數(shù)據(jù)精確度頻數(shù)分布直方圖如圖1所示。

圖1 GPS測量數(shù)據(jù)精確度頻數(shù)分布直方圖

圖1顯示的精確度趨勢與 x2分布[13]密度函數(shù)曲線圖很類似，因此本文認(rèn)為GPS測量數(shù)據(jù)的精確度符合x2分布，概率密度函數(shù)如下：

x2分布誤差來源于若干正態(tài)分布的變量平方和，由x2分布的特性知，精確度越低的點(diǎn)將隨著精度的下降而逐漸減少。一般民用GPS精確度在20 m以內(nèi)認(rèn)為是可以接受的，經(jīng)過實(shí)際的統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)，測量數(shù)據(jù)中誤差在20 m以內(nèi)的點(diǎn)達(dá)到93.7%。即絕大部分GPS數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確的，因此可以認(rèn)為Android內(nèi)置的GPS定位時出現(xiàn)漂移的情況很少。

3 GPS數(shù)據(jù)處理

GPS定位漂移現(xiàn)象、采樣點(diǎn)分布疏密情況和精確度的高低都會對林地面積計算造成影響。針對以上問題，本文用歐幾里德幾何原理剔除了漂移點(diǎn)，同時基于多目標(biāo)優(yōu)化的方法構(gòu)造了一個評價函數(shù)，定義了兩個篩選原則即精度閾值和斜率差閾值。先根據(jù)篩選原則動態(tài)調(diào)節(jié)閾值以便篩點(diǎn)，然后求解評價函數(shù)的最小值，從而保證在GPS采樣點(diǎn)精確度較高和林地邊界盡量圓滑的情況下，用于計算面積的采樣點(diǎn)數(shù)量最小，最大限度地節(jié)省系統(tǒng)存儲空間，提高計算效率。

3.1 剔除GPS漂移點(diǎn)

漂移點(diǎn)可定義為精度與平均精度相差很大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這些點(diǎn)對樣本方差貢獻(xiàn)最大。由于數(shù)據(jù)傳輸錯誤、測量干擾和天氣狀況等原因影響，會對GPS定位產(chǎn)生不利的干擾，從而產(chǎn)生漂移現(xiàn)象[14]，無法保證所有數(shù)據(jù)均在可接受的誤差范圍內(nèi)。對于出現(xiàn)漂移現(xiàn)象的點(diǎn)可以考慮從數(shù)據(jù)中剔除。

在地心坐標(biāo)系中，以歐幾里德空間里的距離作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，提出一種簡單可行的剔除漂移點(diǎn)的算法。

假設(shè)目標(biāo)從地球上任意一點(diǎn) Pi移動到點(diǎn) Pi+1，這兩點(diǎn)的經(jīng)度分別為 Lati、Lati+1，緯度分別為 Lngi、Lngi+1，即 Pi(Lati，Lngi)，Pi+1(Lati+1，Lngi+1)。令 ΔLat=Lati+1-Lati，ΔLng=Lngi+1-Lngi，根據(jù)歐幾里德幾何原理，計算移動目標(biāo)兩點(diǎn)間的最小球面距離[15-16]：

其中R為地球半徑。

再設(shè)移動目標(biāo)每隔時間t（時間間隔可設(shè)置，一般不超過10 s）接收一次數(shù)據(jù)，移動目標(biāo)速率記為v，在該時間間隔內(nèi)的移動距離為D=vt。

第一條判斷準(zhǔn)則：根據(jù)球面兩點(diǎn)距離計算公式，在時間間隔t內(nèi)兩點(diǎn)間距離為d。對于實(shí)際移動目標(biāo)在時間t內(nèi)的移動距離增量D應(yīng)該限制在一定的范圍內(nèi)，如表1所示。d遠(yuǎn)超過這個范圍時認(rèn)為GPS接收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，將漂移點(diǎn)刪除。

表1 一個時間間隔內(nèi)移動目標(biāo)的距離增量范圍參考值表

第二條判斷準(zhǔn)則：設(shè)移動目標(biāo)的距離增量為di，i= 1，2，…，n。將這些值的代數(shù)和除以n求算數(shù)平均值：

圖2 t=2 s時間間隔內(nèi)兩點(diǎn)間的最小球面距離

圖2中相鄰兩點(diǎn)間的最小球面距離d在0～4 m之間，根據(jù)表1可知 D∈[0.5，1]（單位：m），d 的值是應(yīng)該在這個區(qū)間附近震蕩，以±1.0 m為限度，當(dāng)d的值超過這個限度時，即當(dāng)d∈(2.0，∞)時，認(rèn)為這個數(shù)據(jù)是漂移點(diǎn)應(yīng)該刪除。圖2中d∈(2.0，∞)的漂移點(diǎn)共20個約占數(shù)據(jù)總量的5%，將這些漂移點(diǎn)剔除后相鄰兩點(diǎn)間的球面距離如圖3所示。

圖3 t=2 s時間間隔內(nèi)剔除漂移點(diǎn)后兩點(diǎn)間最小球面距離

圖3中381個數(shù)據(jù)點(diǎn)相鄰兩點(diǎn)間的最小球面距離保持在2 m范圍內(nèi)，可認(rèn)為已經(jīng)將漂移點(diǎn)剔除。

3.2 基于多目標(biāo)優(yōu)化的采樣點(diǎn)篩選方法

由于移動終端可用資源有限，因此在算法效率上應(yīng)盡可能使用高效算法，針對面積計算問題，盡可能使GPS測量數(shù)據(jù)點(diǎn)以合理的密度分布在測量區(qū)域周邊，若點(diǎn)過多過密則消耗的資源（存儲空間、內(nèi)存和CPU時間）增多，若點(diǎn)過少過稀疏則可能影響整體面積計算精度。為此本文基于多目標(biāo)優(yōu)化原理提出了一個關(guān)于點(diǎn)集質(zhì)量的評價函數(shù)，在篩選過程中定義兩個篩選原則，根據(jù)評價函數(shù)值動態(tài)地調(diào)節(jié)篩選原則中的閾值大小，在保證采樣點(diǎn)精確度和曲率變化較小情況下，減少用于計算林地面積的采樣點(diǎn)數(shù)量。算法流程如圖4所示。

圖4 基于多目標(biāo)優(yōu)化原理的采樣點(diǎn)篩選流程圖

（1）篩選原則

將測量數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量用N來表示。當(dāng)N＜3時，數(shù)據(jù)點(diǎn)太少，構(gòu)不成閉合曲線，不能進(jìn)行面積計算。因此本文算法只考慮N≥3的情況。

GPS測量數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量N和點(diǎn)的精確度 p相互獨(dú)立，互不影響。算法運(yùn)行需要符合兩個原則：

篩選原則1：根據(jù)邊緣曲率變化篩選采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的疏密分布。針對離散點(diǎn)進(jìn)行曲率計算可通過曲線擬合計算，但計算量較大，這里采用兩點(diǎn)間線段的斜率變化表示曲率變化。設(shè)斜率差閾值為ε，第i個采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)和第i+1個點(diǎn)的斜率記為ki，根據(jù)兩點(diǎn)間斜率公式：

若 |ki-ki+1|≤ε說明第 i、i+1、i+2 個點(diǎn)的曲率變化很小，則可將第i+1個點(diǎn)刪除，繼續(xù)取下一點(diǎn)，計算|ki-ki+2|≤ε，直到斜率差超出控制參數(shù)范圍，然后繼續(xù)取最后一點(diǎn)作為開始點(diǎn)，重復(fù)上述過程。

篩選原則2：點(diǎn)的精確度 p可能存在一定浮動，應(yīng)盡量選取精度高的點(diǎn)以減小誤差。當(dāng)篩選之后保留點(diǎn)數(shù)量在區(qū)間[Nmin，Nmax]（Nmin是可接受的采樣點(diǎn)最小數(shù)量，Nmax是可接受的采樣點(diǎn)最大數(shù)量，本文設(shè)Nmin= 0.6N，Nmax=0.9N）時，可保留此次篩選的結(jié)果。否則調(diào)整精確度閾值進(jìn)行下一次篩選。

具體篩選原則如下：

設(shè)第i個采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的精確度為 pi，其中i=1， 2，…，N ；第 j次篩選的精確度閾值記為 qj，j=1，2，…，可令P1=20 m。nj表示第 j次篩選后點(diǎn)的數(shù)量。

先進(jìn)行第一次篩選，將所有滿足 pi≤q1的點(diǎn)保留下來，其余點(diǎn)剔除，此時記點(diǎn)的數(shù)量為n1。根據(jù)n1大小調(diào)整精確度閾值的變化方向：

1若n1＜Nmin，認(rèn)為精確度閾值q1太小，此時需放大閾值。即qj+1=qj+ζ（ζ是閾值調(diào)整參數(shù)，可自由設(shè)定。本文中設(shè)ζ=2）。繼續(xù)往下篩選直到篩選至第k次篩選時，若nk≥Nmin篩選結(jié)束，nk為最后的篩選點(diǎn)數(shù)量。再根據(jù)篩選原則1調(diào)整nk個采樣點(diǎn)的疏密分布。

2若n1＞Nmax，認(rèn)為精確度閾值q1太大，此時需縮小閾值。即qj+1=qj-ζ。繼續(xù)往下篩選直到篩選至第k次篩選之后記篩選點(diǎn)數(shù)量為n'k，利用篩選原則1，調(diào)整n'k個采樣點(diǎn)的疏密分布，記調(diào)整后采樣點(diǎn)數(shù)量為nk，若nk≤Nmin篩選結(jié)束，nk-1為最后的篩選點(diǎn)數(shù)量，否則繼續(xù)進(jìn)行篩選。

（2）構(gòu)造評價函數(shù)

經(jīng)過兩條篩選原則后，采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)量控制在區(qū)間[Nmin，Nmax]內(nèi)，可基于多目標(biāo)優(yōu)化原理構(gòu)造并求解一個評價函數(shù)使得采樣點(diǎn)集達(dá)到最優(yōu)。

多目標(biāo)優(yōu)化問題解法可分為直接解法和間接解法兩大類[17]。本文采用間接解法，構(gòu)造評價函數(shù)來確定最優(yōu)解。設(shè)篩選后的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量n，精確度累加和為∑pi，第i個點(diǎn)和第i+1個點(diǎn)的斜率為ki。根據(jù)各個點(diǎn)之間偏序關(guān)系構(gòu)造評價函數(shù)：

當(dāng)?shù)玫降谝唤M評價函數(shù)α值時，先后單獨(dú)調(diào)整篩選閾值ε和qj的值，使篩選閾值在原來的范圍內(nèi)上下浮動如 qi=qi+1，ε=ε×0.9，可選擇5組控制參數(shù) ε、qj共得到10個α值，其中α最小值即為最優(yōu)解，此時控制參數(shù)ε、qj也可以確定。

通過兩條篩選原則和評價函數(shù)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證選擇5組篩選參數(shù)ε、qj計算評價函數(shù)值即可動態(tài)地找到最優(yōu)解。最優(yōu)解既保證了點(diǎn)的精確度和曲線的曲率變化，也有效減少了數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量，有利于存儲、計算面積。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 GPS采樣數(shù)據(jù)篩選統(tǒng)計表

4 基于Android的林地面積測量系統(tǒng)

4.1 面積算法

通過經(jīng)緯度計算多邊形面積的方法有：圖解法、解析法和向量法。圖解法對于復(fù)雜多邊形計算困難；解析法對凹多邊形或頂點(diǎn)數(shù)較多的情況，不能很好地切分成較少的直角梯形，精度有限。而向量法能很好地避免圖解法和解析法中出現(xiàn)的問題。

本文采用向量法將多邊形分成若干個三角形，利用向量叉乘原理計算各三角形面積。以凹多邊形為例，如圖5所示已知多邊形 ABCDE及各頂點(diǎn)的坐標(biāo)，其A(x1，y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)，D(x4，y4)，E(x5，y5)，求多邊形面積。

圖5 多邊形ABCDE

過點(diǎn)A連接AC、AD，以點(diǎn)A為基準(zhǔn)將多邊形分為3個三角形，根據(jù)右手定則：

多邊形面積可由三個三角形面積累加求出，根據(jù)向量叉乘原理一般式為：

算法實(shí)現(xiàn)時，由于GPS采集的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標(biāo)系，一般的處理方式是先將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為高斯平面直角坐標(biāo)，然后以平面直角坐標(biāo)求解面積[18]，但是投影變換存在面積變形誤差，還會增加系統(tǒng)開銷。

本文在面積測量時使用Android平臺，該平臺提供了一個專門的位置服務(wù)類庫android.location，包含關(guān)于地理定位系統(tǒng)的全部API和一系列與定位相關(guān)的類[19]。其中位置類Location的distanceTo（）函數(shù)能夠計算兩點(diǎn)間的球面距離，bearingTo（）函數(shù)能夠計算兩點(diǎn)的方位角。因此，本文根據(jù)這種特性，在向量法的實(shí)現(xiàn)方法上進(jìn)行改進(jìn)，即利用上述兩個函數(shù)計算方位角和兩點(diǎn)間的球面距離求解面積，避免用復(fù)雜的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換引起的形變誤差。

方位角是指從某點(diǎn)的指北方向線起，依順時針方向到目標(biāo)方向線之間的水平夾角[20]。如圖6所示，點(diǎn)P為地球正北方向的點(diǎn)即北極點(diǎn)，點(diǎn) ABC構(gòu)成一個三角形。設(shè)點(diǎn)B到點(diǎn)A的方位角為αBA即從北極點(diǎn)P與點(diǎn)A連線開始順時針旋轉(zhuǎn)到BA所成的角αBA=∠PAB，同理點(diǎn)C到點(diǎn)A的方位角αCA=∠PAC。因此在三角形ABC中，∠BAC=∠PAC-∠PAB，用方位角表示為∠BAC= αAC-αAB 。

圖6 方位角示意圖

對于 n個頂點(diǎn)的多邊形，各頂點(diǎn)記為Vi，i= 1，2，…，n。以第一個頂點(diǎn)V1為基準(zhǔn)連接各頂點(diǎn)將多邊形分為n-2個三角形，點(diǎn)Vi到V1的方位角記為αViV1、點(diǎn)Vi到V1球面距離記為|ViV1|，根據(jù)方位角和兩點(diǎn)間的球面距離計算面積的公式為：

4.2 系統(tǒng)介紹

4.2.1 系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)使用Eclipse作為軟件開發(fā)平臺，開發(fā)語言為Java，使用Android 2.2 SDK，Android2.2應(yīng)用普遍、穩(wěn)定性高并且具有很好的向下兼容性。

實(shí)際測量所使用Android智能移動終端：華為IDEOS S7 Slim。配置為單核1 GHz CPU，512 MB內(nèi)存，支持A-GPS和GPS，采用Android2.2系統(tǒng)。在GPS系統(tǒng)配置文件system/etc/gps.conf中指定NTP Server均為中國區(qū)Server。

4.2.2 系統(tǒng)流程

根據(jù)具體的功能需求，系統(tǒng)包括用戶圖形界面、GPS數(shù)據(jù)獲取模塊、采樣點(diǎn)篩選模塊和面積計算模塊。

圖形用戶界面基于Android系統(tǒng)的Activity組件設(shè)計開發(fā)系統(tǒng)界面，Intent實(shí)現(xiàn)界面切換跳轉(zhuǎn)，使用控件toast完成用戶提示，如提示用戶開啟GPS功能等。

GPS數(shù)據(jù)獲取模塊首先利用Android中位置服務(wù)類中的LocationManager獲取當(dāng)前設(shè)備的實(shí)時位置，并調(diào)用getLongitude（）方法、getLatitude（）方法和 getAccuracy（）方法獲得當(dāng)前位置double型的經(jīng)緯度和精確度值。再通過監(jiān)聽器LocationListener使系統(tǒng)根據(jù)指定的時間和位移變化條件更新位置信息。本文設(shè)置每隔2 s且位移變化為2 m以上時記錄位置變化信息并將信息寫入文件中。

采樣點(diǎn)篩選模塊用于實(shí)現(xiàn)漂移點(diǎn)剔除和多目標(biāo)優(yōu)化篩選，同時該模塊還會記錄每一步篩選后的數(shù)據(jù)供調(diào)試使用。經(jīng)過篩選后的采樣點(diǎn)會提交給面積計算模塊進(jìn)行最終的面積計算。圖7為本系統(tǒng)的工作流程圖。

圖7 系統(tǒng)流程圖

5 結(jié)果與分析

為了檢驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)地測量的精度和穩(wěn)定性，選擇北京林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)兩塊地作為實(shí)驗(yàn)地塊。一號地塊為校園內(nèi)400 m標(biāo)準(zhǔn)操場，手持華為IDEOS S7 Slim繞第一圈跑道步行，在彎道時慢速行走。二號地塊為操場內(nèi)不規(guī)則的非矩形地塊，步行繞地塊測量結(jié)果顯示在設(shè)備上。表3為本系統(tǒng)測量結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表。

分別使用本文介紹的改進(jìn)方法和常規(guī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法（沒有篩選采樣點(diǎn)，使用經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換計算面積）測量面積，其中將用皮尺測量的結(jié)果求平均數(shù)作為面積的真實(shí)值。分別計算兩種方法的平均面積、平均相對誤差、標(biāo)準(zhǔn)差和相對中誤差。測量誤差對比分析如表4。

由表4可知對于實(shí)驗(yàn)地塊1和地塊2，本文方法測量的平均相對誤差分別為0.35%和0.29%，而常規(guī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法測量的平均相對誤差分別為0.68%和0.59%。本文方法不僅滿足林業(yè)測量精度一般為90%以上（有的是95%以上）的要求，并且平均相對誤差值低于常規(guī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法，表明本文介紹的面積測量方法相對于常規(guī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法誤差更小，精度更高。

本文方法測量的標(biāo)準(zhǔn)差和相對中誤差均低于常規(guī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法，說明本文方法測量結(jié)果的波動范圍較小并且隨著面積的增大誤差變動相對更小，測量值更接近真實(shí)值。

表3 測量結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表4 測量誤差對比分析表

6 結(jié)論

由于目前Android平臺的軟硬件發(fā)展迅速、市場占有率高，本文使用Android平臺進(jìn)行林地面積測量可以在保證測量精度的情況下降低成本，便于在實(shí)際林業(yè)生產(chǎn)調(diào)查中普及和推廣。隨著各種林業(yè)資源數(shù)據(jù)的激增和云平臺的發(fā)展，林業(yè)資源公共數(shù)據(jù)共享并將數(shù)據(jù)存儲于云端平臺是林業(yè)數(shù)字化的必然發(fā)展趨勢，本文使用的Android智能移動設(shè)備進(jìn)行林地面積測量是對云平臺的終端嘗試。

面積測量是林業(yè)生產(chǎn)調(diào)查的重要組成部分，本文針對目前手持GPS測量面積存在的問題，在GPS數(shù)據(jù)點(diǎn)的處理和實(shí)現(xiàn)向量法計算面積上進(jìn)行了改進(jìn)。提出基于多目標(biāo)優(yōu)化原理構(gòu)造評價函數(shù)并定義兩個篩選原則進(jìn)行采樣點(diǎn)篩選，保證精度和曲率變化小的情況下減少計算面積的采樣點(diǎn)數(shù)量。根據(jù)Android平臺特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)向量法時，利用方位角和兩點(diǎn)間的球面距離計算面積，避免了經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換引起的誤差。實(shí)地測量結(jié)果表明，與常規(guī)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法測量面積相比，本文的方法測量精度更高、相對誤差更小，并且隨著面積的增大更接近真實(shí)值，可方便地應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)調(diào)查中。

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ZHAO Fang,ZHANG Jie,ZHAO Tianzhong,YAN Min

School of Information Science and Technology,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China

In order to improve forest land area measurement of forestry production survey precision and work efficiency, handheld GPS in forest land area measurement exists some problems such as data point selection method and vector method, it proposes GPS forest area measure method based on Android.It constructs the evaluation function and defines two selection principles,based on multi-objective optimization principle,it reduces the number of points while ensuring accuracy of GPS points.It uses the azimuth angle and the area of the spherical distance to calculate area avoiding the error which caused by latitude and longitude coordinates transformation when it realizes vector method calculating the polygon area. Measure results show that the method can satisfy the requirement of forest land area measurement,and accuracy is higher than common method.

Global Positioning System（GPS）accuracy;drift points eliminating;multi-objective optimization;area measurement

為提高林業(yè)生產(chǎn)調(diào)查中林地面積測量的精度和工作效率，針對目前手持GPS進(jìn)行林地面積測量數(shù)據(jù)點(diǎn)處理和通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算面積容易引入誤差的不足，提出一種基于Android平臺的GPS林地面積測量方法。該方法一方面基于多目標(biāo)優(yōu)化原理構(gòu)造評價函數(shù)并定義兩條篩選原則，在保證采樣點(diǎn)精度和曲率的情況下盡量減少點(diǎn)數(shù)量；另一方面在實(shí)現(xiàn)向量法時，根據(jù)方位角和球面距離計算面積，避免經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換引起的誤差。實(shí)際測量結(jié)果表明，該方法能完全滿足林地面積測量要求，且精度高于常規(guī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法。

全球定位系統(tǒng)（GPS）精確度；漂移點(diǎn)剔除；多目標(biāo)優(yōu)化；面積測量

A

TP311.1；S757.2

10.3778/j.issn.1002-8331.1303-0172

ZHAO Fang,ZHANG Jie,ZHAO Tianzhong,et al.GPS forest area measurement based on Android.Computer Engineering and Applications,2014,50（23）：261-266.

國家自然科學(xué)基金（No.11272061）；國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項（No.200904003）。

趙方（1958—），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ?、計算機(jī)軟件與理論；張潔（1987—），女，碩士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ?；趙天忠（1961—），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究領(lǐng)域?yàn)樯纸?jīng)理、資源信息管理；閆民（1959—），男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究領(lǐng)域?yàn)樯止こ獭⒘黧w力學(xué)。E-mail：sunny_zhj@163.com

2013-03-12

2013-04-25

1002-8331（2014）23-0261-06

CNKI網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版：2013-06-08,http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20130608.0956.017.html