本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理，具體為一種高寒草地退化監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、草地退化指的是草地生產(chǎn)力下降、植被結(jié)構(gòu)改變、土壤質(zhì)量下降等現(xiàn)象，導(dǎo)致草地功能減弱、生物多樣性減少，甚至草地演變?yōu)樯衬蚵愕亍?/p>

2、當(dāng)前遙感技術(shù)在草地退化監(jiān)測(cè)中具有廣泛應(yīng)用前景，可以提供大范圍、全時(shí)段的數(shù)據(jù)獲取能力，然而，在高寒地區(qū)使用遙感設(shè)備獲取數(shù)據(jù)時(shí)，由于高寒地區(qū)的氣象海拔因素，例如雪被覆蓋、大氣干擾、地形復(fù)雜，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差，進(jìn)而造成草地退化預(yù)測(cè)的不精準(zhǔn)性。

3、另一方面，高寒地區(qū)的草地退化問(wèn)題與放牧和生態(tài)平衡密切相關(guān)，地面數(shù)據(jù)有望提供草地利用情況、草地生態(tài)狀況等重要信息，而結(jié)合遙感數(shù)據(jù)可以更全面地分析和預(yù)測(cè)草地退化的趨勢(shì)。因此，結(jié)合多方數(shù)據(jù)源，綜合分析和預(yù)測(cè)草地退化情況，有望提高高寒區(qū)草地退化監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，為草地資源管理和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

4、因此，針對(duì)以上問(wèn)題，亟待需要一種高寒草地退化監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高寒草地退化監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，解決了高寒地區(qū)遙感設(shè)備存在檢測(cè)誤差導(dǎo)致草地監(jiān)測(cè)不精準(zhǔn)、同時(shí)缺乏多方數(shù)據(jù)源對(duì)高寒草地退化進(jìn)行預(yù)測(cè)的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：基于高寒草地各監(jiān)測(cè)區(qū)域的高寒草地的區(qū)域地面數(shù)據(jù)與高寒草地歷史區(qū)域地面總體數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析，根據(jù)各監(jiān)測(cè)區(qū)域的高寒草地的區(qū)域地面數(shù)據(jù)與高寒草地歷史區(qū)域地面總體數(shù)據(jù)相似度從大到小依次對(duì)高寒草地的各監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行編號(hào)；

3、對(duì)高寒草地的多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域通過(guò)蒙特卡羅算法確定各監(jiān)測(cè)區(qū)域中最優(yōu)的監(jiān)測(cè)區(qū)域數(shù)量，并根據(jù)各監(jiān)測(cè)區(qū)域與高寒草地歷史區(qū)域地面總體數(shù)據(jù)相似度按大小依次選擇監(jiān)測(cè)區(qū)域作為選中監(jiān)測(cè)區(qū)域，并進(jìn)行監(jiān)測(cè)獲得選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)；

4、基于高寒地區(qū)的氣象海拔因素，對(duì)多個(gè)遙感設(shè)備的數(shù)據(jù)采集情況進(jìn)行分析，選擇高寒草地的第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)，并結(jié)合選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)評(píng)估監(jiān)測(cè)區(qū)域的草地退化狀況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)高寒草地退化的預(yù)測(cè)；

5、監(jiān)測(cè)區(qū)域包括放牧監(jiān)測(cè)區(qū)域與鼠洞監(jiān)測(cè)區(qū)域。

6、進(jìn)一步地，所述確定高寒地區(qū)的放牧選中監(jiān)測(cè)區(qū)域與鼠洞選中監(jiān)測(cè)區(qū)域的具體分析為：依據(jù)地理位置坐標(biāo)對(duì)高寒草地進(jìn)行區(qū)域劃分及編號(hào)：agh1,agh2,agh3,...,aghn；基于高寒草地的數(shù)據(jù)庫(kù)提取歷史的各監(jiān)測(cè)區(qū)域的放牧監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與鼠洞監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)放牧監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與鼠洞監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及特征提取，分別獲得各監(jiān)測(cè)區(qū)域的放牧特征數(shù)據(jù)集合與鼠洞特征數(shù)據(jù)集合，進(jìn)一步獲得各監(jiān)測(cè)區(qū)域的放牧特征數(shù)據(jù)均值與鼠洞特征數(shù)據(jù)均值；基于高寒草地的數(shù)據(jù)庫(kù)提取高寒草地歷史區(qū)域地面數(shù)據(jù)，歷史地面數(shù)據(jù)包括高寒草地的歷史放牧總體數(shù)據(jù)與歷史鼠洞總體數(shù)據(jù)，對(duì)歷史放牧總體數(shù)據(jù)與歷史鼠洞總體數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及特征提取，分別獲得高寒草地的歷史放牧總體特征數(shù)據(jù)集合與歷史鼠洞總體特征數(shù)據(jù)集合，進(jìn)一步獲得高寒草地的歷史放牧總體特征數(shù)據(jù)均值與歷史鼠洞總體特征數(shù)據(jù)均值；基于歐式距離分別對(duì)各監(jiān)測(cè)區(qū)域的放牧特征數(shù)據(jù)均值、鼠洞特征數(shù)據(jù)均值與高寒草地的歷史放牧總體特征數(shù)據(jù)均值、歷史鼠洞總體特征數(shù)據(jù)均值進(jìn)行聚類，依據(jù)相似性數(shù)值大小對(duì)各監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行重新編號(hào)：agh1’,agh2’,agh3’,...,aghn’；基于蒙特卡羅采樣算法確定高寒地區(qū)的最優(yōu)區(qū)域采樣數(shù)量，進(jìn)而依據(jù)編號(hào)排序標(biāo)記高寒草地的選中監(jiān)測(cè)區(qū)域，選中監(jiān)測(cè)區(qū)域包括放牧選中監(jiān)測(cè)區(qū)域與鼠洞選中監(jiān)測(cè)區(qū)域。

7、進(jìn)一步地，各選中監(jiān)測(cè)區(qū)域的放牧特征數(shù)據(jù)集合具體為各選中監(jiān)測(cè)區(qū)域的放牧增長(zhǎng)率集合；各選中監(jiān)測(cè)區(qū)域的鼠洞特征數(shù)據(jù)集合具體為各選中監(jiān)測(cè)區(qū)域的鼠洞數(shù)量減少率集合。

8、進(jìn)一步地，采樣選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)具體包括放牧選中監(jiān)測(cè)區(qū)域的放牧監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、鼠洞選中監(jiān)測(cè)區(qū)域的鼠洞監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；放牧監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具體為放牧牲畜數(shù)量。

9、進(jìn)一步地，所述選擇高寒草地的第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)的具體分析為：高寒地區(qū)的氣象海拔因素具體包括高寒地區(qū)的最高海拔、最高風(fēng)速、最低溫度；對(duì)高寒地區(qū)的最高海拔、最高風(fēng)速、最低溫度進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而確定最小支持閾值，對(duì)高寒地區(qū)遙感設(shè)備進(jìn)行編號(hào)，并基于數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的遙感設(shè)備歷史數(shù)據(jù)采集情況獲得各個(gè)遙感設(shè)備的數(shù)據(jù)采集信息，各個(gè)遙感設(shè)備的數(shù)據(jù)采集信息具體包括各個(gè)遙感設(shè)備的最優(yōu)適應(yīng)海拔、最優(yōu)適應(yīng)風(fēng)速、最優(yōu)適應(yīng)溫度；基于對(duì)各個(gè)遙感設(shè)備的最優(yōu)適應(yīng)海拔、最優(yōu)適應(yīng)風(fēng)速、最優(yōu)適應(yīng)溫度與高寒地區(qū)的最高海拔、最高風(fēng)速、最低溫度進(jìn)行置信度與支持度分析，基于置信度與支持度綜合排名最優(yōu)的遙感設(shè)備作為高寒草地的第一順位遙感設(shè)備，高寒草地的第一順位遙感設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)。

10、進(jìn)一步地，所述獲得各個(gè)遙感設(shè)備的數(shù)據(jù)采集信息的具體分析過(guò)程為：基于數(shù)據(jù)庫(kù)中收集各個(gè)遙感設(shè)備歷史數(shù)據(jù)，包括設(shè)備工作環(huán)境參數(shù)和采集到的數(shù)據(jù)；根據(jù)遙感設(shè)備的海拔、溫度和風(fēng)速的參數(shù)目標(biāo)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，保留在參數(shù)目標(biāo)需求下工作環(huán)境參數(shù)及對(duì)應(yīng)采集到的數(shù)據(jù)；對(duì)保留的參數(shù)目標(biāo)需求下工作環(huán)境參數(shù)及對(duì)應(yīng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，選取各個(gè)遙感設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)誤差最小的工作環(huán)境參數(shù)作為各個(gè)遙感設(shè)備的數(shù)據(jù)采集信息。

11、進(jìn)一步地，所述實(shí)現(xiàn)對(duì)高寒草地退化的預(yù)測(cè)的具體分析為：獲取第一順位遙感設(shè)備與選中監(jiān)測(cè)區(qū)域各監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)的第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)與采樣選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)；利用時(shí)間序列模型對(duì)第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)與選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，對(duì)選中監(jiān)測(cè)區(qū)域未來(lái)的植被覆蓋度進(jìn)行預(yù)測(cè)，綜合平均各個(gè)采樣區(qū)域未來(lái)預(yù)測(cè)的植被覆蓋度，獲得高寒草地的退化預(yù)測(cè)系數(shù)，所述高寒草地的退化預(yù)測(cè)系數(shù)用于量化高寒草地的退化預(yù)測(cè)狀況。

12、進(jìn)一步地，時(shí)間序列模型采用arimax模型，通過(guò)時(shí)間序列模型對(duì)第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)與采樣選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析的具體步驟分析為：獲取第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)和采樣選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)作為預(yù)測(cè)用數(shù)據(jù)，并對(duì)第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)和采樣選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和預(yù)處理；建立arimax模型，利用高寒草地的歷史遙感數(shù)據(jù)與歷史地面數(shù)據(jù)對(duì)arimax模型進(jìn)行最大似然估計(jì)擬合，估計(jì)模型參數(shù)；利用殘差分析法對(duì)擬合后的arimax模型進(jìn)行診斷，檢查模型的殘差是否符合白噪聲假設(shè)；使用擬合好的arimax模型對(duì)未來(lái)高寒草地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

13、進(jìn)一步地，第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)具體包括植被覆蓋度，arimax模型中外生變量包括放牧牲畜數(shù)量、鼠洞數(shù)量，arimax模型公式為：

14、yt＝β0+β1yt-1+α1δyt-1+γ1εt+γ2εt-1+γ3θt+γ4θt-1+εt；式中，yt表示時(shí)間點(diǎn)t的植被覆蓋度，yt-1表示植被覆蓋度的一個(gè)滯后項(xiàng)，δyt-1表示植被覆蓋度的一個(gè)差分項(xiàng)，εt表示時(shí)間點(diǎn)t的放牧牲畜數(shù)量，εt-1表示放牧牲畜數(shù)量的一個(gè)差分項(xiàng)，θt示時(shí)間點(diǎn)t的鼠洞數(shù)量，θt-1表示鼠洞數(shù)量的一個(gè)差分項(xiàng)，β0、β1表示自回歸部分的系數(shù)，表示植被覆蓋度的自相關(guān)性，α1表示差分部分的系數(shù)，表示植被覆蓋度的平穩(wěn)性，γ1、γ2、γ3、γ4表示外生變量的系數(shù)，表示放牧數(shù)量和鼠洞數(shù)量對(duì)植被覆蓋度的影響，εt表示arimax模型的誤差項(xiàng)，表示arimax模型無(wú)法解釋的隨機(jī)波動(dòng)。

15、一種高寒草地退化監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用上述的一種高寒草地退化監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法，包括：選中監(jiān)測(cè)區(qū)域模塊，用于基于高寒草地各選中監(jiān)測(cè)區(qū)域的放牧監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與鼠洞監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與高寒草地歷史區(qū)域地面數(shù)據(jù)分析，確定高寒草地的放牧選中監(jiān)測(cè)區(qū)域與鼠洞選中監(jiān)測(cè)區(qū)域；地面數(shù)據(jù)獲取模塊，用于對(duì)高寒草地的放牧選中監(jiān)測(cè)區(qū)域與鼠洞選中監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)獲得采樣選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)；退化預(yù)測(cè)模塊，用于基于高寒地區(qū)的氣象海拔因素，對(duì)多個(gè)遙感設(shè)備的數(shù)據(jù)采集情況進(jìn)行分析，選擇高寒草地的第一順位遙感代表性數(shù)據(jù)，并結(jié)合采樣選中監(jiān)測(cè)區(qū)域地面數(shù)據(jù)評(píng)估采樣選中監(jiān)測(cè)區(qū)域的草地是否退化及其退化程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)高寒草地退化的預(yù)測(cè)。

16、本發(fā)明具有以下有益效果：

17、(1)該高寒草地退化監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，通過(guò)結(jié)合高寒草地的放牧監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、鼠洞監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史地面數(shù)據(jù)，以及氣象和海拔因素的分析，能夠提供更加精準(zhǔn)和可靠的監(jiān)測(cè)結(jié)果，數(shù)據(jù)的綜合利用可以提高對(duì)高寒草地退化情況的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度，有助于及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)的管理措施；考慮多個(gè)方面的因素，包括放牧情況、鼠洞的狀況以及氣象和海拔等環(huán)境因素，綜合考慮了影響高寒草地退化的各種因素，因此能夠更全面地評(píng)估草地的健康狀況和潛在的退化風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)采用遙感數(shù)據(jù)和地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，以及對(duì)氣象和海拔因素的分析，該方法具有科學(xué)性，可以提高監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)的可信度，使其成為科學(xué)管理高寒草地的重要工具；通過(guò)結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和環(huán)境因素，進(jìn)行高寒草地退化的預(yù)測(cè)。這種預(yù)測(cè)性可以幫助相關(guān)部門和管理者及早采取措施，防止高寒草地的進(jìn)一步退化，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

18、(2)該高寒草地退化監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，預(yù)測(cè)未來(lái)植被覆蓋度可以幫助生態(tài)環(huán)境管理者更好地了解和預(yù)測(cè)高寒草地的生態(tài)系統(tǒng)變化，有助于及早發(fā)現(xiàn)植被退化或生態(tài)平衡失衡的跡象，并采取相應(yīng)的管理措施，以保護(hù)和維護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)的健康，通過(guò)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)植被覆蓋度，可以更好地規(guī)劃放牧活動(dòng)，如果預(yù)測(cè)顯示植被覆蓋度下降，管理者可以及時(shí)調(diào)整放牧策略，避免過(guò)度放牧導(dǎo)致草地退化，有助于實(shí)現(xiàn)放牧活動(dòng)的可持續(xù)性，同時(shí)保護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)的完整性；基于植被覆蓋度的預(yù)測(cè)，可以更好地分配資源、制定政策和規(guī)劃項(xiàng)目，以促進(jìn)草地管理和保護(hù)的有效實(shí)施；運(yùn)用時(shí)間序列分析和植被覆蓋度預(yù)測(cè)可以為科學(xué)研究和教育提供重要的數(shù)據(jù)和案例，有助于增進(jìn)對(duì)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的理解，促進(jìn)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展和教育資源的豐富。

19、當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。