量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法及系统

技术领域

本发明属于环境退化程度量化技术领域，尤其涉及一种量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法及系统。

背景技术

目前，土地退化主要表现为土地的生物或经济生产力和价值的下降或丧失。土地退化具有多种表现形式，包括土壤退化、植被退化、生物多样性降低或丧失，以及土地利用价值的降低或丧失等。

国内外在土地退化评价的理论和方法上取得了较大的进展，并集中反映在1997年出版的“世界荒漠化地图集”和对其它地区土地退化的评价之中。目前的评价理论有3种，分别是全球人为作用下的土壤退化(GLASOD)、南亚及东南亚人为作用下土壤退化(ASSOD)和俄罗斯科学院提出的评价方法(RUSSIA)。这三种理论在实践上均以目视解释为主、依靠常规技术支援的经验性指标体系来完成，仍缺乏综合而简单实用的农牧林过渡带生态地质环境退化程度系统量化系统及方法。因袭，亟需一种新的量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法及系统。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术缺乏综合而简单实用的农牧林过渡带生态地质环境退化程度系统量化系统及方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法及系统。

本发明是这样实现的，一种量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法，所述量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法，包括以下步骤：

步骤一，图像数据获取模块利用数据获取设备利用地质影像采集器获取待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集；图像预处理模块利用预处理程序对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据进行灰度化和滤波处理；

步骤二，图像特征提取模块利用特征提取程序利用Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像边缘，提取图像特征；通过图像边缘信息统计模块利用边缘统计程序获得图像滤波前后的边缘灰度统计信息；评价指标建立模块利用指标建立程序将步骤五得出的图像滤波前后边缘灰度统计信息的比值作为模糊度评价指标；

步骤三，中央控制模块利用中央处理模块协调控制所述量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的系统各个模块的正常运行；量化模型构建模块利用模型构建程序根据获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集构建农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型；

步骤四，退化程度量化模块利用退化程度量化程序利用构建的农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型对所述农牧林过渡带生态地质环境退化程度进行量化；数据存储模块利用存储器存储获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果，并对数据进行处理；

步骤五，通过更新显示模块利用显示器对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果的实时数据进行更新显示；

步骤一中，所述通过图像预处理模块利用预处理程序对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据进行灰度化和滤波处理，包括：

图像灰度化：利用数字图像处理中RGB图像的R、G、B各个通道的像素值与灰度图像像素值的转换关系将彩色图像转化为灰度图像；

用高通/低通滤波器对灰度处理后的图像进行滤波处理以构造待评价图像的参考图像；

用滤波模板遍历参考图像的每个像素，每次将模板中心置于当前像素，以模板内所有像素的平均值作为当前像素新值；

步骤四中，所述数据存储模块对待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果数据进行处理的具体过程为：

根据数据存储模块储存的数据，确定一些类/组，初始化它们各自的中心点；

确定每个数据点通过计算点和每个组中心之间的距离进行分类，将这个点分类为最接近它的组；

分类完成后，重新确定中心点，重复上述操作，直至对全部数据分类完成。

进一步，所述利用数字图像处理中RGB图像的R、G、B各个通道的像素值与灰度图像像素值的转换关系将彩色图像转化为灰度图像的公式如下：

Gray＝R*0.3+G*0.59+B*0.11；

所述滤波模板如下：

进一步，步骤二中，所述通过图像特征提取模块利用特征提取程序利用Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像边缘，提取图像特征，包括：

通过图像特征提取模块利用数字图像处理方法中的Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像获取图像的边缘；

根据具体的边缘检测模板计算交叉像素的差分作为当前像素值，其中，不同的检测算子具有不同的边缘检测模板。

进一步，所述边缘检测模板如下：

E(i,j)＝|F(i,j)-F(i+1,j+1)|+|F(i+1,j)-F(i,j+1)|。

进一步，步骤三中，所述通过量化模型构建模块利用模型构建程序根据获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集构建农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型，包括：

选择不同退化程度草甸草地的变量数据，所述变量数据包括第一植被特征组和第一土壤特征组；

根据变量数据对每个不同退化程度的草甸草地进行模糊综合评价，获得评价指标，并计算得到模糊综合评价系数di；

定义不同模糊综合评价系数di的数值范围及其对应的草甸草地不同退化程度，获得农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型。

进一步，所述评价指标包括非农田土地退化评价指标和农田土地退化评价指标；

所述非农田土地退化评价指标包括：植被盖度、盐碱斑占地率、沟壑密度、坡度、地表形态、土壤质地、治理工程措施、年降水量8个评价指标；

所述农田土地退化评价指标包括：植作物产量下降率、坡度、土壤质地、盐碱斑占地率、年降水量、贫困状况、治理工程措施、耕作措施8个评价指标。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法的量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的系统，所述量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的系统包括：

图像数据获取模块、图像预处理模块、图像特征提取模块、图像边缘信息统计模块、评价指标建立模块、中央控制模块、量化模型构建模块、退化程度量化模块、数据存储模块、更新显示模块；

图像数据获取模块，与中央控制模块连接，用于通过数据获取设备利用地质影像采集器获取待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集；

图像预处理模块，与中央控制模块连接，用于通过预处理程序对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据进行灰度化和滤波处理；

图像特征提取模块，与中央控制模块连接，用于通过特征提取程序利用Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像边缘，提取图像特征；图像特征提取模块利用特征提取程序利用Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像边缘，提取图像特征，包括：通过图像特征提取模块利用数字图像处理方法中的Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像获取图像的边缘；根据具体的边缘检测模板计算交叉像素的差分作为当前像素值，其中，不同的检测算子具有不同的边缘检测模板；

图像边缘信息统计模块，与中央控制模块连接，用于通过边缘统计程序获得图像滤波前后的边缘灰度统计信息；

评价指标建立模块，与中央控制模块连接，用于通过指标建立程序将步骤五得出的图像滤波前后边缘灰度统计信息的比值作为模糊度评价指标；

中央控制模块，与图像数据获取模块、图像预处理模块、图像特征提取模块、图像边缘信息统计模块、评价指标建立模块、量化模型构建模块、退化程度量化模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理模块协调控制所述量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的系统各个模块的正常运行。

进一步，所述量化模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过模型构建程序根据获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集构建农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型；

退化程度量化模块，与中央控制模块连接，用于通过退化程度量化程序利用构建的农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型对所述农牧林过渡带生态地质环境退化程度进行量化；通过量化模型构建模块利用模型构建程序根据获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集构建农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型，包括：选择不同退化程度草甸草地的变量数据，所述变量数据包括第一植被特征组和第一土壤特征组；根据变量数据对每个不同退化程度的草甸草地进行模糊综合评价，获得评价指标，并计算得到模糊综合评价系数di；定义不同模糊综合评价系数di的数值范围及其对应的草甸草地不同退化程度，获得农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型；

数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果；数据存储模块对待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果数据进行处理的具体过程为：根据数据存储模块储存的数据，确定一些类/组，初始化它们各自的中心点；确定每个数据点通过计算点和每个组中心之间的距离进行分类，将这个点分类为最接近它的组；分类完成后，重新确定中心点，重复上述操作，直至对全部数据分类完成；

更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果的实时数据进行更新显示。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法，通过评价指标建立模块、量化模型构建模块以及退化程度量化模块等，建立不同利用程度退化评估体系指示度诊断方法，筛选不同利用方式不同退化程度草地植被和土壤指标体系，进行草地退化指标体系筛选以及退化程度的差异性、敏感性与不确定性分析，能够充分表征土地退化程度且具有实际操作意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的系统结构框图；

图中：1、图像数据获取模块；2、图像预处理模块；3、图像特征提取模块；4、图像边缘信息统计模块；5、评价指标建立模块；6、中央控制模块；7、量化模型构建模块；8、退化程度量化模块；9、数据存储模块；10、更新显示模块。

图2是本发明实施例提供的量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法流程图。

图3是本发明实施例提供的图像预处理模块对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据进行灰度化和滤波处理的方法流程图。

图4是本发明实施例提供的通过图像特征提取模块提取图像特征的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的量化模型构建模块构建农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的系统包括：图像数据获取模块1、图像预处理模块2、图像特征提取模块3、图像边缘信息统计模块4、评价指标建立模块5、中央控制模块6、量化模型构建模块7、退化程度量化模块8、数据存储模块9、更新显示模块10。

图像数据获取模块1，与中央控制模块6连接，用于通过数据获取设备利用地质影像采集器获取待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集；

图像预处理模块2，与中央控制模块6连接，用于通过预处理程序对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据进行灰度化和滤波处理；

图像特征提取模块3，与中央控制模块6连接，用于通过特征提取程序利用Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像边缘，提取图像特征；

图像边缘信息统计模块4，与中央控制模块6连接，用于通过边缘统计程序获得图像滤波前后的边缘灰度统计信息；

评价指标建立模块5，与中央控制模块6连接，用于通过指标建立程序将步骤五得出的图像滤波前后边缘灰度统计信息的比值作为模糊度评价指标；

中央控制模块6，与图像数据获取模块1、图像预处理模块2、图像特征提取模块3、图像边缘信息统计模块4、评价指标建立模块5、量化模型构建模块7、退化程度量化模块8、数据存储模块9、更新显示模块10连接，用于通过中央处理模块协调控制所述量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的系统各个模块的正常运行；

量化模型构建模块7，与中央控制模块6连接，用于通过模型构建程序根据获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集构建农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型；

退化程度量化模块8，与中央控制模块6连接，用于通过退化程度量化程序利用构建的农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型对所述农牧林过渡带生态地质环境退化程度进行量化；

数据存储模块9，与中央控制模块6连接，用于通过存储器存储获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果；

更新显示模块10，与中央控制模块6连接，用于通过显示器对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果的实时数据进行更新显示。

如图2所示，本发明实施例提供的量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的方法包括以下步骤：

S101，图像数据获取模块利用数据获取设备利用地质影像采集器获取待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集；图像预处理模块利用预处理程序对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据进行灰度化和滤波处理。

S102，图像特征提取模块利用特征提取程序利用Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像边缘，提取图像特征；通过图像边缘信息统计模块利用边缘统计程序获得图像滤波前后的边缘灰度统计信息；评价指标建立模块利用指标建立程序将步骤五得出的图像滤波前后边缘灰度统计信息的比值作为模糊度评价指标。

S103，中央控制模块利用中央处理模块协调控制所述量化农牧林过渡带生态地质环境退化程度的系统各个模块的正常运行；量化模型构建模块利用模型构建程序根据获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集构建农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型。

S104，退化程度量化模块利用退化程度量化程序利用构建的农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型对所述农牧林过渡带生态地质环境退化程度进行量化；数据存储模块利用存储器存储获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果，并对数据进行处理。

S105，通过更新显示模块利用显示器对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果的实时数据进行更新显示。

如图3所示，本发明实施例提供的步骤S102中，所述通过图像预处理模块利用预处理程序对获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据进行灰度化和滤波处理，包括：

S201，图像灰度化：利用数字图像处理中RGB图像的R、G、B各个通道的像素值与灰度图像像素值的转换关系将彩色图像转化为灰度图像；

S202，用高通/低通滤波器对灰度处理后的图像进行滤波处理以构造待评价图像的参考图像；

S203，用滤波模板遍历参考图像的每个像素，每次将模板中心置于当前像素，以模板内所有像素的平均值作为当前像素新值。

本发明实施例提供的利用数字图像处理中RGB图像的R、G、B各个通道的像素值与灰度图像像素值的转换关系将彩色图像转化为灰度图像的公式如下：

Gray＝R*0.3+G*0.59+B*0.11；

所述滤波模板如下：

如图4所示，本发明实施例提供的步骤S103中，所述通过图像特征提取模块利用特征提取程序利用Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像边缘，提取图像特征，包括：

S301，通过图像特征提取模块利用数字图像处理方法中的Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像获取图像的边缘；

S302，根据具体的边缘检测模板计算交叉像素的差分作为当前像素值，其中，不同的检测算子具有不同的边缘检测模板。

进一步，所述边缘检测模板如下：

E(i,j)＝|F(i,j)-F(i+1,j+1)|+|F(i+1,j)-F(i,j+1)|。

如图5所示，本发明实施例提供的步骤S106中，所述通过量化模型构建模块利用模型构建程序根据获取的待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集构建农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型，包括：

S401，选择不同退化程度草甸草地的变量数据，所述变量数据包括第一植被特征组和第一土壤特征组；

S402，根据变量数据对每个不同退化程度的草甸草地进行模糊综合评价，获得评价指标，并计算得到模糊综合评价系数di；

S403，定义不同模糊综合评价系数di的数值范围及其对应的草甸草地不同退化程度，获得农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型。

本发明实施例提供的评价指标包括非农田土地退化评价指标和农田土地退化评价指标；所述非农田土地退化评价指标包括：植被盖度、盐碱斑占地率、沟壑密度、坡度、地表形态、土壤质地、治理工程措施、年降水量8个评价指标；所述农田土地退化评价指标包括：植作物产量下降率、坡度、土壤质地、盐碱斑占地率、年降水量、贫困状况、治理工程措施、耕作措施8个评价指标。

本发明实施例提供的S104中，数据存储模块对待量化的农牧林过渡带生态地质环境的图像数据集、图像预处理结果、图像特征、边缘灰度统计信息、模糊度评价指标、农牧林过渡带生态地质环境退化程度量化模型以及退化程度量化结果数据进行处理的具体过程为：

根据数据存储模块储存的数据，确定一些类/组，初始化它们各自的中心点；

确定每个数据点通过计算点和每个组中心之间的距离进行分类，将这个点分类为最接近它的组；

分类完成后，重新确定中心点，重复上述操作，直至对全部数据分类完成。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。