CN110988306B - 一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统 - Google Patents

一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，包括受控区域、片区划分单元、降雨检测单元、湿度监控单元、数据解析单元、综合分析单元、视觉监测单元、辅助分析单元、控制器、显示单元、存储单元和管理单元；受控区域为被监控的土壤区域，所述片区划分单元用于对受控区域进行区域划分得到矩形区域Yi，i＝1...n；本发明通过土壤的水分流失率和制备的覆盖率进行综合分析，得到受控区域的制备覆盖情况，并且能够精准给出植被破坏较大的区域，以及整个受控区域是否需要进行植被保护；本发明简单有效，且易于实用。

Description

一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统
技术领域
本发明属于土壤检测领域，涉及土壤监测分析技术，具体是一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统。
背景技术
目前，对于草地的不合理使用或开发，例如超负荷的畜牧养殖造成草地的难以短时间内恢复，甚至使得草地严重退化，传统的草地修复和植造需要大量的人力和物力，且人员需长时间进行劳动工作，劳动工作强度大，同时由于草地或林地的严重退化，造成了部分物种的灭绝以及种植物种的生存难度，然而随着电子信息技术的发展，借助利用多种电子信息技术：视频监控、移动通信、云计算、物联网等新技术进行整合，开创新型管理模式。
为了实现这一构思，将电子信息技术与土壤检测结合，现提供一种技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，包括受控区域、片区划分单元、降雨检测单元、湿度监控单元、数据解析单元、综合分析单元、视觉监测单元、辅助分析单元、控制器、显示单元、存储单元和管理单元；
其中，受控区域为被监控的土壤区域，所述片区划分单元用于对受控区域进行区域划分得到矩形区域Yi，i＝1...n；
所述降雨检测单元用于监测受控区域的降雨信息得到降雨信号；
所述降雨检测单元用于在产生降雨信号时将降雨信号传输到湿度监控单元，湿度监控单元为设置在每个矩形区域Yi的湿度传感器，用于获取对应矩形区域Yi的即时湿度信息Sij，i＝1...n，j＝1...m；Sij表示第i个矩形区域的第j个时刻的湿度信息；Sim表示第i个矩形区域最新的湿度信息；
所述湿度监控单元还用于对即时湿度信息Sij进行流失分析，具体分析步骤为：
S100：湿度监控单元在接收到降雨检测单元传输的降雨信号时，进入停雨分析步骤得到停雨信号；
S200：在产生停雨信号时；首先令i＝1，选中第一个矩形区域Y1；
S300：获取到该矩形区域Y1的即时湿度信息S1j，j＝1...m；
S400：将停雨信号产生时的即时湿度信息标记为停雨湿度信号S1t；
S500：持续时间T4时间后，再次获取最新的即时湿度信息，将其标记为S1m；
S600：计算流失率Ls，Ls＝(S1t-S1m)/T4；
S700：当流失率Ls大于等于预设值X4时，产生流失信号，将对应的矩形区域Y1标记为流失区域；否则不做处理；X4为预设值；
S800：任选下一矩形区域Yi，重复步骤S300-S800，直到对所有的矩形区域Yi处理完成，得到流失区域组；
所述湿度监控单元用于将流失区域组传输到数据解析单元，所述数据解析单元用于将流失区域组传输到综合分析单元；
所述视觉监测单元包括设置在对应所有矩形区域的摄像头，用于获取矩形区域的实时图片，并对其进行覆盖分析得到色降区域组；
所述视觉监测单元将色降区域组传输到辅助分析单元，所述辅助分析单元用于将色降区域组传输到综合分析单元；
所述综合分析单元用于对色降区域组和流失区域组进行综合分析，分析步骤为：
SS10：将色降区域组合和流失区域组进行比对；
SS20：任选一色降区域组内的色降区域；
SS30：将色降区域与流失区域组内的流失区域进行比对，在比对到同一矩形区域即为色降区域又为流失区域时，产生破坏信号，将对应矩形区域标记为破坏区域；
SS40：任选下一色降区域，重复步骤SS30-SS40，直到对所有的色降区域完成分析，得到所有的破坏区域，形成破坏区域组；
SS50：求取得到破坏区域占总的矩形区域的比例，将该比例标记为破坏占比，当破坏占比超过X6时，产生救援信号。
进一步地，所述区域划分的具体划分步骤为：
步骤一：选中受控区域边缘点，获取受控区域的受控面积M；
步骤二：按照预设面积Y将受控区域划分为若干个矩形区域，矩形区域个数＝M/Y，且保证矩形区域个数位于预设范围，各个矩形区域形状一致；若受控区域边缘存在不规则区域，则需要完全覆盖该区域；
步骤三：得到若干个矩形区域，将其标记为Yi，i＝1...n；表示n个矩形区域，Y1具体表示为第一个矩形区域。
进一步地，得到降雨信号的具体监控步骤为：
步骤一：降雨检测单元包括设置在受控区域边缘处四个顶点的湿度传感器，用于监测受控区域的四个顶点的实时湿度信息，每间隔时间T1获取一次对应四个顶点的湿度信息，依次将该四个顶点的实时湿度信息标记为D1、D2、D3和D4；D1表示第一个顶点的实时湿度信息，D1则表示为最新时刻的对应该点的实时湿度信息，对应其他三个顶点同理；
步骤二：实时求取D1-D4的平均值，将其标记为均湿度Dp；
步骤三：根据公式
Figure GDA0003431828360000041
计算实时湿度信息的稳值Dw；
步骤四：之后根据步骤二的原理，求取T2时间前的均湿度Dq；
步骤五：求取湿度增值Zd＝Dp-Dq；
若Zd≥X1，且Dw≤X2时，则产生降雨信号；否则不做任何处理，X1和X2均为用户预先设置的数值。
进一步地，所述停雨分析的具体步骤为：
S101：首先获取到任一块矩形区域的即时湿度信息；
S102：若该区域的即时湿度信息停止增长时，产生该区域雨水停止信号；即时湿度信息停止增长表示为，当前的即时湿度信息小于等于预设时间T3时刻前的即时湿度信息；
S103：之后任选下一矩形区域，获取其即时湿度信息；
S104：重复步骤S102，直到对所有的矩形区域分析完毕；
S105：若产生雨水停止信号的矩形区域的占比超过X3时，X3为预设值；产生停雨信号。
进一步地，所述覆盖分析的具体分析步骤为：
S10：任选一矩形区域；
S20：获取其实时图片；
S30：对实时图片进行色度分析，具体步骤如S40；
S40：获取到实时图片中绿色部分面积在实时图片中总面积的面积占比；
S50：当该面积占比低于X5时，将对应的矩形区域标记为色降区域，X5为预设值；
S60：任选下一矩形区域，重复步骤S20-S60，直到对所有的矩形区域分析完毕；
S70：得到所有的色降区域组。
进一步地，所述控制器用于将破坏区域组打上时间戳传输到存储单元，存储单元接收带有时间戳的破坏区域组并进行实时存储。
进一步地，所述控制器还用于将破坏区域组传输到显示单元，所述显示单元接收控制器传输的破坏区域组并进行实时显示。
进一步地，所述管理单元用于输入所有的预设值X1、X2、X3、X4、X5、X6、T1、T2、T3和T4。
本发明的有益效果：
本发明利用片区划分单元对受控区域进行区域划分，得到若干个矩形区域，之后利用降雨检测单元，实时检测该片受控区域的降雨情况，并在相应规则下检测到降雨时，产生降雨信号；并利用湿度监控单元在雨停时产生雨停信号；之后对利用湿度监控单元对每个矩形区域进行流失分析，并在满足相应规则的时候检测出流失区域组；同时通过视觉监测单元结合辅助分析单元，对受控区域进行覆盖分析，将满足对应条件的矩形区域标记为色降区域组；之后利用综合分析单元进行综合分析，在满足对应规则的情况下，得到破坏区域组，即为这些区域的植被已经被破坏；本发明通过土壤的水分流失率和制备的覆盖率进行综合分析，得到受控区域的制备覆盖情况，并且能够精准给出植被破坏较大的区域，以及整个受控区域是否需要进行植被保护；本发明简单有效，且易于实用。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，包括受控区域、片区划分单元、降雨检测单元、湿度监控单元、数据解析单元、综合分析单元、视觉监测单元、辅助分析单元、控制器、显示单元、存储单元和管理单元；
其中，受控区域为被监控的土壤区域，所述片区划分单元用于对受控区域进行区域划分，具体划分步骤为：
步骤一：选中受控区域边缘点，获取受控区域的受控面积M；
步骤二：按照预设面积Y将受控区域划分为若干个矩形区域，矩形区域个数＝M/Y，且保证矩形区域个数位于预设范围，各个矩形区域形状一致；若受控区域边缘存在不规则区域，则需要完全覆盖该区域；
步骤三：得到若干个矩形区域，将其标记为Yi，i＝1...n；表示n个矩形区域，Y1具体表示为第一个矩形区域；
所述降雨检测单元用于监测受控区域的降雨信息，具体监控步骤为：
步骤一：降雨检测单元包括设置在受控区域边缘处四个顶点的湿度传感器，用于监测受控区域的四个顶点的实时湿度信息，每间隔时间T1获取一次对应四个顶点的湿度信息，依次将该四个顶点的实时湿度信息标记为D1、D2、D3和D4；D1表示第一个顶点的实时湿度信息，D1则表示为最新时刻的对应该点的实时湿度信息，对应其他三个顶点同理；
步骤二：实时求取D1-D4的平均值，将其标记为均湿度Dp；
步骤三：根据公式
Figure GDA0003431828360000071
计算实时湿度信息的稳值Dw；
步骤四：之后根据步骤二的原理，求取T2时间前的均湿度Dq；
步骤五：求取湿度增值Zd＝Dp-Dq；
若Zd≥X1，且Dw≤X2时，则产生降雨信号；否则不做任何处理，X1和X2均为用户预先设置的数值；
所述降雨检测单元用于在产生降雨信号时将降雨信号传输到湿度监控单元，湿度监控单元为设置在每个矩形区域Yi的湿度传感器，用于获取对应矩形区域Yi的即时湿度信息Sij，i＝1...n，j＝1...m；Sij表示第i个矩形区域的第j个时刻的湿度信息；Sim表示第i个矩形区域最新的湿度信息；
所述湿度监控单元还用于对即时湿度信息Sij进行流失分析，具体分析步骤为：
S100：湿度监控单元在接收到降雨检测单元传输的降雨信号时，进入停雨分析步骤，具体步骤为：
S101：首先获取到任一块矩形区域的即时湿度信息；
S102：若该区域的即时湿度信息停止增长时，产生该区域雨水停止信号；即时湿度信息停止增长表示为，当前的即时湿度信息小于等于预设时间T3时刻前的即时湿度信息；
S103：之后任选下一矩形区域，获取其即时湿度信息；
S104：重复步骤S102，直到对所有的矩形区域分析完毕；
S105：若产生雨水停止信号的矩形区域的占比超过X3时，X3为预设值；产生停雨信号；
S200：在产生停雨信号时；首先令i＝1，选中第一个矩形区域Y1；
S300：获取到该矩形区域Y1的即时湿度信息S1j，j＝1...m；
S400：将停雨信号产生时的即时湿度信息标记为停雨湿度信号S1t；
S500：持续时间T4时间后，再次获取最新的即时湿度信息，将其标记为S1m；
S600：计算流失率Ls，Ls＝(S1t-S1m)/T4；
S700：当流失率Ls大于等于预设值X4时，产生流失信号，将对应的矩形区域Y1标记为流失区域；否则不做处理；X4为预设值；
S800：任选下一矩形区域Yi，重复步骤S300-S800，直到对所有的矩形区域Yi处理完成，得到流失区域组；
所述湿度监控单元用于将流失区域组传输到数据解析单元，所述数据解析单元用于将流失区域组传输到综合分析单元；
所述视觉监测单元包括设置在对应所有矩形区域的摄像头，用于获取矩形区域的实时图片，并对其进行覆盖分析，具体分析步骤为：
S10：任选一矩形区域；
S20：获取其实时图片；
S30：对实时图片进行色度分析，具体步骤如S40；
S40：获取到实时图片中绿色部分面积在实时图片中总面积的面积占比；
S50：当该面积占比低于X5时，将对应的矩形区域标记为色降区域，X5为预设值；
S60：任选下一矩形区域，重复步骤S20-S60，直到对所有的矩形区域分析完毕；
S70：得到所有的色降区域组；
所述视觉监测单元将色降区域组传输到辅助分析单元，所述辅助分析单元用于将色降区域组传输到综合分析单元；
所述综合分析单元用于对色降区域组和流失区域组进行综合分析，分析步骤为：
SS10：将色降区域组合和流失区域组进行比对；
SS20：任选一色降区域组内的色降区域；
SS30：将色降区域与流失区域组内的流失区域进行比对，在比对到同一矩形区域即为色降区域又为流失区域时，产生破坏信号，将对应矩形区域标记为破坏区域；
SS40：任选下一色降区域，重复步骤SS30-SS40，直到对所有的色降区域完成分析，得到所有的破坏区域，形成破坏区域组；
SS50：求取得到破坏区域占总的矩形区域的比例，将该比例标记为破坏占比，当破坏占比超过X6时，产生救援信号；此时表示该片受控区域需要进行草地恢复，不能再进行消耗；
所述控制器用于将破坏区域组打上时间戳传输到存储单元，存储单元接收带有时间戳的破坏区域组并进行实时存储；
所述控制器还用于将破坏区域组传输到显示单元，所述显示单元接收控制器传输的破坏区域组并进行实时显示；
所述管理单元用于输入所有的预设值X1、X2、X3、X4、X5、X6、T1、T2、T3和T4。
一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，首先利用片区划分单元对受控区域进行区域划分，得到若干个矩形区域，之后利用降雨检测单元，实时检测该片受控区域的降雨情况，并在相应规则下检测到降雨时，产生降雨信号；并利用湿度监控单元在雨停时产生雨停信号；之后对利用湿度监控单元对每个矩形区域进行流失分析，并在满足相应规则的时候检测出流失区域组；同时通过视觉监测单元结合辅助分析单元，对受控区域进行覆盖分析，将满足对应条件的矩形区域标记为色降区域组；之后利用综合分析单元进行综合分析，在满足对应规则的情况下，得到破坏区域组，即为这些区域的植被已经被破坏；本申请通过土壤的水分流失率和制备的覆盖率进行综合分析，得到受控区域的制备覆盖情况，并且能够精准给出植被破坏较大的区域，以及整个受控区域是否需要进行植被保护；本发明简单有效，且易于实用。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，其特征在于，包括受控区域、片区划分单元、降雨检测单元、湿度监控单元、数据解析单元、综合分析单元、视觉监测单元、辅助分析单元、控制器、显示单元、存储单元和管理单元；
其中，受控区域为被监控的土壤区域，所述片区划分单元用于对受控区域进行区域划分得到矩形区域Yi，i＝1...n；
所述降雨检测单元用于监测受控区域的降雨信息得到降雨信号；
得到降雨信号的具体监控步骤为：
步骤一：降雨检测单元包括设置在受控区域边缘处四个顶点的湿度传感器，用于监测受控区域的四个顶点的实时湿度信息，每间隔时间T1获取一次对应四个顶点的湿度信息，依次将该四个顶点的实时湿度信息标记为D1、D2、D3和D4；D1表示第一个顶点的实时湿度信息，对应其他三个顶点同理；
步骤二：实时求取D1-D4的平均值，将其标记为均湿度Dp；
步骤三：根据公式
Figure FDA0003431828350000011
计算实时湿度信息的稳值Dw；
步骤四：之后根据步骤二的原理，求取T2时间前的均湿度Dq；
步骤五：求取湿度增值Zd＝Dp-Dq；
若Zd≥X1，且Dw≤X2时，则产生降雨信号；否则不做任何处理，X1和X2均为用户预先设置的数值；
所述降雨检测单元用于在产生降雨信号时将降雨信号传输到湿度监控单元，湿度监控单元为设置在每个矩形区域Yi的湿度传感器，用于获取对应矩形区域Yi的即时湿度信息Sij，i＝1...n，j＝1...m；Sij表示第i个矩形区域的第j个时刻的湿度信息；Sim表示第i个矩形区域最新的湿度信息；
所述湿度监控单元还用于对即时湿度信息Sij进行流失分析，具体分析步骤为：
S100：湿度监控单元在接收到降雨检测单元传输的降雨信号时，进入停雨分析步骤得到停雨信号；
S200：在产生停雨信号时；首先令i＝1，选中第一个矩形区域Y1；
S300：获取到该矩形区域Y1的即时湿度信息S1j，j＝1...m；
S400：将停雨信号产生时的即时湿度信息标记为停雨湿度信号S1t；
S500：持续时间T4时间后，再次获取最新的即时湿度信息，将其标记为S1m；
S600：计算流失率Ls，Ls＝(S1t-S1m)/T4；
S700：当流失率Ls大于等于预设值X4时，产生流失信号，将对应的矩形区域Y1标记为流失区域；否则不做处理；X4为预设值；
S800：任选下一矩形区域Yi，重复步骤S300-S800，直到对所有的矩形区域Yi处理完成，得到流失区域组；
所述湿度监控单元用于将流失区域组传输到数据解析单元，所述数据解析单元用于将流失区域组传输到综合分析单元；
所述视觉监测单元包括设置在对应所有矩形区域的摄像头，用于获取矩形区域的实时图片，并对其进行覆盖分析得到色降区域组；
所述视觉监测单元将色降区域组传输到辅助分析单元，所述辅助分析单元用于将色降区域组传输到综合分析单元；
所述综合分析单元用于对色降区域组和流失区域组进行综合分析，分析步骤为：
SS10：将色降区域组合和流失区域组进行比对；
SS20：任选一色降区域组内的色降区域；
SS30：将色降区域与流失区域组内的流失区域进行比对，在比对到同一矩形区域即为色降区域又为流失区域时，产生破坏信号，将对应矩形区域标记为破坏区域；
SS40：任选下一色降区域，重复步骤SS30-SS40，直到对所有的色降区域完成分析，得到所有的破坏区域，形成破坏区域组；
SS50：求取得到破坏区域占总的矩形区域的比例，将该比例标记为破坏占比，当破坏占比超过X6时，产生救援信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，其特征在于，所述区域划分的具体划分步骤为：
步骤一：选中受控区域边缘点，获取受控区域的受控面积M；
步骤二：按照预设面积Y将受控区域划分为若干个矩形区域，矩形区域个数＝M/Y，且保证矩形区域个数位于预设范围，各个矩形区域形状一致；若受控区域边缘存在不规则区域，则需要完全覆盖该区域；
步骤三：得到若干个矩形区域，将其标记为Yi，i＝1...n；表示n个矩形区域，Y1具体表示为第一个矩形区域。
3.根据权利要求1所述的一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，其特征在于，所述停雨分析的具体步骤为：
S101：首先获取到任一块矩形区域的即时湿度信息；
S102：若该区域的即时湿度信息停止增长时，产生该区域雨水停止信号；即时湿度信息停止增长表示为，当前的即时湿度信息小于等于预设时间T3时刻前的即时湿度信息；
S103：之后任选下一矩形区域，获取其即时湿度信息；
S104：重复步骤S102，直到对所有的矩形区域分析完毕；
S105：若产生雨水停止信号的矩形区域的占比超过X3时，X3为预设值；产生停雨信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，其特征在于，所述覆盖分析的具体分析步骤为：
S10：任选一矩形区域；
S20：获取其实时图片；
S30：对实时图片进行色度分析，具体步骤如S40；
S40：获取到实时图片中绿色部分面积在实时图片中总面积的面积占比；
S50：当该面积占比低于X5时，将对应的矩形区域标记为色降区域，X5为预设值；
S60：任选下一矩形区域，重复步骤S20-S60，直到对所有的矩形区域分析完毕；
S70：得到所有的色降区域组。
5.根据权利要求1所述的一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，其特征在于，所述控制器用于将破坏区域组打上时间戳传输到存储单元，存储单元接收带有时间戳的破坏区域组并进行实时存储。
6.根据权利要求1所述的一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，其特征在于，所述控制器还用于将破坏区域组传输到显示单元，所述显示单元接收控制器传输的破坏区域组并进行实时显示。
7.根据权利要求1所述的一种基于电子信息技术的土壤长效监测预防分析管理系统，其特征在于，所述管理单元用于输入所有的预设值X1、X2、X3、X4、X5、X6、T1、T2、T3和T4。
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