CN112129345A - 一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，包括目标区域、区域划分单元、雨量监控单元、湿度监控单元、综合分析单元、图像监控单元、中央处理器、显示单元、存储单元和管理单元；本发明利用区域划分单元对目标区域进行区域划分，得到若干个矩形区域，之后利用雨量监控单元，实时检测该片目标区域的降雨情况，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各个矩形区域的流失率；同时通过图像监控单元，对目标区域进行覆盖分析，得到所有矩形区域的色降度。

Description

一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统

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，具体是一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统。

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。

公开号为CN109241232A的专利公开了一种土壤监测数据管理系统，控制模块连接有土壤环境调查信息管理模块、土壤环境调查数据库管理模块、样品库管理模块以及GIS空间分析模块，土壤环境调查信息管理模块分别与安卓移动端、样品库管理模块用于完成整个土壤监测全流程的实施和质量监控，土壤环境调查信息管理模块与土壤环境调查数据库管理模块连接，GIS空间分析模块与土壤环境调查数据库管理模块、土壤环境调查信息管理模块连接。本发明通过样品库管理模块将土壤环境监测样品进行集中保存，使用信息化软件配套进行存贮、分类、查询、快速导航等智能化管理，通过网络将不同区域的样品库进行统一管理，信息共享，实现各地样品库出入记录。

但是，其并不能将土壤检测与环境检测联系起来，如何通过土壤检测对环境进行初步保护评估，这是一种缺陷，为了解决这一缺陷，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数据采集的土壤监测的环境监测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，包括目标区域、区域划分单元、雨量监控单元、湿度监控单元、综合分析单元、图像监控单元、中央处理器、显示单元、存储单元和管理单元；

其中，目标区域为被监控的土壤区域，所述区域划分单元用于对目标区域进行区域划分得到矩形区域Yi，i＝1...n；

所述雨量监控单元用于监测目标区域的降雨信息得到降雨信号；

所述雨量监控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雨量监控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：任选下一矩形区域Yi，重复步骤S300-S600，直到对所有的矩形区域Yi处理完成，得到所有的矩形区域Yi的流失率Lsi；

所述湿度监控单元用于将流失区域组传输到综合分析单元；

所述图像监控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所有矩形区域的色降度；

所述图像监控单元将所有矩形区域的色降度传输到到综合分析单元；

所述综合分析单元用于对所有矩形区域的色降度和流失率Lsi进行综合分析，分析步骤为：

SS10：获取到所有矩形区域的色降度，将其标记为Jdi，i＝1...n；且Jdi与Lsi、Yi一一对应；

SS20：获取到所有矩形区域的流失率Lsi；

SS30：利用公式计算流损值Sli，Sli＝0.365*Lsi+0.635*Jdi；

SS40：流损值Sli进行判定，当满足Sli≤X4时，将对应的区域标记为合理区域；

当满足X4<Sli<X5时，将对应的区域标记为需改区域，并进行进一步分析，具体为：

当Lsi≥X5时，此时产生流失需降信号；

当Jdi≥X5时，此时产生需水降低信号；

其余不做处理；

当Sli≥X5时，将对应的区域标记为救助区域；

SS50：将合理区域、救助区域传输到中央处理器，同时将需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号传输到中央处理器。

进一步地，所述区域划分的具体划分步骤为：

步骤一：选中目标区域边缘点，获取目标区域的受控面积M；

步骤二：按照预设面积Y将目标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；若目标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：雨量监控单元包括设置在目标区域边缘处四个顶点的湿度传感器，用于监测目标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

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，将其标记为实时面积占比；同时获取到近T5时间内，绿色部分面积的占总面积的最高占比；

S50：利用公式：(最高占比-实时面积占比)/最高占比＝色降度；

S60：任选下一矩形区域，重复步骤S20-S60，直到获取到所有矩形区域的色降度；

合理区域、救助区域传输到中央处理器，同时将需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号传输到中央处理器。

进一步地，所述中央处理器用于将合理区域、救助区域打上时间戳传输到存储单元，存储单元接收带有时间戳的合理区域、救助区域并进行实时存储。

进一步地，所述中央处理器还用于将合理区域、救助区域传输到显示单元，所述显示单元接收中央处理器传输的合理区域、救助区域并进行实时显示；

所述中央处理器还用于将需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号传输到显示单元，所述显示单元在接收到需改区域及其对应的流失需降信号时自动显示“当前土地流失率较高，需改种具有储水功能的绿植”；

所述显示单元在接收到需改区域及其对应的需水降低信号时自动显示“当前绿植需水量较高，需更换对湿度要求低的绿植”。

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、T1、T2、T3和T4。

本发明的有益效果：

本发明利用区域划分单元对目标区域进行区域划分，得到若干个矩形区域，之后利用雨量监控单元，实时检测该片目标区域的降雨情况，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各个矩形区域的流失率；同时通过图像监控单元，对目标区域进行覆盖分析，得到所有矩形区域的色降度；

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，得到合理区域、救助区域，同时获取到需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号；从而实现能够将水流失与植被覆盖降低结合，分析当前区域是否需要进行植被更改，以及植被覆盖降低的原因是因为植被对水分要求高，还是土壤的流失情况过快，方便人们做出及时调整，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，一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，包括目标区域、区域划分单元、雨量监控单元、湿度监控单元、综合分析单元、图像监控单元、中央处理器、显示单元、存储单元和管理单元；

其中，目标区域为被监控的土壤区域，所述区域划分单元用于对目标区域进行区域划分得到矩形区域Yi，i＝1...n；

所述雨量监控单元用于监测目标区域的降雨信息得到降雨信号；

所述雨量监控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雨量监控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：任选下一矩形区域Yi，重复步骤S300-S600，直到对所有的矩形区域Yi处理完成，得到所有的矩形区域Yi的流失率Lsi；

所述湿度监控单元用于将流失区域组传输到综合分析单元；

所述图像监控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所有矩形区域的色降度；

所述图像监控单元将所有矩形区域的色降度传输到到综合分析单元；

所述综合分析单元用于对所有矩形区域的色降度和流失率Lsi进行综合分析，分析步骤为：

SS10：获取到所有矩形区域的色降度，将其标记为Jdi，i＝1...n；且Jdi与Lsi、Yi一一对应；

SS20：获取到所有矩形区域的流失率Lsi；

SS30：利用公式计算流损值Sli，Sli＝0.365*Lsi+0.635*Jdi；

SS40：流损值Sli进行判定，当满足Sli≤X4时，将对应的区域标记为合理区域；

当满足X4<Sli<X5时，将对应的区域标记为需改区域，并进行进一步分析，具体为：

当Lsi≥X5时，此时产生流失需降信号；

当Jdi≥X5时，此时产生需水降低信号；

其余不做处理；

当Sli≥X5时，将对应的区域标记为救助区域；

SS50：将合理区域、救助区域传输到中央处理器，同时将需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号传输到中央处理器。

所述区域划分的具体划分步骤为：

步骤一：选中目标区域边缘点，获取目标区域的受控面积M；

步骤二：按照预设面积Y将目标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；若目标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。

得到降雨信号的具体监控步骤为：

步骤一：雨量监控单元包括设置在目标区域边缘处四个顶点的湿度传感器，用于监测目标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

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。

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，将其标记为实时面积占比；同时获取到近T5时间内，绿色部分面积的占总面积的最高占比；

S50：利用公式：(最高占比-实时面积占比)/最高占比＝色降度；

S60：任选下一矩形区域，重复步骤S20-S60，直到获取到所有矩形区域的色降度；

合理区域、救助区域传输到中央处理器，同时将需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号传输到中央处理器。

所述中央处理器用于将合理区域、救助区域打上时间戳传输到存储单元，存储单元接收带有时间戳的合理区域、救助区域并进行实时存储。

所述中央处理器还用于将合理区域、救助区域传输到显示单元，所述显示单元接收中央处理器传输的合理区域、救助区域并进行实时显示；

所述中央处理器还用于将需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号传输到显示单元，所述显示单元在接收到需改区域及其对应的流失需降信号时自动显示“当前土地流失率较高，需改种具有储水功能的绿植”；

所述显示单元在接收到需改区域及其对应的需水降低信号时自动显示“当前绿植需水量较高，需更换对湿度要求低的绿植”。

所述管理单元用于输入所有的预设值X1、X2、X3、X4、X5、T1、T2、T3和T4。

一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，首先利用区域划分单元对目标区域进行区域划分，得到若干个矩形区域，之后利用雨量监控单元，实时检测该片目标区域的降雨情况，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各个矩形区域的流失率；同时通过图像监控单元，对目标区域进行覆盖分析，得到所有矩形区域的色降度；

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，得到合理区域、救助区域，同时获取到需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号；从而实现能够将水流失与植被覆盖降低结合，分析当前区域是否需要进行植被更改，以及植被覆盖降低的原因是因为植被对水分要求高，还是土壤的流失情况过快，方便人们做出及时调整，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 (8)

1.一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，其特征在于，包括目标区域、区域划分单元、雨量监控单元、湿度监控单元、综合分析单元、图像监控单元、中央处理器、显示单元、存储单元和管理单元；

其中，目标区域为被监控的土壤区域，所述区域划分单元用于对目标区域进行区域划分得到矩形区域Yi，i＝1...n；

所述雨量监控单元用于监测目标区域的降雨信息得到降雨信号；

所述雨量监控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雨量监控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：任选下一矩形区域Yi，重复步骤S300-S600，直到对所有的矩形区域Yi处理完成，得到所有的矩形区域Yi的流失率Lsi；

所述湿度监控单元用于将流失区域组传输到综合分析单元；

所述图像监控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所有矩形区域的色降度；

所述图像监控单元将所有矩形区域的色降度传输到到综合分析单元；

所述综合分析单元用于对所有矩形区域的色降度和流失率Lsi进行综合分析，分析步骤为：

SS10：获取到所有矩形区域的色降度，将其标记为Jdi，i＝1...n；且Jdi与Lsi、Yi一一对应；

SS20：获取到所有矩形区域的流失率Lsi；

SS30：利用公式计算流损值Sli，Sli＝0.365*Lsi+0.635*Jdi；

SS40：流损值Sli进行判定，当满足Sli≤X4时，将对应的区域标记为合理区域；

当满足X4<Sli<X5时，将对应的区域标记为需改区域，并进行进一步分析，具体为：

当Lsi≥X5时，此时产生流失需降信号；

当Jdi≥X5时，此时产生需水降低信号；

其余不做处理；

当Sli≥X5时，将对应的区域标记为救助区域；

SS50：将合理区域、救助区域传输到中央处理器，同时将需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号传输到中央处理器。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，其特征在于，所述区域划分的具体划分步骤为：

步骤一：选中目标区域边缘点，获取目标区域的受控面积M；

步骤二：按照预设面积Y将目标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；若目标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所述的一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，其特征在于，得到降雨信号的具体监控步骤为：

步骤一：雨量监控单元包括设置在目标区域边缘处四个顶点的湿度传感器，用于监测目标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

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。

4.根据权利要求1所述的一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，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。

5.根据权利要求1所述的一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，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，将其标记为实时面积占比；同时获取到近T5时间内，绿色部分面积的占总面积的最高占比；

S50：利用公式：(最高占比-实时面积占比)/最高占比＝色降度；

S60：任选下一矩形区域，重复步骤S20-S60，直到获取到所有矩形区域的色降度；

合理区域、救助区域传输到中央处理器，同时将需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号传输到中央处理器。

6.根据权利要求1所述的一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，其特征在于，所述中央处理器用于将合理区域、救助区域打上时间戳传输到存储单元，存储单元接收带有时间戳的合理区域、救助区域并进行实时存储。

7.根据权利要求1所述的一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，其特征在于，所述中央处理器还用于将合理区域、救助区域传输到显示单元，所述显示单元接收中央处理器传输的合理区域、救助区域并进行实时显示；

所述中央处理器还用于将需改区域及其对应的流失需降信号、需水降低信号传输到显示单元，所述显示单元在接收到需改区域及其对应的流失需降信号时自动显示“当前土地流失率较高，需改种具有储水功能的绿植”；

所述显示单元在接收到需改区域及其对应的需水降低信号时自动显示“当前绿植需水量较高，需更换对湿度要求低的绿植”。

8.根据权利要求1所述的一种基于数据采集的土壤监测的环境监测系统，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、T1、T2、T3和T4。

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