本發(fā)明涉及環(huán)境工程，尤其涉及一種確定滯塵林防護(hù)密度的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、滯塵林，作為一種有效的生態(tài)工程手段，通過植被覆蓋吸收和阻滯空氣中的顆粒物，對改善空氣質(zhì)量具有重要作用，滯塵林的防護(hù)效果與其植被密度密切相關(guān)，即植被密度直接影響其吸收和阻滯空氣顆粒物的能力，傳統(tǒng)上，滯塵林的植被密度設(shè)計(jì)往往依賴經(jīng)驗(yàn)判斷或依據(jù)一般的林業(yè)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，缺乏針對特定環(huán)境條件下的精確調(diào)整，此外，現(xiàn)有的方法未能充分考慮到區(qū)域氣候條件、季節(jié)變化對滯塵林植被密度影響的動(dòng)態(tài)性，這導(dǎo)致滯塵林在不同環(huán)境條件下的防護(hù)效果存在波動(dòng)，難以持續(xù)保持最佳狀態(tài)。

2、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的這些不足，本發(fā)明旨在解決滯塵林防護(hù)密度設(shè)計(jì)中的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性問題，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法往往忽略了植被密度與空氣質(zhì)量之間復(fù)雜的相互作用及其隨環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)調(diào)整需求。

3、因此，有必要開發(fā)一種能夠科學(xué)確定滯塵林植被密度，并能根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整植被密度的方法和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在不同季節(jié)和不同氣候條件下都能達(dá)到最優(yōu)的空氣凈化效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述目的，本發(fā)明提供了一種確定滯塵林防護(hù)密度的方法和系統(tǒng)。

2、一種確定滯塵林防護(hù)密度的方法，包括以下步驟：

3、s1：在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，根據(jù)滯塵林的植被密度梯度，選取若干能夠代表滯塵林整體植被密度分布的矩形樣地，所述樣地的密度在不同樣地之間呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化，并依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)要求確定樣地的大小；

4、s2：在每個(gè)樣地內(nèi)沿對角線方向布設(shè)多個(gè)取樣點(diǎn)；

5、s3：在每個(gè)樣地內(nèi)的取樣點(diǎn)處采集空氣樣品，檢測空氣樣品中的總懸浮顆粒物tsp、pm10和pm2.5的濃度，并通過對同一樣地內(nèi)各取樣點(diǎn)的每種顆粒物濃度值進(jìn)行平均計(jì)算，得到樣地內(nèi)各顆粒物濃度均值；

6、s4：利用樣地的各顆粒物濃度均值作為自變量，以滯塵林的植被密度為因變量，采用多元線性回歸分析方法，建立滯塵林防護(hù)密度與空氣質(zhì)量之間的關(guān)系模型；

7、s5：根據(jù)已建立的關(guān)系模型，并結(jié)合環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)gb3095-2012中規(guī)定的空氣污染物濃度限值，計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域在達(dá)到一級(jí)或二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的最優(yōu)滯塵林植被密度值；

8、s6：根據(jù)滯塵林所在區(qū)域的季節(jié)變化、氣候條件以及植被生長狀況，對最優(yōu)滯塵林植被密度值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，并周期性地重新測定空氣顆粒物濃度，利用檢測結(jié)果對關(guān)系模型進(jìn)行修正。

9、可選的，所述s1具體包括：

10、s11：在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，根據(jù)預(yù)先收集的滯塵林植被密度數(shù)據(jù)，采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，明確滯塵林在不同區(qū)域的植被密度分布情況，具體先對滯塵林區(qū)域內(nèi)的植被密度進(jìn)行柵格化處理，以每個(gè)柵格單元的面積為基礎(chǔ)，通過密度估算公式計(jì)算得到各柵格單元的植被密度值，從而形成滯塵林密度梯度圖；

11、s12：基于s11步驟中形成的滯塵林密度梯度圖，按照滯塵林植被密度的梯度變化范圍，選取不同密度區(qū)間的代表性區(qū)域，具體以密度區(qū)間為單位，將滯塵林植被密度劃分為若干密度級(jí)別，包括低密度區(qū)域100-300株/公頃，中密度區(qū)域300-500株/公頃，高密度區(qū)域500-800株/公頃；

12、s13：在所選區(qū)域內(nèi)劃定矩形樣地，每個(gè)樣地的大小根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中的樣本量計(jì)算公式確定，確保樣地面積足夠大以包含足夠數(shù)量的植被，同時(shí)保證樣地內(nèi)植被密度的均勻性；

13、s14：通過隨機(jī)抽樣方法在每個(gè)選定區(qū)域內(nèi)選擇樣地的位置，確保所選樣地能夠代表滯塵林整體植被密度分布的連續(xù)梯度變化。

14、可選的，所述s2具體包括：

15、s21：確定樣地的矩形邊界，并利用樣地的四個(gè)頂點(diǎn)連接形成兩條對角線，并測量每條對角線的長度l，并標(biāo)記出對角線的起點(diǎn)和終點(diǎn)；

16、s22：根據(jù)樣地內(nèi)植被密度的均勻性和所需的樣本量，確定每條對角線上布設(shè)取樣點(diǎn)的數(shù)量；

17、s23：沿每條對角線方向，按照等距離原則布設(shè)取樣點(diǎn)，確保每個(gè)取樣點(diǎn)之間的距離相等，取樣點(diǎn)分布要求覆蓋樣地的整個(gè)面積，所述取樣點(diǎn)之間的間距的計(jì)算公式：，其中，為每個(gè)取樣點(diǎn)之間的距離，為對角線的長度，為取樣點(diǎn)數(shù)量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在對角線上逐一布設(shè)取樣點(diǎn)；

18、s24：記錄每個(gè)取樣點(diǎn)的具體位置坐標(biāo)，并在布設(shè)完成后進(jìn)行現(xiàn)場勘查，確保所有取樣點(diǎn)都位于實(shí)際植被密度的代表性區(qū)域內(nèi)。

19、可選的，所述s3具體包括：

20、s31：在每個(gè)取樣點(diǎn)處，使用空氣采樣器進(jìn)行空氣樣品的采集，具體是將空氣采樣器的采樣口設(shè)置在距離地面高度1.5米處，每個(gè)取樣點(diǎn)采集預(yù)定量體積的空氣樣品，其中采樣時(shí)間根據(jù)所需的樣品量和采樣流速確定；

21、s32：將采集到的空氣樣品通過預(yù)處理后，利用顆粒物監(jiān)測設(shè)備分別測定空氣樣品中的總懸浮顆粒物tsp、pm10和pm2.5的濃度；具體將空氣樣品通過玻璃纖維濾膜或石英纖維濾膜，使用重力法檢測樣品中顆粒物的質(zhì)量濃度；

22、s33：對于每個(gè)樣地內(nèi)的所有取樣點(diǎn)，分別計(jì)算出各個(gè)取樣點(diǎn)的tsp、pm10和pm2.5的濃度數(shù)據(jù)后，利用算術(shù)平均法計(jì)算樣地的平均顆粒物濃度值，平均濃度值計(jì)算公式為：，其中，為樣地的平均顆粒物濃度值，單位為微克每立方米，為第i個(gè)取樣點(diǎn)的顆粒物濃度值，單位為微克每立方米，為樣地內(nèi)取樣點(diǎn)的總數(shù)。

23、可選的，所述s4具體包括：

24、s41：選取樣地的平均顆粒物濃度值作為自變量，包括總懸浮顆粒物tsp、pm10和pm2.5三種顆粒物的濃度值，分別記作；

25、s42：將滯塵林的植被密度作為因變量，記作，并根據(jù)各樣地的平均顆粒物濃度值及相應(yīng)的植被密度數(shù)據(jù)，建立多元線性回歸模型，表達(dá)式為：

26、，其中，為常數(shù)項(xiàng)，為自變量對應(yīng)的回歸系數(shù)，為誤差項(xiàng)；

27、s43：通過最小二乘法對回歸系數(shù)和進(jìn)行估計(jì)，以最小化誤差項(xiàng)的平方和；

28、s44：對所得的回歸模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，具體通過f檢驗(yàn)對模型的整體顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算f值并與臨界值比較，判斷模型是否顯著；并通過t檢驗(yàn)對每個(gè)回歸系數(shù)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算t值并與臨界值比較，判斷各自變量對因變量的影響是否顯著。

29、可選的，所述s44具體包括：

30、s441：對回歸模型的整體顯著性進(jìn)行f檢驗(yàn)，具體包括：

31、s4411：計(jì)算回歸模型的回歸平方和以及殘差平方和，回歸平方和的計(jì)算公式為：，其中，為模型的預(yù)測值，為因變量的平均值，為樣本數(shù)量，為回歸平方和；計(jì)算殘差平方和的公式為：其中，為實(shí)際觀測值，為回歸平方和；

32、s4412：計(jì)算回歸模型的f值，公式為：，其中，為自變量的數(shù)量，為樣本數(shù)量；

33、s4413：根據(jù)預(yù)設(shè)的顯著性水平，查找相應(yīng)自由度下的臨界值，若計(jì)算得到的值大于臨界值，則認(rèn)為回歸模型整體顯著；

34、s442：對每個(gè)回歸系數(shù)的顯著性進(jìn)行t檢驗(yàn)，具體包括：

35、s4421：計(jì)算每個(gè)回歸系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差，公式為：

36、，其中，為第個(gè)自變量的回歸系數(shù)，為自變量矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣與自變量矩陣乘積的逆矩陣中第個(gè)元素的對角線元素；

37、s4422：計(jì)算每個(gè)回歸系數(shù)的值，公式為：其中，為第j個(gè)自變量的回歸系數(shù)估計(jì)值；

38、s4423：根據(jù)預(yù)設(shè)的顯著性水平，查找相應(yīng)自由度下的臨界值，若計(jì)算得到的值大于臨界值，則認(rèn)為自變量對因變量有顯著影響。

39、可選的，所述s5具體包括：

40、s51：確定目標(biāo)區(qū)域的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)gb3095-2012，明確一級(jí)和二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的污染物濃度限值，特別是針對總懸浮顆粒物tsp、pm10和pm2.5的濃度限值，具體一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為tsp≤120μg/m3，pm10≤50μg/m3，pm2.5≤35μg/m3；二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為tsp≤300μg/m3，pm10≤150μg/m3，pm2.5≤75μg/m3；

41、s52：將目標(biāo)區(qū)域的空氣污染物濃度限值代入已建立的滯塵林防護(hù)密度與空氣質(zhì)量之間的關(guān)系模型中，通過模型計(jì)算出在一級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下和二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下的最優(yōu)滯塵林植被密度值。

42、可選的，所述s52具體包括：

43、s521：將一級(jí)和二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下的污染物濃度限值分別代入已建立的多元線性回歸關(guān)系模型，以滯塵林的植被密度為因變量，以tsp、pm10和pm2.5的濃度為自變量；

44、s522：通過解方程的方式，計(jì)算在一級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下的最優(yōu)滯塵林植被密度值y1，以及在二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下的最優(yōu)滯塵林植被密度值y2；

45、s523：記錄并比較y1和y2值，明確不同空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下所需的最優(yōu)滯塵林植被密度。

46、可選的，所述s6具體包括：

47、s61：收集滯塵林所在區(qū)域的季節(jié)變化、氣候條件以及植被生長狀況的數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)包括不同季節(jié)的溫度波動(dòng)、降水量變化、空氣濕度以及植被的生長周期；

48、s62：根據(jù)s61中獲得的數(shù)據(jù)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)調(diào)整公式，對最優(yōu)滯塵林植被密度值進(jìn)行修正，修正公式為：其中，為動(dòng)態(tài)調(diào)整后的植被密度值，為原始最優(yōu)植被密度值，為當(dāng)前季節(jié)溫度變化量，為基準(zhǔn)溫度，為當(dāng)前季節(jié)濕度變化量，為基準(zhǔn)濕度，為植被生長狀況的變化量，為基準(zhǔn)植被生長狀態(tài)指數(shù)；

49、s63：周期性地重新測定滯塵林所在區(qū)域的空氣顆粒物濃度，并記錄測定結(jié)果，測定周期為每季度進(jìn)行一次測定，以捕捉季節(jié)性變化對滯塵林凈化效果的影響；

50、s64：將s63中獲得的最新顆粒物濃度數(shù)據(jù)代入已建立的關(guān)系模型中，并對關(guān)系模型進(jìn)行修正，以確保關(guān)系模型能夠準(zhǔn)確反映最新的空氣質(zhì)量和植被密度之間的關(guān)系。

51、一種確定滯塵林防護(hù)密度的系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述的一種確定滯塵林防護(hù)密度的方法，包括以下模塊：

52、數(shù)據(jù)采集模塊：用于從滯塵林所在區(qū)域內(nèi)的各個(gè)樣地收集環(huán)境數(shù)據(jù)和空氣樣品，包括總懸浮顆粒物tsp、pm10、pm2.5的濃度數(shù)據(jù)，以及植被密度、溫度、濕度和降水量的氣候條件和植被生長狀況的數(shù)據(jù)；

53、數(shù)據(jù)處理模塊：連接數(shù)據(jù)采集模塊，用于對采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)和空氣樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、異常值剔除和插值補(bǔ)全；

54、模型建立模塊：連接數(shù)據(jù)處理模塊，利用處理后的環(huán)境數(shù)據(jù)和空氣樣品數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸分析方法，建立滯塵林防護(hù)密度與空氣質(zhì)量之間的關(guān)系模型；

55、密度計(jì)算模塊：連接模型建立模塊，用于根據(jù)已建立的關(guān)系模型和環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)gb3095-2012，計(jì)算出在不同空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下的最優(yōu)滯塵林植被密度值；

56、密度調(diào)整模塊：連接密度計(jì)算模塊，用于根據(jù)滯塵林所在區(qū)域的季節(jié)變化、氣候條件以及植被生長狀況，對最優(yōu)植被密度值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

57、密度驗(yàn)證模塊：連接密度調(diào)整模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，用于驗(yàn)證調(diào)整后的植被密度值是否符合預(yù)期的空氣凈化效果，通過定期重新測定空氣顆粒物濃度，并將新數(shù)據(jù)反饋給模型建立模塊，循環(huán)修正和優(yōu)化滯塵林防護(hù)密度。

58、本發(fā)明的有益效果：

59、本發(fā)明，通過采用多元線性回歸分析方法和動(dòng)態(tài)調(diào)整策略，能夠精確計(jì)算并調(diào)整滯塵林植被密度，實(shí)現(xiàn)了對滯塵林防護(hù)效果的優(yōu)化，這種方法基于詳細(xì)的環(huán)境數(shù)據(jù)分析，確保在不同空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下滯塵林都能達(dá)到最佳的空氣凈化效果，從而有效提高空氣質(zhì)量，并對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生積極影響。

60、本發(fā)明，通過周期性地重新測定空氣顆粒物濃度并調(diào)整植被密度，確保了防護(hù)策略的適應(yīng)性和持續(xù)性，這不僅使得滯塵林在不同環(huán)境條件下持續(xù)有效，還提高了滯塵林管理的科學(xué)性和系統(tǒng)性，為滯塵林的長期維護(hù)和環(huán)境保護(hù)策略提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。