CN112581083B - 一种基于卫星技术的林木生长监测系统 - Google Patents

一种基于卫星技术的林木生长监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于卫星技术的林木生长监测系统，包括污染监测模块、环境监测模块、等级划分模块和数据采集模块，所述数据采集模块用于采集林木信息数据和林木环境数据，并将林木信息数据和林木环境数据发送至服务器内进行存储；所述环境监测模块用于对林木生长地的环境进行监测；所述等级划分模块用于对林木生长地进行保护等级划分；所述污染监测模块用于对林木的种植区域的环境污染进行监测，本发明实现对林木生长的智能化监测，方便对林木生长环境、环境污染做到实时监管，有利于林木监护人员对林木的生长采取相应的维护措施，大大提升了林木生长的环保效益和经济效益；而且可以根据林木的价值对采取相应的保护措施和林木监管监测资源。

Description

一种基于卫星技术的林木生长监测系统
技术领域
本发明属于林木技术领域，涉及林木生长监测系统，具体是一种基于卫星技术的林木生长监测系统。
背景技术
林区以林业生产为主，有成片原始林和人工林覆盖的地区，一般位于山地或丘陵地带，作为林业生产的基地，可以提供大量的木材和各种林产品，以满足国家经济建设、国防建设和人民生活的需要；并改善自然条件，净化美化环境，提高人类健康水平，林区是以生长、培育、保护和经营林业生产为主的成片原始林、次生林和人工林覆盖的地区。一般具有森林面积和木材蓄积量大，单位面积蓄积量和森林覆盖率高等特点。
不论人工林木还是自然林木，在生长时缺少对林木的智能化监测，林木监护人员无法做到对林木生长环境、环境污染做到实时监管，也不利于林木监护人员提前对林木的生长采取相应的维护措施，导致林木生长的环保效益和经济效益较差；林木监护人员无法根据林木的价值对林木采取相匹配的保护措施，无法对应价值的林木分配相应的林木监管监测资源，为此，我们提出一种基于卫星技术的林木生长监测系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于卫星技术的林木生长监测系统。
本发明所要解决的技术问题为：
(1)林木在生长时，缺少对林木的智能化监测，林木监护人员无法做到对林木生长环境、环境污染做到实时监管，也不利于林木监护人员提前对林木的生长采取相应的维护措施，导致林木生长的环保效益和经济效益较差；
(2)林木监护人员无法根据林木的价值对林木采取相匹配的保护措施，无法对应价值的林木分配相应的林木监管监测资源。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于卫星技术的林木生长监测系统，包括注册登录模块、污染监测模块、环境监测模块、等级划分模块、大数据单元和数据采集模块；
所述环境监测模块用于对林木生长地的环境进行监测，监测过程具体如下：
S1：将林木生长地划分为若干个种植区域，并将种植区域标记为u，u＝1，2，……，z；
S2：获取种植区域的树木Su，并得到对应树木的垂直高度GDSu、年轮圈数NLSu、树干直径ZJSu和树木胸径XJSu，Su＝1，2，……，n；利用公式SZu＝GDSu×a1+NLSu×a2+ZJSu×a3+XJSu×a4计算得出种植区域内树木的生长值SZu；式中a1、a2、a3和a4均为比例系数固定数值，且a1、a2、a3和a4的取值均大于零；
S3：获取对应树木的树木冠幅，并将树木冠幅标记为GFSu；在树木Su上随意选取若干个树叶，并测量得到若干个树叶的长度和宽度，计算树叶长度与树叶宽度的比值；同时获取若干个树叶的轮廓图，通过计算得到若干个树叶轮廓图的长度，若干个树叶轮廓图的长度叠加取平均值后得到树木的平均轮廓长度LKPSu；
S4：采集树木Su上若干个树叶的图片，树叶图片放置在背景为全黑的区域，将树叶图片进行二进制处理得到二进制图像，将二进制图像记为树叶轮廓图，而后通过计算得到树叶图片的面积，去除树叶图片中的杂点，获取得到树叶图片中每个颜色的像素点；
S5：统计步骤S4中若干个树叶图片的绿色像素点占比，求和取平均值得到树木上树叶平均绿色像素点占比LSPSu；利用公式MSu＝(LKPSu+GFSu LSPSu+a5)×a6计算得出种植区域内树木的茂盛值MSu，式中a5和a6均为比例系数固定数值，且a5和a6的取值均大于零；
S6：获取种植区域的人员走动数Ru、动物出没数Du、土壤酸碱度SJu、土壤养分贮量YFu、土壤含氧量HYu和人工施肥次数SFu，利用公式计算得出种植区域的土壤肥沃度Tu，公式具体如下：
Figure GDA0003033326660000031
式中b1、b2、b3和b4预设比例系数固定数值，且b1、b2、b3和b4的取值均大于零；
S7：种植区域的土壤肥沃度Tu、种植区域内树木生长值SZu、树木茂盛值MSu结合公式
Figure GDA0003033326660000032
计算得出种植区域的生长环境值SHu，式中b5、b6和b7均为比例系数，且b5、b6、b7分别与种植区域的树木的生长值SZu、树木茂盛值MSu、土壤肥沃度Tu一一对应，α为修正因子，且α＞0，e为自然常数；
S8：依据生长环境值SHu将林木的种植区域进行等级划分：
若SHu＜X1，判定林木的种植区域为劣质种植区域；
若X1≤SHu＜X2，判定林木的种植区域为普通种植区域；
若X2≤SHu＜X3，判定林木的种植区域为中等种植区域；
若X3≤SHu，判定林木的种植区域为优质种植区域；式中，X1、X2和X3均为固定值，且X1＜X2＜X3。
进一步地，所述污染监测模块用于对林木的种植区域的环境污染进行监测，检测步骤具体如下：
步骤一：采集林木种植区域内的水源样本，并将种植区域内的水源样本标记为SYu，SYu＝1，2，……，x；获取种植区域内对应水源样本的PH值信息，将PH值标记为PHSYu；获取种植区域内对应水源样本的浊度信息，并将浊度值标记为ZDSYu；获取种植区域内对应水源样本的溶解氧信息，并将溶解氧值标记为RJSYu；获取种植区域内对应水源样本的硫化物信息，并将硫化物值标记为LHSYu；
步骤二：将PH值、浊度值、溶解氧值以及硫化物值分配权重，依次分配权重为c1、c2、c3和c4，且c1+c2+c3+c4＝1；利用公式W1u＝|PHSYu-8|×c1+ZDSYu×c2-RJSYu×c3+LHSYu×c4计算得到种植区域内水源样本的污染值W1u；
步骤三：采集林木种植区域内的气体样本，并将气体样本标记QTu，QTu＝1，2，……，v；获取种植区域内气体样本的有害气体分子量信息，并将有害气体分子量标记为FZQTu；获取种植区域内气体样本的有害气体温度信息，将有害气体温度标记为WDQTu；获取种植区域内气体样本的有害气体压强信息，并将有害气体压强标记为YQQTu；获取种植区域内气体样本的有害气体体积浓度信息，并将有害气体体积浓度标记为TNQTu；
步骤四：根据气体质量浓度的计算式将有害气体体积浓度转化成有害气体的质量浓度，利用公式计算得到种植区域内气体样本的污染值W2u，气体样本的污染值W2u的计算公式具体如下：
W2u＝(FZQTu/22.4)×[273/(273+WDQTu)]×[YQQTu/101325]×TNQTu；
步骤五：将计算得到的种植区域内水源样本的污染值W1u、气体样本的污染值W2u与服务器中存储的气体允许阈值和水源允许阈值进行比对，判定气体样本的污染值和水源样本的污染值是否超标，比对判断具体如下：
K1：分别获取水源允许阈值SYSYu和气体允许阈值QYQTu；水源样本的污染值W1u与水源允许阈值SYSYu一一对应，气体样本的污染值W2u与气体允许阈值QYQTu一一对应；
K2：当W2u≤QYQTu时，则判定种植区域的气体样本污染值没有超标，进入步骤六；
当W2u＞QYQTu时，则判定种植区域的气体样本污染值超标，生成警报指令；
当W1u≤SYSYu时，则判定种植区域的水源样本污染值没有超标，进入步骤六；
当W1u＞SYSYu时，则判定种植区域的水源样本污染值超标，生成警报指令；
K3：警报指令发送至服务器中；
步骤六：结合上述的种植区域的人员走动数Ru，利用公式
Figure GDA0003033326660000051
计算得出林木种植区域的环境污染值HWu；式中d1、d2和d3均为比例系数，且d1、d2和d3的取值均大于零；
所述环境监测模块将计算得到的种植区域的生长环境值发送至等级划分模块；所述污染监测模块将计算得到的种植区域的环境污染值发送至等级划分模块。
进一步地，所述数据采集模块包括定位单元、图片采集单元、视频采集单元、温度采集单元、湿度采集单元和光照采集单元；
所述定位单元用于定位林木生长地的地理位置，并将地理位置发送至服务器，所述图片采集单元通过卫星技术采集林木生长地的图片数据，并将图片数据发送至服务器，所述视频采集单元用于采集林木生长地的视频数据，并将视频数据发送至服务器，所述温度采集单元用于采集林木生长地的温度数据，并将温度数据发送至服务器，所述湿度采集单元用于采集林木生长地的湿度数据，并将湿度数据发送至服务器，所述光照采集单元用于采集林木生长地的光照数据，并将光照数据发送至服务器；
所述注册登录模块用于林木管理人员通过手机终端输入个人信息后进行注册登录，并将个人信息发送至服务器内进行存储；个人信息包括人员姓名、实名认证手机号码、入职时间、个人照片。
进一步地，所述大数据单元与互联网实时连通，所述大数据单元用于获取互联网中的林木信息，林木信息包括树木名称、树木纲类、树木科属、林木图片、林木生长习性、树木特征、市场价值；其中，树木特征包括树木的地径、基径、胸径、米径、冠径、冠幅、纬度值、叶片形状、叶尖形状、叶基形状、叶缘形状、叶脉脉序、叶柄叶片数和叶序。
进一步地，所述数据采集模块用于采集林木信息数据和林木环境数据，并将林木信息数据和林木环境数据发送至服务器内进行存储；所述林木信息数据包括林木量、林木名称、生长周期、生长阶段、生长温度值、生长湿度值以及生长光照值，所述林木环境数据包括林木生长地、林木生长地的湿度值、林木生长地的温度值、林木生长地的光照值、林木生长地的视频数据以及林木生长地的图片数据。
进一步地，所述等级划分模块接收到环境监测模块发送的生长环境值和污染监测模块发送的环境污染值后，用于对林木生长地进行保护等级划分，保护等级划分过程具体如下：
SS1：获取林木种植区域的树木图片，从林木图片提取得到所有树木的特征值，树木图片与大数据单元比对验证后，通过特征值得到树木的准确种类，即树木的名称、纲类、科属；
SS2：获取种植区域内的树木种类，并将树木种类标记为i，i＝1，2，……，m，i代表第i种树木种类；统计种植区域内对应树木种类的数量，并将对应的树木种类分别标记为Sui；
SS3：获取系统前一周对应树木种类的市场价格，计算均价后得到对应树木种类的市场均价Jui；利用公式SJu＝Sui×Jui计算得出种植区域内对应树木种类的总价值SJu；
SS4：获取环境监测模块计算得到的每个林木种植区域的生长环境值SHu和污染监测模块计算得到的每个林木种植区域的环境污染值HWu，结合种植区域内对应树木种类的总价值SJu；通过公式
Figure GDA0003033326660000071
计算得到种植区域的等级值DJu；式中γ公式计算补偿值，γ＞0，f1、f2和f3均为比例系数，且f1、f2和f3的取值均大于零；
SS5：当种植区域的等级值DJu≥Y2时，该林木种植区域为重点保护区域，产生重点保护信号；
当种植区域的等级值Y2＞DJu≥Y1时，该林木种植区域为中等保护区域，产生中等保护信号；
当种植区域的等级值Y1＞DJu时，该林木种植区域为普通保护区域，产生普通保护信号；
SS6：重点保护信号、中等保护信号和普通保护信号均发送至服务器中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过环境监测模块对林木生长地的环境进行监测，将林木生长地划分为若干个种植区域，获取对应种植区域内树木的垂直高度、年轮圈数、树干直径和树木胸径等数据，从而计算得出种植区域内树木的生长值，通过获取对应树木的树木冠幅、树木是哪个树叶平均绿色像素点占比，利用公式计算得出种植区域内树木的茂盛值，通过获取种植区域的人员走动数、动物出没数、土壤酸碱度、土壤养分贮量、土壤含氧量和人工施肥次数等数据，利用公式计算得出种植区域的土壤肥沃度，将种植区域的土壤肥沃度、树木生长值、树木茂盛值代入公式计算得出种植区域的生长环境值，依据生长环境值将林木的种植区域进行等级划分；
2、本发明通过污染监测模块对林木的种植区域的环境污染进行监测，分别采集林木种植区域内的水源样本和气体样本，通过获取对应水源样本的PH值、浊度值、溶解氧值和硫化物值计算得到种植区域内水源样本的污染值W1u，通过获取对应气体样本的有害气体分子量、有害气体温度、有害气体压强和有害气体体积浓度计算得到种植区域内气体样本的污染值，水源样本的污染值、气体样本的污染值与服务器中存储的气体允许阈值和水源允许阈值进行比对，判定种植区域的水源样本和气体样本的污染值是否超标，同时结合种植区域的人员走动数Ru，计算得出林木种植区域的环境污染值；
3、本发明通过等级划分模块对林木生长地进行保护等级划分，通过林木种植区域的树木图片，从林木图片提取得到所有树木的特征值，树木图片与大数据单元比对验证后，通过特征值得到树木的准确种类，统计种植区域内对应树木种类Sui和对应树木种类的总价值，结合生长环境值和环境污染值可以计算得到种植区域的等级值，依据等级对林木种植区域进行保护等级的划分；
综上，本发明林木在生长时对林木的智能化监测，方便对林木生长环境、环境污染做到实时监管，有利于林木监护人员提前对林木的生长采取相应的维护措施，大大提升了林木生长的环保效益和经济效益；而且可以根据林木的价值对林木采取相匹配的保护措施和林木监管监测资源。
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为本发明的整体系统框图；
图2为本发明中数据采集模块的系统框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2所示，一种基于卫星技术的林木生长监测系统，包括注册登录模块、调度管理模块、污染监测模块、环境监测模块、等级划分模块、大数据单元和数据采集模块；
所述数据采集模块用于采集林木信息数据和林木环境数据，并将林木信息数据和林木环境数据发送至服务器内进行存储；所述林木信息数据包括林木量、林木名称、生长周期、生长阶段、生长温度值、生长湿度值以及生长光照值，所述林木环境数据包括林木生长地、林木生长地的湿度值、林木生长地的温度值、林木生长地的光照值、林木生长地的视频数据以及林木生长地的图片数据；
所述数据采集模块包括定位单元、图片采集单元、视频采集单元、温度采集单元、湿度采集单元和光照采集单元，所述定位单元用于定位林木生长地的地理位置，并将地理位置发送至服务器，所述图片采集单元通过卫星技术采集林木生长地的图片数据，并将图片数据发送至服务器，所述视频采集单元用于采集林木生长地的视频数据，并将视频数据发送至服务器，所述温度采集单元用于采集林木生长地的温度数据，并将温度数据发送至服务器，所述湿度采集单元用于采集林木生长地的湿度数据，并将湿度数据发送至服务器，所述光照采集单元用于采集林木生长地的光照数据，并将光照数据发送至服务器；
所述注册登录模块用于林木管理人员通过手机终端输入个人信息后进行注册登录，并将个人信息发送至服务器内进行存储；个人信息包括人员姓名、实名认证手机号码、入职时间、个人照片等；
所述环境监测模块用于对林木生长地的环境进行监测，监测过程具体如下：
S1：将林木生长地划分为若干个种植区域，并将种植区域标记为u，u＝1，2，……，z；
S2：获取种植区域的树木Su，并得到对应树木的垂直高度GDSu、年轮圈数NLSu、树干直径ZJSu和树木胸径XJSu，Su＝1，2，……，n；利用公式SZu＝GDSu×a1+NLSu×a2+ZJSu×a3+XJSu×a4计算得出种植区域内树木的生长值SZu；式中a1、a2、a3和a4均为比例系数固定数值，且a1、a2、a3和a4的取值均大于零；
S3：获取对应树木的树木冠幅，并将树木冠幅标记为GFSu；在树木Su上随意选取若干个树叶，并测量得到若干个树叶的长度和宽度，计算树叶长度与树叶宽度的比值；同时获取若干个树叶的轮廓图，通过opencv计算得到若干个树叶轮廓图的长度，若干个树叶轮廓图的长度叠加取平均值后得到树木的平均轮廓长度LKPSu；
S4：采集树木Su上若干个树叶的图片，树叶图片放置在背景为全黑的区域，通过opencv将树叶图片进行二进制处理得到二进制图像，将二进制图像记为树叶轮廓图，而后通过cvContourArea计算得到树叶图片的面积，去除树叶图片中的杂点，通过cvGet2D()获取得到树叶图片中每个颜色的像素点pixel；其中pixel.val[0]……[1]……[2]分别表示RGB通道值；
S5：统计步骤S4中若干个树叶图片的绿色像素点占比，求和取平均值得到树木上树叶平均绿色像素点占比LSPSu；利用公式MSu＝(LKPSu+GFSu LSPSu+a5)×a6计算得出种植区域内树木的茂盛值MSu，式中a5和a6均为比例系数固定数值，且a5和a6的取值均大于零；
S6：获取种植区域的人员走动数Ru、动物出没数Du、土壤酸碱度SJu、土壤养分贮量YFu、土壤含氧量HYu和人工施肥次数SFu，利用公式计算得出种植区域的土壤肥沃度Tu，公式具体如下：
Figure GDA0003033326660000111
式中b1、b2、b3和b4预设比例系数固定数值，且b1、b2、b3和b4的取值均大于零；
S7：种植区域的土壤肥沃度Tu、种植区域内树木生长值SZu、树木茂盛值MSu结合公式
Figure GDA0003033326660000112
计算得出种植区域的生长环境值SHu，式中b5、b6和b7均为比例系数，且b5、b6、b7分别与种植区域的树木的生长值SZu、树木茂盛值MSu、土壤肥沃度Tu一一对应，α为修正因子，且α＞0，e为自然常数；
S8：依据生长环境值SHu将林木的种植区域进行等级划分：
若SHu＜X1，判定林木的种植区域为劣质种植区域；
若X1≤SHu＜X2，判定林木的种植区域为普通种植区域；
若X2≤SHu＜X3，判定林木的种植区域为中等种植区域；
若X3≤SHu，判定林木的种植区域为优质种植区域；式中，X1、X2和X3均为固定值，且X1＜X2＜X3；
其中，opencv的计算方式具体如下：
Figure GDA0003033326660000113
Figure GDA0003033326660000121
Figure GDA0003033326660000131
Figure GDA0003033326660000141
需要具体说明的是，测量树木胸径时，可采用立木测定法，使用国家统一的胸径测量数据，从树木底部土地部分，从上到下或由下而上的1.3米处，是最佳的测量树木胸径点，测量时为防止数据不准确，也可多次测量，纪录并分析数据，有利于数值更精确；
所述污染监测模块用于对林木的种植区域的环境污染进行监测，检测步骤具体如下：
步骤一：采集林木种植区域内的水源样本，并将种植区域内的水源样本标记为SYu，SYu＝1，2，……，x；获取种植区域内对应水源样本的PH值信息，将PH值标记为PHSYu；获取种植区域内对应水源样本的浊度信息，并将浊度值标记为ZDSYu；获取种植区域内对应水源样本的溶解氧信息，并将溶解氧值标记为RJSYu；获取种植区域内对应水源样本的硫化物信息，并将硫化物值标记为LHSYu；
步骤二：将PH值、浊度值、溶解氧值以及硫化物值分配权重，依次分配权重为c1、c2、c3和c4，且c1+c2+c3+c4＝1；利用公式W1u＝|PHSYu-8|×c1+ZDSYu×c2-RJSYu×c3+LHSYu×c4计算得到种植区域内水源样本的污染值W1u；
步骤三：采集林木种植区域内的气体样本，并将气体样本标记QTu，QTu＝1，2，……，v；获取种植区域内气体样本的有害气体分子量信息，并将有害气体分子量标记为FZQTu；获取种植区域内气体样本的有害气体温度信息，将有害气体温度标记为WDQTu；获取种植区域内气体样本的有害气体压强信息，并将有害气体压强标记为YQQTu；获取种植区域内气体样本的有害气体体积浓度信息，并将有害气体体积浓度标记为TNQTu；
步骤四：根据气体质量浓度的计算式将有害气体体积浓度转化成有害气体的质量浓度，利用公式计算得到种植区域内气体样本的污染值W2u，气体样本的污染值W2u的计算公式具体如下：
W2u＝(FZQTu/22.4)×[273/(273+WDQTu)]×[YQQTu/101325]×TNQTu；
步骤五：将计算得到的种植区域内水源样本的污染值W1u、气体样本的污染值W2u与服务器中存储的气体允许阈值和水源允许阈值进行比对，判定气体样本的污染值和水源样本的污染值是否超标，比对判断具体如下：
K1：分别获取水源允许阈值SYSYu和气体允许阈值QYQTu；各种水源样本的污染值W1u与水源允许阈值SYSYu一一对应，各种气体样本的污染值W2u与气体允许阈值QYQTu一一对应；
K2：当W2u≤QYQTu时，则判定种植区域的气体样本污染值没有超标，进入步骤六；
当W2u＞QYQTu时，则判定种植区域的气体样本污染值超标，生成警报指令；
当W1u≤SYSYu时，则判定种植区域的水源样本污染值没有超标，进入步骤六；
当W1u＞SYSYu时，则判定种植区域的水源样本污染值超标，生成警报指令；
K3：警报指令发送至服务器中；
步骤六：结合上述的种植区域的人员走动数Ru，利用公式
Figure GDA0003033326660000161
计算得出林木种植区域的环境污染值HWu；式中d1、d2和d3均为比例系数，且d1、d2和d3的取值均大于零；
所述大数据单元与互联网实时连通，所述大数据单元用于获取互联网中的林木信息，林木信息包括树木名称、树木纲类、树木科属、林木图片、林木生长习性、树木特征、市场价值等；其中，树木特征包括树木的地径、基径、胸径、米径、冠径、冠幅、纬度值、叶片形状、叶尖形状、叶基形状、叶缘形状、叶脉脉序、叶柄叶片数、叶序等；
所述环境监测模块将计算得到的种植区域的生长环境值发送至等级划分模块；所述污染监测模块将计算得到的种植区域的环境污染值发送至等级划分模块；所述等级划分模块接收到环境监测模块发送的生长环境值和污染监测模块发送的环境污染值后，用于对林木生长地进行保护等级划分，保护等级划分过程具体如下：
SS1：获取林木种植区域的树木图片，从林木图片提取得到所有树木的特征值，树木图片与大数据单元比对验证后，通过特征值得到树木的准确种类，即树木的名称、纲类、科属；
SS2：获取种植区域内的树木种类，并将树木种类标记为i，i＝1，2，……，m，i代表第i种树木种类；统计种植区域内对应树木种类的数量，并将对应的树木种类分别标记为Sui；
SS3：获取系统前一周对应树木种类的市场价格，计算均价后得到对应树木种类的市场均价Jui；利用公式SJu＝Sui×Jui计算得出种植区域内对应树木种类的总价值SJu；
SS4：获取环境监测模块计算得到的每个林木种植区域的生长环境值SHu和污染监测模块计算得到的每个林木种植区域的环境污染值HWu，结合种植区域内对应树木种类的总价值SJu；通过公式
Figure GDA0003033326660000171
计算得到种植区域的等级值DJu；式中γ公式计算补偿值，γ＞0，f1、f2和f3均为比例系数，且f1、f2和f3的取值均大于零；
SS5：当种植区域的等级值DJu≥Y2时，该林木种植区域为重点保护区域，产生重点保护信号；
当种植区域的等级值Y2＞DJu≥Y1时，该林木种植区域为中等保护区域，产生中等保护信号；
当种植区域的等级值Y1＞DJu时，该林木种植区域为普通保护区域，产生普通保护信号；
SS6：重点保护信号、中等保护信号和普通保护信号均发送至服务器中；
所述服务器将污染监测模块产生的重点保护信号、中等保护信号和普通保护信号均发送至调度管理模块中；所述等级划分模块将林木种植区域的等级值发送至调度管理模块中；所述调度管理模块依据保护信号对林木种植区域的保护工作进行调度管理，调度管理工作步骤具体如下：
P1：调度管理模块依据林木种植区域的等级值对应的林木种植区域赋予对应的林木监护资源，林木监护资源包括林木监护人员、林木监护设备和林木生长物料，林木监护人员、林木监护设备和林木生长物料对应的下限值分别为LRDJu、LBDJu、LLDJu；
P2：获取系统前一周内等级值对应种植区域的当前监管人数，并将当前监管人数标记为DRDJu，计算平均值后得到等级值对应种植区域的平均监管人数PRDJu；
P3：获取此时等级值对应种植区域的当前监护设备数，并将当前监护设备数标记为DBDJu，计算平均值后得到等级值对应种植区域的平均监护设备数PBDJu；
P4：获取此时等级值对应种植区域的当前生长物料值，并将当前生长物料值标记为DLDJu，计算平均值后得到等级值对应种植区域的平均生长物料值PLDJu；
P5：利用公式Z2DJu＝PRDJu×h1+PBDJu×h2+PLDJu×h3计算得出等级值对应种植区域的当前资源值Z2DJu；利用公式Z1DJu＝LRDJu×h1+LBDJu×h2+LLDJu×h3计算得出等级值对应种植区域的资源下限值Z1DJu；式中，h1、h2和h3均为权重系数，且h1、h2和h3均大于零；
P6：资源下限值Z1DJu与当前资源值Z2DJu比较；若资源下限值Z1DJu小于等于当前资源值Z2DJu，等级值对应种植区域的林木监护资源无需调配；若资源下限值Z1DJu大于当前资源值Z2DJu，等级值对应种植区域的林木监护资源需要调配，计算资源下限值Z1DJ与当前资源值Z2DJu的之间差值，差值按照对应的权重系数分配给对应的林木监护资源；
所述调配管理模块将调配信号发送至对应林木监护人员的手机终端中，林木监护人员通过注册登录模块接收调配信号后发送确认回执至调配管理模块。
一种基于卫星技术的林木生长监测系统，工作时，通过环境监测模块对林木生长地的环境进行监测，将林木生长地划分为若干个种植区域u，获取种植区域的树木Su，并得到对应树木的垂直高度GDSu、年轮圈数NLSu、树干直径ZJSu和树木胸径XJSu，公式SZu＝GDSu×a1+NLSu×a2+ZJSu×a3+XJSu×a4计算得出种植区域内树木的生长值SZu，而后获取对应树木的树木冠幅GFSu；在树木Su上随意选取若干个树叶，并测量得到若干个树叶的长度和宽度，计算树叶长度与树叶宽度的比值，同时获取若干个树叶的轮廓图，通过opencv计算得到若干个树叶轮廓图的长度，若干个树叶轮廓图的长度叠加取平均值后得到树木的平均轮廓长度LKPSu，采集树木Su上若干个树叶的图片，树叶图片放置在背景为全黑的区域，通过opencv将树叶图片进行二进制处理得到二进制图像，将二进制图像记为树叶轮廓图，而后通过cvContourArea计算得到树叶图片的面积，去除树叶图片中的杂点，通过cvGet2D()获取得到树叶图片中每个颜色的像素点，统计上述若干个树叶图片的绿色像素点占比，求和取平均值得到树木上树叶平均绿色像素点占比LSPSu；利用公式MSu＝(LKPSu+GFSu LSPSu+a5)×a6计算得出种植区域内树木的茂盛值MSu，获取种植区域的人员走动数Ru、动物出没数Du、土壤酸碱度SJu、土壤养分贮量YFu、土壤含氧量HYu和人工施肥次数SFu，利用公式
Figure GDA0003033326660000191
计算得出种植区域的土壤肥沃度Tu，种植区域的土壤肥沃度Tu结合种植区域内树木生长值SZu、树木茂盛值MSu，利用公式
Figure GDA0003033326660000192
计算得出种植区域的生长环境值SHu，依据生长环境值SHu将林木的种植区域进行等级划分，若SHu＜X1，判定林木的种植区域为劣质种植区域，若X1≤SHu＜X2，判定林木的种植区域为普通种植区域，若X2≤SHu＜X3，判定林木的种植区域为中等种植区域，若X3≤SHu，判定林木的种植区域为优质种植区域；
通过污染监测模块对林木的种植区域的环境污染进行监测，首先采集林木种植区域内的水源样本SYu，获取种植区域内对应水源样本的PH值PHSYu、浊度值ZDSYu、溶解氧值RJSYu和硫化物值LHSYu，将PH值、浊度值、溶解氧值以及硫化物值分配权重，利用公式W1u＝|PHSYu-8|×c1+ZDSYu×c2-RJSYu×c3+LHSYu×c4计算得到种植区域内水源样本的污染值W1u，采集林木种植区域内的气体样本QTu，获取种植区域内气体样本的有害气体分子量FZQTu、有害气体温度WDQTu、有害气体压强YQQTu和有害气体体积浓度TNQTu，根据气体质量浓度的计算式将有害气体体积浓度转化成有害气体的质量浓度，利用公式W2u＝(FZQTu/22.4)×[273/(273+WDQTu)]×[YQQTu/101325]×TNQTu计算得到种植区域内气体样本的污染值W2u，将计算得到的种植区域内水源样本的污染值W1u、气体样本的污染值W2u与服务器中存储的气体允许阈值和水源允许阈值进行比对，将各种水源样本的污染值W1u与水源允许阈值SYSYu一一对应，将各种气体样本的污染值W2u与气体允许阈值QYQTu一一对应，当W2u≤QYQTu时，则判定种植区域的气体样本污染值没有超标，当W2u＞QYQTu时，则判定种植区域的气体样本污染值超标，生成警报指令，当W1u≤SYSYu时，则判定种植区域的水源样本污染值没有超标，当W1u＞SYSYu时，则判定种植区域的水源样本污染值超标，生成警报指令，产生的警报指令发送至服务器中，同时结合上述的种植区域的人员走动数Ru，利用公式
Figure GDA0003033326660000201
计算得出林木种植区域的环境污染值HWu；
环境监测模块将计算得到的种植区域的生长环境值发送至等级划分模块；污染监测模块将计算得到的种植区域的环境污染值发送至等级划分模块，通过等级划分模块对林木生长地进行保护等级划分，获取林木种植区域的树木图片，从林木图片提取得到所有树木的特征值，树木图片与大数据单元比对验证后，通过特征值得到树木的准确种类，获取种植区域内的树木种类i，统计种植区域内对应树木种类Sui和对应树木种类的市场均价Jui，利用公式SJu＝Sui×Jui计算得出种植区域内对应树木种类的总价值SJu，结合生长环境值SHu和环境污染值HWu，通过公式
Figure GDA0003033326660000211
计算得到种植区域的等级值DJu，当种植区域的等级值DJu≥Y2时，该林木种植区域为重点保护区域，产生重点保护信号，当种植区域的等级值Y2＞DJu≥Y1时，该林木种植区域为中等保护区域，产生中等保护信号，当种植区域的等级值Y1＞DJu时，该林木种植区域为普通保护区域，产生普通保护信号，重点保护信号、中等保护信号和普通保护信号均发送至服务器中；
通过调度管理模块依据保护信号对林木种植区域的保护工作进行调度管理，调度管理模块依据林木种植区域的等级值对应的林木种植区域赋予对应的林木监护资源，首先获取系统前一周内等级值对应种植区域的平均监管人数PRDJu、平均监护设备数PBDJu和平均生长物料值PLDJu，利用公式Z2DJu＝PRDJu×h1+PBDJu×h2+PLDJu×h3计算得出等级值对应种植区域的当前资源值Z2DJu；利用公式Z1DJu＝LRDJu×h1+LBDJu×h2+LLDJu×h3计算得出等级值对应种植区域的资源下限值Z1DJu，若资源下限值Z1DJu小于等于当前资源值Z2DJu，等级值对应种植区域的林木监护资源无需调配，若资源下限值Z1DJu大于当前资源值Z2DJu，等级值对应种植区域的林木监护资源需要调配，计算资源下限值Z1DJ与当前资源值Z2DJu的之间差值，差值按照对应的权重系数分配给对应的林木监护资源，调配管理模块将调配信号发送至对应林木监护人员的手机终端中，林木监护人员通过注册登录模块接收调配信号后发送确认回执至调配管理模块。
上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种基于卫星技术的林木生长监测系统，其特征在于，包括注册登录模块、污染监测模块、环境监测模块、等级划分模块、大数据单元和数据采集模块；
所述环境监测模块用于对林木生长地的环境进行监测，监测过程具体如下：
S1：将林木生长地划分为若干个种植区域，并将种植区域标记为u，u＝1，2，……，z；
S2：获取种植区域的树木Su，并得到对应树木的垂直高度GDSu、年轮圈数NLSu、树干直径ZJSu和树木胸径XJSu，Su＝1，2，……，n；利用公式SZu＝GDSu×a1+NLSu×a2+ZJSu×a3+XJSu×a4计算得出种植区域内树木的生长值SZu；式中a1、a2、a3和a4均为比例系数固定数值，且a1、a2、a3和a4的取值均大于零；
S3：获取对应树木的树木冠幅，并将树木冠幅标记为GFSu；在树木Su上随意选取若干个树叶，并测量得到若干个树叶的长度和宽度，计算树叶长度与树叶宽度的比值；同时获取若干个树叶的轮廓图，通过计算得到若干个树叶轮廓图的长度，若干个树叶轮廓图的长度叠加取平均值后得到树木的平均轮廓长度LKPSu；
S4：采集树木Su上若干个树叶的图片，树叶图片放置在背景为全黑的区域，将树叶图片进行二进制处理得到二进制图像，将二进制图像记为树叶轮廓图，而后通过计算得到树叶图片的面积，去除树叶图片中的杂点，获取得到树叶图片中每个颜色的像素点；
S5：统计步骤S4中若干个树叶图片的绿色像素点占比，求和取平均值得到树木上树叶平均绿色像素点占比LSPSu；利用公式MSu＝(LKPSu+GFSu LSPSu+a5)×a6计算得出种植区域内树木的茂盛值MSu，式中a5和a6均为比例系数固定数值，且a5和a6的取值均大于零；
S6：获取种植区域的人员走动数Ru、动物出没数Du、土壤酸碱度SJu、土壤养分贮量YFu、土壤含氧量HYu和人工施肥次数SFu，利用公式计算得出种植区域的土壤肥沃度Tu，公式具体如下：
Figure FDA0003033326650000021
式中b1、b2、b3和b4预设比例系数固定数值，且b1、b2、b3和b4的取值均大于零；
S7：种植区域的土壤肥沃度Tu、种植区域内树木生长值SZu、树木茂盛值MSu结合公式
Figure FDA0003033326650000022
计算得出种植区域的生长环境值SHu，式中b5、b6和b7均为比例系数，且b5、b6、b7分别与种植区域的树木的生长值SZu、树木茂盛值MSu、土壤肥沃度Tu一一对应，α为修正因子，且α＞0，e为自然常数；
S8：依据生长环境值SHu将林木的种植区域进行等级划分：
若SHu＜X1，判定林木的种植区域为劣质种植区域；
若X1≤SHu＜X2，判定林木的种植区域为普通种植区域；
若X2≤SHu＜X3，判定林木的种植区域为中等种植区域；
若X3≤SHu，判定林木的种植区域为优质种植区域；式中，X1、X2和X3均为固定值，且X1＜X2＜X3；
所述污染监测模块用于对林木的种植区域的环境污染进行监测；
所述环境监测模块将计算得到的种植区域的生长环境值发送至等级划分模块；所述污染监测模块将计算得到的种植区域的环境污染值发送至等级划分模块；
所述等级划分模块接收到环境监测模块发送的生长环境值和污染监测模块发送的环境污染值后，用于对林木生长地进行保护等级划分，保护等级划分过程具体如下：
SS1：获取林木种植区域的树木图片，从林木图片提取得到所有树木的特征值，树木图片与大数据单元比对验证后，通过特征值得到树木的准确种类，即树木的名称、纲类、科属；
SS2：获取种植区域内的树木种类，并将树木种类标记为i，i＝1，2，……，m，i代表第i种树木种类；统计种植区域内对应树木种类的数量，并将对应的树木种类分别标记为Sui；
SS3：获取系统前一周对应树木种类的市场价格，计算均价后得到对应树木种类的市场均价Jui；利用公式SJu＝Sui×Jui计算得出种植区域内对应树木种类的总价值SJu；
SS4：获取环境监测模块计算得到的每个林木种植区域的生长环境值SHu和污染监测模块计算得到的每个林木种植区域的环境污染值HWu，结合种植区域内对应树木种类的总价值SJu；通过公式
Figure FDA0003033326650000031
计算得到种植区域的等级值DJu；式中γ公式计算补偿值，γ＞0，f1、f2和f3均为比例系数，且f1、f2和f3的取值均大于零；
SS5：当种植区域的等级值DJu≥Y2时，该林木种植区域为重点保护区域，产生重点保护信号；
当种植区域的等级值Y2＞DJu≥Y1时，该林木种植区域为中等保护区域，产生中等保护信号；
当种植区域的等级值Y1＞DJu时，该林木种植区域为普通保护区域，产生普通保护信号；
SS6：重点保护信号、中等保护信号和普通保护信号均发送至服务器中。
2.根据权利要求1所述的一种基于卫星技术的林木生长监测系统，其特征在于，所述污染监测模块的检测步骤具体如下：
步骤一：采集林木种植区域内的水源样本，并将种植区域内的水源样本标记为SYu，SYu＝1，2，……，x；获取种植区域内对应水源样本的PH值信息，将PH值标记为PHSYu；获取种植区域内对应水源样本的浊度信息，并将浊度值标记为ZDSYu；获取种植区域内对应水源样本的溶解氧信息，并将溶解氧值标记为RJSYu；获取种植区域内对应水源样本的硫化物信息，并将硫化物值标记为LHSYu；
步骤二：将PH值、浊度值、溶解氧值以及硫化物值分配权重，依次分配权重为c1、c2、c3和c4，且c1+c2+c3+c4＝1；利用公式W1u＝|PHSYu-8|×c1+ZDSYu×c2-RJSYu×c3+LHSYu×c4计算得到种植区域内水源样本的污染值W1u；
步骤三：采集林木种植区域内的气体样本，并将气体样本标记QTu，QTu＝1，2，……，v；获取种植区域内气体样本的有害气体分子量信息，并将有害气体分子量标记为FZQTu；获取种植区域内气体样本的有害气体温度信息，将有害气体温度标记为WDQTu；获取种植区域内气体样本的有害气体压强信息，并将有害气体压强标记为YQQTu；获取种植区域内气体样本的有害气体体积浓度信息，并将有害气体体积浓度标记为TNQTu；
步骤四：根据气体质量浓度的计算式将有害气体体积浓度转化成有害气体的质量浓度，利用公式计算得到种植区域内气体样本的污染值W2u，气体样本的污染值W2u的计算公式具体如下：
W2u＝(FZQTu/22.4)×[273/(273+WDQTu)]×[YQQTu/101325]×TNQTu；
步骤五：将计算得到的种植区域内水源样本的污染值W1u、气体样本的污染值W2u与服务器中存储的气体允许阈值和水源允许阈值进行比对，判定气体样本的污染值和水源样本的污染值是否超标，比对判断具体如下：
K1：分别获取水源允许阈值SYSYu和气体允许阈值QYQTu；水源样本的污染值W1u与水源允许阈值SYSYu一一对应，气体样本的污染值W2u与气体允许阈值QYQTu一一对应；
K2：当W2u≤QYQTu时，则判定种植区域的气体样本污染值没有超标，进入步骤六；
当W2u＞QYQTu时，则判定种植区域的气体样本污染值超标，生成警报指令；
当W1u≤SYSYu时，则判定种植区域的水源样本污染值没有超标，进入步骤六；
当W1u＞SYSYu时，则判定种植区域的水源样本污染值超标，生成警报指令；
K3：警报指令发送至服务器中；
步骤六：结合上述的种植区域的人员走动数Ru，利用公式
Figure FDA0003033326650000051
计算得出林木种植区域的环境污染值HWu；式中d1、d2和d3均为比例系数，且d1、d2和d3的取值均大于零。
3.根据权利要求1所述的一种基于卫星技术的林木生长监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括定位单元、图片采集单元、视频采集单元、温度采集单元、湿度采集单元和光照采集单元；
所述定位单元用于定位林木生长地的地理位置，并将地理位置发送至服务器，所述图片采集单元通过卫星技术采集林木生长地的图片数据，并将图片数据发送至服务器，所述视频采集单元用于采集林木生长地的视频数据，并将视频数据发送至服务器，所述温度采集单元用于采集林木生长地的温度数据，并将温度数据发送至服务器，所述湿度采集单元用于采集林木生长地的湿度数据，并将湿度数据发送至服务器，所述光照采集单元用于采集林木生长地的光照数据，并将光照数据发送至服务器；
所述注册登录模块用于林木管理人员通过手机终端输入个人信息后进行注册登录，并将个人信息发送至服务器内进行存储；个人信息包括人员姓名、实名认证手机号码、入职时间、个人照片。
4.根据权利要求1所述的一种基于卫星技术的林木生长监测系统，其特征在于，所述大数据单元与互联网实时连通，所述大数据单元用于获取互联网中的林木信息，林木信息包括树木名称、树木纲类、树木科属、林木图片、林木生长习性、树木特征、市场价值；其中，树木特征包括树木的地径、基径、胸径、米径、冠径、冠幅、纬度值、叶片形状、叶尖形状、叶基形状、叶缘形状、叶脉脉序、叶柄叶片数和叶序。
5.根据权利要求1所述的一种基于卫星技术的林木生长监测系统，其特征在于，所述数据采集模块用于采集林木信息数据和林木环境数据，并将林木信息数据和林木环境数据发送至服务器内进行存储；所述林木信息数据包括林木量、林木名称、生长周期、生长阶段、生长温度值、生长湿度值以及生长光照值，所述林木环境数据包括林木生长地、林木生长地的湿度值、林木生长地的温度值、林木生长地的光照值、林木生长地的视频数据以及林木生长地的图片数据。
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