一种基于遥感技术的植被生态水储量监测系统

技术领域

本发明涉及植被生态水储量监测技术领域，尤其涉及一种基于遥感技术的植被生态水储量监测系统。

背景技术

生态水(层)为地球表面植被层，包括叶面、枝干、根系、腐殖层、表层植被根系土壤层中及植物体本身所能截留(滞留)或涵养的水量，这部分水主要与地球表面的植被密切相关，围绕植被层形成水循环的一个特殊转换带或过渡带，它的存在形式与运动形式都有别于地表水与地下水，其水量能用于蒸发、调剂补给地表与地下水；

现有水分量化方法主要是针对地下水、土壤水及地表水的各自特征进行单独研究，通常采用普遍的方法来分析其水文循环过程及量化水分，对陆表植被冠层生态水的复杂性和动态性认知不足，没有提出系统的、准确的植被冠层生态水量化方法，进而难以准确的了解植被生态水储量情况，且无法对监测显示设备的运行情况进行监管预警，进而影响植被的监测和信息反馈效果；

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于遥感技术的植被生态水储量监测系统，去解决上述提出的技术缺陷，本发明通过利用遥感技术、拍摄图像尺寸缩放处理和图像特征提取分析的方式，以及结合环境数据对植被种植区的生态水储量进行监测，有助于提高生态水储量监测的准确性，且通过数字显示的方式，有助于直观的了解到植被种植区的内植被的生态水储量情况，进而对植被进行合理的管理，并通过递进式的分析方式对监测显示设备的运行情况进行监管，有助于之间的了解到监测显示设备的运行情况，进而及时的进行预警维护，以保证植被生态水储量信息展示的完整性，进而提高植被的监测和信息反馈效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于遥感技术的植被生态水储量监测系统，包括服务器、植被分析单元、环境影响单元、干扰风险单元、预警显示单元以及反馈预警单元；

当服务器生成监测指令时，并将监测指令发送至植被分析单元和环境影响单元，环境影响单元在接收到监测指令后，立即采集植被种植区的环境数据，环境数据包括环境温度、光照时长以及环境风速，并对环境数据进行干扰评估分析，将得到的环境干扰系数H发送至植被分析单元，将得到影响指令发送至干扰风险单元；

干扰风险单元在接收到影响指令后，立即对环境干扰系数H进行深入式评估分析，将得到的一级干扰信号、二级干扰信号以及三级干扰信号经环境影响单元发送至预警显示单元；

植被分析单元在接收到监测指令和环境风险值后，利用拍摄设备对植被种植区中进行拍摄分析，并对拍摄图像进行尺寸缩放处理和特征提取分析，得到植被生态储水值和显示指令，将得到的植被生态储水值发送至预警显示单元，将得到的显示指令发送至反馈预警单元；

反馈预警单元在接收到显示指令后，立即采集监测显示设备的显示数据，显示数据包括监测显示设备的显示亮度值、画面特征图像以及线路无功损耗值，并对显示数据进行预警评估分析和比对分析，将得到的故障信号发送至预警显示单元。

优选的，所述环境影响单元的干扰评估分析过程如下：

SS1：开始监测时刻到结束监测时刻之间的时长，并将其标记为时间阈值，将时间阈值划分为i个子时间节点，i为大于零的正数，获取到各个子时间节点内植被种植区的环境温度，并以时间为X轴，以环境温度为Y轴建立直角坐标系，通过描点的方式绘制环境温度曲线，从环境温度曲线中获取到最大波峰值和最小波谷值，并将最大波峰值和最小波谷值之间的差值标记为温度跨度值，同时从环境温度曲线中获取到上升段总数与下降段总数之比，并将其标记为温升比，进而将温升比与温度跨度值之积标记温度影响系数WY；

SS12：获取到各个子时间节点内植被种植区的光照时长，构建光照时长的集合A，获取到集合的均值，并将其标记为平均光照值PG，同时获取到各个子时间节点内植被种植区的环境风速，将环境风速与预设环境风速阈值进行比对分析，若环境风速大于预设环境风速阈值，则获取到环境风速大于预设环境风速阈值所对应的时长，并将其标记为影响时长，同时获取到相连两个子时间节点的环境风速之间的差值，并将其标记为风度浮动值，以此获取到风度浮动值的均值，并将其标记为平均浮动值，并将影响时长和平均浮动值之积标记为风速影响系数FY；

SS13：根据公式得到环境干扰系数H，并将环境干扰系数H与其内部录入存储的预设环境干扰系数阈值进行比对分析：

若环境干扰系数H小于等于预设环境干扰系数阈值，则不生成任何信号；

若环境干扰系数H大于预设环境干扰系数阈值，则生成影响指令。

优选的，所述干扰风险单元的深入式评估分析过程如下：

获取到环境干扰系数H大于预设环境干扰系数阈值的部分，并将其标记为环境风险值，并将环境风险值与其内部录入存储的预设环境风险值区间进行比对分析：

若环境风险值大于预设环境风险值区间中的最大值，则生成一级干扰信号；

若环境风险值位于预设环境风险值区间之内，则生成二级干扰信号；

若环境风险值小于预设环境风险值区间中的最小值，则生成三级干扰信号。

优选的，所述植被分析单元的尺寸缩放处理和特征提取分析过程如下：

第一步：利用拍摄设备对植被种植区进行拍摄，并对拍摄图像进行尺寸缩放处理和特征提取，从拍摄图像中获取到植被种植区的植被面积，并将标记为植被分析区，将植被分析区均分为o个子区域块，o为大于零的自然数，获取到时间阈值内各个子区域块内的植被叶片总面积、植被鲜重以及植被干重，并将其分别标好为YZo、ZXo以及ZGo；

第二步：根据公式

优选的，所述反馈预警单元的预警评估分析过程如下：

步骤一：采集到监测显示设备开始运行时刻到结束运行时刻之间的时长，并将其标记为运行时长，将运行时长划分为k个子时间段，k为大于零的自然数，获取到各个子时间段内监测显示设备的显示亮度值，并以时间为X轴，以显示亮度值为Y轴建立直角坐标系，并通过描点的方式绘制显示亮度值曲线，同时在坐标系中绘制预设显示亮度值区间曲线，从坐标系中获取到显示亮度值曲线位于预设显示亮度值区间曲线值之内点的总个数与显示亮度值曲线点总数之比，并将其标记为亮度稳定值；

步骤二：获取到各个子时间段内监测显示设备的画面特征图像，对各个子时间段内画面特征图像进行特征提取，获取到画面特征图像中出现波纹的次数并将其标记为画面异常值；

步骤三：获取到各个子时间段内监测显示设备的线路无功损耗值，并以时间为X轴，以线路无功损耗值为Y轴建立直角坐标系，并通过描点的方式绘制线路无功损耗值曲线，从线路无功损耗值曲线中获取到上升段的个数占总段数的比值，并将其标记为功率风险趋势值。

优选的，所述反馈预警单元的比对分析过程如下：

将亮度稳定值、画面异常值以及功率风险趋势值与其内部录入存储的预设亮度稳定值阈值、预设画面异常值阈值以及预设功率风险趋势值阈值进行比对分析；

若满足亮度稳定值大于等于预设亮度稳定值阈值，画面异常值小于等于预设画面异常值阈值，以及功率风险趋势值小于等于预设功率风险趋势值阈值，则不生成任何信号；

若不满足亮度稳定值大于等于预设亮度稳定值阈值，画面异常值小于等于预设画面异常值阈值，以及功率风险趋势值小于等于预设功率风险趋势值阈值，则生成故障信号。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过采集植被种植区的环境数据并进行干扰评估分析，以便结合环境数据对植被生态水储量的影响情况，精准的对植被生态水储量进行评估，提高分析结果的准确性，通过从温度影响系数、平均光照值以及风速影响系数三个维度进行评估分析，有助于提高分析结果的准确性和分析范围，并通过数据反馈和深入式分析方式，判断环境的干扰等级情况，以便根据不同的干扰等级进行合理的管控，进而降低环境对植被生态水储量的影响，有助于提高植被生态水储量分析结果的准确性和全面性；

(2)本发明通过利用遥感技术、拍摄图像尺寸缩放处理和图像特征提取分析的方式，以及结合环境数据对植被种植区的生态水储量进行监测，有助于提高生态水储量监测的准确性，且通过数字显示的方式，有助于直观的了解到植被种植区的内植被的生态水储量情况，进而对植被进行合理的管理，并通过递进式的分析方式对监测显示设备的运行情况进行监管，有助于之间的了解到监测显示设备的运行情况，进而及时的进行预警维护，以保证植被生态水储量信息展示的完整性，进而提高植被的监测和信息反馈效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1是本发明系统流程框图；

图2是本发明局部分析图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1-2所示，本发明为一种基于遥感技术的植被生态水储量监测系统，包括服务器、植被分析单元、环境影响单元、干扰风险单元、预警显示单元以及反馈预警单元，服务器与植被分析单元和环境影响单元均呈单向通讯连接，环境影响单元与植被分析单元和预警显示单元均呈单向通讯连接，环境影响单元与干扰风险单元呈双向通讯连接，植被分析单元与反馈预警单元和预警显示单元均呈单向通讯连接，反馈预警单元与预警显示单元呈单向通讯连接；

当服务器生成监测指令时，并将监测指令发送至植被分析单元和环境影响单元，环境影响单元在接收到监测指令后，立即采集植被种植区的环境数据，环境数据包括环境温度、光照时长以及环境风速，并对环境数据进行干扰评估分析，以便结合环境数据对植被生态水储量的影响情况，精准的对植被生态水储量进行评估，提高分析结果的准确性，具体的干扰评估分析过程如下：

开始监测时刻到结束监测时刻之间的时长，并将其标记为时间阈值，将时间阈值划分为i个子时间节点，i为大于零的正数，获取到各个子时间节点内植被种植区的环境温度，并以时间为X轴，以环境温度为Y轴建立直角坐标系，通过描点的方式绘制环境温度曲线，从环境温度曲线中获取到最大波峰值和最小波谷值，并将最大波峰值和最小波谷值之间的差值标记为温度跨度值，需要说明的是，温度跨度值的数值越大，则对植被生态水储量的影响越大，同时从环境温度曲线中获取到上升段总数与下降段总数之比，并将其标记为温升比，进而将温升比与温度跨度值之积标记温度影响系数，标号为WY，需要说明的是，温度影响系数WY是一个反映植被生态水储量的一个影响参数；

获取到各个子时间节点内植被种植区的光照时长，构建光照时长的集合A，获取到集合的均值，并将其标记为平均光照值，标号为PG，需要说明的是，平均光照值PG的数值越大，则植被生态水储量的蒸发风险越大，同时获取到各个子时间节点内植被种植区的环境风速，将环境风速与预设环境风速阈值进行比对分析，若环境风速大于预设环境风速阈值，则获取到环境风速大于预设环境风速阈值所对应的时长，并将其标记为影响时长，同时获取到相连两个子时间节点的环境风速之间的差值，并将其标记为风度浮动值，以此获取到风度浮动值的均值，并将其标记为平均浮动值，并将影响时长和平均浮动值之积标记为风速影响系数，标号为FY，需要说明的是，风速影响系数FY的数值越大，则植被生态水储量含量越少；

根据公式

若环境干扰系数H小于等于预设环境干扰系数阈值，则不生成任何信号；

若环境干扰系数H大于预设环境干扰系数阈值，则生成影响指令，并将影响指令发送至干扰风险单元，干扰风险单元在接收到影响指令后，立即对环境干扰系数H进行深入式评估分析，具体的深入式评估分析过程如下：

获取到环境干扰系数H大于预设环境干扰系数阈值的部分，并将其标记为环境风险值，并将环境风险值与其内部录入存储的预设环境风险值区间进行比对分析：

若环境风险值大于预设环境风险值区间中的最大值，则生成一级干扰信号；

若环境风险值位于预设环境风险值区间之内，则生成二级干扰信号；

若环境风险值小于预设环境风险值区间中的最小值，则生成三级干扰信号，其中，一级干扰信号、二级干扰信号以及三级干扰信号所对应的干扰程度依次降低，并将一级干扰信号、二级干扰信号以及三级干扰信号经环境影响单元发送至预警显示单元，预警显示单元在接收到一级干扰信号、二级干扰信号以及三级干扰信号后，立即显示一级干扰信号、二级干扰信号以及三级干扰信号所对应的预设方案，进而降低环境对植被生态水储量的影响，有助于提高植被生态水储量分析结果的准确性和全面性。

实施例2：

植被分析单元在接收到监测指令和环境风险值后，利用拍摄设备对植被种植区中进行拍摄分析，并对拍摄图像进行尺寸缩放处理和特征提取分析，具体的尺寸缩放处理和特征提取分析过程如下：

利用拍摄设备对植被种植区进行拍摄，并对拍摄图像进行尺寸缩放处理和特征提取，从拍摄图像中获取到植被种植区的植被面积，并将标记为植被分析区，将植被分析区均分为o个子区域块，o为大于零的自然数，获取到时间阈值内各个子区域块内的植被叶片总面积、植被鲜重以及植被干重，并将其分别标好为YZo、ZXo以及ZGo；

根据公式

反馈预警单元在接收到显示指令后，立即采集监测显示设备的显示数据，显示数据包括监测显示设备的显示亮度值、画面特征图像以及线路无功损耗值，并对显示数据进行预警评估分析，以保证监测显示设备的正常运行，同时有助于植被生态水储量信息展示的完整性，具体的预警评估分析过程如下：

采集到监测显示设备开始运行时刻到结束运行时刻之间的时长，并将其标记为运行时长，将运行时长划分为k个子时间段，k为大于零的自然数，获取到各个子时间段内监测显示设备的显示亮度值，并以时间为X轴，以显示亮度值为Y轴建立直角坐标系，并通过描点的方式绘制显示亮度值曲线，同时在坐标系中绘制预设显示亮度值区间曲线，从坐标系中获取到显示亮度值曲线位于预设显示亮度值区间曲线值之内点的总个数与显示亮度值曲线点总数之比，并将其标记为亮度稳定值，需要说明的是，亮度稳定值的数值越大，则监测显示设备异常风险越小；

获取到各个子时间段内监测显示设备的画面特征图像，对各个子时间段内画面特征图像进行特征提取，获取到画面特征图像中出现波纹的次数并将其标记为画面异常值；需要说明的是，画面异常值的数值越大，则监测显示设备异常风险越大；

获取到各个子时间段内监测显示设备的线路无功损耗值，并以时间为X轴，以线路无功损耗值为Y轴建立直角坐标系，并通过描点的方式绘制线路无功损耗值曲线，从线路无功损耗值曲线中获取到上升段的个数占总段数的比值，并将其标记为功率风险趋势值，需要说明的是，功率风险趋势值是一个反映监测显示设备运行情况的影响参数，并将亮度稳定值、画面异常值以及功率风险趋势值与其内部录入存储的预设亮度稳定值阈值、预设画面异常值阈值以及预设功率风险趋势值阈值进行比对分析；

若满足亮度稳定值大于等于预设亮度稳定值阈值，画面异常值小于等于预设画面异常值阈值，以及功率风险趋势值小于等于预设功率风险趋势值阈值，则不生成任何信号；

若不满足亮度稳定值大于等于预设亮度稳定值阈值，画面异常值小于等于预设画面异常值阈值，以及功率风险趋势值小于等于预设功率风险趋势值阈值，则生成故障信号，并将故障信号发送至预警显示单元，预警显示单元在接收到故障信号后，立即控制监测显示设备上的报警灯为黄灯，有助于之间的了解到监测显示设备的运行情况，进而及时的进行预警维护，以保证植被生态水储量信息展示的完整性，进而提高植被的监测和信息反馈效果；

综上所述，本发明通过采集植被种植区的环境数据并进行干扰评估分析，以便结合环境数据对植被生态水储量的影响情况，精准的对植被生态水储量进行评估，提高分析结果的准确性，通过从温度影响系数、平均光照值以及风速影响系数三个维度进行评估分析，有助于提高分析结果的准确性和分析范围，并通过数据反馈和深入式分析方式，判断环境的干扰等级情况，以便根据不同的干扰等级进行合理的管控，进而降低环境对植被生态水储量的影响，有助于提高植被生态水储量分析结果的准确性和全面性；此外通过利用遥感技术、拍摄图像尺寸缩放处理和图像特征提取分析的方式，以及结合环境数据对植被种植区的生态水储量进行监测，有助于提高生态水储量监测的准确性，且通过数字显示的方式，有助于直观的了解到植被种植区的内植被的生态水储量情况，进而对植被进行合理的管理，并通过递进式的分析方式对监测显示设备的运行情况进行监管，有助于之间的了解到监测显示设备的运行情况，进而及时的进行预警维护，以保证植被生态水储量信息展示的完整性，进而提高植被的监测和信息反馈效果。

阈值的大小的设定是为了便于比较，关于阈值的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据设定基数数量；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置，以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。