CN109287187A - 一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统及其监测方法，恢复系统包括划分为深开沟和高垄地相邻分布的裸露土地，设置在深开沟里的植被固化机构，以及设置在高垄地上的灌溉单元，其监测方法为：将裸露土地划分为面积相同的多个板块；在每个板块内均增设上述植被恢复系统；利用卫星遥感技术定时对整个裸露土地区域进行拍照；对卫星遥感图像进行特征提取，并且将所有的相片按照时间顺序监测植被生长变化，采用根系加固和点滴灌溉结合的方式，将植物根系与加固编织层结合，提高植物根茎水分吸收以及根茎生长时的泥土包覆稳定性，从而提升植物根系生长速度，结合卫星遥感技术的监测，便于对植被恢复系统的后期维护以及恢复管理。

Description

一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及植被恢复领域，具体为一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统及其监测方法。

背景技术

随着我国的经济发展以及城镇化进程的加快，相应交通、电力、矿山、水利等开发建设项目数量剧增，与此同时我国面积较大且地形复杂，因人为和自然等因素很多地方都出现了水土流失的问题，这也是我国深受气候恶化和生态破坏等环境问题的根源，因此大量的种植生态植被是十分必要的，传统的植被种植都是需要人工进行或借助一些专有的工具协助进行，但是由于水土和气候的恶劣问题，植被的生长过程困难，很大一部分栽种的植被未能长成，因此亟需要一种辅助植被生长的植被恢复系统，以增加植被在生长过程中的抗风稳定性。

例如申请号为201610228599.3，专利名称一种边坡植被生态恢复方法，包括：清理边坡坡面；在清理后的边坡坡面上间隔布设多个填充有填充材料的铅丝石笼，形成石笼结构层；在多个所述铅丝石笼的间隔处填充客土，并在所述石笼结构层上覆盖客土；在多个所述铅丝石笼的间隔处栽种植物，由于铅丝石笼具有柔韧性，当坡面遇水流冲刷能自行沉降，不会由于坡面局部冲刷造成大范围的塌陷，且由于铅丝石笼的阻流作用，能有效降低水土流失，为植物的生产提供良好的水土环境，促进坡面植被生态恢复。

但是基于上述和现有方案可知，目前大多植被恢复系统一般只具有加固植物根系的作用，而没有在种植初期提供水分补充的功能，很有可能导致植物根系生长慢，降低水土流失的能力差，也就是说不能很好的达到预期阻流效果。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统及其监测方法，采用根系加固和点滴灌溉结合的方式，将植物根系与加固编织层结合，可提高植物根茎水分吸收，以及根茎生长时的泥土包覆稳定性，从而提升植物根系生长速度，并结合卫星遥感技术的监测，便于对植被恢复系统的后期维护以及恢复管理，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统，包括划分为深开沟和高垄地相邻分布的的裸露土地，设置在深开沟里的植被固化机构，以及设置在高垄地上的灌溉单元；

所述植被固化机构包括通过定桩安插在深开沟里面的弧形面板，以及若干均匀分布在弧形面板上用来栽种植物的种植通孔，所述弧形面板在所述种植通孔的外侧还设有若干均匀分布的透水长形孔槽，所述弧形面板的下表面沿着种植通孔的边缘设有保湿双层管，所述保湿双层管的夹层内设有吸水海绵，所述保湿双层管的双层管体上均设有透水孔，所述保湿双层管的下端两侧设有对称分布的竖向连杆，所有的竖向连杆下端设有S形分布的加固尼龙绳，所述加固尼龙绳上还设有若干均匀分布的穿插垂直线，所述穿插垂直线与加固尼龙绳形成用于加固植被根部的编织网。

进一步地，每组所述竖向连杆的内表面均固定连接有一个营养补给管，所述营养补给管上设有若干均匀分布的环形缓冲管，所述环形缓冲管的出水口设有防堵渗水膜，所述防堵渗水膜的外侧还设有保护外壳，所述保护外壳上设有若干均匀分布的出水孔，并且在每个所述出水孔的上方均设有下开口弧形板。

进一步地，若干相邻分布的所述营养补给管分别连接有营养液储箱，所述营养液储箱的下端安装有多管道转换器，所述多管道转换器与营养补给管一一匹配安装，并且所述多管道转换器上分别设有开关控制阀。

进一步地，所述灌溉单元包括设置在裸露土地上方的储水箱，以及掩埋在高垄地内的浇水总管道，所述浇水总管道在每个所述保湿双层管的位置均设有球形点滴管，所述球形点滴管的末端接触保湿双层管的外表面，所述保湿双层管的最下端设有缓冲临时储水槽，所述缓冲临时储水槽的底部设有若干均匀分布且出水方向不同的漏水细孔。

进一步地，所述浇水总管道与储水箱连接的一端内也设有开关控制阀门，所述保湿双层管外壳的透水孔直径大于保湿双层管内壳的透水孔直径，并且所述球形点滴管的出水位置正对着保湿双层管外壳的一个透水孔。

进一步地，所述浇水总管道的掩埋深度与弧形面板在深开沟的放置深度相同，并且所述裸露土地的边缘位置设有若干均匀分布的高度标识板，所述高度标识板上设有标识植被高度的刻度，所述高度标识板的上端设有中空段，所述中空段内设有标识反射片，所述中空段的上表面设有透光盖板。

另外本发明设计了一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统的监测方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤100、将裸露土地按照地理区域划顺次划分为面积相同的多个板块；

步骤200、在每个板块内均增设上述植被恢复系统；

步骤300、利用卫星遥感技术定时对整个裸露土地区域进行拍照；

步骤400、对卫星遥感图像进行特征提取，并且将所有的相片按照时间顺序监测植被生长变化。

进一步地，在所述步骤400中，对卫星遥感图像进行特征提取包括如下具体步骤：

步骤401、建立遥感接收平台与卫星的连接关系，并且在遥感接收平台内建立数据文件档案；

步骤402、对数据文件档案中的遥感图像进行包括纹理和空间的图像特征提取，将植被恢复系统覆盖的整个土地范围进行土地边缘划分；

步骤403、从植被栽种开始，卫星遥感图像定时对植被栽种土地进行拍照，并且照片按照时间先后顺序存储在数据文件档案内；

步骤404、遥感接收平台按照存储顺序处理卫星遥感图像，提取分析植被颜色的光谱特征。

进一步地，对卫星遥感图像进行光谱特征分析时，还可以按照图像的比例还原裸露土地的切割板块，对同一幅图像进行光谱特征提取，并分析不同区域的植被恢复系统工作效果。

进一步地，在步骤402中，对遥感图像进行边缘形状特征提取时，覆盖土地的边缘可与标识反射片包围的覆盖土地进行边缘校正。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用根系加固和点滴灌溉结合的方式，节约用水，可提高植物根茎水分吸收，以及根茎生长时的泥土包覆稳定性，从而提升植物根系生长速度，将植物根系与加固编织层结合，提高植物的抗风稳定性；

(2)本发明利用卫星遥感技术对植被生长进行定时监测，可分析植被生长效果，同时监测植被恢复系统的工作情况，便于对植被恢复系统的后期维护和工作监测，同时也便于灾害后的植被恢复管理。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的弧形面板纵剖面结构示意图；

图3为本发明的环形缓冲管结构示意图；

图4为本发明的高度标识板俯视安装结构示意图；

图5为本发明的高度标识板结构示意图；

图6为本发明的植被恢复监测方法流程示意图。

图中标号：

1-植被固化机构；2-灌溉单元；3-营养补给管；4-环形缓冲管；5-防堵渗水膜；6-保护外壳；7-出水孔；8-下开口弧形板；9-营养液储箱；10-多管道转换器；11-开关控制阀门；12-高度标识板；13-中空段；14-标识反射片；15-透光盖板；

101-定桩；102-弧形面板；103-种植通孔；104-透水长形孔槽；105-保湿双层管；106-吸水海绵；107-透水孔；108-竖向连杆；109-加固尼龙绳；1010-加固尼龙绳；

201-储水箱；202-浇水总管道；203-球形点滴管；204-缓冲临时储水槽；205-漏水细孔。

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。

如图1和图2所示，本发明提供了一种植被恢复系统，包括划分为深开沟和高垄地相邻分布的的裸露土地，设置在深开沟里的植被固化机构1，以及设置在高垄地上的灌溉单元2，将土地预处理，划分为深开沟和高垄地模块，具体为本实施方式中植被恢复系统的整地模块，此方式在植被的生长过程中起到储水和防风作用，植被固化机构1用于加固植被根茎在生长过程中的稳定性，从而在恶劣的环境下保证植被的稳定生长，灌溉单元2提供植被在生长过程中的水分，其中植被固化机构1和灌溉单元的具体工作构件和原理将在下文细述。

其中植被固化机构1包括通过定桩101安插在深开沟里面的弧形面板102，以及若干均匀分布在弧形面板102上用来栽种植物的种植通孔103，所述弧形面板102在所述种植通孔103的外侧还设有若干均匀分布的透水长形孔槽104，弧形面板102在使用时，可在通过定桩101安插在深开沟里面，然后在种植通孔103内栽种植物，最后将高垄地上的泥土覆盖在弧形面板102上表面，实现植物的基本栽种操作。

弧形面板102的下表面沿着种植通孔103的边缘设有保湿双层管105，所述保湿双层管105的夹层内设有吸水海绵106，所述保湿双层管105的双层管体上均设有透水孔107，吸水海绵106可在灌溉时吸水，当短时间内缺水或者环境温度过高时，吸水海绵106将通过透水孔107向种植通孔103内的植物提供水分，可缓解干旱危害，吸水海绵106的吸水方式将在下文描述。

保湿双层管105的下端两侧设有对称分布的竖向连杆108，所有的竖向连杆108下端设有S形分布的加固尼龙绳109，所述加固尼龙绳109上还设有若干均匀分布的穿插垂直线1010，所述穿插垂直线1010与加固尼龙绳109形成用于加固植被根部的编织网，植物的根系在生长时，将缠绕在穿插垂直线1010和加固尼龙绳109形成的编织网上，然后在深入到下方土地里，由于编织网为大面积的片状结构，因此会很大程度的增加根系与土地结合的稳定性，降低恶劣天气下造成的水土流失影响。

为了促进植被的生长速度，加固植物的稳定性，在植物的生长初期，可以人为给植被提供营养，如图2和图3所示，本实施方式中的每组竖向连杆108的内表面均固定连接有一个营养补给管3，所述营养补给管3上设有若干均匀分布的环形缓冲管4，所述环形缓冲管4的出水口设有防堵渗水膜5，所述防堵渗水膜5的外侧还设有保护外壳6，所述保护外壳6上设有若干均匀分布的出水孔7，并且在每个所述出水孔7的上方均设有下开口弧形板8。

基于上述，本实施方式在植物的根茎范围内增设营养补给管3，可在植物栽种初期，定时提供植物营养液促进生长，为了增加植物的吸收量，本实施方式在营养补给管3的出水口设置防堵渗水膜5，可降低营养液的流速，一方面在营养液的供给过程中稀疏土地的密度，增加空气通量，另一方面防止营养液的供给速度过大冲刷了植物根茎附近的泥土，增加植物根茎在生长中的稳定性。

另外上述实施方式中还增加了保护外壳6，营养补给管3经过防堵渗水膜5和保护外壳6的双重降速作用下从保护外壳6的出水孔7溢出，抵达根茎泥土，保护外壳6可进一步防止防堵渗水膜5堵塞，下开口弧形板8可防止出水孔7发生堵塞。

若干相邻分布的所述营养补给管3分别连接有营养液储箱9，所述营养液储箱9的下端安装有多管道转换器10，所述多管道转换器10与营养补给管3一一匹配安装，并且所述多管道转换器10上分别设有开关控制阀11。

如图2和图4所示，所述灌溉单元2包括设置在裸露土地上方的储水箱201，以及掩埋在高垄地内的浇水总管道202，所述浇水总管道202在每个所述保湿双层管105的位置均设有球形点滴管203，所述球形点滴管203的末端接触保湿双层管105的外表面，同样地，本灌溉单元2中的球形点滴管203也是为了降低水流，防止水流过快造成植物根茎外露，增加其抗风稳定性能，提高整个植被的恢复能力。

所述保湿双层管105的最下端设有缓冲临时储水槽204，所述缓冲临时储水槽204的底部设有若干均匀分布且出水方向不同的漏水细孔205，球形点滴管203内的水汇集到缓冲临时储水槽204内，经过漏水细孔205为植物提供水分，浇水总管道202内的水分经过两重降速处理后，可大大缩小其流速，同时也可以提高植物吸收水分的能力。

基于上述，本实施方式中的供水和供营养液的降速方式有所区别，并且营养液降速后的速度小于水流速度，提供两种降速方式的主要原因在于：

(1)营养液的单次供给量比较少，并且植物对营养液的吸收量比较少，因此采用环形缓冲管4和防堵渗水膜5即可起到缓冲降速作用；

(2)营养液的单次供给量比较多，并且植物对营养液的吸收量比较多，因此防堵渗水膜5受到的冲击力比较大，将会大大缩短其使用寿命，因此球形点滴管203和缓冲临时储水槽204的配合使用更能适应供应水量的需求。

所述浇水总管道202与储水箱201连接的一端内也设有开关控制阀门11，所述球形点滴管203的出水位置正对着保湿双层管105外壳的一个透水孔107，所述保湿双层管105外壳的透水孔直径大于保湿双层管105内壳的透水孔直径，球形点滴管203在供水时，由于球形点滴管203的出水位置正对着保湿双层管105外壳的透水孔107，保湿双层管105内的吸水海绵106会吸收一定的水量，当短时间内缺水或者环境温度过高时，吸水海绵106将通过透水孔107向种植通孔103内的植物提供水分，可缓解干旱危害。

如图5所示，所述浇水总管道202的掩埋深度与弧形面板102在深开沟的放置深度相同，并且所述裸露土地的边缘位置和植被种植区内均设有若干均匀分布的高度标识板12，所述高度标识板12上设有标识植被高度的刻度，所述高度标识板12的上端设有中空段13，所述中空段13内设有标识反射片14，所述中空段13上端设有透光该板15。

高度标识板12上的刻度线可便于人为判断植被的生长情况，高度标识板12上的标识反射片14可便于校正后期卫星遥感图像的边缘位置。

另外为了监测植被恢复系统的恢复情况，本发明还提供一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统监测方法，在本实施方式中，主要利用遥感卫星的图像拍摄技术，遥感卫星在太空探测地球地表物体对电磁波的反射，及其发射的电磁波，从而提取该物体信息，完成远距离识别物体，将这些电磁波转换，识别得到可视图像，既为卫星影像，通俗简单解释：就是卫星在空中给地面拍的照片，地面长什么样，它就拍出什么样，并且带有经纬度信息实时地貌照片，在本文中可具体理解为可以使用卫星遥感拍摄的载重植被图像，监测在布置植被恢复系统后植被的生长恢复能力。

如图6所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤100、将裸露土地按照地理区域划顺次划分为面积相同的多个板块；

在上述步骤100中，也可以对每个板块进行标号处理，具体的标号可按照行列的标号方式处理，将这个裸露土地划分多个板块方便植被恢复系统的实施。

步骤200、在每个板块内均增设上述植被恢复系统；

步骤300、利用卫星遥感技术定时对整个裸露土地区域进行拍照；

步骤400、对卫星遥感图像进行特征提取，并且将所有的相片按照时间顺序监测植被生长变化。

在上述步骤400中，对卫星遥感图像进行特征提取包括如下具体步骤：

步骤401、建立遥感接收平台与卫星的连接关系，并且在遥感接收平台建立数据文件档案；

步骤402、从植被栽种开始，卫星遥感图像定时对植被栽种土地进行拍照，并且照片按照时间先后顺序存储在数据文件档案内；

步骤403、对数据文件档案中的遥感图像进行包括纹理和空间的图像特征提取，将植被恢复系统覆盖的整个土地范围进行土地边缘划分，当然在判断植被覆盖土地的边缘形状时，可将纹理和空间的图像特征提取后的边缘形状与标识反射片围城的覆盖土地进行边缘校正，通过两者对比可减小特征提取时的误差。

步骤404、遥感接收平台按照存储顺序处理卫星遥感图像，提取分析植被颜色的光谱特征，本步骤中的光谱特征是指提取图片中的颜色、灰度或者波段间的亮度比等信息，在本实施方式中，可对比土地范围的颜色变化查看植被的生长情况。

对卫星遥感图像进行光谱特征分析之后，还可以按照图像的比例还原裸露土地的切割板块，对同一幅图像进行光谱特征提取，并分析不同区域的植被恢复系统工作效果，也就是说同一张遥感图内的不同板块，在同一纬度的植被光谱特征区别特别大时，则需要标记该板块，人工检测该板块的植被恢复系统是否正常工作。

基于上述，本实施方式的植被恢复检测方法不仅能否检测植被栽种后的恢复情况，同时也可监测植被恢复系统的工作情况，扩大了监测范围，更方便植被恢复系统的后期维护操作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统，其特征在于：包括划分为深开沟和高垄地相邻分布的的裸露土地，设置在深开沟里的植被固化机构(1)，以及设置在高垄地上的灌溉单元(2)；

所述植被固化机构(1)包括通过定桩(101)安插在深开沟里面的弧形面板(102)，以及若干均匀分布在弧形面板(102)上用来栽种植物的种植通孔(103)，所述弧形面板(102)在所述种植通孔(103)的外侧还设有若干均匀分布的透水长形孔槽(104)，所述弧形面板(102)的下表面沿着种植通孔(103)的边缘设有保湿双层管(105)，所述保湿双层管(105)的夹层内设有吸水海绵(106)，所述保湿双层管(105)的双层管体上均设有透水孔(107)，所述保湿双层管(105)的下端两侧设有对称分布的竖向连杆(108)，所有的竖向连杆(108)下端设有S形分布的加固尼龙绳(109)，所述加固尼龙绳(109)上还设有若干均匀分布的穿插垂直线(1010)，所述穿插垂直线(1010)与加固尼龙绳(109)形成用于加固植被根部的编织网。

2.根据权利要求1所述的一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统，其特征在于：每组所述竖向连杆(108)的内表面均固定连接有一个营养补给管(3)，所述营养补给管(3)上设有若干均匀分布的环形缓冲管(4)，所述环形缓冲管(4)的出水口设有防堵渗水膜(5)，所述防堵渗水膜(5)的外侧还设有保护外壳(6)，所述保护外壳(6)上设有若干均匀分布的出水孔(7)，并且在每个所述出水孔(7)的上方均设有下开口弧形板(8)。

3.根据权利要求2所述的一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统，其特征在于：若干相邻分布的所述营养补给管(3)分别连接有营养液储箱(9)，所述营养液储箱(9)的下端安装有多管道转换器(10)，所述多管道转换器(10)与营养补给管(3)一一匹配安装，并且所述多管道转换器(10)上分别设有开关控制阀(11)。

4.根据权利要求1所述的一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统，其特征在于：所述灌溉单元(2)包括设置在裸露土地上方的储水箱(201)，以及掩埋在高垄地内的浇水总管道(202)，所述浇水总管道(202)在每个所述保湿双层管(105)的位置均设有球形点滴管(203)，所述球形点滴管(203)的末端接触保湿双层管(105)的外表面，所述保湿双层管(105)的最下端设有缓冲临时储水槽(204)，所述缓冲临时储水槽(204)的底部设有若干均匀分布且出水方向不同的漏水细孔(205)。

5.根据权利要求4所述的一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统，其特征在于：所述浇水总管道(202)与储水箱(201)连接的一端内也设有开关控制阀门(11)，所述保湿双层管(105)外壳的透水孔直径大于保湿双层管(105)内壳的透水孔直径，并且所述球形点滴管(203)的出水位置正对着保湿双层管(105)外壳的一个透水孔(107)。

6.根据权利要求4所述的一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统，其特征在于：所述浇水总管道(202)的掩埋深度与弧形面板(102)在深开沟的放置深度相同，并且所述裸露土地的边缘位置设有若干均匀分布的高度标识板(12)，所述高度标识板(12)上设有标识植被高度的刻度，所述高度标识板(12)的上端设有中空段(13)，所述中空段(13)内设有标识反射片(14)，所述中空段(13)的上表面设有透光盖板(15)。

7.一种用于权利要求1-6任一项所述植被恢复系统的监测方法，其特征在于，监测包括如下步骤：

步骤100、将裸露土地按照地理区域划顺次划分为面积相同的多个板块；

步骤200、在每个板块内均增设上述植被恢复系统；

步骤300、利用卫星遥感技术定时对整个裸露土地区域进行拍照；

步骤400、对卫星遥感图像进行特征提取，并且将所有的相片按照时间顺序监测植被生长变化。

8.根据权利要求7所述的一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统的监测方法，其特征在于，在所述步骤400中，对卫星遥感图像进行特征提取包括如下具体步骤：

步骤401、建立遥感接收平台与卫星的连接关系，并且在遥感接收平台内建立数据文件档案；

步骤402、对数据文件档案中的遥感图像进行包括纹理和空间的图像特征提取，将植被恢复系统覆盖的整个土地范围进行土地边缘划分；

步骤403、从植被栽种开始，卫星遥感图像定时对植被栽种土地进行拍照，并且照片按照时间先后顺序存储在数据文件档案内；

步骤404、遥感接收平台按照存储顺序处理卫星遥感图像，提取分析植被颜色的光谱特征。

9.根据权利要求8所述的一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统的监测方法，其特征在于，对卫星遥感图像进行光谱特征分析时，还可以按照图像的比例还原裸露土地的切割板块，对同一幅图像进行光谱特征提取，并分析不同区域的植被恢复系统工作效果。

10.根据权利要求8所述的一种基于卫星遥感图像的植被恢复系统的监测方法，其特征在于，在步骤402中，对遥感图像进行边缘形状特征提取时，覆盖土地的边缘可与标识反射片包围的覆盖土地进行边缘校正。