基于Android 平台的林业调查辅助APP 的设计研发

李秀峰

（新罗区大池镇人民政府，福建新罗364000）

国家林业局在《中国智慧林业发展指导意见》中指出，智慧林业是智慧地球的重要组成部分，是未来林业创新发展的必由之路，是统领未来林业工作、拓展林业技术应用、提升林业管理水平、增强林业发展质量、促进林业可持续发展的重要支撑和保障[1]。智慧林业是发展生态林业民生林业的重要支撑[2-3]。传统的林业生产和森林资源调查是一项综合性、专业性很强的复杂工作，涉及林学、测绘学、遥感学、统计学等学科，需要先借助罗盘仪、全站仪、测绳、GPS、图纸等工具进行外业勘测，然后对勘测的数据进行内业统计整理[4]，工作强度大、工作效率较低、人力投入量大，野外调查还存在一定的危险性[5-6]。传统林业生产经营及调查时，原木材积、立木材积都要查询相关的材积计算表，样地测量时罗盘仪换算和平均树高胸径计算需要用计算器，在野外调查较为不便。

目前，我国基于Android 平台的林业调查APP 相关课题研究较多，且取得了一些优秀的研究成果，其中功能较全面的系统有蒋君志伟的掌上超站仪一体化系统、曾毅的二类调查一体化系统；蒋君志伟以测树学、森林经理学、摄影测量、图像识别技术和传感器技术等原理为手段，在Android Studio 开发环境下构建系统，研究开发了一种基于掌上超站仪的森林观测内外一体化系统[7]；曾毅采用Android 开发技术与UCMap 二次开发平台实现外业调查，并采用C#开发语言结合ArcGIS Engine 组件开发技术实现内业数据分析处理，研发一套森林资源二类调查一体化的系统[8]。另有功能单一的Android 辅助APP，如张晓艺[9]结合测树学、摄影测量学、图像处理技术应用Android软件开发技术完成了对智能手机/平板森林计测方法的研究及软件实现；彭染姝等[10]设计与实现样地每木检尺结构化数据语音输入APP；刘翔等[11]设计与实现木材材积计算器APP；周克瑜等[12]研究实现测树系统APP；魏斌[13]实现根径或地径计算立木材积APP；金煜现等[14]设计实现森林抚育检查验收辅助APP。但是林业基层单位因受到技术、方法、区域规程、资金及环境等因素影响，一些APP 无法广泛普及。针对福建区域设计一款基于Android 系统的多功能林业调查APP，便于原木材积、二元立木材积、平均树高胸径等计算，以及罗盘仪水平距、斜距换算和经纬度坐标3度带、6 度带转换，对当地林业生产和森林资源调查有一定辅助作用。

1 开发环境

目前市场上手机开发APP 以安卓系统（Android）和苹果系统（IOS）为主。之所以选择Android 系统，一是因为其市场占用率高、普及面广，根据美国网站通讯流量监测机构StatCounter 提供的数据，2022 年2月Android 操作系统在移动操作系统市场份额占比，全球为70.94%[15]，中国为78.86%[16]，都以极大的优势在国内外市场占主导地位，因此开发基于Android 系统的APP 更有利于普及；二是开发环境Android Studio 基于Java 语言，操作便携、兼容性好，Android Studio 是谷歌公司推出的一个Android 集成开发工具，基于IntelliJ IDEA 提供了集成的Android 开发工具用于开发和调试，易学易懂。此外，目前除了一些微信、支付宝小程序支持跨平台运行，还没有一款成熟的APP 开发软件可以同时适用开发Android、IOS系统或其他系统。

开发环境：Window10 x64 操作系统，JDK 14，Android Studio 4.1.1，Android SDK。编程语言：Java。运行环境：Android 操作系统。

2 林业调查APP 的界面设计

林业调查APP 界面风格简约，目前按功能分5个模块（如图1）分布显示在主页，分别是原木材积计算、二元立木材积计算、罗盘仪换算、平均树高胸径计算、坐标定位转换。主页及每个功能界面的最上方设置工具栏（ToolBar），工具栏左右两侧设置了不同的菜单（Menu），左侧利用侧滑菜单栏（DrawerLayout）设置了Home、Email、关于我们、退出等索引；右侧设计了5 个功能导航栏，方便各功能模块之间快速切换。APP 页面布局大多使用线线布局（LinearLayout），少数使用相对布局（RelativeLayout）。

图1 主页Fig. 1 Home page

3 各功能的设计和实现

3.1 原木材积计算

根据中华人民共和国国家标准《原木材积表（GB/T 4814—2013）》[17]：

1）检尺径为8～120 cm，检尺长0.5～1.9 m 原木材积计算公式：

2）检尺径为4～13 cm，检尺长2.0～10.0 m 原木材积计算公式：

3）检尺径为14～120 cm，检尺长2.0～10.0 m 原木材积计算公式：

4）检尺径为14～120 cm，检尺长大于10.2 m 以上的超长原木材积计算公式：

式(1)～式(4)中：V为材积(m3)，L为检尺长(m)，D为检尺径(cm)。原木的检尺长、检尺径按GB/T 144-2013 的规定检量。检尺径4～7 cm 的原木材积数字保留4 位小数，检尺径8 cm 以上的原木材积数字，保留3 位小数。

将以上公式编入程序中，通过条件判断将所输入检尺长度、检尺径的原木数据选择对应的公式计算。在布局界面中，分别设置了长度、尺径、根数等输入框（EditText）和材积框（TextView），在相应的输入框输入长度、尺径、根数程序就会自动计算并将结果显示。对输入框设置文本监听功能（TextWatcher），改变其中的数字，程序也会自动计算并将结果显示在材积框（如图2）。为了便于输入和避免计算时非数字字符的干扰，长度输入类型设置为小数（inputType="numberDecimal"），尺径和根数输入类型设置为整数（inputType="number"），同时程序中通过条件判断排除非数字字符（如“.”“0.”）造成公式无法计算的影响，二元立木材积计算、罗盘仪换算、平均树高胸径计算都执行类似设置。清除按键可以将所有输入的内容都清空并将结果归零。

图2 原木材积计算界面Fig. 2 Interface of logvolume calculation

3.2 二元立木材积计算

本APP 设计的二元立木材积计算参考1978 年农林部颁发的《全国立木材积表》中适用于福建省地区的材积表[18]，暂时只设计杉木（Cunninghamia lanceolata）、马尾松（Pinus massoniana）、阔叶树、木麻黄（Casuarina equisetifolia）、桉树（Eucalyptus robusta）等树类，所以本APP 二元立木材积暂时仅适用于福建省地区。在树种下拉框中设置了7 个别类：杉木、马尾松、阔叶树、杉木（人工）、马尾松（人工）、木麻黄（人工）、桉树（人工）。

各类树种材积计算公式如下：

式（5）～式（11）中：V为材积(m3)，H为高度(m)，D为胸径(cm)。

界面设置类似原木材积计算，分别设置高度、胸径、株数3 个输入框；树种选择设置了下拉框（Spinner），将以上7 类树预先列入其中。选择树类后，在界面中相应的输入框输入高度、胸径、根数，程序通过条件判断选择相应树种的计算公式计算，并将结果显示（如图3）。同样设置了文本监听，改变其中的数字，计算结果也随之改变。

图3 二元立木材积计算界面Fig. 3 Interface of binary standing volume calculation

3.3 罗盘仪换算

正方形标准样地调查精度较高，是森林资源调查常用的方法[20-21]。根据《国家林业资源连续清查技术规定（2014）》，方形固定样地面积为667 m2，周界边长为25.82 m[22]。森林资源调查667 m2大小的正方形标准地边界测量时，采用罗盘仪测倾斜角α，皮尺测距，根据公式，斜距=，用计算器换算出斜距或水平距。一般如果地势好无障碍遮挡，一站就能测到底，根据罗盘仪测量出倾斜角α，用计算器能较快速计算出斜距。如果地势不好或有障碍遮挡，就需要测量两到三站，根据公式换算水平距或斜距，较费时费力。本APP 设计了一站、二站、三站3 种情况，在计算一站斜距时，输入水平距和罗盘仪测得的倾斜角α，斜距就会自动计算；计算二或三站时，分别输入测量出的相应倾斜角α 和斜距，就可以快速计算出对应的水平距或斜距，并显示计算结果（如图4）。

图4 罗盘仪换算界面Fig. 4 Interface of compass conversion

3.4 平均树高胸径计算

平均树高和平均胸径都是森林调查中重要的测树因子，平均树高是反映林木高度平均水平的测树指标，平均胸径是反映林木粗度的基本指标[23]。本APP采用算术平均数计算得到平均树高（），其计算公式为；平方平均胸径是长期以来认为最合理的平均胸径（）[24]，其计算公式为。在野外森林调查中，要用计算器快速计算较多样本的平均树高和平均胸径，较为困难，输入过程中一旦有错误，不易检查和纠正。本功能界面思路很清晰，建立类似Excel 的两列表格，将树高和胸径分两列输入框。为了实现表格下滑功能，布局中锲入了RecyclerView，输入框（EditText）的输入内容通过SparseArray 存储调用。同样对输入框设置监听，每输入或更改输入框数字，结果就会自动计算并显示（如图5）。

图5 平均树高胸径界面Fig. 5 Interface of average tree height and DBH calculation

3.5 坐标定位转换

本APP 使用Android 自带的原生定位获取经纬度。GPS-PROVIDER：通过手机内置的GPS 芯片，利用卫星获取定位信息。在AndroidManifest.xml 文件里配置手机定位权限。经纬度格式分为3 种：度、度-分、度-分-秒。这里使用的是度-分-秒格式，因为直接获取的经纬度是度格式，需要将十进制转换为六十进制。再通过一系列公式将经纬度转换为3 度带和6度带投影平面直角坐标[25]。对地理位置变化设置了监听，一是设置每3 000 ms（即3 s）更新，二是当坐标改变时触发onLocationChanged 函数，如果传进相同的坐标，它就不会被触发。另外，APP 通过location.getAltitude()函数获取相应的海拔。在主页点击坐标定位转换，如果手机定位功能未开启，会提示“访问我的位置信息”，确定后将自动获取数据换算并显示（如图6）。

图6 显示经纬度界面Fig. 6 Interface of display longitude and latitude

4 结语

智慧林业是现代林业发展趋势，是当前林业发展最前沿、最亟待发展和完善的内容[26]。随着人工智能技术的不断发展，越来越多的新技术将会应用于林业生产经营，从而解放生产力，提高生产效率。本APP在原木材积计算、二元立木材积计算、罗盘仪换算、平均树高胸径计算和坐标定位转换等功能在Android系统上做了研究探索。目前APP 安装后仅3.8 MB，占用空间很小，操作简单明了，对林业生产和森林资源调查起到一定的帮助。但是还有不足之处，比如对输入的数据和计算结果没有统计、保存和传输功能，下一步将继续完善数据统计、保存和传输相应功能，减少人工记录和重复数据录入，提升调查内业整理效率。