[发明专利]用于退化天然次生林生态修复的智能预警系统及方法

权利要求书

1.用于退化天然次生林生态修复的智能预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、获取当前时间退化天然次生林中的林分信息及地势信息，构建次生林空间模型，所述林分信息包括树种组成、每棵树的树高及相应的位置分布，所述地势信息包括退化天然次生林中的不同位置对应的地面海拔高度；

S2、获取历史数据库中各个树种在受其他树种干扰前后的生长状态数据，分析不同树种之间的干扰状态受树种间距及树种高度差异的影响；

S3、结合次生林空间模型中各棵树对应的位置信息及所处位置的地势信息，分析当前时间退化天然次生林的综合生长干扰影响值；

S4、获取历史数据记录的各个退化天然次生林，分别在不同间隔时长对应综合生长干扰影响值与相应时间实际对应的综合生长干扰影响值之间的差异情况，获取第一调节步长；

S5、结合第一调节步长内退化天然次生林的综合生长干扰情况变化情况，筛选退化天然次生林的疏伐对象，并根据筛选结果对退化天然次生林进行管控预警；

所述S1中构建次生林空间模型的方法包括以下步骤：

S11、获取当前时间退化天然次生林的林分信息及地势信息；

S12、获取退化天然次生林的中心点对应的地面位置，记为参照点，以参照点为原点、以从东至西的方向为x轴正方向、以从南至北的方向为y轴正方向且以从下至上的方向为z轴正方向，构建空间直角坐标系；

S13、获取退化天然次生林中不同地面位置分别对应的空间坐标(x1，y1，z1)，并将所得各个空间坐标分别在空间直角坐标系中进行标记，得到退化天然次生林地势变化模型，

其中，x1表示退化天然次生林中相应地面位置在x轴方向上与参照点的距离差，x1属于实数，y1表示退化天然次生林中相应地面位置在y轴方向上与参照点的距离差，y1属于实数，z1表示退化天然次生林中相应地面位置在z轴方向上与参照点的距离差，即退化天然次生林中相应地面位置对应的海拔高度与参照点对应海拔高度的差值，z1属于实数；

S14、获取退化天然次生林中林分信息的树种组成、每棵树的树高及相应的位置分布，将退化天然次生林的林分信息中第i棵树对应的信息记为(Li，hi，Wi)，所述Li表示退化天然次生林的林分信息中第i棵树对应的树种，所述hi表示退化天然次生林的林分信息中第i棵树对应树高，所述Wi表示退化天然次生林的林分信息中第i棵树与地面接触区域中心点对应的空间坐标，

选取数据库中每个树种对应树高时的树模型，并将所得树模型的底面中心点与Wi重合，直至退化天然次生林中林分信息中所有树分别对应的树模型均添加到退化天然次生林地势变化模型中，得到次生林空间模型；

所述S2中分析不同树种之间的干扰状态受树种间距及树种高度差异的影响的方法包括以下步骤：

S21、获取历史数据库中各个树种在受其他树种干扰前后的生长状态数据，

将历史数据库中树种L在不受其他树种干扰且树高为h的情况下，第一单位时间t1内的高度变化值记为HC_Lh，

将历史数据库中树高为h的树种L在受树高为hN的树种LN干扰时，两者之间的间距为a且树种高度差为h-hN的状态下，树种L在第一单位时间t1内的高度变化值记为HC_{{(L，LN)，h，h-hN，a}}；

S22、获取历史数据库中树高为h的树种L在受树种LN干扰且两者间距为a的情况下，树种LN的树高为hN时对应的生长状态数据对(h-hN，[HC_{{(L，LN)，h，h-hN，a}}-HC_Lh]/HC_Lh)，且HC_Lh≠0；

S23、以o1为原点、以树种高度差为x1轴且以高度变化差占比为y轴，构建平面直角坐标系，并在平面直角坐标系中分别标记出hN为不同值时对应各个生长状态数据对(hN，[HC_{{(L，LN)，h，h-hN，a}}-HC_Lh]/t1)相应的坐标点，通过CurveFitter曲线拟合软件参照函数模型y1＝b1-b2×tansig²(x1+b3)且tansig(x1)＝-1+2/(1+e^-2x1)对平面直角坐标系中标记的坐标点进行拟合，并将拟合结果对应的函数记为树高为h的树种L在受树种LN干扰且两者间距为a的情况下，树种LN的树高与树种L受干扰前后相应的高度变化差占比之间的关系函数，记为G_{{(L，LN)，h，a}}(x1)，所述b1、b2、b3及b4均为函数模型的调节系数；

所述分析当前时间退化天然次生林的综合生长干扰影响值的方法包括以下步骤：

S31、获取退化天然次生林的林分信息中第i棵树对应的信息(Li，hi，Wi)，并计算退化天然次生林中任意两棵树对应空间坐标之间的距离，记为第一距离，将与第i棵树之间第一距离小于等于第一预设值的树汇总到一个空白集合中，得到第i个棵树的干扰树集合，记为Di，干扰树集合中的每个元素对应一棵树的编号；

S32、获取当前时间退化天然次生林中第i棵树受到相应干扰树影响后的生长干扰影响值Ri，

Ri＝(Ri₁×Ri₂×...×Ri_j×...×Ri_MDi)-1，

Ri_j＝G_{(L，LNDij)，h，aDij}}(h+Wi-hNDij-W_Dij)+1，

其中，Ri_j表示当前时间退化天然次生林中第i棵树受到第j棵干扰树影响后的生长干扰影响值，

MDi表示第i个棵树的干扰树集合Di中的元素总个数，

LNDij表示第i个棵树的干扰树集合Di中第j个元素对应的树种类型，

aDij表示退化天然次生林中第i棵树与干扰树集合Di中第j个元素对应干扰树之间的间距，

hNDij表示干扰树集合Di中第j个元素对应的干扰树对应的树高，

W_Dij表示退化天然次生林的林分信息中，干扰树集合Di中第j个元素对应的干扰树与地面接触区域中心点对应的空间坐标；

S33、得到当前时间退化天然次生林的综合生长干扰影响值RZ，RZ＝1/i1×∑_i＝1^i＝i1Ri，

其中，i1表示退化天然次生林中树的总棵数；

所述S4中获取第一调节步长的方法包括以下步骤：

S41、预测退化天然次生林中基于当前时间后续第二单位时间t2时对应综合生长干扰影响值RZt2，所述t2为t1的整数倍；

S42、获取历史数据记录的退化天然次生林在选定参照时间的情况下，选取t2为不同值时，基于参照时间的后续t2时对应综合生长干扰影响值的预测值，并分别获取退化天然次生林中在时间为参照时间加上t2对应的时间点时实际对应的综合生长干扰影响值；

S43、计算参照时间与t2确定的情况下，对应的综合生长干扰影响值的预测值与实际综合生长干扰影响值之间的差值，并将所得差值与第一阈值进行比较，所述第一阈值为数据库中预置的常数，

若t2对应的各个数值中存在t3，使得参照时间与t3确定的情况下，对应的综合生长干扰影响值的预测值与实际综合生长干扰影响值之间的差值小于等于第一阈值，且参照时间与t3+t1确定的情况下，对应的综合生长干扰影响值的预测值与实际综合生长干扰影响值之间的差值大于第一阈值，则判定第一调节步长为t3。