CN114894254B - 一种单株木碳汇动态计量方法 - Google Patents

一种单株木碳汇动态计量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单株木碳汇动态计量方法，包括如下步骤：（1）单株木调查及设备布设；（2）单株木数据自动采集；（3）单株木碳汇计算：应用步骤（2）中采集的数据计算单株木树高、材积、生物量和碳储量；（4）检测单株木状态变化，若单株木监测状态发生变化，执行步骤（6），否，则执行步骤（5）；（5）单株木碳汇连续监测：持续按设定监测频率接收步骤（2）中采集的数据并执行步骤（3），同时进行数据存储；（6）单株木监测状态核实。本发明可减少单株木碳汇计量过程中测量错测、重测、数据编造情况，降低漏测、数据记录和计算出错机率，大幅降低质检、连续监测工作量，实现单株木碳汇连续精准监测，监测时效性大幅提升。

Description

一种单株木碳汇动态计量方法
技术领域
本发明属于物联网数据采集、计算、处理技术领域，具体涉及一种单株木碳汇动态计量方法。
背景技术
科学、合理、易操作的碳汇计量方法学，是实现碳汇可监测、可报告、可核查的基础。基于单株树木的碳汇计量方法有助于降低公众参与碳普惠门槛，促进和引导公众、小微企业加入到节能减碳行动。目前贵州省发布了《贵州省单株碳汇项目方法学》并建立贵州省单株碳汇平台开展碳汇交易，广西省柳州市发布《柳州市单株林木碳汇量计量方法学》并推出碳汇精准生态扶贫项目，构建碳汇交易平台。但由于实际测量和监测困难，贵州省单株木碳汇均为3元/株，并未按发布方法学进行计算，柳州市需人工测定林木胸径。
对于单株碳汇实施计量和交易时存在以下缺点：
测量成本高，容易产生错测。单株碳汇计量需完成现地测量、拍照、挂牌、登记、计算流程才能获得碳汇量，需要专业调查人员实地测量，容易由于测量错误、数据录入和操作错误，导致数据不准确。
存在不到现地编造数据情况。由于林业调查质检控制以抽检为主，有调查人员以侥幸心理，在没有到达指定的树木位置开始现地调查，或甚至完全在室内编造数据情况。
质检工作量大。检查人员需要按原调查方法，重新对树木进行每木检查和计算，质检工作量大。质检工作重复调查流程，对立木进行检尺和计算，质检工作也是同样如此，造成工作成本高、内容重复。
监测时效性差，数据为静态数据。由于现地调查工作量大、费用高，开展一次成本较高，监测时效性较差，无法准确掌握详细地掌握树木生长动态，而林木碳汇同林木生长密切相关并且动态变化。
无法及时发现树木变化情况。只有再次对现地调查的时候，才能发现树木是否存在，以及是否发生较大改变，无法及时调整监测方案。
综上，亟需提供一种可减少单株木碳汇计量过程中测量错测、重测、数据编造情况，降低漏测、数据记录和计算出错机率，大幅降低质检、连续监测工作量，实现单株木碳汇连续精准监测，监测时效性大幅提升的单株木碳汇动态计量方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可减少单株木碳汇计量过程中测量错测、重测、数据编造情况，降低漏测、数据记录和计算出错机率，大幅降低质检、连续监测工作量，实现单株木碳汇连续精准监测，监测时效性大幅提升的单株木碳汇动态计量方法。
上述目的是通过如下技术方案实现：一种单株木碳汇动态计量方法，包括如下步骤：
（1）单株木调查及设备布设；
（2）单株木数据自动采集；
（3）单株木碳汇计算：应用步骤（2）中采集的数据计算单株木树高、材积、生物量和碳储量；
（4）检测单株木状态变化，若单株木监测状态发生变化，执行步骤（6），否，则执行步骤（5）；
（5）单株木碳汇连续监测：持续按设定监测频率接收步骤（2）中采集的数据并执行步骤（3），同时进行数据存储；
（6）单株木监测状态核实：现地核实单株木状态，现场判定是由于设备原因导致单株木监测状态改变，或是单株木自身状态改变，若是设备原因并继续监测则执行步骤（1），若是单株木自身状态改变或不再继续监测，则结束流程。
进一步的技术方案是，所述步骤（1）中先对目标单株木开展每木调查，填写调查因子，并布设通信中继装置以及用于测量树径的树径测量传感器，将数据采集终端与树径测量传感器通信连接，树径测量传感器与通信中继装置通信连接，所述步骤（2）中将调查数据传输录入至通信中继装置。
进一步的技术方案是，所述步骤（5）的具体步骤如下：
（5.1）通信中继装置根据设置唤醒时间定时启动；
（5.2）通信中继装置访问服务器端的网络服务器，获取下次唤醒时间和唤醒时长；
（5.3）树径测量传感器根据设置的唤醒时间定时启动；
（5.4）树径测量传感器测量获得目标单株木胸径测量值；
（5.5）树径测量传感器连接通信中继装置，传输目标单株木胸径、倾角和电池容量信息；
（5.6）树径测量传感器与通信中继装置进行时钟同步，获取下一次唤醒时间和唤醒时长，成功后进入睡眠状态；
（5.7）通信中继装置接收树径测量传感器数据进行存储，并同上一次测量数据进行差值计算；
（5.8）通信中继装置依据树径差值，计算碳储量变化量并进行数据储存；
（5.9）通信中继装置对自身传感器数据进行存储；
（5.10）通信中继装置通将存储信息回传通信接收装置，并汇总进入服务器端的网络服务器；
（5.11）服务器端计算服务器从网络服务器获取数据并汇总各单株木碳汇变化量，可视化展示；
（5.12）服务器端配置通信中继装置和树径测量传感器唤醒时间和唤醒时长。
进一步的技术方案是，所述步骤（3）的具体步骤如下：
（3.1）计算目标单株木高度，使用本区域当前树种的树高曲线，将胸径作为自变量，树高作为因变量进行计算；
（3.2）计算目标单株木生物量，若使用异速生长方程法，执行步骤（3.3），若使用生物量扩展因子法，执行步骤（3.5）；
（3.3）使用异速生长方程计算生物量，胸径和树高作为自变量，生物量作为因变量进行计算，计算公式如下：
W=a(D 2 H) b
其中，W为目标单株木的生物量，H为目标单株木的树高，D为目标单株木的直径；
Figure 719773DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 546915DEST_PATH_IMAGE002
为系数；
（3.4）计算目标单株木材积，使用本区域二元材积表计算，将胸径和树高作为自变量，材积作为因变量进行计算，计算公式如下：
V=aD b H c
其中，V为目标单株木的蓄积，H为目标单株木的树高，D为目标单株木的直径，
Figure 550643DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 319885DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 776274DEST_PATH_IMAGE003
为系数；
（3.5）使用生物量扩展因子法计算生物量，材积作为自变量，生物量作为因变量，查表获取木材密度、根冠比、生物量扩展因子三个缺省数据进行计算，计算公式如下：
W=V×WD×BEF×(1+R)
其中，WD为目标单株木的木材密度；BEF为目标单株木的树干生物量转换到地上生物量的生物量扩展因子，无量纲；R为目标单株木的根冠比；
（3.6）利用林木生物量碳含量将林木生物量换算为碳储量，并将碳储量转换为二氧化碳当量，计算公式如下：
C s =（44/12）×W×CF
其中，C s 为目标单株木的碳储量；CF为目标单株木的碳含量。
进一步的技术方案是，所述步骤（4）中，若通信中继装置收不到数据测量传感器测量数据，则认定单株木监测状态发生变化。
进一步的技术方案是，所述步骤（6）的具体步骤为：
（6.1）到达目标单株木周围，依据调查信息和号牌寻找目标单株木，如找到则执行步骤（6.2），若未找到，数据采集终端填写单株木监测状态改变原因，结束流程；
（6.2）寻找通信网关并启动，若通信网关未找到或启动失败，数据采集终端填写设备原因，执行步骤（1）和步骤（2）；若如通信网关状态正常，执行步骤（6.3）。
（6.3）寻找目标单株木，数据采集终端填写设备原因，安装新树径测量传感器于目标单株木树干上，执行步骤（2）。
进一步的技术方案是，所述数据采集终端和服务器端的部署有数据采集应用系统和单株木碳汇动态计量系统，所述数据采集应用系统用于获取服务器端信息，调查现场连接通信中继装置和树径测量传感器进行数据采集、录入和计算，以及对通信中继装置和数据测传感器进行配置管理；所述单株木碳汇动态计量系统用于管理人员汇总、统计和可视化分析数据采集终端获取的单株木调查数据，并管理所有单株木调查装置参数设置和运行状态。
进一步的技术方案是，所述单株木碳汇动态计量系统包括：
用户登录模块：用于登录单株木碳汇动态计量系统；
单株木地图显示、浏览及查询模块：用于提供基于地图操作的交互模式，提供包括平移、放大、缩小、分层显示、单株木属性信息查询、单株木坐标定位在内的地图操作功能；
调查表格和缺省数据配置模块：用于配置现地树木调查属性表、树高曲线、二元材积表，以及缺省数据；
通信中继装置设备和状态管理模块：用于查询通信中继装置设备编号、设备类型、坐标位置、标准地编号信息，查看通信中继装置运行状态、电池容量、自身传感器测量数据，配置通信中继装置监测频率、唤醒时间及唤醒时长；
树径测量传感器设备和状态管理模块：用于查询树径测量传感器设备编号、单株木编号信息，查看树径测量传感器运行状态、电池容量、自身传感器测量数据，配置树径测量传感器唤醒时间及唤醒时长；
单株木碳储量汇总计算模块：用于汇总各通信中继装置通过接收装置回传的树径测量传感器数据，利用树高曲线、二元材积表，以及缺省数据，计算单株木碳储量结果；
碳储量变化量分析模块：用于对汇总计算的单株木数据进行统计，分析测设调查精度，分区域、分类型输出碳汇数量、质量、结构和分布，对比监测周期前后各监测对象情况，产出增长量、消耗量及其动态变化；
碳汇计量结果可视化展示模块：用于使用三维地图、可视化图表、时间序列轴对监测数据进行展示，直观体现监测成果的动态变化。
进一步的技术方案是，所述数据采集应用系统包括：
用户登录模块：用于登录数据采集应用系统；
地图操作及定位、导航、航迹、拍照模块：用于提供基于地图操作的交互模式，提供包括平移、放大、缩小、分层显示、定位、导航、航迹采集、拍照在内的地图操作功能；
调查表格和缺省数据下载模块：用于下载更新现地树木调查属性表、树高曲线、二元材积表，以及缺省数据；
单株木现地调查因子录入模块：用于录入项目业主基本信息、项目负责人与联系人、项目基本信息、项目林地基本信息、林地技术数据信息；
移动通信信号测试模块：用于测量现场移动信号类型，以及移动信号强弱，以及通过同通信接收端进行通信测试信号传输成功率；
通信中继装置连接，测试和配置模块：用于使用数据采集终端连接通信中继装置，设置数据采集频率，确定通信中继装置和树径测量传感器的启动时间和启动时长；
树径测量传感器连接、数据录入模块：用于使用数据采集终端连接树径测量传感器，确认连接正确后，录入调查树木的树种、林权证号、林地面积信息；
树径测量传感器同通信中继装置数据传输模块：用于在完成调查树木信息录入后，触发树径测量传感器同通信中继装置后台通信事件，树径测量传感器通过无线通信模块将设备编号、树木树种、林权证号、林地面积信息传输于通信中继装置存储。
单株木碳汇计量模块：用于用户获取树木调查数据后，利用树高曲线、二元材积表，以及缺省数据计算碳储量。计算内容包括胸径、树高、材积、生物量、碳储量。
相比于现有技术，本发明技术方案具备如下优势：
避免错测、重测，不易产生漏测：每木调查时，对于树径的测量由树径测量传感器自动完成，无需测量人员读数，避免了错测，并由于对已经测量的立木绑定有树径测量传感器，减少了重测的发生，而且树径测量传感器标记了已测立木和未测立木，大幅减少漏测的可能性。
减少数据记录和计算出错概率：对于连续监测，由于采用自动数据采集，不用再进行数据录入，计算通过软件复用执行，减少数据记录和计算出错的概率。
降低数据编造情况：对于林木数据均需要接入并传输进入服务器端的网络服务器，并且通信中继装置中有GPS或是北斗RNSS模块进行样地定位，保证调查人员必须到达指定的目标单株木位置才开始调查，并且设备均要完成绑定后才能获取数据，降低了数据编造情况。
大幅降低质检工作量：质检人员到达目标单株木后，仅需检查样木是否绑定设备，以及树种是否正确，无需再进行每木检尺工作，质检工作量大大降低。
大幅降低连续监测的工作量：本发明对于连续监测不需要到达现地，即可稳定的获得目标单株木碳储量以及碳储量变化量数据，由服务器端直接进行计算和展示，大大降低了连续监测的工作量。
胸径连续监测准确性高：由于树径测量传感器一直绑定与固定位置，故每次测量时均是同一位置，不会产生测量位置不一致及围尺绕测误差。
监测时效性大幅提高：本发明中监测的频率根据任务需要和电池容量共同决定，由于采用低功耗设计，采用每天测量1次，每周回传一次工作可达10年，使用寿命显著延长，可以准确掌握详细地掌握树木生长动态和碳汇变化量。
及时发现样地变化情况：当样地由于经营活动或是自然灾害发生改变时，通过数据回传情况，可以发现目标单株木的变化情况及变化时间，可及时根据变化情况调整监测方案。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种实施方式所涉及的单株木碳汇动态计量方法的流程示意图；
图2为本发明一种实施方式所涉及的单株木调查及设备布设的操作流程图；
图3为本发明一种实施方式所涉及的单株木数据自动采集的流程示意图；
图4为本发明一种实施方式所涉及的单株木碳汇计算的流程示意图；
图5为本发明一种实施方式所涉及的单株木碳汇连续监测的流程示意图；
图6为本发明一种实施方式所涉及的单株木监测状态核实的流程示意图；
图7为本发明一种实施方式所涉及的单株木碳汇动态计量系统的结构框图；
图8为本发明一种实施方式所涉及的数据采集应用系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下，参照图1，一种单株木碳汇动态计量方法，包括如下步骤：
（1）单株木调查及设备布设；先对目标单株木开展每木调查，填写调查因子，并布设通信中继装置以及用于测量树径的树径测量传感器，将数据采集终端与树径测量传感器通信连接，树径测量传感器与通信中继装置通信连接，具体步骤如下，如图2：
（1.1）开启数据采集终端，接入互联网，从服务器端下载更新现地单株木调查属性表、树高曲线、二元材积表，以及缺省数据。缺省数据包括但不限于木材密度、生物量扩展因子，根冠比，碳含量；
（1.2）到达目标单株木，完成现地单株木调查属性表填写，拍摄目标单株木照片，并在根部钉树号牌；
（1.3）判断是否已经有可连接的通信中继装置，否，执行步骤（1.4），是，执行步骤（1.7）；
（1.4）开启数据采集终端测试本地信号类型，根据现地通信状况和目标单株木分布情况选择通信中继装置类型。如果有2/3/4/5G移动运营商信号，选择移动通信中继装置，如果没有移动运营商信号，选择北斗通信中继装置；
（1.5）在目标单株木所在林地中央位置选择一株树木布设铝合金支架，固定通信中继装置并进行信号测试，成功后保持通信中继装置开启状态；
（1.6）通过数据采集终端连接通信中继装置，设置数据采集频率，确定通信中继装置和树径测量传感器的启动时间和启动时长；
（1.7）选择目标单株木胸径测量位置，固定树径测量传感器于目标单株木树干上。
（2）单株木数据自动采集，并将调查数据传输录入至通信中继装置；具体步骤如图3：
（2.1）按下树径测量传感器启动按钮，指示灯红色亮起，使用数据采集终端连接树径测量传感器，保证显示连接树径测量传感器编码同树径测量传感器外壳标签编码一致。
（2.2）从树径测量传感器的拉线出口将拉绳拉出，绕目标单株木一圈后扣入防拆拉线固定口。
（2.3）数据测量传感器自动同通信中继装置连接，连接成功指示灯绿色亮起，数据采集终端中查看目标单株木胸径是否有测量数值，如果没有则按下树径测量传感器启动按钮，保证在启动状态下重新拉动拉绳安装。
（2.4）树径测量传感器同通信中继装置通信，传输录入目标单株木调查信息、倾角、碳储量和电池容量信息汇入通信中心装置存储。
（2.5）树径测量传感器同通信中继装置进行时钟同步，并获得树径测量传感器的启动时间和启动时长。
（2.6）数据测量传感器在无连接情况下，间隔固定时间后自动进入休眠状态，指示灯熄灭。
（2.7）在数据采集终端，显示通信中继装置端计算的目标单株木实测调查结果，计算目标单株木胸径。目标单株木的胸径由树径测量传感器直接测量计算，计算公式为：
D=C/π
其中，C—树径测量传感器拉线长度，D—目标单株木的胸径。
（3）单株木碳汇计算：应用步骤（2）中采集的数据计算单株木树高、材积、生物量和碳储量；
具体步骤如下，如图4所示：
（3.1）计算目标单株木高度，使用本区域当前树种的树高曲线，将胸径作为自变量，树高作为因变量进行计算，计算公式如下：
H=a+bD+cD 2
其中，H为目标单株木的树高；D为目标单株木的胸径；
Figure 407106DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 999762DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 441370DEST_PATH_IMAGE003
为系数。
（3.2）计算目标单株木生物量，若使用异速生长方程法，执行步骤（3.3），若使用生物量扩展因子法，执行步骤（3.5）；
（3.3）使用异速生长方程计算生物量，胸径和树高作为自变量，生物量作为因变量进行计算，计算公式如下：
W=a(D 2 H) b
其中，W为目标单株木的生物量，H为目标单株木的树高，D为目标单株木的直径；
Figure 650634DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 85158DEST_PATH_IMAGE002
为系数；
（3.4）计算目标单株木材积，使用本区域二元材积表计算，将胸径和树高作为自变量，材积作为因变量进行计算，计算公式如下：
V=aD b H c
其中，V为目标单株木的蓄积，H为目标单株木的树高，D为目标单株木的直径，
Figure 797899DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 643364DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 277608DEST_PATH_IMAGE003
为系数；
（3.5）使用生物量扩展因子法计算生物量，材积作为自变量，生物量作为因变量，查表获取木材密度、根冠比、生物量扩展因子三个缺省数据进行计算，计算公式如下：
W=V×WD×BEF×(1+R)
其中，WD为目标单株木的木材密度；BEF为目标单株木的树干生物量转换到地上生物量的生物量扩展因子，无量纲；R为目标单株木的根冠比；
（3.6）利用林木生物量碳含量将林木生物量换算为碳储量，并将碳储量转换为二氧化碳当量，计算公式如下：
C s =（44/12）×W×CF
其中，C s 为目标单株木的碳储量；CF为目标单株木的碳含量。
（4）检测单株木状态变化，若单株木监测状态发生变化，执行步骤（6），否，则执行步骤（5）；
（5）单株木碳汇连续监测：持续按设定监测频率接收步骤（2）中采集的数据并执行步骤（3），同时进行数据存储；
所述步骤（5）的具体步骤如下，如图5所示：
（5.1）通信中继装置根据设置唤醒时间定时启动；通常通信中继启动时间要早于树径测量传感器启动时间。
（5.2）通信中继装置通过卫星/移动通信基站访问服务器端的网络服务器，获取下次唤醒时间和唤醒时长；
（5.3）树径测量传感器根据设置的唤醒时间定时启动；
（5.4）树径测量传感器测量获得目标单株木胸径测量值；
（5.5）树径测量传感器连接通信中继装置，传输目标单株木胸径、倾角和电池容量信息；
（5.6）树径测量传感器与通信中继装置进行时钟同步，获取下一次唤醒时间和唤醒时长，成功后进入睡眠状态；
（5.7）通信中继装置接收树径测量传感器数据进行存储，并同上一次测量数据进行差值计算；并按树径测量传感器编码顺序对差值结果进行回传。对于本次树径测量传感器未获得测量值，差值置为9999。
（5.8）通信中继装置依据树径差值，计算碳储量变化量并进行数据储存；
（5.9）通信中继装置对自身传感器数据进行存储；同时将通信中继装置产品编码和各传感器数据进行回传。通信中继装置自身传感器包括但不限于温度传感器、湿度传感器、倾角传感器，实现被测单株木环境因子的监测。
（5.10）通信中继装置通过卫星/移动通信基站将存储信息回传通信接收装置，并汇总进入服务器端的网络服务器。对通过卫星回传的信息，传回北斗指挥机汇总进入网络服务器，对通过移动通信基站回传的信息，传回通信服务器汇总进入网络服务器。
（5.11）服务器端计算服务器从网络服务器获取数据并汇总各单株木碳汇变化量，可视化展示；
（5.12）服务器端配置通信中继装置和树径测量传感器唤醒时间和唤醒时长。
（6）单株木监测状态核实：现地核实单株木状态，现场判定是由于设备原因导致单株木监测状态改变，或是单株木自身状态改变，若是设备原因并继续监测则执行步骤（1），若是单株木自身状态改变或不再继续监测，则结束流程。
如图6，所述步骤（6）的具体步骤为：
（6.1）到达目标单株木周围，依据调查信息和号牌寻找目标单株木，如找到则执行步骤（6.2），若未找到，数据采集终端填写单株木监测状态改变原因，结束流程；
（6.2）寻找通信网关并启动，若通信网关未找到或启动失败，数据采集终端填写设备原因，执行步骤（1）和步骤（2）；若如通信网关状态正常，执行步骤（6.3）。
（6.3）寻找目标单株木，数据采集终端填写设备原因，安装新树径测量传感器于目标单株木树干上，执行步骤（2）。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤（4）中，若通信中继装置收不到数据测量传感器测量数据，则认定单株木监测状态发生变化。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述数据采集终端和服务器端的部署有数据采集应用系统和单株木碳汇动态计量系统，所述数据采集应用系统用于获取服务器端信息，调查现场连接通信中继装置和树径测量传感器进行数据采集、录入和计算，以及对通信中继装置和数据测传感器进行配置管理；所述单株木碳汇动态计量系统用于管理人员汇总、统计和可视化分析数据采集终端获取的单株木调查数据，并管理所有单株木调查装置参数设置和运行状态。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图7，所述单株木碳汇动态计量系统包括：
用户登录模块用于用户身份验证，登录单株木碳汇动态计量系统。
单株木地图显示、浏览及查询模块：用于为用户提供基于地图操作的交互模式，提供平移、放大、缩小、分层显示等基本地图操作功能、也包括单株木属性信息查询，单株木坐标定位等高级地图操作功能。
调查表格和缺省数据配置模块：用于用户配置现地树木调查属性表、树高曲线、二元材积表，以及缺省数据。缺省数据包括但不限于木材密度、生物量扩展因子，根冠比，碳含量。
通信中继装置设备和状态管理模块：用于用户查询通信中继装置设备编号、设备类型、坐标位置、标准地编号信息，查看通信中继装置运行状态、电池容量、自身传感器测量数据，配置通信中继装置监测频率、唤醒时间及唤醒时长。
树径测量传感器设备和状态管理模块：用于用户查询树径测量传感器设备编号、单株木编号信息，查看树径测量传感器运行状态、电池容量、自身传感器测量数据，配置树径测量传感器唤醒时间及唤醒时长。
单株木碳储量汇总计算模块：用于用户汇总各通信中继装置通过接收装置回传的树径测量传感器数据，利用树高曲线、二元材积表，以及缺省数据，计算单株木碳储量结果。计算内容包括胸径、树高、材积、生物量、碳储量。
碳储量变化量分析模块：用于用户对汇总计算的单株木数据进行统计，分析测设调查精度，分区域、分类型输出碳汇数量、质量、结构和分布，对比监测周期前后各监测对象情况，产出增长量、消耗量及其动态变化。
碳汇计量结果可视化展示模块：用于用户使用三维地图、可视化图表、时间序列轴等方式对监测数据进行展示，直观体现监测成果的动态变化。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图8，所述数据采集应用系统包括：
用户登录模块：用于用户身份验证，登录数据采集应用系统。
地图操作及定位、导航、航迹、拍照模块：用于为用户提供基于地图操作的交互模式，提供平移、放大、缩小、分层显示等基本地图操作功能、也包括定位、导航、航迹采集、拍照等高级地图操作功能。
调查表格和缺省数据下载模块：用于用户下载更新现地树木调查属性表、树高曲线、二元材积表，以及缺省数据。缺省数据包括但不限于木材密度、生物量扩展因子，根冠比，碳含量。
单株木现地调查因子录入模块：用于用户录入项目业主基本信息、项目负责人与联系人、项目基本信息、项目林地基本信息、林地技术数据等信息。
移动通信信号测试模块：用于用户测量现场移动信号类型，以及移动信号强弱，以及通过同通信接收端进行通信测试信号传输成功率。如果有2/3/4/5G移动运营商信号，提示用户选择移动通信中继装置，如果没有移动运营商信号，提示用户选择北斗通信中继装置。
通信中继装置连接，测试和配置模块：用于用户使用数据采集终端连接通信中继装置，设置数据采集频率，确定通信中继装置和树径测量传感器的启动时间和启动时长。模块可以根据用户设置的数据采集频率和电池容量，预估出理论监测时间长度。
树径测量传感器连接、数据录入模块：用于用户使用数据采集终端连接树径测量传感器，确认连接正确后，录入调查树木的树种、林权证号、林地面积信息。
树径测量传感器同通信中继装置数据传输模块：用于用户在完成调查树木信息录入后，触发树径测量传感器同通信中继装置后台通信事件，树径测量传感器通过无线通信模块将设备编号、树木树种、林权证号、林地面积信息传输于通信中继装置存储。
单株木碳汇计量模块：用于用户获取树木调查数据后，利用树高曲线、二元材积表，以及缺省数据计算碳储量。计算内容包括胸径、树高、材积、生物量、碳储量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种单株木碳汇动态计量方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）单株木调查及设备布设：先对目标单株木开展每木调查，填写调查因子，并布设通信中继装置以及用于测量单株木胸径的树径测量传感器，将数据采集终端与树径测量传感器通信连接，树径测量传感器与通信中继装置通信连接；
（2）单株木数据自动采集，并将调查数据传输录入至通信中继装置；
（3）单株木碳汇计算：应用步骤（2）中采集的数据计算单株木树高、材积、生物量和碳储量；
（3.1）计算目标单株木高度，使用本区域当前树种的树高曲线，将胸径作为自变量，树高作为因变量进行计算；
（3.2）计算目标单株木生物量，若使用异速生长方程法，执行步骤（3.3），若使用生物量扩展因子法，执行步骤（3.5）；
（3.3）使用异速生长方程计算生物量，胸径和树高作为自变量，生物量作为因变量进行计算，计算公式如下：
W=a(D 2 H) b
其中，W为目标单株木的生物量，H为目标单株木的树高，D为目标单株木的直径；
Figure 189566DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 863123DEST_PATH_IMAGE002
为 系数；
（3.4）计算目标单株木材积，使用本区域二元材积表计算，将胸径和树高作为自变量，材积作为因变量进行计算，计算公式如下：
V=aD b H c
其中，V为目标单株木的蓄积，H为目标单株木的树高，D为目标单株木的直径，
Figure 858761DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 183432DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 707955DEST_PATH_IMAGE003
为 系数；
（3.5）使用生物量扩展因子法计算生物量，材积作为自变量，生物量作为因变量，查表获取木材密度、根冠比、生物量扩展因子三个缺省数据进行计算，计算公式如下：
W=V×WD×BEF×(1+R)
其中，WD为目标单株木的木材密度；BEF为目标单株木的树干生物量转换到地上生物量的生物量扩展因子，无量纲；R为目标单株木的根冠比；
（3.6）利用林木生物量碳含量将林木生物量换算为碳储量，并将碳储量转换为二氧化碳当量，计算公式如下：
C s =（44/12）×W×CF
其中，C s 为目标单株木的碳储量；CF为目标单株木的碳含量；
（4）检测单株木状态变化，若单株木监测状态发生变化，执行步骤（6），否，则执行步骤（5）；
（5）单株木碳汇连续监测：持续按设定监测频率接收步骤（2）中采集的数据并执行步骤（3），同时进行数据存储；
（6）单株木监测状态核实：现地核实单株木状态，现场判定是由于设备原因导致单株木监测状态改变，或是单株木自身状态改变，若是设备原因并继续监测则执行步骤（1），若是单株木自身状态改变或不再继续监测，则结束流程。
2.根据权利要求1所述的单株木碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（5）的具体步骤如下：
（5.1）通信中继装置根据设置唤醒时间定时启动；
（5.2）通信中继装置访问服务器端的网络服务器，获取下次唤醒时间和唤醒时长；
（5.3）树径测量传感器根据设置的唤醒时间定时启动；
（5.4）树径测量传感器测量获得目标单株木胸径测量值；
（5.5）树径测量传感器连接通信中继装置，传输目标单株木胸径、倾角和电池容量信息；
（5.6）树径测量传感器与通信中继装置进行时钟同步，获取下一次唤醒时间和唤醒时长，成功后进入睡眠状态；
（5.7）通信中继装置接收树径测量传感器数据进行存储，并同上一次测量数据进行差值计算；
（5.8）通信中继装置依据树径差值，计算碳储量变化量并进行数据储存；
（5.9）通信中继装置对自身传感器数据进行存储；
（5.10）通信中继装置通将存储信息回传通信接收装置，并汇总进入服务器端的网络服务器；
（5.11）服务器端计算服务器从网络服务器获取数据并汇总各单株木碳汇变化量，可视化展示；
（5.12）服务器端配置通信中继装置和树径测量传感器唤醒时间和唤醒时长。
3.根据权利要求2所述的单株木碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（4）中，若通信中继装置收不到数据测量传感器测量数据，则认定单株木监测状态发生变化。
4.根据权利要求2所述的单株木碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（6）的具体步骤为：
（6.1）到达目标单株木周围，依据调查信息和号牌寻找目标单株木，如找到则执行步骤（6.2），若未找到，数据采集终端填写单株木监测状态改变原因，结束流程；
（6.2）寻找通信网关并启动，若通信网关未找到或启动失败，数据采集终端填写设备原因，执行步骤（1）和步骤（2）；若如通信网关状态正常，执行步骤（6.3）；
（6.3）寻找目标单株木，数据采集终端填写设备原因，安装新树径测量传感器于目标单株木树干上，执行步骤（2）。
5.根据权利要求2所述的单株木碳汇动态计量方法，其特征在于，所述数据采集终端和服务器端的部署有数据采集应用系统和单株木碳汇动态计量系统，所述数据采集应用系统用于获取服务器端信息，调查现场连接通信中继装置和树径测量传感器进行数据采集、录入和计算，以及对通信中继装置和数据测传感器进行配置管理；所述单株木碳汇动态计量系统用于管理人员汇总、统计和可视化分析数据采集终端获取的单株木调查数据，并管理所有单株木调查装置参数设置和运行状态。
6.根据权利要求5所述的单株木碳汇动态计量方法，其特征在于，所述单株木碳汇动态计量系统包括：
用户登录模块：用于登录单株木碳汇动态计量系统；
单株木地图显示、浏览及查询模块：用于提供基于地图操作的交互模式，提供包括平移、放大、缩小、分层显示、单株木属性信息查询、单株木坐标定位在内的地图操作功能；
调查表格和缺省数据配置模块：用于配置现地树木调查属性表、树高曲线、二元材积表，以及缺省数据；
通信中继装置设备和状态管理模块：用于查询通信中继装置设备编号、设备类型、坐标位置、标准地编号信息，查看通信中继装置运行状态、电池容量、自身传感器测量数据，配置通信中继装置监测频率、唤醒时间及唤醒时长；
树径测量传感器设备和状态管理模块：用于查询树径测量传感器设备编号、单株木编号信息，查看树径测量传感器运行状态、电池容量、自身传感器测量数据，配置树径测量传感器唤醒时间及唤醒时长；
单株木碳储量汇总计算模块：用于汇总各通信中继装置通过接收装置回传的树径测量传感器数据，利用树高曲线、二元材积表，以及缺省数据，计算单株木碳储量结果；
碳储量变化量分析模块：用于对汇总计算的单株木数据进行统计，分析测设调查精度，分区域、分类型输出碳汇数量、质量、结构和分布，对比监测周期前后各监测对象情况，产出增长量、消耗量及其动态变化；
碳汇计量结果可视化展示模块：用于使用三维地图、可视化图表、时间序列轴对监测数据进行展示，直观体现监测成果的动态变化。
7.根据权利要求6所述的单株木碳汇动态计量方法，其特征在于，所述数据采集应用系统包括：
用户登录模块：用于登录数据采集应用系统；
地图操作及定位、导航、航迹、拍照模块：用于提供基于地图操作的交互模式，提供包括平移、放大、缩小、分层显示、定位、导航、航迹采集、拍照在内的地图操作功能；
调查表格和缺省数据下载模块：用于下载更新现地树木调查属性表、树高曲线、二元材积表，以及缺省数据；
单株木现地调查因子录入模块：用于录入项目业主基本信息、项目负责人与联系人、项目基本信息、项目林地基本信息、林地技术数据信息；
移动通信信号测试模块：用于测量现场移动信号类型，以及移动信号强弱，以及通过同通信接收端进行通信测试信号传输成功率；
通信中继装置连接，测试和配置模块：用于使用数据采集终端连接通信中继装置，设置数据采集频率，确定通信中继装置和树径测量传感器的启动时间和启动时长；
树径测量传感器连接、数据录入模块：用于使用数据采集终端连接树径测量传感器，确认连接正确后，录入调查树木的树种、林权证号、林地面积信息；
树径测量传感器同通信中继装置数据传输模块：用于在完成调查树木信息录入后，触发树径测量传感器同通信中继装置后台通信事件，树径测量传感器通过无线通信模块将设备编号、树木树种、林权证号、林地面积信息传输于通信中继装置存储；
单株木碳汇计量模块：用于获取树木调查数据后，利用树高曲线、二元材积表，以及缺省数据计算碳储量。
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