一种用于沙滩泥化过程的水沙动态平衡监测装置及方法与流程

本发明涉及水沙动态平衡，尤其涉及一种用于沙滩泥化过程的水沙动态平衡监测装置及方法。

背景技术：

1、水沙动态平衡技术领域专注于理解和监控水体与沙质地表之间的相互作用，在沙滩和河岸等边缘地带，涉及地质学、水文学和环境科学的交叉学科，旨在通过监测水流、沙粒运动和地表变化等参数，解析水与沙之间的动态平衡过程。对于沙滩泥化的过程，监测的重点在于理解沙滩如何在自然条件和人为干预下经历从沙质到泥质的转变，对于海岸线稳定、生态系统健康和沿海地区的可持续发展至关重要。

2、其中，用于沙滩泥化过程的水沙动态平衡监测装置设计用于实时监测和分析沙滩环境中水与沙的相互作用，进而评估沙滩泥化进程，目的是提供准确、连续的数据支持，以便科学家和环境管理者能够理解沙滩泥化的机制、速度和影响范围，有助于预测和管理沙滩泥化带来的环境变化，对于保护海岸线、维持生态平衡以及指导沙滩管理和恢复工作至关重要。

3、传统水沙动态平衡监测技术缺乏对关键影响因素随时间变化的精确追踪与分析，以及对潮汐活动对沙滩泥化过程影响的详细评估，导致在预测沙滩泥化趋势、评估风险区域及制定针对性防控措施时存在一定的局限性。例如，未能充分考虑潮汐变化对沙滩泥化影响的装置，会忽视某些关键时期泥化加剧的风险，从而导致防控措施的延误或不足，进一步影响沙滩生态平衡和沿海地区的可持续发展，在实际操作中导致沙滩管理决策的盲目性，增加生态恢复的难度和成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于沙滩泥化过程的水沙动态平衡监测装置及方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种用于沙滩泥化过程的水沙动态平衡监测装置包括：

3、影响因素识别模块基于气象条件和沙滩使用情况，通过分析沙滩地形变化数据，识别影响沙滩泥化的关键自然与人为因素，生成关键影响因素清单；

4、沙滩泥化趋势分析模块基于所述关键影响因素清单，分析关键因素随时间变化对沙滩泥化趋势的影响，生成沙滩泥化趋势预测；

5、动态平衡变化监测模块基于所述沙滩泥化趋势预测，实时监控沙滩地表的水沙动态平衡，通过地形扫描仪和无人机影像，生成微地形变化记录；

6、潮汐影响评估模块基于所述微地形变化记录，分析潮汐活动对沙滩泥化过程的影响，通过模拟差异化潮汐状态下沙滩的水流动态，生成潮汐影响分析结果；

7、沙滩土壤湿度预测模块基于所述潮汐影响分析结果，结合气象数据和沙滩地形变化信息，通过随机森林算法，生成土壤湿度变化预测结果；

8、沙滩泥化风险防控模块基于所述土壤湿度变化预测结果，制定应对沙滩风险区域的预防措施，包括调整沙滩使用计划和生态工程措施，生成泥化风险防控策略。

9、作为本发明的进一步方案，所述关键影响因素清单包括气象条件、沙滩使用度、近岸开发程度和自然植被状况，所述沙滩泥化趋势预测包括季节性气候变化和人类活动的周期性调整，所述微地形变化记录包括沙滩地表的高度变化、沙丘移动和侵蚀与沉积区域的变化，所述潮汐影响分析结果包括潮汐活动对沙滩侵蚀的影响和差异化潮汐状态下沙滩水流动态的变化情况，所述土壤湿度变化预测结果包括预测的气象条件、潮汐影响和地形变化信息，所述泥化风险防控策略包括调整沙滩使用计划、实施生态工程措施和预设应急响应措施。

10、作为本发明的进一步方案，所述影响因素识别模块包括：

11、气象条件分析子模块基于气象条件和沙滩使用情况，整理沙滩目标区域的气象数据，包括气温、降雨量和风速，对数据进行时间序列的排序和归纳，分析变化趋势与泥化事件的时间对应性，生成气象条件概览；

12、沙滩使用状况调查子模块基于所述气象条件概览，调研沙滩使用情况，记录人流量和活动类型，分析人为活动在差异化气象条件下的变化，获取人为活动影响评估结果；

13、地形动态监控子模块基于所述人为活动影响评估结果，运用地形监测工具对沙滩地形变化进行定期监控，记录沙丘移动、侵蚀和沉积情况，分析地形变化与已知的气象条件和人类活动之间的关联，生成关键影响因素清单。

14、作为本发明的进一步方案，所述沙滩泥化趋势分析模块包括：

15、因素时间序列分析子模块基于所述关键影响因素清单，对关键因素进行时间序列的排列和分析，包括气象条件、人流活动强度和地形变化，得到因素变化时间图；

16、泥化影响模拟子模块基于所述因素变化时间图，分析沙滩泥化的历史事件数据，模拟差异化因素变化对泥化过程的影响，并通过对比分析，构建影响因素与沙滩泥化关系模型；

17、趋势预测整合子模块基于所述影响因素与沙滩泥化关系模型，对历史数据进行学习，识别影响沙滩泥化趋势的关键因素，实时验证和调整模型，生成沙滩泥化趋势预测。

18、作为本发明的进一步方案，所述动态平衡变化监测模块包括：

19、沙滩泥化分析子模块基于所述沙滩泥化趋势预测，综合分析历史和实时数据，若预测结果显示泥化趋势加剧，则启动趋势分析法，分析泥化趋势的时间和空间分布，生成泥化趋势分析结果；

20、地形扫描分析子模块基于所述泥化趋势分析结果，利用地形扫描仪进行实地监测，若监测数据显示沙滩地形发生变化，则通过判断和循环逻辑扫描数据，得到沙滩地形变化监测数据；

21、综合影像处理子模块基于所述沙滩地形变化监测数据，结合无人机影像，进行数据处理，通过综合分析沙滩地表水沙动态平衡，生成微地形变化记录。

22、作为本发明的进一步方案，所述潮汐影响评估模块包括：

23、潮汐数据分析子模块基于所述微地形变化记录，收集与整理差异化时间和季节下的潮汐活动数据，包括潮汐高度和潮汐周期，分析数据识别潮汐活动的变化趋势，得到潮汐活动规律；

24、水流动态模拟子模块基于所述潮汐活动规律，模拟差异化潮汐状态下沙滩上的水流动态，包括水流速度、方向和受潮汐影响的区域分布，构建水流动态模型；

25、水流影响分析子模块基于所述水流动态模型，分析潮汐活动对沙滩泥化过程的影响，参照水流对沙滩地形造成的侵蚀和沉积，生成潮汐影响分析结果。

26、作为本发明的进一步方案，所述沙滩土壤湿度预测模块包括：

27、土壤湿度分析子模块基于所述潮汐影响分析结果，分析历史潮汐数据和实时潮汐情况，若潮汐高度超过预定阈值，则分析潮汐事件对沙滩土壤湿度的影响，构建沙滩土壤湿度图；

28、潮汐影响评估子模块基于所述沙滩土壤湿度图，收集近期时间段的气象数据，包括降雨量、气温和湿度，若气象条件与潮汐事件匹配，则判断气象条件和潮汐事件共同影响土壤湿度，得到综合气象分析结果；

29、土壤湿度预测子模块基于所述综合气象分析结果，使用随机森林算法对土壤湿度变化进行预测，若算法分析结果显示土壤湿度将变化，则分析沙滩土壤的变化区域和变化规律，生成土壤湿度变化预测结果；

30、所述随机森林算法按照公式：

31、；

32、其中，为土壤湿度预测值，为决策树的数量，表示第个决策树的预测结果，为第个决策树基于扩展参数集合对土壤湿度的预测结果，为第个决策树的权重系数，为原始气象参数集合，为降雨量，为对应湿度，为土壤温度，为日照时数。

33、作为本发明的进一步方案，所述沙滩泥化风险防控模块包括：

34、风险区域识别子模块基于所述土壤湿度变化预测结果，分析沙滩上差异化区域的湿度变化趋势和模式，识别有泥化风险的区域，得到泥化风险区域地图；

35、防控措施规划子模块基于所述泥化风险区域地图，设计针对风险区域的预防措施，包括调整沙滩使用计划、植被恢复和建立排水沟渠，构建防控措施方案；

36、策略实施指导子模块基于所述防控措施方案，针对风险区域，评估差异化风险区域的风险等级，制定实施步骤和指导原则，生成泥化风险防控策略。

37、一种用于沙滩泥化过程的水沙动态平衡监测方法，所述用于沙滩泥化过程的水沙动态平衡监测方法基于上述用于沙滩泥化过程的水沙动态平衡监测装置执行，包括以下步骤：

38、s1：基于气象条件和沙滩使用情况，记录人流量和活动类型，分析差异化气象条件下人为活动的变化，生成关键影响因素清单；

39、s2：基于所述关键影响因素清单，通过分析沙滩泥化的历史事件数据，利用差异化因素变化模拟泥化过程的影响，并通过对比分析构建影响因素与沙滩泥化关系模型，得到沙滩泥化趋势预测；

40、s3：基于所述沙滩泥化趋势预测，运用地形扫描仪对沙滩进行实地监测，通过对比分析，识别地形变化的关键区域，生成地形变化监测数据；

41、s4：基于所述地形变化监测数据，收集并整理微地形变化记录期间的潮汐活动数据，识别潮汐活动的变化趋势，模拟潮汐对沙滩土壤湿度的影响，得到土壤湿度变化预测结果；

42、s5：基于所述土壤湿度变化预测结果，识别泥化风险的区域，构建泥化风险区域地图，评估泥化风险区域的风险等级，设计针对风险区域的预防措施，构建泥化风险防控策略。

43、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

44、本发明中，沙滩泥化趋势分析模块采用的时间序列分析和泥化影响模拟，能够准确识别和分析导致泥化的关键自然与人为因素如何随时间变化，并预测泥化趋势，为及时制定防控措施提供科学依据。潮汐影响评估模块通过模拟差异化潮汐状态下沙滩的水流动态，深入理解潮汐如何影响沙滩泥化进程，对于评估潮汐活动对沙滩泥化的具体影响及在不同潮汐周期的变化模式至关重要。两项技术手段的创新应用，不仅增强沙滩环境监测的动态性和预测性，还为沙滩泥化管理提供更为精准和有效的数据支持。