一种基于大数据的土壤数据分析系统的制作方法

本发明涉及大数据，更具体地涉及一种基于大数据的土壤数据分析系统。

背景技术：

1、随着工业化和农业现代化的快速发展，土壤污染问题日益严重，污染物种类多样，包括重金属、有机污染物等，对土壤生态系统和人类健康造成威胁，土壤是生态系统的重要组成部分，其健康状况直接关系到生态系统的稳定性和可持续发展，因此，基于对土壤数据的分析对受损土壤进行及时有效的修复，对于维护生态平衡和可持续发展具有重要意义，利用传感器监测土壤的物理和化学参数，利用云平台对收集到的大量数据进行存储、处理和分析，有利于提高土壤修复工作的针对性。

2、但是，在利用云平台对收集到的大量数据进行存储、处理和分析时也存在一些不足，包括：定位不精准：传统的土壤修复处理往往难以精确识别污染区域的具体位置和范围，导致修复效果不理想，甚至可能误伤未受污染区域；修复效率低：传统的土壤修复定位系统通常需要大量的人力和物力投入，修复周期长，且缺乏对土壤污染级别的划分；缺乏实时监测：传统的土壤修复定位过程中，缺乏实时、连续的监测手段，无法及时了解修复效果和环境变化，给修复决策带来困难。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于大数据的土壤数据分析系统，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的土壤数据分析系统，包括：土壤区域划分模块、土壤数据采集模块、土壤电导率监测模块、土壤活性分析模块、土壤检测模型建立模块、土壤修复定位模块、污染级别识别模块，以及识别结果输出模块；

3、所述土壤区域划分模块，将监测土壤等面积划分为各监测子区域i，其中i=1，2，3，...，i，...，n；

4、所述土壤数据采集模块，在各监测子区域安装土壤传感器，利用物联网技术实时采集各监测子区域土壤环境数据，所述土壤环境数据包括土壤电导率数据、土壤有机质数据和土壤活性数据；

5、所述土壤电导率监测模块，基于土壤数据采集模块采集到的土壤电导率数据，依据土壤电导率监测数学模型计算得出各监测子区域的土壤电导系数，并将土壤电导系数传输至土壤修复定位模块；

6、所述土壤活性分析模块，基于土壤数据采集模块采集到的土壤活性数据，依据土壤活性计算数学模型计算得出各监测子区域的土壤活性系数，并将土壤活性系数传输至土壤修复定位模块；

7、所述土壤检测模型建立模块，接收各监测子区域的土壤电导系数和土壤活性系数，建立土壤检测模型计算得出各监测子区域的土壤质量健康指数，并将土壤质量健康指数传输至土壤修复定位模块；

8、所述土壤修复定位模块，接收土壤检测模型建立模块传输的各监测子区域的土壤质量健康指数，定位需要修复的监测子区域，并将定位结果传输至污染级别识别模块；

9、所述污染级别识别模块，接收土壤修复定位模块传输的定位结果，依据定位区域的土壤质量健康指数识别土壤污染级别，并将识别结果传输至识别结果输出模块；

10、所述识别结果输出模块，接收污染级别识别模块传输的识别结果，将识别结果传输至用户终端，并提供修复建议。

11、优选的，所述土壤数据采集模块中，土壤电导率数据包括各监测子区域的恒流电流值、各监测子区域x端到m端的距离、各监测子区域x端到y端的距离、各监测子区域y端到m端的距离、各监测子区域y端到n端的距离以及各监测子区域在m端和n端的电压降，土壤活性数据包括土壤平均孔隙度、各监测子区域的土壤固体颗粒体积、各监测子区域的土壤总体积、各监测子区域的土壤密度以及各监测子区域的土壤含水量。

12、优选的，所述土壤电导率监测模块中，依据土壤电导率监测数学模型计算得出各监测子区域的土壤电导系数的具体步骤如下：

13、步骤s01：利用传感器采用电流-电压四端法在各监测子区域确定两个电流端x端和y端，两个电压端m端和n端；

14、步骤s02：计算各监测子区域的土壤电导系数，计算公式为：，其中表示各监测子区域的土壤电导系数，表示各监测子区域的恒流电流值，表示各监测子区域x端到m端的距离，表示各监测子区域x端到y端的距离，表示各监测子区域y端到m端的距离，表示各监测子区域y端到n端的距离，表示各监测子区域在m端和n端的电压降。

15、优选的，所述土壤活性分析模块中，依据土壤活性计算数学模型计算得出各监测子区域的土壤活性系数的具体步骤如下：

16、步骤s01：计算各监测子区域的土壤体积固含率，计算公式为：，其中表示各监测子区域的土壤体积固含率，表示土壤平均孔隙度，表示各监测子区域的土壤固体颗粒体积，表示各监测子区域的土壤总体积；

17、步骤s02：计算各监测子区域的土壤活性系数，计算公式为：，其中表示各监测子区域的土壤活性系数，表示各监测子区域的土壤密度，表示各监测子区域的土壤含水量，表示各监测子区域的土壤体积固含率，表示土壤活性修正系数。

18、优选的，所述土壤检测模型建立模块中，各监测子区域的土壤质量健康指数的计算公式为：，其中表示各监测子区域的土壤质量健康指数，表示各监测子区域的土壤电导系数，表示各监测子区域的土壤活性系数，和表示常数。

19、优选的，所述土壤修复定位模块中，接收土壤检测模型建立模块传输的各监测子区域的土壤质量健康指数，将各监测子区域的土壤质量健康指数与土壤污染第一预设阈值进行对比，若土壤质量健康指数小于土壤污染第一预设阈值，则判断监测区域土壤无污染，若土壤质量健康指数大于或等于土壤污染第一预设阈值，则判断监测区域土壤被污染需进行修复操作，并定位需要修复的监测子区域。

20、优选的，所述污染级别识别模块中，接收土壤修复定位模块传输的定位结果，依据定位区域的土壤质量健康指数识别土壤污染级别的具体步骤如下：

21、步骤s01：提取定位区域的土壤质量健康指数，其中定位区域的土壤质量健康指数≥土壤污染第一预设阈值；

22、步骤s02：当定位区域的土壤质量健康指数=土壤污染第一预设阈值时，系统识别为一级污染；

23、步骤s03：当定位区域的土壤质量健康指数〉土壤污染第一预设阈值时：，若小于土壤污染第二预设阈值，则系统识别为二级污染，若大于或土壤污染第二预设阈值，则系统识别为三级污染。

24、优选的，所述识别结果输出模块中，接收污染级别识别模块的识别结果，识别结果包括污染区域定位和污染级别，并将识别结果传输至用户终端。

25、本发明的技术效果和优点：

26、本发明通过设有土壤区域划分模块、土壤数据采集模块、土壤电导率监测模块、土壤活性分析模块、土壤检测模型建立模块、土壤修复定位模块、污染级别识别模块，以及识别结果输出模块，通过土壤电导率监测模块和土壤活性分析模块计算得出各监测子区域的土壤电导系数和土壤活性系数，建立土壤检测模型计算得出各监测子区域的土壤质量健康指数，依据土壤质量健康指数定位需要修复的监测子区域并识别土壤污染级别，将识别结果传输至用户终端并提供修复建议，总之，一种基于大数据的土壤数据分析系统，通过精确地定位需要修复的土壤区域，提高修复工作的针对性和效率，通过准确的土壤污染级别识别，有助于恢复土壤生态功能，提高土壤质量，为农业生产和生态环境提供有力保障。