CN115942272B - 一种基于大数据的森林质量综合评估方法及系统 - Google Patents

一种基于大数据的森林质量综合评估方法及系统 Download PDF

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CN115942272B CN202310218321.8A CN202310218321A CN115942272B CN 115942272 B CN115942272 B CN 115942272B CN 202310218321 A CN202310218321 A CN 202310218321A CN 115942272 B CN115942272 B CN 115942272B
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Abstract

本发明属于评估领域，公开了一种基于大数据的森林质量综合评估方法，包括S1，通过无线传感器节点获取需要进行评估的森林区域的环境方面的参数，无线传感器节点用于将环境方面的参数传输至具有卫星通信能力的通信中继装置；S2，通过通信中继装置将环境方面的参数传输至云服务器；S3，从云服务器中获取评估指标，评估指标包括基于环境方面的参数计算得到的环境指标；S4，获取每种类型的评估指标的权重值；S5，将预设类型的评估指标与对应的权重值相乘，将所有相乘的结果进行求和，得到评估数值。本发明能够提高对森林质量进行综合评估的效率。

Description

一种基于大数据的森林质量综合评估方法及系统
技术领域
本发明涉及评估领域，尤其涉及一种基于大数据的森林质量综合评估方法及系统。
背景技术
森林质量综合评估一般是通过获取森林的各种参数指标，然后为不同的指标赋予不同的权重，通过加权求和的方式来得到最终的评估结果。在森林质量评估的过程中，森林的环境方面的参数是一个重要的指标，森林的环境方面的参数包括湿度、降雨量等。现有技术中，一般是通过设置传感器来获取森林的环境方面的参数。但是若获取环境方面的参数的区域远离通信基站时，传感器便不能够将参数实时传输到服务器中，需要人工定期去获取传感器中存储的参数，显然这种参数的获取方式影响了对森林质量进行综合评估的效率。
发明内容
本发明的目的在于公开一种基于大数据的森林质量综合评估方法及系统，解决在对远离通信基站的森林的质量进行综合评估时，如何提高环境方面的参数的获取效率，从而提高对森林质量进行综合评估的效率的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一个方面，本发明提供了一种基于大数据的森林质量综合评估方法，包括：
S1，通过无线传感器节点获取需要进行评估的森林区域的环境方面的参数，无线传感器节点用于将环境方面的参数传输至具有卫星通信能力的通信中继装置；
其中，通信中继装置用于将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点；
单任务节点用于获取环境方面的参数，并将环境方面的参数传输至多任务节点；
多任务节点用于将环境方面的参数传输至通信中继装置；
S2，通过通信中继装置将环境方面的参数传输至云服务器；
S3，从云服务器中获取评估指标，评估指标包括基于环境方面的参数计算得到的环境指标；
S4，获取每种类型的评估指标的权重值；
S5，将预设类型的评估指标与对应的权重值相乘，将所有相乘的结果进行求和，得到评估数值。
可选的，环境方面的参数包括降雨量、空气湿度和空气温度。
可选的，将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，包括：
S11，判断第i个分类时长是否倒计时结束，若是，进入S12；
S12，用
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S13，分别计算每个无线传感器节点的分类参数，基于分类参数将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，得到计算结果；
S14，将计算结果发送至每个无线传感器节点，同时启动时长为
Figure SMS_15
的倒计时。
可选的，通信中继装置包括电池模块、卫星通信模块和物联网通信模块；
电池模块用于为卫星通信模块和物联网通信模块进行供电；
卫星通信模块用于将环境方面的参数发送至通信卫星，通信卫星用于将环境方面的参数传输至云服务器；
物联网通信模块用于与无线传感器节点进行通信。
可选的，评估指标还包括土壤指标和作物指标。
可选的，环境指标的计算函数为：
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可选的，获取每种类型的评估指标的权重值，包括：
对所有类型的评估指标进行主成分分析，获取每种类型的评估指标的权重值。
第二个方面，本发明提供了一种基于大数据的森林质量综合评估系统，包括参数获取模块、参数传输模块、指标获取模块、权重获取模块和计算模块；
参数获取模块用于通过无线传感器节点获取需要进行评估的森林区域的环境方面的参数，无线传感器节点用于将环境方面的参数传输至具有卫星通信能力的通信中继装置；
其中，通信中继装置用于将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点；
单任务节点用于获取环境方面的参数，并将环境方面的参数传输至多任务节点；
多任务节点用于将环境方面的参数传输至通信中继装置；
参数传输模块用于通过通信中继装置将环境方面的参数传输至云服务器；
指标获取模块用于从云服务器中获取评估指标，评估指标包括基于环境方面的参数计算得到的环境指标；
权重获取模块用于获取每种类型的评估指标的权重值；
计算模块用于将预设类型的评估指标与对应的权重值相乘，将所有相乘的结果进行求和，得到评估数值。
与现有的森林质量评估方式相比，本发明在获取远离通信基站的森林区域的环境方面的参数时，在该森林区域中设置无线传感器节点和具有卫星通信能力的通信中继装置，从而实现了对远离通信基站的森林区域进行环境方面的参数的实时获取，能够提高对森林质量进行综合评估的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一种基于大数据的森林质量综合评估方法的一种示意图。
图2为本发明一种基于大数据的森林质量综合评估系统的一种示意图。
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。
第一个方面，如图1所示的一种实施例，本发明提供了一种基于大数据的森林质量综合评估方法，包括：
S1，通过无线传感器节点获取需要进行评估的森林区域的环境方面的参数，无线传感器节点用于将环境方面的参数传输至具有卫星通信能力的通信中继装置。
具体的，需要进行评估的森林区域为与通信基站之间超过了具有3G、4G、5G等网络的通信能力的无线传感器节点的通信距离的区域。
在本发明中，无线传感器节点不具备3G、4G、5G等网络的通信能力。而保留了物联网通信能力，可以通过ZigBee等协议进行通信。这样的设置方式也能够有效地降低无线传感器节点的使用成本，因为使用3G、4G、5G等网络时，需要分别为每个无线传感器节点设置相应的物联网卡，还得为物联网卡缴费。
在一种实施例中，通信中继装置用于将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点；
单任务节点用于获取环境方面的参数，并将环境方面的参数传输至多任务节点；
多任务节点用于将环境方面的参数传输至通信中继装置。
分类之后，不同类型的无线传感器节点能够组成自组网，从而实现无线传感器节点得到的环境方面的参数的传输。
在一种实施例中，环境方面的参数包括降雨量、空气湿度和空气温度。
在一种实施例中，将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，包括：
S11，判断第i个分类时长是否倒计时结束，若是，进入S12；
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S13，分别计算每个无线传感器节点的分类参数，基于分类参数将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，得到计算结果；
S14，将计算结果发送至每个无线传感器节点，同时启动时长为
Figure SMS_40
的倒计时。
在上述实施例中，倒计时不是固定的数值，而是能够随着功能系数和平均发送次数的变化而变化，使得通信中继装置对无线传感器节点的分类能够更加合理。若采用固定的数值，则数据传输量大时，会造成部分无线传感器节点的电量快速下降，这就需要工作人员更为频繁地对无线传感器节点进行电池的更换。而在上述实施例中，平均发送次数越大、功能系数之间的差值越大，则表示数据传输量以及电量下降速度越快，此时，分类时长会相应地变小，反之，则相应地变大。
在一种实施例中，供能系数
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的计算函数为：
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供能系数主要是从减少的电量以及平均休眠次数进行计算，单任务节点减少的电量之间的差异越大，则功能系数越大，平均休眠次数越大，则供能系数越小。供能系数的计算方式能够在减少的电量差异大时缩短分类时长，并能够在平均休眠次数大时增加分类时长，从而延长本发明的无线传感器节点的续航。
在一种实施例中，
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的计算方式与/>
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分类参数从多方面进行综合计算，得到了能够综合表示无线传感器节点的通信能力的参数。
在一种实施例中，基于分类参数将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，得到计算结果，包括：
S21，获取所有未分类的无线传感器节点中，分类参数最大的无线传感器节点
Figure SMS_67
；
S22，将
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作为分类节点；
S23, 将分类节点存入多任务节点集合
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S26，对
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进行修正，得到计算结果。
在分类时，没有直接将分类参数排名靠前的无线传感器节点作为多任务节点，而是通过循环的方式，在前一个多任务节点的基础上，根据分类参数来获取下一个多任务节点，这也使得多任务节点之间至少存在一个单跳通信的线路。避免需要单任务节点进行中继，提高了环境方面的参数的传输效率。
在一种实施例中，对
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修正的过程包括：
对于
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之后，还对最大通信半径内只包含1个其它的多任务节点的多任务节点n进行修正，具体为，将其通信范围内，具有相同的连通能力且分类参数最大的单任务节点修正为多任务节点，从而得到增强了多任务节点n周围的数据连通能力。
具体的，无线传感器节点根据计算结果便能够知道自己是作为多任务节点还是单任务节点。
更新
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S2，通过通信中继装置将环境方面的参数传输至云服务器。
在一种实施例中，通信中继装置包括电池模块、卫星通信模块和物联网通信模块；
电池模块用于为卫星通信模块和物联网通信模块进行供电；
卫星通信模块用于将环境方面的参数发送至通信卫星，通信卫星用于将环境方面的参数传输至云服务器；
物联网通信模块用于与无线传感器节点进行通信。物联网通信模块具备ZigBee等物联网通信协议的通信能力。
在本发明中，只有通信中继装置需要进行远距离通信，因此，无线传感器节点仅需要以很低的功耗进行近距离通信即可，能有效延长无线传感器节点充满电后的持续工作时间。
在一种实施例中，通信卫星用于将环境方面的参数传输至云服务器，包括：
通信卫星将环境方面的参数传输至地面站，然后由地面站通过网络传输至云服务器。
S3，从云服务器中获取评估指标，评估指标包括基于环境方面的参数计算得到的环境指标。
在一种实施例中，环境指标的计算函数为：
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在一种实施例中，评估指标还包括土壤指标和作物指标。
具体的，土壤指标包括微量元素含量，含水量等。
作物指标包括植被覆盖率，植被种类等。
具体的，作物指标可以通过对需要进行评估的森林区域进行遥感，然后对遥感图像进行大数据分析得到。
S4，获取每种类型的评估指标的权重值。
在一种实施例中，获取每种类型的评估指标的权重值，包括：
对所有类型的评估指标进行主成分分析，获取每种类型的评估指标的权重值。
S5，将预设类型的评估指标与对应的权重值相乘，将所有相乘的结果进行求和，得到评估数值。
在一种实施例中，评估数值的计算函数为：
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具体的，评估数值越大，则表示森林的质量越好。
与现有的森林质量评估方式相比，本发明在获取远离通信基站的森林的环境方面的参数时，在该森林中设置无线传感器节点和具有卫星通信能力的通信中继装置，从而实现了对远离通信基站的森林进行环境方面的参数的实时获取，能够提高对森林质量进行综合评估的效率。
第二个方面，如图2所示，本发明提供了一种基于大数据的森林质量综合评估系统，包括参数获取模块、参数传输模块、指标获取模块、权重获取模块和计算模块；
参数获取模块用于通过无线传感器节点获取需要进行评估的森林区域的环境方面的参数，无线传感器节点用于将环境方面的参数传输至具有卫星通信能力的通信中继装置；
其中，通信中继装置用于将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点；
单任务节点用于获取环境方面的参数，并将环境方面的参数传输至多任务节点；
多任务节点用于将环境方面的参数传输至通信中继装置；
参数传输模块用于通过通信中继装置将环境方面的参数传输至云服务器；
指标获取模块用于从云服务器中获取评估指标，评估指标包括基于环境方面的参数计算得到的环境指标；
权重获取模块用于获取每种类型的评估指标的权重值；
计算模块用于将预设类型的评估指标与对应的权重值相乘，将所有相乘的结果进行求和，得到评估数值。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于大数据的森林质量综合评估方法，其特征在于，包括：
S1，通过无线传感器节点获取需要进行评估的森林区域的环境方面的参数，无线传感器节点用于将环境方面的参数传输至具有卫星通信能力的通信中继装置；
其中，通信中继装置用于将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点；
单任务节点用于获取环境方面的参数，并将环境方面的参数传输至多任务节点；
多任务节点用于将环境方面的参数传输至通信中继装置；
S2，通过通信中继装置将环境方面的参数传输至云服务器；
S3，从云服务器中获取评估指标，评估指标包括基于环境方面的参数计算得到的环境指标；
S4，获取每种类型的评估指标的权重值；
S5，将预设类型的评估指标与对应的权重值相乘，将所有相乘的结果进行求和，得到评估数值；
将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，包括：
S11，判断第i个分类时长是否倒计时结束，若是，进入S12；
S12，用stri和endi分别表示第i个分类时长倒计时开始的时刻和倒计时结束的时刻，则第i+1个分类时长的计算函数为：
Figure FDA0004183339850000011
claduri+1为第i+1个分类时长，bsdur为设定的分类时长的初始值，λ为比例系数，λ∈(0,1)，sentimi为时间段[stri,endi]内，多任务节点的平均发送次数，sentimref为平均发送次数的对比值，dednumi为时间段[stri,endi]内，单任务节点的供能系数，dednumi-1为第i-1个分类时长倒计时开始到倒计时结束的时间段内，单任务节点的供能系数，diff为供能系数的差值标准值；
S13，分别计算每个无线传感器节点的分类参数，基于分类参数将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，得到计算结果；
S14，将计算结果发送至每个无线传感器节点，同时启动时长为claduri+1的倒计时；
分类参数的计算函数为：
Figure FDA0004183339850000021
其中，claidxm为无线传感器节点m的分类参数，g1、g2、g3为设定的权重，powlfm为无线传感器节点m在第i个分类时长是否倒计时结束时的电量，fulpow为无线传感器节点m的最大电量，numneim为处于无线传感器节点m的最大通信半径内的无线传感器节点的数量，mxnm为第一常数参数，eistbm为无线传感器节点m与通信中继装置之间的直线长度，mxes为第二常数参数；
基于分类参数将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，得到计算结果，包括：
S21，获取所有未分类的无线传感器节点中，分类参数最大的无线传感器节点mxwsn；
S22，将mxwsn作为分类节点；
S23,将分类节点存入多任务节点集合mutiset；
S24，获取位于分类节点的最大通信半径内且不属于集合mutiset且不属于集合sigset的无线传感器节点的集合wtdwsn，sigset为单任务节点的集合；
S25，若wtdwsn中的元素的数量大于设定的数量阈值，则将wtdwsn中分类参数最大的无线传感器节点作为新的分类节点，将wtdwsn中除了分类节点之外的其它无线传感器节点存入集合sigset，进入S23；若wtdwsn中的元素的数量小于等于设定的数量阈值，且未分类的无线传感器节点的数量大于0，则进入S21；若wtdwsn中的元素的数量小于等于设定的数量阈值，且未分类的无线传感器节点的数量为0，则进入S26；
S26，对mutiset和sigset进行修正，得到计算结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的森林质量综合评估方法，其特征在于，环境方面的参数包括降雨量、空气湿度和空气温度。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的森林质量综合评估方法，其特征在于，通信中继装置包括电池模块、卫星通信模块和物联网通信模块；
电池模块用于为卫星通信模块和物联网通信模块进行供电；
卫星通信模块用于将环境方面的参数发送至通信卫星，通信卫星用于将环境方面的参数传输至云服务器；
物联网通信模块用于与无线传感器节点进行通信。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的森林质量综合评估方法，其特征在于，评估指标还包括土壤指标和作物指标。
5.根据权利要求4所述的一种基于大数据的森林质量综合评估方法，其特征在于，环境指标的计算函数为：
Figure FDA0004183339850000031
envind为环境指标，envu为所有类型的环境方面的参数的集合，valuej为envu中的元素j的数值，refj为元素j的标准值，wj为元素j的权重值。
6.根据权利要求5所述的一种基于大数据的森林质量综合评估方法，其特征在于，获取每种类型的评估指标的权重值，包括：
对所有类型的评估指标进行主成分分析，获取每种类型的评估指标的权重值。
7.一种基于大数据的森林质量综合评估系统，其特征在于，包括参数获取模块、参数传输模块、指标获取模块、权重获取模块和计算模块；
参数获取模块用于通过无线传感器节点获取需要进行评估的森林区域的环境方面的参数，无线传感器节点用于将环境方面的参数传输至具有卫星通信能力的通信中继装置；
其中，通信中继装置用于将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点；
单任务节点用于获取环境方面的参数，并将环境方面的参数传输至多任务节点；
多任务节点用于将环境方面的参数传输至通信中继装置；
参数传输模块用于通过通信中继装置将环境方面的参数传输至云服务器；
指标获取模块用于从云服务器中获取评估指标，评估指标包括基于环境方面的参数计算得到的环境指标；
权重获取模块用于获取每种类型的评估指标的权重值；
计算模块用于将预设类型的评估指标与对应的权重值相乘，将所有相乘的结果进行求和，得到评估数值；
将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，包括：
S11，判断第i个分类时长是否倒计时结束，若是，进入S12；
S12，用stri和endi分别表示第i个分类时长倒计时开始的时刻和倒计时结束的时刻，则第i+1个分类时长的计算函数为：
Figure FDA0004183339850000041
claduri+1为第i+1个分类时长，bsdur为设定的分类时长的初始值，λ为比例系数，λ∈(0,1)，sentimi为时间段[stri,endi]内，多任务节点的平均发送次数，sentimref为平均发送次数的对比值，dednumi为时间段[stri,endi]内，单任务节点的供能系数，dednumi-1为第i-1个分类时长倒计时开始到倒计时结束的时间段内，单任务节点的供能系数，diff为供能系数的差值标准值；
S13，分别计算每个无线传感器节点的分类参数，基于分类参数将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，得到计算结果；
S14，将计算结果发送至每个无线传感器节点，同时启动时长为claduri+1的倒计时；
分类参数的计算函数为：
Figure FDA0004183339850000042
其中，claidxm为无线传感器节点m的分类参数，g1、g2、g3为设定的权重，powlfm为无线传感器节点m在第i个分类时长是否倒计时结束时的电量，fulpow为无线传感器节点m的最大电量，numneim为处于无线传感器节点m的最大通信半径内的无线传感器节点的数量，mxnm为第一常数参数，eistbm为无线传感器节点m与通信中继装置之间的直线长度，mxes为第二常数参数；
基于分类参数将无线传感器节点分成多任务节点和单任务节点，得到计算结果，包括：
S21，获取所有未分类的无线传感器节点中，分类参数最大的无线传感器节点mxwsn；
S22，将mxwsn作为分类节点；
S23,将分类节点存入多任务节点集合mutiset；
S24，获取位于分类节点的最大通信半径内且不属于集合mutiset且不属于集合sigset的无线传感器节点的集合wtdwsn，sigset为单任务节点的集合；
S25，若wtdwsn中的元素的数量大于设定的数量阈值，则将wtdwsn中分类参数最大的无线传感器节点作为新的分类节点，将wtdwsn中除了分类节点之外的其它无线传感器节点存入集合sigset，进入S23；若wtdwsn中的元素的数量小于等于设定的数量阈值，且未分类的无线传感器节点的数量大于0，则进入S21；若wtdwsn中的元素的数量小于等于设定的数量阈值，且未分类的无线传感器节点的数量为0，则进入S26；
S26，对mutiset和sigset进行修正，得到计算结果。
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