一种基于地理数据的造林配置方法及系统与流程

本发明涉及造林配置，是一种基于地理数据的造林配置方法及系统。

背景技术：

1、造林作为恢复生态、增加碳汇的重要措施，具有广泛的社会和经济效益。然而，传统的造林方式往往依赖于经验，导致成本高昂和生态效果不理想的问题。在现有技术中，造林工程化管理面临诸多挑战。首先，造林过程中涉及的要素繁多，包括地块分割、园林造景、施基肥、遮荫、支撑、水平带整地和作业道等，这些要素的设计和实施要求专业的知识和丰富的经验。当设计内容复杂时，工作量巨大且容易出错，从而影响整个造林项目的效果和效率。其次，缺乏针对不同地理条件和气候特征的造林设计模式，导致相同的造林模式在不同地区应用时效果不佳。现有的造林方案往往未能充分考虑区域内的地理、气候、土壤等因素，使得造林效果和资源的利用效率大打折扣；此外，当前的造林配置方法大多依赖于人工经验和简单的指标评估，缺乏对历史数据的系统分析与综合应用。这种局限性使得无法准确评估不同造林设计模式在特定环境条件下的适应性，从而无法为造林人员提供精准的决策支持。因此，亟需一种科学造林配置系统，能够通过综合分析历史造林区域的地理数据，合理配置不同的造林设计模式，降低造林过程中的工作量，提高造林效果。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中，造林工程化管理的要求中涉及地块分割、园林造景、施基肥、遮荫、支撑、水平带整地、作业道等多方面的内容导致当设计内容复杂时，工作量巨大的问题，提出了一种基于地理数据的造林配置方法及系统。

2、为了达到上述目的，本发明一种基于地理数据的造林配置方法的技术方案包括如下步骤：

3、s1：采集历史造林区域的初始地理数据；

4、s2：构建地理数据特征整合模型，并对初始地理数据进行特征选择处理和数据降维处理；

5、s3：根据地理数据特征整合模型整合后的地理数据，对不同待选造林区域的造林设计模式进行分类；

6、s4：分析不同地理条件下各个造林设计模式的动态使用数据，并进行造林设计模式适用度评估；

7、s5：根据s3-s4，更新不同地理条件下的待造林区域的备选造林设计模式至造林人员设计平台。

8、具体地，s1中，所述历史造林区域的初始地理数据包括：土壤类型数据、土地坡向数据、海拔数据、气温数据及降雨数据。

9、具体地，s2包括如下具体步骤：

10、s21：构建地理数据特征整合模型；

11、s22：提取初始地理数据，并对所述初始地理数据进行数据预处理，所述数据预处理包括，均值补全处理及数据标准化处理，其中，数据标准化处理具体为：

12、；

13、其中，i为下标，表示初始地理数据的数据编号，土壤类型数据、土地坡向数据、海拔数据、气温数据及降雨数据相对应的数据组编号分别为1，2，3，4，5；

14、表示编号为i的初始地理数据组中第j份数据的数据量；

15、表示编号为i的初始地理数据组中第j份数据经过的数据标准化处理后的数据量；

16、分别为编号为i的初始地理数据组中的数据特征均值和数据特征标准差；

17、s23：提取完成数据预处理后的土壤类型数据及土地坡向数据，并将土壤类型数据及土地坡向数据转换为独热编码。

18、具体地，s2还包括如下具体步骤：

19、s24：提取土壤类型数据的独热编码及土地坡向数据的独热编码构成地理特征矩阵r，构建y个植被数据特征标签，所述植被数据特征标签包括：单穴散植型、开沟密植型、容器苗型、土球苗定型、竹类苗木型以及经济林苗木型；

20、s25：计算各个植被数据特征标签的均值向量，具体计算策略为：

21、；

22、其中，为第y个植被数据特征标签的均值向量；表示第y 个植被数据特征标签中的地理特征矩阵r中行向量样本数量；中为下标，表示第y个植被数据特征标签中第u个样本，为第y个植被数据特征标签中第u个行向量样本的特征向量；

23、s26：计算类内散布矩阵，具体计算策略为：

24、；

25、s27：计算所有地理特征矩阵r中行向量样本的均值向量，具体的计算策略为：；表示第v个行向量样本的特征向量；n为行向量样本的总数；

26、s28：计算每类的类间散布矩阵，具体的计算策略为：

27、；

28、s29：根据s21-s28，进行数据降维约束，数据降维约束为：，其中，为特征向量，为对应的特征值；

29、s210：选取前k个对应于最大特征值的特征向量作为判别向量，获得由k个判别向量构成的判别矩阵w，同时将地理特征矩阵r投影到判别向量上，获得降维后的地理特征矩阵z，。

30、具体地，s3包括如下具体步骤：

31、s31、提取降维后的地理特征矩阵z的行向量，得到地理特征矩阵的特征向量集合，对地理特征矩阵的特征向量集合进行归一化处理；

32、s32、将地理特征矩阵的特征向量集合按照9：1的比例分为训练集与测试集，将训练集输入造林设计模式分类模型中进行训练，所述造林设计模式分类模型将已造林区域与待造林区域之间的关联度为输出，以实际关联度为分类目标，对造林设计模式分类模型进行训练。

33、具体地，所述s31中所述对地理特征矩阵的特征向量集合进行归一化处理的具体公式为：

34、；

35、其中，为归一化后的数据，x为数据具体值，为特征最大值，为特征最小值；

36、s32中，所述造林设计模式分类模型的分类准确度的计算公式为：

37、；

38、其中，zq为分类准确度，r为已造林区域的编号，n为已造林区域总数，a为相似关联度，a为实际关联度。

39、具体地，s4包括如下具体步骤：

40、s41：提取s3中分类准确度最高的造林设计模式，分析不同地理条件下各个造林设计模式的实际动态使用数据，所述动态使用数据的分析包括：计算获取地理条件适用系数和计算获取配置价值适用系数；

41、s42：进行造林设计模式适用度sy评估，其中，所述造林设计模式适用度评估的计算策略为：，其中，分别为评估比例系数。

42、具体地，s41中，所述地理条件适用系数的计算策略为：

43、；

44、其中，cs为下标，表示分类准确度最高的造林设计模式第cs次被实际使用，cs表示分类准确度最高的造林设计模式被实际使用的总次数；h为树木名称类别总数，h为下标，表示树木名称类别；

45、表示树木名称类别为h的树木存活数量；表示树木名称类别为h的树木评估占比系数；

46、分别表示树木存活数量最大值和存活数量最小值；

47、表示在数值上与最接近的数据量；

48、s41中，所述配置价值适用系数的计算策略为：

49、；

50、其中，分别为树木维护比例系数和树木生长比例系数；

51、g为下标，为分类准确度最高的造林设计模式中，第g种经济特性的树种；分别表示当前时刻实际造林后的第g种经济特性的树种生长区域面积，以及造林设计阶段第g种经济特性的树种生长区域的设计面积；为维护周期时长，为实际造林后的苗木生长时长。

52、具体地，s5包括：将不同地理条件下的待造林区域的备选造林设计模式的造林设计模式适用度进行降序排列，优先更新造林设计模式适用度前五的不同地理条件下的待造林区域的备选造林设计模式至造林人员设计平台，同时自动为造林人员提供建议。

53、另外，本发明一种基于地理数据的造林配置系统包括如下模块：

54、初始地理数据采集模块、数据特征整合模块、造林设计模式分类模块、适用度评估模块、配置模式更新模块；

55、所述初始地理数据采集模块用于采集历史造林区域的初始地理数据；

56、所述数据特征整合模块用于构建地理数据特征整合模型，并对初始地理数据进行特征选择处理和数据降维处理；

57、所述造林设计模式分类模块根据地理数据特征整合模型整合后的地理数据，对不同待选造林区域的造林设计模式进行分类；

58、所述适用度评估模块用于分析不同地理条件下各个造林设计模式的动态使用数据，并进行造林设计模式适用度评估；

59、所述配置模式更新模块用于更新不同地理条件下的待造林区域的备选造林设计模式至造林人员设计平台，同时自动为造林人员提供建议。

60、一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行所述的一种基于地理数据的造林配置方法。

61、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种基于地理数据的造林配置方法。

62、与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

63、1、本发明通过构建地理数据特征整合模型并对数据进行特征选择和降维处理，该方法能够准确地整合和分析历史造林区域的地理数据。这种科学的数据处理和分析方法使得造林设计模式能够根据实际的地理条件进行精确分类和匹配，从而提升了造林设计的科学性和准确性，有助于选择最适合的造林方案。

64、2、本发明通过动态评估不同造林设计模式的适用度，并根据实际动态使用数据进行调整，能够有效优化资源配置。通过优先推荐适用的造林设计模式，并将其更新至造林人员设计平台，能够大幅提高设计效率，减少了人工选择和调整的工作量，确保了资源的最佳配置。

65、3、本发明根据不同地理条件动态更新备选的造林设计模式，考虑了多种地理特征如土壤类型、坡向、气候等因素。通过实时更新和提供建议，使得造林设计能够更好地适应不同的环境条件，从而提高造林项目的适应性和可持续性，确保长期的生态效益和项目成功。