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

背景技術：

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，對改善空氣質量具有重要作用，滯塵林的防護效果與其植被密度密切相關，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計往往依賴經(jīng)驗判斷或依據(jù)一般的林業(yè)規(guī)劃標準，缺乏針對特定環(huán)境條件下的精確調整，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態(tài)性，這導致滯塵林在不同環(huán)境條件下的防護效果存在波動，難以持續(xù)保持最佳狀態(tài)。

2、鑒于現(xiàn)有技術的這些不足，本發(fā)明旨在解決滯塵林防護密度設計中的準確性和適應性問題，現(xiàn)有的設計方法往往忽略了植被密度與空氣質量之間復雜的相互作用及其隨環(huán)境變化的動態(tài)調整需求。

3、因此，有必要開發(fā)一種能夠科學確定滯塵林植被密度，并能根據(jù)實時環(huán)境數(shù)據(jù)動態(tài)調整植被密度的方法和系統(tǒng)，以實現(xiàn)在不同季節(jié)和不同氣候條件下都能達到最優(yōu)的空氣凈化效果。

技術實現(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密度的方法和系統(tǒng)。

2、一種確定滯塵林防護密度的方法，包括以下步驟：

3、s1：在目標區(qū)域內，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)計學要求確定樣地的大??；

4、s2：在每個樣地內沿對角線方向布設多個取樣點；

5、s3：在每個樣地內的取樣點處采集空氣樣品，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各取樣點的每種顆粒物濃度值進行平均計算，得到樣地內各顆粒物濃度均值；

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，建立滯塵林防護密度與空氣質量之間的關系模型；

7、s5：根據(jù)已建立的關系模型，并結合環(huán)境空氣質量標準gb3095-2012中規(guī)定的空氣污染物濃度限值，計算出目標區(qū)域在達到一級或二級空氣質量標準時的最優(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行動態(tài)調整，并周期性地重新測定空氣顆粒物濃度，利用檢測結果對關系模型進行修正。

9、可選的，所述s1具體包括：

10、s11：在目標區(qū)域內，根據(jù)預先收集的滯塵林植被密度數(shù)據(jù)，采用地理信息系統(tǒng)技術與遙感技術相結合的方法進行數(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)域內的植被密度進行柵格化處理，以每個柵格單元的面積為基礎，通過密度估算公式計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)域內劃定矩形樣地，每個樣地的大小根據(jù)統(tǒng)計學中的樣本量計算公式確定，確保樣地面積足夠大以包含足夠數(shù)量的植被，同時保證樣地內植被密度的均勻性；

13、s14：通過隨機抽樣方法在每個選定區(qū)域內選擇樣地的位置，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，并利用樣地的四個頂點連接形成兩條對角線，并測量每條對角線的長度l，并標記出對角線的起點和終點；

16、s22：根據(jù)樣地內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取樣點的數(shù)量；

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

18、s24：記錄每個取樣點的具體位置坐標，并在布設完成后進行現(xiàn)場勘查，確保所有取樣點都位于實際植被密度的代表性區(qū)域內。

19、可選的，所述s3具體包括：

20、s31：在每個取樣點處，使用空氣采樣器進行空氣樣品的采集，具體是將空氣采樣器的采樣口設置在距離地面高度1.5米處，每個取樣點采集預定量體積的空氣樣品，其中采樣時間根據(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處理后，利用顆粒物監(jiān)測設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量濃度；

22、s33：對于每個樣地內的所有取樣點，分別計算出各個取樣點的tsp、pm10和pm2.5的濃度數(shù)據(jù)后，利用算術平均法計算樣地的平均顆粒物濃度值，平均濃度值計算公式為：，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個取樣點的顆粒物濃度值，單位為微克每立方米，為樣地內取樣點的總數(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的植被密度數(shù)據(jù)，建立多元線性回歸模型，表達式為：

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

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

28、s44：對所得的回歸模型進行統(tǒng)計檢驗，具體通過f檢驗對模型的整體顯著性進行檢驗，計算f值并與臨界值比較，判斷模型是否顯著；并通過t檢驗對每個回歸系數(shù)的顯著性進行檢驗，計算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行f檢驗，具體包括：

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

32、s4412：計算回歸模型的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)預設的顯著性水平，查找相應自由度下的臨界值，若計算得到的值大于臨界值，則認為回歸模型整體顯著；

34、s442：對每個回歸系數(shù)的顯著性進行t檢驗，具體包括：

35、s4421：計算每個回歸系數(shù)的標準誤差，公式為：

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

37、s4422：計算每個回歸系數(shù)的值，公式為：其中，為第j個自變量的回歸系數(shù)估計值；

38、s4423：根據(jù)預設的顯著性水平，查找相應自由度下的臨界值，若計算得到的值大于臨界值，則認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：確定目標區(qū)域的空氣質量標準，根據(jù)環(huán)境空氣質量標準gb3095-2012，明確一級和二級空氣質量標準的污染物濃度限值，特別是針對總懸浮顆粒物tsp、pm10和pm2.5的濃度限值，具體一級標準為tsp≤120μg/m3，pm10≤50μg/m3，pm2.5≤35μg/m3；二級標準為tsp≤300μg/m3，pm10≤150μg/m3，pm2.5≤75μg/m3；

41、s52：將目標區(qū)域的空氣污染物濃度限值代入已建立的滯塵林防護密度與空氣質量之間的關系模型中，通過模型計算出在一級空氣質量標準下和二級空氣質量標準下的最優(yōu)滯塵林植被密度值。

42、可選的，所述s52具體包括：

43、s521：將一級和二級空氣質量標準下的污染物濃度限值分別代入已建立的多元線性回歸關系模型，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，計算在一級空氣質量標準下的最優(yōu)滯塵林植被密度值y1，以及在二級空氣質量標準下的最優(yōu)滯塵林植被密度值y2；

45、s523：記錄并比較y1和y2值，明確不同空氣質量標準下所需的最優(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、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)，應用動態(tài)調整公式，對最優(yōu)滯塵林植被密度值進行修正，修正公式為：其中，為動態(tài)調整后的植被密度值，為原始最優(yōu)植被密度值，為當前季節(jié)溫度變化量，為基準溫度，為當前季節(jié)濕度變化量，為基準濕度，為植被生長狀況的變化量，為基準植被生長狀態(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，并記錄測定結果，測定周期為每季度進行一次測定，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)代入已建立的關系模型中，并對關系模型進行修正，以確保關系模型能夠準確反映最新的空氣質量和植被密度之間的關系。

51、一種確定滯塵林防護密度的系統(tǒng)，用于實現(xiàn)上述的一種確定滯塵林防護密度的方法，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)域內的各個樣地收集環(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)進行預處理，包括數(shù)據(jù)清洗、異常值剔除和插值補全；

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，建立滯塵林防護密度與空氣質量之間的關系模型；

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

56、密度調整模塊：連接密度計算模塊，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)植被密度值進行動態(tài)調整；

57、密度驗證模塊：連接密度調整模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，用于驗證調整后的植被密度值是否符合預期的空氣凈化效果，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態(tài)調整策略，能夠精確計算并調整滯塵林植被密度，實現(xiàn)了對滯塵林防護效果的優(yōu)化，這種方法基于詳細的環(huán)境數(shù)據(jù)分析，確保在不同空氣質量標準下滯塵林都能達到最佳的空氣凈化效果，從而有效提高空氣質量，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整植被密度，確保了防護策略的適應性和持續(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性和系統(tǒng)性，為滯塵林的長期維護和環(huán)境保護策略提供了堅實的技術支持。