本發(fā)明涉及林業(yè)環(huán)境監(jiān)控，具體為一種基于物聯(lián)網(wǎng)的林業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過(guò)傳感器、網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算技術(shù)手段，將各種物體與設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理，在林業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它使得林區(qū)內(nèi)的各種環(huán)境因子能夠被實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和管理，且基于物聯(lián)網(wǎng)的林業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)集成傳感器技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和智能分析算法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)林業(yè)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和智能預(yù)警，為林業(yè)管理提供科學(xué)依據(jù)。
2、然而，現(xiàn)有的林業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)往往只關(guān)注單一的林業(yè)環(huán)境參數(shù)，而忽略了它們之間的相互影響和關(guān)聯(lián)，這導(dǎo)致了對(duì)林業(yè)環(huán)境狀況的全面評(píng)估存在偏差，其中土壤保水能力的關(guān)鍵參數(shù)往往被視為靜態(tài)值，缺乏定期地更新和維護(hù)，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差，特別是在四季變化明顯的地區(qū)，土壤保水能力的季節(jié)性變化對(duì)林業(yè)環(huán)境監(jiān)控至關(guān)重要，此外，現(xiàn)有技術(shù)往往缺乏高效的數(shù)據(jù)處理和分析算法，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)海量林業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)的快速處理和精準(zhǔn)分析，這限制了林業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平，且現(xiàn)有技術(shù)往往缺乏完善的智能預(yù)警機(jī)制，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警林業(yè)環(huán)境中的潛在問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的林業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，解決了上述背景技術(shù)中所提出的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
3、步驟i、利用數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)時(shí)采集當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的林業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；
4、步驟ii、根據(jù)季度變化，定期采集土壤樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析；
5、步驟iii、利用數(shù)據(jù)處理分析模塊，先基于季度變化，計(jì)算輸出當(dāng)前季度的土壤保水能力系數(shù)tbs，在基于土壤保水能力系數(shù)tbs，分別計(jì)算輸出當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期的土壤濕度ts、光照強(qiáng)度hg、植被生長(zhǎng)指數(shù)zs；
6、步驟iiii、基于當(dāng)前周期的植被生長(zhǎng)指數(shù)zs和上一周期植被生長(zhǎng)指數(shù)zsold，進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析；
7、步驟iiiii、利用用戶(hù)交互模塊，展示計(jì)算監(jiān)測(cè)結(jié)果、決策建議，并在對(duì)監(jiān)測(cè)狀況不利的情況下，利用預(yù)警模塊進(jìn)行預(yù)警；
8、其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括有實(shí)時(shí)采集單元和抽樣單元；
9、所述數(shù)據(jù)處理分析模塊包括有評(píng)估土壤濕度水平單元，評(píng)估林業(yè)環(huán)境光照水平單元以及綜合反映植被生長(zhǎng)情況單元；
10、一年按季節(jié)分為四個(gè)監(jiān)測(cè)季度，四個(gè)監(jiān)測(cè)季度包括有m次監(jiān)測(cè)周期；
11、所述數(shù)據(jù)采集模塊所用到的設(shè)備包括有土壤濕度傳感器、降雨量傳感器、土壤溫度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備；
12、所述數(shù)據(jù)處理分析模塊所用到的設(shè)備包括有服務(wù)器以及計(jì)算設(shè)備；
13、所述用戶(hù)交互模塊所用到的設(shè)備包括有用戶(hù)終端；
14、所述預(yù)警模塊所用到的設(shè)備包括有警報(bào)器。
15、可選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊中的抽樣單元每隔一個(gè)季度，將對(duì)林業(yè)環(huán)境內(nèi)設(shè)定的抽樣區(qū)域，隨機(jī)抽取n片的土壤樣本，并對(duì)每片土壤樣本進(jìn)行標(biāo)記，記錄其位置信息；
16、對(duì)每片土壤樣本進(jìn)行相同量的平均降水量灌溉，并利用土壤水分傳感器測(cè)量初始含水量h1i以及灌溉后等待24小時(shí)的每片土壤樣本的灌溉后含水量h2i；
17、第i片土壤樣本吸收水量tyxi的計(jì)算公式如下：
18、tyxi=?h1i?-?h2i；
19、第i片土壤樣本吸收水量tyxi、初始含水量h1i和灌溉后含水量h2i的單位均為體積單位；
20、引入每片土壤樣本的ph值以及土壤結(jié)構(gòu)系數(shù)輸入并輸出土壤保水能力系數(shù)tbs。
21、可選的，所述土壤保水能力系數(shù)tbs的計(jì)算公式如下：
22、；
23、tyji=f(sbi+rbi+nbi)×ki；
24、ki=(kti/zt)×100%；
25、其中：
26、tbs為土壤保水能力系數(shù)；
27、tyxi為第i片土壤樣本吸收水量；
28、phi為第i片土壤樣本酸堿度，f(phi)=a×phi+b，其中a和b為常數(shù)，f(phi)具體為用來(lái)量化第i片土壤樣本酸堿度phi對(duì)土壤保水能力影響程度的函數(shù)；
29、tyji為第i片土壤樣本結(jié)構(gòu)系數(shù)；
30、sbi為第i片土壤樣本沙質(zhì)比例；
31、rbi為第i片土壤樣本壤質(zhì)比例；
32、nbi為第i片土壤樣本黏質(zhì)比例；
33、ki為第i片土壤樣本孔隙度；
34、kti為第i片土壤樣本孔隙體積；
35、zt為土壤總體積；
36、tbs和tyji均為無(wú)量綱的系數(shù)，kti和zt的單位均為體積單位，sbi、rbi和nbi均為無(wú)量綱的比例值，通常以百分?jǐn)?shù)以及小數(shù)形式表示。
37、可選的，所述評(píng)估土壤濕度水平單元的計(jì)算公式如下：
38、；
39、其中：
40、ts為土壤濕度；
41、jy為降雨量，單位為長(zhǎng)度單位；
42、tw為土壤溫度，單位為攝氏度；
43、tbsmax為土壤保水能力最大系數(shù)，且為無(wú)綱量的系數(shù)；
44、k1為降雨量調(diào)整系數(shù)，k2為土壤溫度調(diào)整系數(shù)，k3均為土壤保水能力系數(shù)調(diào)整系數(shù)；
45、土壤保水能力最大系數(shù)tbsmax反映對(duì)應(yīng)每個(gè)季度進(jìn)行計(jì)算的第i片土壤樣本中土壤保水能力的最大程度；
46、可選的，所述評(píng)估林業(yè)環(huán)境光照水平單元的計(jì)算公式如下：
47、；
48、其中：
49、hg為光照強(qiáng)度；
50、tsmax為土壤最大濕度，單位為體積百分比；
51、土壤最大濕度tsmax反映當(dāng)前季度內(nèi)記錄的土壤的最高濕度程度；
52、k4為土壤濕度調(diào)整系數(shù)。
53、可選的，所述綜合反映植被生長(zhǎng)情況單元的計(jì)算公式如下：
54、；
55、其中：
56、zs為植被生長(zhǎng)指數(shù)；
57、zsold為上一周期植被生長(zhǎng)指數(shù)，zsold反映當(dāng)前季度內(nèi)記錄的上一周期監(jiān)測(cè)計(jì)算得到的植被生長(zhǎng)指數(shù)zs，且若當(dāng)前的監(jiān)測(cè)為當(dāng)前季度的第一周期監(jiān)測(cè)計(jì)算，則上一周期植被生長(zhǎng)指數(shù)zsold具體為上一年度同季度的最后一周期監(jiān)測(cè)結(jié)果；
58、hgmax為光照最大強(qiáng)度；
59、光照最大強(qiáng)度hgmax反映當(dāng)前季度內(nèi)記錄的最高光照程度；
60、k5為光照強(qiáng)度調(diào)整系數(shù)，k6為上一周期植被生長(zhǎng)指數(shù)調(diào)整系數(shù)。
61、可選的，基于所述植被生長(zhǎng)指數(shù)zs與上一周期植被生長(zhǎng)指數(shù)zsold的監(jiān)測(cè)分析如下：
62、若當(dāng)前周期的植被生長(zhǎng)指數(shù)zs高于上一周期植被生長(zhǎng)指數(shù)zsold，則監(jiān)測(cè)反映植被生長(zhǎng)狀況良好，下一周期以及下一季度土壤保水能力系數(shù)tbs將提升；
63、若當(dāng)前周期的植被生長(zhǎng)指數(shù)zs低于上一周期植被生長(zhǎng)指數(shù)zsold，則監(jiān)測(cè)反映植被生長(zhǎng)受到不利因素的影響，預(yù)警模塊發(fā)出監(jiān)測(cè)預(yù)警信號(hào)，提醒下一周期以及下一季度的土壤保水能力系數(shù)tbs將受影響降低。
64、可選的，所述抽樣單元的平均降水量灌溉反映當(dāng)前季度降雨量jy累積的平均值；
65、所述評(píng)估土壤濕度水平單元，所述評(píng)估林業(yè)環(huán)境光照水平單元以及所述綜合反映植被生長(zhǎng)情況單元中的降雨量jy反映當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)降雨的總量累積。
66、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
67、一、本發(fā)明通過(guò)集成評(píng)估土壤濕度水平單元，評(píng)估林業(yè)環(huán)境光照水平單元以及綜合反映植被生長(zhǎng)情況單元的三個(gè)單元相互關(guān)聯(lián)的公式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤濕度ts、光照強(qiáng)度hg、植被生長(zhǎng)指數(shù)zs的全面監(jiān)測(cè)和關(guān)聯(lián)分析，這有助于更準(zhǔn)確地評(píng)估林業(yè)環(huán)境狀況，為林業(yè)管理提供更加科學(xué)的依據(jù)。
68、二、本發(fā)明采用定期對(duì)土壤保水能力進(jìn)行更新計(jì)算，從而反映土壤在不同季節(jié)的保水性能變化，這有助于提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，為林業(yè)環(huán)境監(jiān)控提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。
69、三、本發(fā)明采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和分析算法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海量林業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)的快速處理和精準(zhǔn)分析，這提高了林業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平，降低了人工干預(yù)的成本和難度。
70、四、本發(fā)明通過(guò)智能算法對(duì)林業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和預(yù)警，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警林業(yè)環(huán)境中的潛在問(wèn)題，同時(shí)，系統(tǒng)還能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果提供科學(xué)的決策建議，為林業(yè)管理提供更加精準(zhǔn)的指導(dǎo)和支持。