一种草原沙化状况分析监测方法及系统

本发明涉及草原沙化监测，具体为一种草原沙化状况分析监测方法及系统。

背景技术：

1、草原是重要的生态系统之一，具有调节气候、保护水土、维护生物多样性等多种生态功能，然而，由于气候变化、过度放牧、不合理开发利用等因素的影响，部分草原地区出现了沙漠化和土地退化现象，严重威胁到了草原生态系统的稳定性和可持续发展，草原沙化问题日益严重，导致生态环境的恶化。因此，迫切需要对草原沙化状况进行有效的监测和分析，以便采取相应的治理措施，保护草原生态系统。

2、随着遥感技术的快速发展，利用卫星影像、无人机航拍等手段进行大面积、长时间序列的监测成为可能，遥感数据可以提供高分辨率的影像，帮助研究人员实时获取草原沙化的动态变化信息，同时大数据和人工智能技术的发展为草原沙化状况的监测和分析提供了新的手段，通过数据挖掘、机器学习等技术，可以从大量的遥感数据中提取有用的信息，进行沙化程度的预测和趋势分析。然而，遥感数据虽然可以提供广泛的覆盖范围和定期监测能力，但其空间分辨率可能不足以捕捉小尺度的草原沙化过程，尤其是局部化的沙漠化现象，目前常用的监测指标如植被覆盖率、lai等，虽然能够间接反映草原沙化的程度，但这些指标并不总是能够直接准确地反映沙化的细微变化或早期趋势，同时部分监测方法的反馈和分析周期较长，无法提供即时或近实时的沙化监测信息，这在需要紧急干预或灾害预警时显得不足。

3、因此，针对以上问题，亟待需要一种草原沙化状况分析监测方法及系统。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种草原沙化状况分析监测方法及系统，解决了早期草原沙化的细微变化识别困难，部分监测方法的反馈和分析周期长，无法提供即时或近实时的沙化监测信息的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种草原沙化状况分析监测方法，包括以下步骤：选取草原生态系统的三个代表性植物，获取草原监测区域内三个代表性植物的生长数据，对三个代表性植物的生长数据分别按照时间进行排序，形成三个代表性植物的时间序列；识别三个代表性植物时间序列的增减趋势，进而基于三个代表性植物关于草原沙化的影响关系识别草原是否存在沙化趋向；基于识别草原存在沙化趋向的状况，收集草原的历史遥感图像，进而利用历史遥感图像提取历史沙化面积，对历史沙化面积进行分析，获得各个时间段的草原沙化变化量；分别获得三个代表性植物对应各个时间段的生长数据变化量，进而结合各个时间段的草原沙化变化量进行分析，得到三个代表性植物对草原沙化的响应程度因子；实时监测三个代表性植物的生长数据，进而结合三个代表性植物对草原沙化的响应程度因子进行分析，对草原沙化状况进行监测。

3、进一步地，三个代表性植物的具体要求为：植物一在沙化草地中为优势种，在草原沙化时，植物一的数量会增加；植物二和植物三在沙化草地中为劣势种，在草原沙化时，植物二和植物三的数量会减少。

4、进一步地，三个代表性植物的具体选取方式分析为：基于植物多维度特性分析选取草原生态系统的三个代表性植物，植物多维度特性具体包括气候适应特性和群落生态相互影响特性；具体植物多维度特性分析为：识别草原植物种类，进而收集能够反应植物多维度特性的各种类草原植物的多维度特性数据，多维度特性数据具体包括气候适应特性数据和群落生态相互影响特性数据；所述气候适应特性数据具体包括气候适应性指数，所述群落生态相互影响特性数据具体包括种间关联指数；对气候适应特性数据和群落生态相互影响特性数据去纲量取值，进而依据气候适应性指数与植物多维度性能测评值成正比，种间关联指数与植物多维度性能测评值成反比的逻辑，计算得到植物多维度性能测评值，植物多维度性能测评值表示植物受气候与群落生态相互影响程度的反比，用于数值化表示植物对于草原沙化监测的代表能力；依据植物在沙化草地中为优势种或劣势种的关系，将草原植物种类划分为优势种类别和劣势种类别，并分别将优势种类别和劣势种类别草原植物的植物多维度性能测评值进行排序，选择优势种类别草原植物的植物多维度性能测评值最大的植物作为代表性植物中的植物一，选择劣势种类别草原植物的植物多维度性能测评值最大和其次的植物分别作为代表性植物中的植物二和植物三。

5、进一步地，获取草原监测区域内三个代表性植物的生长数据，对三个代表性植物的生长数据分别按照时间进行排序，形成三个代表性植物的时间序列的具体分析为：三个代表性植物的生长数据具体分别为三个代表性植物在草原监测区域内的植株密度；分别对三个代表性植物在草原监测区域内的植株密度按照时间顺序进行整理，进而分别构建三个代表性植物的时间序列，时间序列横轴为时间，纵轴为三个代表性植物在草原监测区域内的植株密度。

6、进一步地，识别三个代表性植物时间序列的增减趋势，进而基于三个代表性植物关于草原沙化的影响关系识别草原是否存在沙化趋向的具体分析为：三个代表性植物关于草原沙化的影响关系具体为三个代表性植物的具体要求，即当：植物一的时间序列呈递增趋势和植物二、植物三的时间序列呈递减趋势时，草原存在沙化趋向。

7、进一步地，三个代表性植物对草原沙化的响应程度因子的具体获取分析为：分别将三个代表性植物对应各个时间段的生长数据变化量与各个时间段的草原沙化变化量进行比对，进而分别取平均值，得到三个代表性植物对草原沙化的响应程度因子，响应程度因子用于量化植物在草原沙化时的响应程度，表示植物生长数据变化与草原沙化程度变化之间的关联性。

8、进一步地，实时监测三个代表性植物的生长数据，进而结合三个代表性植物对草原沙化的响应程度因子进行分析，对草原沙化状况进行监测的具体分析为：获取实时监测的三个代表性植物的生长数据，即三个代表性植物在草原监测区域内的植株密度；分别将三个代表性植物在草原监测区域内的植株密度与对应的响应程度因子进行相乘并取平均值，得到当前草原沙化程度系数，当前草原沙化程度系数用于量化当前草原沙化的变化程度。

9、一种草原沙化状况分析监测系统，应用上述的一种草原沙化状况分析监测方法，包括：代表性植物确定模块，用于选取草原生态系统的三个代表性植物，获取草原监测区域内三个代表性植物的生长数据，对三个代表性植物的生长数据分别按照时间进行排序，形成三个代表性植物的时间序列；沙化趋向确定模块，用于识别三个代表性植物时间序列的增减趋势，进而基于三个代表性植物关于草原沙化的影响关系识别草原是否存在沙化趋向；草原沙化历史分析模块，用于基于识别草原存在沙化趋向的状况，收集草原的历史遥感图像，进而利用历史遥感图像提取历史沙化面积，对历史沙化面积进行分析，获得各个时间段的草原沙化变化量；代表性植物影响关联计算模块，用于分别获得三个代表性植物对应各个时间段的生长数据变化量，进而结合各个时间段的草原沙化变化量进行分析，得到三个代表性植物对草原沙化的响应程度因子；草原沙化实时监测模块，用于实时监测三个代表性植物的生长数据，进而结合三个代表性植物对草原沙化的响应程度因子进行分析，对草原沙化状况进行监测。

10、本发明具有以下有益效果：

11、该一种草原沙化状况分析监测方法及系统，通过选取代表性植物并监测其生长数据，能够较早地识别出草原是否存在沙化趋向，这种早期预警机制为采取必要的保护和恢复措施提供了宝贵的时间，有助于防止沙化问题的进一步恶化；结合了植物生长数据的时间序列分析和历史遥感图像的数据提取，使得对草原沙化状况的分析更加科学和准确；时间序列分析能够揭示植物生长变化的长期趋势，而遥感图像则提供了大范围、高分辨率的地表覆盖信息，两者结合大大提高了监测结果的可靠性；通过计算各个时间段的草原沙化变化量以及代表性植物的生长数据变化量，并进而得出植物对草原沙化的响应程度因子，这一量化评估过程为制定针对性的治理措施提供了科学依据，不同的植物可能对沙化有不同的响应机制，了解这些差异有助于采取更加精准有效的保护策略；实时监测代表性植物的生长数据，并结合其对沙化的响应程度因子进行分析，可以实现对草原沙化状况的动态监测，实时监测机制使得管理部门能够随时掌握草原生态的变化情况，并根据监测结果及时调整保护和管理措施，确保草原生态系统的稳定与可持续；通过有效的沙化状况监测和及时的干预措施，该方法有助于促进草原生态系统的恢复与重建，不仅保护了宝贵的草原资源，还维护了区域生态平衡，为当地社区提供了可持续的生计来源，促进了经济与环境的协调发展。