CN112212801B - 一种固沙灌木构型数据处理*** - Google Patents

一种固沙灌木构型数据处理*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种固沙灌木构型数据处理***，包括信息录入装置、前端数据采集装置和后台处理装置；信息录入装置，用于获取用户录入的预设环境信息；前端数据采集装置，用于对预设在测量场所内的固沙灌木构型进行信息采集，得到构型信息；后台处理装置，用于对构型信息和预设环境信息进行数据分析，得到固沙灌木构型防风固沙的结构指标。能够采集固沙灌木构型和测量场所环境的各个数据，根据构型信息和预设环境信息实现自动数据分析，得到效应信息，提高了测量以及数据分析的效率，并提高了数据的可靠性。

Description

一种固沙灌木构型数据处理***
技术领域
本发明主要涉及固沙灌木构型数据分析技术领域，具体涉及一种固沙灌木构型数据处理***。
背景技术
我国风沙区面积约占陆地总面积的17.93％。风沙危害也是制约我国经济社会均衡、高质量发展的最主要的限制因子，因此控制风沙危害对沙区生态恢复和重建具有深远的意义。长期以来，种植人工植被是减轻风沙危害和改善沙区生态环境最有效的途径，在实践中也取得了很大的成效。然而，构型作为固沙灌木最为直观的物理结构，其与防风固沙效益之间的定量关系长期被忽视。快速、准确量化固沙灌木构型参数是选择和优化防风固沙植被体系的重要前提。
但目前一般是通过人工测量手段以及人工对测量数据进行分析，测量及分析效率低，且未考虑固沙灌木构型受实际环境影响的因素，造成分析数据的不可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种固沙灌木构型数据处理***。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种固沙灌木构型数据处理***，包括信息录入装置、前端数据采集装置和后台处理装置；
所述信息录入装置，用于获取用户录入的预设环境信息；
所述前端数据采集装置，用于对预设在测量场所内的固沙灌木构型进行信息采集，得到构型信息；
所述后台处理装置，用于对所述构型信息和所述预设环境信息进行数据分析，得到所述固沙灌木构型防风固沙的结构指标。
本发明的有益效果是：能够采集固沙灌木构型和测量场所环境的各个数据，根据构型信息和预设环境信息实现自动数据分析，得到效应信息，提高了测量以及数据分析的效率，并提高了数据的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的固沙灌木构型数据处理***的功能部件连接图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的固沙灌木构型数据处理***的功能部件连接图。
如图1所示，一种固沙灌木构型数据处理***，包括信息录入装置、前端数据采集装置和后台处理装置；
所述信息录入装置，用于获取用户录入的预设环境信息；
所述前端数据采集装置，用于对预设在测量场所内的固沙灌木构型进行信息采集，得到构型信息；
所述后台处理装置，用于对所述构型信息和所述预设环境信息进行数据分析，得到所述固沙灌木构型防风固沙的结构指标。
上述实施例中，用户可以录入所需的预设参数，环境模拟装置根据预设参数来模拟户外的风沙环境，能够采集固沙灌木构型和测量场所环境的各个数据，根据构型信息和预设环境信息实现自动数据分析，得到所述固沙灌木构型防风固沙的效应信息，提高了测量以及数据分析的效率，并提高了数据的可靠性。
应理解地，信息录入装置、前端数据采集装置和后台处理装置均内置通信部件，通过通信部件实现各装置之间无线连接。
应理解地，固沙灌木构型包括枝系构型和根系构型，而本发明实际测定的是枝系构型。
上述实施例中，能够采集固沙灌木构型和测量场所环境的各个数据，根据构型信息和预设环境信息实现自动数据分析，得到效应信息，提高了测量以及数据分析的效率，并提高了数据的可靠性。
可选地，作为本发明的一个实施例，还包括环境模拟装置，所述环境模拟装置布设在测量场所内，用于根据所述预设环境信息模拟现场环境。
具体地，所述环境模拟装置包括输沙装置，所述输沙装置包括沙体收纳箱、喷沙口和驱动装置，所述沙体收纳箱内存放有沙体，所述喷沙口设置在所述沙体收纳箱上，所述驱动装置与所述喷沙口的电动阀门电路连接，所述驱动装置根据预设参数中的输沙量开启电动阀门，将砂体从喷沙口喷出。
具体地，所述环境模拟装置还可包括灯光装置，灯光装置用于根据预设环境信息中的光照值模拟户外的日光照明，达到日光照明的效果，更好地模拟户外现场环境。
上述实施例中，能够模拟出户外的环境，能够供研究人员直观的观测固沙灌木构型在户外现场环境的情况。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述前端数据采集装置包括布设在测量场所内的双目立体扫描仪、激光测量尺和前端处理设备；
所述双目立体扫描仪，用于扫描所述固沙灌木构型，得到固沙灌木构型三维图像；
所述激光测量尺，用于测量所述固沙灌木构型的长度、宽度和高度，得到所述固沙灌木构型的实际体形数据；
所述前端处理设备，用于与所述后台处理装置建立无线连接，将所述固沙灌木构型三维图像和所述实际体形数据作为所述构型信息发送至所述后台处理装置中。
上述实施例中，能够对固沙灌木构型进行实物拍摄，得到固沙灌木构型三维图像，并根据激光测量尺测量固沙灌木构型实物的长度、宽度和高度，得到实际的数据。
可选地，作为本发明的一个实施例，
所述后台处理装置，具体用于根据所述固沙灌木构型三维图像和所述实际体形数据得到实际的构型基本信息和实际的枝条疏透度信息；
还用于根据所述实际的构型基本信息计算枝条结构数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标，并根据所述实际的枝条疏透度信息计算枝条透光数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标，并根据所述预设环境信息和所述实际的构型基本信息计算所述固沙灌木构型的体积积沙率。
可选地，作为本发明的一个实施例，
所述后台处理装置中，根据所述固沙灌木构型三维图像和所述实际体形数据得到实际的构型基本信息和实际的枝条疏透度信息的过程包括：
通过预先搭载的图像处理组件将所述固沙灌木构型三维图像的前景与背景分离，通过前景图像得到所述固沙灌木构型对应的构型图像，通过所述构型图像得到所述构型基本信息和所述枝条疏透度信息，其中，所述构型基本信息包括固沙灌木构型的体积、所有枝条的总数、所述固沙灌木构型由上至下各层级的枝条数、各枝条的枝长，各枝条直径、各层级枝条距离地面高度和各层级迎风面宽度，所述枝条疏透度信息包括透光孔总面积和垂直投影总面积；
根据所述实际体形数据得到所述固沙灌木构型与所述构型图像的比例尺，根据所述比例尺得到所述构型图像中与所述固沙灌木构型对应枝条实际的尺寸大小、固沙灌木构型实际的体积和实际的透光孔总面积和垂直投影总面积。
应理解地，各枝条的枝长，各枝条直径、各层级枝条距离地面高度和各层级迎风面宽度都可以通过比例尺进行转换，来得到实际的尺寸大小。
具体地，预先搭载的图像处理组件可为专利号CN201510065105.X，专利名称为《背景建模及前景检测方法》中披露的图形处理方法。
具体地，预先搭载的图像处理组件也可为专利号CN201510785408.9，专利名称为《基于SURF特征的图像物体识别方法》中披露的图形处理方法。
上述实施例中，通过实际体形数据获得比例尺，固沙灌木构型三维图像根据比例尺转换得到实际的固沙灌木构型体积数据和枝条数据，能够实现虚拟数据与真实数据的自动转换。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述后台处理装置中，根据所述实际的构型基本信息计算枝条结构数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标的过程包括：
根据第一式计算所述固沙灌木构型的总体分枝率OBR，所述第一式为：
Figure BDA0002711388430000051
根据第二式计算所述固沙灌木构型的逐步分枝率SBR，所述第二式为：
Figure BDA0002711388430000052
其中，Nt＝∑Ni，为所有枝的总数；Ns为最高级枝条数，N1为第一层级的枝条数，Ni和Ni+1为第i和第i+1层级枝条总数。
上述实施例中，能够根据前面得到的枝条的总数、各层级的枝条数来计算总体分枝率和逐步分枝率，将其作为所述固沙灌木构型防风固沙的效应信息之一。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述后台处理装置中，根据所述实际的构型基本信息计算枝条结构数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标的过程包括：
根据第三式计算所述固沙灌木构型的树冠分维数DF，所述第三式为：
Figure BDA0002711388430000061
其中，K为连续分枝级别枝长之比，且K＜1，R为每一层级分枝数目；根据第四式计算所述固沙灌木构型的分枝分维数SB，所述第四式为：
SB＝C×LBD，
其中，C为比例常数，LB为枝长，D为分形位数。
具体地，分枝分维数SB与枝长LB在双对数坐标下存在线性关系，D为该直线的斜率，InSB＝InC+DInLB，通过回归方程分析就可以求出分形位数D。
上述实施例中，能够根据前面得到的枝长来计算分枝分维数，将其作为所述固沙灌木构型防风固沙的效应信息之一。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述后台处理装置中，根据所述实际的构型基本信息计算枝条结构数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标的过程包括：
根据第五式计算所述固沙灌木构型的平均侧影面积A，所述第五式为：
A＝∑Hi×Wi，
其中，Hi为固沙灌木构型第i层级高度，Wi为第i层级迎风面宽度；
根据第六式计算所述固沙灌木构型的枝条阻挡面宽度Wh，所述第六式为：
Wh＝∑(Bh×d)，
其中，h为固沙灌木构型任意高度，Bh为h高度处固沙灌木构型直径为d的枝条数，d为枝条直径。
上述实施例中，能够根据前面得到的枝长来计算分枝分维数，将其作为所述固沙灌木构型防风固沙的效应信息之一。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述后台处理装置中，根据所述实际的枝条疏透度信息计算枝条结构数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标的过程包括：
根据第七式计算所述固沙灌木构型的疏透度β，所述第七式为：
Figure BDA0002711388430000071
其中，S1为固沙灌木构型透光孔隙总面积，St为固沙灌木构型垂直投影总面积。
上述实施例中，能够根据前面得到的透光孔总面积和垂直投影总面积来计算疏透度，将其作为所述固沙灌木构型防风固沙的效应信息之一。
可选地，作为本发明的一个实施例，
所述后台处理装置中，根据所述预设环境信息和所述实际的构型基本信息计算所述固沙灌木构型的体积积沙率的过程包括：
从所述预设环境信息中获取每分钟输沙量；
根据第八式计算体积积沙率Qt，所述第八式为：
Figure BDA0002711388430000072
其中，qt为时间t内的积沙体积，qt＝q×t，其中，q为每分钟输沙量，Vt为固沙灌木构型的体积。
上述实施例中，能够根据前面得到的实际的积沙体积和固沙灌木构型的体积计算体积积沙率，将其作为所述固沙灌木构型防风固沙的效应信息之一，考虑了环境中受沙尘影响的因素，使分析数据更为准确。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种固沙灌木构型数据处理***，其特征在于，包括信息录入装置、前端数据采集装置和后台处理装置；
所述信息录入装置，用于获取用户录入的预设环境信息；
所述前端数据采集装置，用于对预设在测量场所内的固沙灌木构型进行信息采集，得到构型信息；
所述后台处理装置，用于对所述构型信息和所述预设环境信息进行数据分析，得到所述固沙灌木构型防风固沙的结构指标；
所述前端数据采集装置包括布设在测量场所内的双目立体扫描仪、激光测量尺和前端处理设备；
所述双目立体扫描仪，用于扫描所述固沙灌木构型，得到固沙灌木构型三维图像；
所述激光测量尺，用于测量所述固沙灌木构型的长度、宽度和高度，得到所述固沙灌木构型的实际体形数据；
所述前端处理设备，用于与所述后台处理装置建立无线连接，将所述固沙灌木构型三维图像和所述实际体形数据作为所述构型信息发送至所述后台处理装置中；
所述后台处理装置，具体用于根据所述固沙灌木构型三维图像和所述实际体形数据得到实际的构型基本信息和实际的枝条疏透度信息；
还用于根据所述实际的构型基本信息计算枝条结构数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标，并根据所述实际的枝条疏透度信息计算枝条透光数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标，并根据所述预设环境信息和所述实际的构型基本信息计算所述固沙灌木构型的体积积沙率。
2.根据权利要求1所述的固沙灌木构型数据处理***，其特征在于，所述后台处理装置中，根据所述固沙灌木构型三维图像和所述实际体形数据得到实际的构型基本信息和实际的枝条疏透度信息的过程包括：
通过预先搭载的图像处理组件将所述固沙灌木构型三维图像的前景与背景分离，通过前景图像得到所述固沙灌木构型对应的构型图像，通过所述构型图像得到所述构型基本信息和所述枝条疏透度信息，其中，所述构型基本信息包括固沙灌木构型的体积、所有枝条的总数、所述固沙灌木构型由上至下各层级的枝条数、各枝条的枝长，各枝条直径、各层级枝条距离地面高度和各层级迎风面宽度，所述枝条疏透度信息包括透光孔总面积和垂直投影总面积；
根据所述实际体形数据得到所述固沙灌木构型与所述构型图像的比例尺，根据所述比例尺得到所述构型图像中与所述固沙灌木构型对应枝条实际的尺寸大小和固沙灌木构型实际的体积以及实际的透光孔总面积和垂直投影总面积。
3.根据权利要求2所述的固沙灌木构型数据处理***，其特征在于，所述后台处理装置中，根据所述实际的构型基本信息计算枝条结构数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标的过程包括：
根据第一式计算所述固沙灌木构型的总体分枝率OBR，所述第一式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
根据第二式计算所述固沙灌木构型的逐步分枝率SBR，所述第二式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，为所有枝的总数；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为最高级枝条数，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为第一层级的枝条数，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为第i和第i+1层级枝条总数。
4.根据权利要求2所述的固沙灌木构型数据处理***，其特征在于，所述后台处理装置中，根据所述实际的构型基本信息计算枝条结构数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标的过程包括：
根据第三式计算所述固沙灌木构型的树冠分维数DF，所述第三式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，K为连续分枝级别枝长之比，且K＜1，R为每一层级分枝数目；
根据第四式计算所述固沙灌木构型的分枝分维数SB，所述第四式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，
其中，C为比例常数，LB为枝长，D为分形位数。
5.根据权利要求2所述的固沙灌木构型数据处理***，其特征在于，所述后台处理装置中，根据所述实际的构型基本信息计算枝条结构数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标的过程包括：
根据第五式计算所述固沙灌木构型的平均侧影面积A，所述第五式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为固沙灌木构型第i层级高度，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为第i层级迎风面宽度；
根据第六式计算所述固沙灌木构型的枝条阻挡面宽度Wh，所述第六式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，
其中，h为固沙灌木构型任意高度，Bh为h高度处固沙灌木构型直径为d的枝条数，d为枝条直径。
6.根据权利要求1所述的固沙灌木构型数据处理***，其特征在于，所述后台处理装置中，根据所述实际的枝条疏透度信息计算枝条透光数据，得到所述固沙灌木构型的结构指标的过程包括：
根据第七式计算所述固沙灌木构型的疏透度β，所述第七式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，
其中，S1为固沙灌木构型透光孔隙总面积，St为固沙灌木构型垂直投影总面积。
7.根据权利要求2所述的固沙灌木构型数据处理***，其特征在于，所述后台处理装置中，根据所述预设环境信息和所述实际的构型基本信息计算所述固沙灌木构型的体积积沙率的过程包括：
从所述预设环境信息中获取每分钟输沙量；
根据第八式计算体积积沙率Qt，所述第八式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，qt为时间t内的积沙体积，qt=q×t，其中，q为每分钟输沙量， Vt为固沙灌木构型的体积。
8.根据权利要求1至7任一项所述的固沙灌木构型数据处理***，其特征在于，还包括环境模拟装置，所述环境模拟装置布设在测量场所内，用于根据所述预设环境信息模拟现场环境。
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