一种河流缓冲带土壤修复反馈系统及修复方法技术方案

本发明专利技术属于土壤修复领域，具体涉及一种河流缓冲带土壤修复反馈系统及修复方法，系统包括：综合土壤墒情初始数据采集子系统，无人机多光谱遥感评估子系统其由影像采集单元和位于中央计算站内的数据储存单元构成，气象信息感知子系统，土壤墒情综合感知子系统，无线物联网通讯网关，中央计算站，结果反馈子系统。方法为根据各时期数据通过实时可视化显示土壤修复效果，将预警等级与建议管理方案反馈给管理部门，从而达到系统治理和预防的目的。本发明专利技术尤其针对寒冷地区小流域河流建立湿地缓冲带，进行土壤修复的动态治理体系，解决了小流域河流部分水生态系统退化的问题。域河流部分水生态系统退化的问题。域河流部分水生态系统退化的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种河流缓冲带土壤修复反馈系统及修复方法


[0001]本专利技术属于土壤修复领域，具体涉及一种河流缓冲带土壤修复反馈系统及修复方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济发展，人类对河流生态系统的干扰越来越强，农业和城市扩张加剧了自然河岸土壤以及植被的破坏，导致了河流水生态系统退化。发达国家的实践表明，河湖生态缓冲带具有多重生态服务功能，是控制非点源污染的最佳管理措施之一，也是新时期稳土质、提水质、优生态的必然选择和方向。河流缓冲带作为河流生态系统的重要组成部分，是两栖动物、陆生动物和水生动物共同的栖息家园，保护和修复被破坏的土壤和植被刻不容缓。要想实现缓冲带生态环境快速、有效的修复，首先要做好土壤环境监测。通过对土壤理化性质实时精准的分析，为土壤环境治理和预防提供参考依据。但是缓冲带的土壤问题多，成因复杂，想要对土壤状况进行分析，需要从很多方面进行调查，是一个十分复杂和困难的过程，急需采用系统的监测技术时刻监测土壤的环境，依据获取的数据做出快速准确的判断，制定合理的修复方案。
[0003]专利号CN110456026A公开了一种土壤墒情监测方法及装置。所述方法包括接收由监测站发送的土壤监测数据，并根据时间顺序依次存入数据库中；若监测到数据库中新增的土壤监测数据，则根据源于所述监测站的土壤监测数据和质量控制模型，确定新增的土壤监测数据的墒情数据是否正常；若不正常，则根据源于所述监测站早于所述新增的监测数据的土壤监测数据，以及校正插补模型，得到校正的墒情数据更新所述新增的土壤监测数据。
[0004]专利号CN208766170U公布了一种土壤监测管理系统，其特征在于，其包括土壤监测模块、主控模块和云接入模块，所述土壤监测模块用于测定土壤中目标物质的含量，所述主控模块用于监测、控制土壤监测模块工作并计算生成待测土壤中目标物质的单位体积含量值；所述云接入模块实时监测土壤监测模块和主控模块的运行状态信息并将监测到的所述运行状态信息通过网络传输至云服务器，以及通过网络接收云服务器下发的用户指令并对应控制土壤监测模块、主控模块工作。具有方便大规模部署和应用各种土壤检测仪器，提高环境监管的力度和增加土壤肥力的作用。
[0005]专利号CN208766170U提供了一种土壤监测管理系统，包括后台服务器、用户终端、土壤监测模块、无线通讯模块、后台服务器、用户终端和土壤监测模块通讯、供电模块。采用远程监控技术，将影响土壤肥力的四要素：温度、湿度、PH值和重金属进行有效地数据采集，采集后的数据传输至后台服务器，然后通过后台服务器反馈至用户终端，工人在用户终端上即可实时查看土壤的监测情况。
[0006]现有的土壤监测治理技术主要存在以下问题：1、一方面现有管理与保护手段多针对大中型河流，对小流域河流重视不足；另一方面就重要程度而言，处于河流上游较小支流的河岸带往往是最需要保护的，在溪流和沟
谷边缘一定要全部设置缓冲带。
[0007]2、现状研究多为定性研究，缺少定量分析，没有足够的数据支撑实践，使得修复效果大打折扣。
[0008]3、有关的信息系统主要以管理为主，对土壤空间数据的关注程度不够，系统主要的功能基本上只是为用户提供查询、检索和数据下载，缺少对土壤数据的综合分析能力，尤其是针对土壤空间数据的分析能力不足，无法对土壤修复提供有利的分析决策与技术支持。
[0009]4、修复后的效果以及后续管理不足，缺少实时反馈与措施指导。

技术实现思路

[0010]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种河流缓冲带土壤修复反馈系统及修复方法，尤其针对寒冷地区小流域河流建立湿地缓冲带，进行土壤修复的动态治理体系，解决了小流域河流部分水生态系统退化的问题。
[0011]本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供了一种河流缓冲带土壤修复反馈系统，包括：综合土壤墒情初始数据采集子系统，用于获得目标地区修复前的综合土壤墒情数据；无人机多光谱遥感评估子系统，其由影像采集单元和位于中央计算站内的数据储存单元构成，用于在全域时空层次评估修复后植物生长指数；气象信息感知子系统，用于连续获取当地小气候实时数据；土壤墒情综合感知子系统，用于自动连续监测修复后缓冲带的综合土壤墒情指标；无线物联网通讯网关，用于数据协议转换并传输数据；中央计算站，包括决策分析子系统，根据综合土壤墒情初始数据采集子系统、影像采集单元、气象信息感知子系统、土壤墒情综合感知子系统采集到的数据，通过决策算法显示预警等级，并提出土壤修复管理方案；以及结果反馈子系统，用于将预警等级与土壤修复管理方案反馈给管理部门。
[0012]进一步地，所述综合土壤墒情初始数据采集子系统和影像采集单元的数据分别输送给数据储存单元，所述气象信息感知子系统和土壤墒情综合感知子系统分别通过无线物联网通讯网关将数据传输给数据储存单元，所述决策分析子系统与数据储存单元电连接，决策分析子系统将数据储存单元的数据分析后得出预警等级与土壤修复管理方案并将其存储在数据储存单元内，反馈子系统的输入端与数据储存单元的第一输出端连接。
[0013]进一步地，综合土壤墒情初始数据采集子系统为手持土壤测量仪；所述影像采集单元由多旋翼无人机精灵4多光谱版遥感信息系统和D
‑
RTK2高精度GNSS移动站构成。
[0014]进一步地，所述气象信息感知子系统集成了风速风向传感器、湿度传感器、温度传感器、光学雨量传感器、光照传感器、二氧化氮传感器和二氧化硫传感器；所述土壤墒情综合感知子系统集成了土壤水分传感器、土壤水势传感器、土壤温度传感器、土壤EC值传感器、土壤氮磷钾传感器和土壤PH传感器。
[0015]进一步地，所述决策分析子系统包括分析算法模块和控制决策模块，分析算法模块的输出端与控制决策模块的输入端电连接，所述控制决策模块的输出端与数据储存单元电连接，所述分析算法模块的输入端与数据储存单元的第二输出端电连接；所述结果反馈子系统为PC客户端和手机客户端中的一种或两种。
[0016]本专利技术提供了一种河流缓冲带土壤修复方法，采用如下步骤：步骤S1，划定待修复的土壤区域作为修复区；步骤S2，确定修复区内缓冲带宽度；步骤S3，设置缓冲带分区，分别为一区、二区和三区；步骤S4，通过综合土壤墒情初始数据采集子系统采集修复前的综合土壤墒情数据；步骤S5，通过气象信息感知子系统获取当地小气候实时数据；步骤S6，依据S4确定土壤修复类型和修复目标，确定各指标理想状况下变化趋势及其取值范围；步骤S7，依据土壤修复类型的要求对缓冲带进行地形设计；步骤S8，依据土壤修复类型的要求进行土壤改良方案设计，根据污染情况采取措施，所述措施包括更换土壤、接种外源降解微生物、植物修复以及添加营养元素。
[0017]步骤S9，依据土壤修复类型的要求及缓冲带分区进行植物配置设计；步骤S10，通过无人机多光谱遥感评估子系统采集数据，在全域时空层次评估修复后植物生长指数；步骤S11，通过土壤墒情综合感知子系统获取综合土壤墒情数据；步骤S12，步骤S11采集的数据形成数据集Y，所述数据集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河流缓冲带土壤修复反馈系统，其特征在于，包括：综合土壤墒情初始数据采集子系统（1），用于获得目标地区修复前的综合土壤墒情数据；无人机多光谱遥感评估子系统（2），其由影像采集单元（21）和位于中央计算站（6）内的数据储存单元（22）构成，用于在全域时空层次评估修复后植物生长指数；气象信息感知子系统（3），用于连续获取当地小气候实时数据；土壤墒情综合感知子系统（4），用于自动连续监测修复后缓冲带的综合土壤墒情指标；无线物联网通讯网关（5），用于数据协议转换并传输数据；中央计算站（6），包括决策分析子系统（7），根据综合土壤墒情初始数据采集子系统（1）、影像采集单元（21）、气象信息感知子系统（3）、土壤墒情综合感知子系统（4）采集到的数据，通过决策算法显示预警等级，并提出土壤修复管理方案；以及结果反馈子系统（8），用于将预警等级与土壤修复管理方案反馈给管理部门。2.根据权利要求1所述的一种河流缓冲带土壤修复反馈系统，其特征在于，所述综合土壤墒情初始数据采集子系统（1）和影像采集单元（21）的数据分别输送给数据储存单元（22），所述气象信息感知子系统（3）和土壤墒情综合感知子系统（4）分别通过无线物联网通讯网关（5）将数据传输给数据储存单元（22），所述决策分析子系统（7）与数据储存单元（22）电连接，决策分析子系统（7）将数据储存单元（22）的数据分析后得出预警等级与土壤修复管理方案并将其存储在数据储存单元（22）内，反馈子系统（8）的输入端与数据储存单元（22）的第一输出端连接。3.根据权利要求1所述的一种河流缓冲带土壤修复反馈系统，其特征在于，综合土壤墒情初始数据采集子系统（1）为手持土壤测量仪（11）；所述影像采集单元（21）由多旋翼无人机精灵4多光谱版遥感信息系统和D
‑
RTK2高精度GNSS移动站构成。4.根据权利要求1所述的一种河流缓冲带土壤修复反馈系统，其特征在于，所述气象信息感知子系统（3）集成了风速风向传感器（31）、湿度传感器（32）、温度传感器（33）、光学雨量传感器（34）、光照传感器（35）、二氧化氮传感器（36）和二氧化硫传感器（37）；所述土壤墒情综合感知子系统（4）集成了土壤水分传感器（41）、土壤水势传感器（42）、土壤温度传感器（43）、土壤EC值传感器（44）、土壤氮磷钾传感器（45）和土壤PH传感器（46）。5.根据权利要求1所述的一种河流缓冲带土壤修复反馈系统，其特征在于，所述决策分析子系统（7）包括分析算法模块（71）和控制决策模块（72），分析算法模块（71）的输出端与控制决策模块（72）的输入端电连接，所述控制决策模块（72）的输出端与数据储存单元（22）电连接，所述分析算法模块（71）的输入端与数据储存单元（22）的第二输出端电连接；所述结果反馈子系统（8）为PC客户端（81）和手机客户端（82）中的一种或两种。6.一种河流缓冲带土壤修复方法，其特征在于，采用如下步骤：步骤S1，划定待修复的土壤区域作为修复区；步骤S2，确定修复区内缓冲带宽度；步骤S3，设置缓冲带分区，分别为一区、二区和三区；步骤S4，通过综合土壤墒情初始数据采集子系统（1）采集修复前的综合土壤墒情数据；步骤S5，通过气象信息感知子系统（3）获取当地小气候实时数据；步骤S6，依据S4确定土壤修复类型和修复目标，确定各指标理想状况下变化趋势及其取值范围；
步骤S7，依据土壤修复类型的要求对缓冲带进行地形设计；步骤S8，依据土壤修复类型的要求进行土壤改良方案设计，根据污染情况采取措施，所述措施包括更换土壤、接种外源降解微生物、植物修复以及添加营养元素；步骤S9，依据土壤修复类型的要求及缓冲带分区进行植物配置设计；步骤S10，通过无人机多光谱遥感评估子系统（2）采集数据，在全域时空层次评估修复后植物生长指数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海明，薛蕊，曹胜昔，解旭东，宋志永，郜鹏，张涛，孟凤，杨家牧，
申请(专利权)人：北方工程设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：