一种基于计量模型的碳汇核算系统及方法

1.本发明涉及碳汇核算技术领域，更具体地说，它涉及一种基于计量模型的碳汇核算系统。


背景技术：

2.对于海洋碳汇的核算技术较为成熟，但是对于森林碳汇的核算来说存在两种情况，一种是对于人工种植的森林，其环境简单，物种单一，植物聚集性高，可以类比海洋碳汇核算的方法进行核算；第二种是非人工种植的森林，森林环境更为复杂，植物聚集性较差，难以通过类比海洋碳汇核算的方法进行核算。


技术实现要素：

3.本发明提供一种基于计量模型的碳汇核算系统，解决相关技术中非人工种植区域的碳汇核算的技术问题。
4.根据本发明的一个方面，提供了一种基于计量模型的碳汇核算系统，包括以下步骤：
5.步骤s1，提取区域边界信息；
6.区域边界信息至少包括区域边界的坐标信息；
7.步骤s2，在区域边界上提取多个坐标点生成初始坐标点集合，区域边界上任意相邻的两个坐标点之间的距离均为d，d＝qloges，其中e为自然指数，s为区域的面积，q为界定系数；
8.步骤s3，对初始坐标点集合内的坐标点进行偏移处理，偏移处理包括以下步骤：
9.为初始坐标点集合内的坐标点设置第一向量；
10.对于初始坐标点集合的第i个坐标点，将第i个坐标点与第i+1个坐标点之间连线的方向向量作为第i个坐标点的第一向量；
11.第i+1个坐标点是顺时针方向与第i个点最邻近的一个坐标点；
12.为初始坐标点集合的坐标点设置偏移向量；
13.对于初始坐标点集合的第i个坐标点，第i个坐标点偏移向量与其第一向量垂直；
14.将初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n次，初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n次之后的坐标点按照初始移动之前的顺序连接之后包围形成两个以上的区域；
15.或者，初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n次之后的坐标点按照初始移动之前的顺序连接之后包围形成一个区域，但至少一个坐标点位于该区域之外；
16.初始坐标点集合的点每次移动固定的距离d；
17.步骤s4，提取初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n-1次时获得的坐标点获得偏移坐标点集合；
18.步骤s5，计算初始坐标点集合的坐标点和偏移坐标点集合的坐标点之间的距离获
得初始距离矩阵，初始距离矩阵的元素a
ij
表示初始距离矩阵第i行第j列的元素，元素a
ij
表示初始坐标点集合的第i个坐标点与偏移坐标点集合的第j个坐标点的距离的值；
19.提取初始距离矩阵中每一行中的最大值获得第一距离矩阵；
20.步骤s6，提取第一距离矩阵中的元素对应的初始坐标点集合的坐标点组成第一坐标点集合；
21.提取第一距离矩阵中的元素对应的偏移坐标点集合的坐标点组成第二坐标点集合；
22.步骤s7，将第一标点集合和第二坐标点集合的坐标点向量化之后计算余弦相似度获得第一相似度集合；
23.第一相似度集合的第i个元素li表示第一坐标点集合的第i个坐标点与第二坐标点集合的第i个坐标点向量化之后计算的余弦相似度；
24.步骤s8，提取第一坐标点集合和第二坐标点集合中的对应的坐标点之间连线上的样本植物的植物数据；并基于周期内样本植物的碳储量的变化量计算其碳汇量；
25.单个样本植物的碳汇量通过以下公式计算：
[0026][0027]
其中r是碳与二氧化碳的转换系数，即碳元素在二氧化碳分子中的质量比例12/44；
[0028]
△
c是单个样本植物的碳储量的变化量单位为吨每公顷每年；
[0029]
li是该样本植物的所在的第一坐标点集合的坐标点与第二坐标点集合的坐标点的连线所对应的两个坐标点的余弦相似度；
[0030]
步骤s9，统计提取的所有样本植物的植物种类，通过以下公式计算区域边界内的区域的碳汇量：
[0031][0032]
其中
△csinki
为采样的第i种样本植物的碳汇量；
[0033]
si为区域边界包围的区域的面积，q为界定系数，si为第i种样本植物的平均占地面积，ni为第i种样本植物的数量。
[0034]
进一步地，区域边界的坐标可以是指区域边界在图像坐标；
[0035]
图像坐标是区域边界在区域的俯视图像的坐标。
[0036]
进一步地，初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n次之后的坐标点按照初始移动之前的顺序连接的方法是对初始坐标点集合内的坐标点进行标号，按照标号由大至小的顺序依次连接构成闭环，移动后的坐标点保留对应的标号，按照原始的连接顺序重新连接。
[0037]
进一步地，植物数据能够被用来计算周期内样本植物的碳储量的变化量。
[0038]
进一步地，碳储量变化量是通过在周期起始取样测量的样本植物的碳储量和周期终止时取样测量的样本植物的碳储量计算获得。
[0039]
根据本发明的一个方面，提供了一种基于计量模型的碳汇核算系统，包括：
[0040]
边界信息提取单元，其用于提取区域边界信息；
[0041]
初始坐标生成单元，其用于在区域边界上提取多个坐标点生成初始坐标点集合；
[0042]
偏移处理单元，其用于对初始坐标点集合内的坐标点进行偏移处理，并提取初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n-1次时获得的坐标点获得偏移坐标点集合；
[0043]
距离计算单元，其用于计算初始坐标点集合的坐标点和偏移坐标点集合的坐标点之间的距离获得初始距离矩阵，并提取初始距离矩阵中每一行中的最大值获得第一距离矩阵；
[0044]
坐标集合生成单元，其用于提取第一距离矩阵中的元素对应的初始坐标点集合的坐标点组成第一坐标点集合；
[0045]
提取第一距离矩阵中的元素对应的偏移坐标点集合的坐标点组成第二坐标点集合；
[0046]
相似度计算单元，其用于将第一标点集合和第二坐标点集合的坐标点向量化之后计算余弦相似度获得第一相似度集合；
[0047]
植物数据提取单元，其用于提取第一坐标点集合和第二坐标点集合中的对应的坐标点之间连线上的样本植物的植物数据；
[0048]
碳汇计算单元，其基于提取的样本植物的植物数据计算区域边界内的区域的总碳汇量。
[0049]
进一步地，一种基于计量模型的碳汇核算系统还包括用于存储数据的数据存储单元。数据存储单元为数据库或硬盘。
[0050]
本发明的有益效果在于：
[0051]
本发明能够通过统一的计量模型对非人工种植不同区域内的森林碳汇进行核算；通过对区域图像进行处理进行合理的采样以及基于采样结果计算区域总碳汇的方法能够得到较为准确的碳汇核算结果。
附图说明
[0052]
图1是本发明的一种基于计量模型的碳汇核算方法的流程图一；
[0053]
图2是本发明的一种基于计量模型的碳汇核算方法的流程图二；
[0054]
图3是本发明的一种基于计量模型的碳汇核算系统的模块示意图。
[0055]
图中：边界信息提取单元101，初始坐标生成单元102，偏移处理单元103，距离计算单元104，坐标集合生成单元105，相似度计算单元106，植物数据提取单元107，碳汇计算单元108。
具体实施方式
[0056]
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。
[0057]
实施例一
[0058]
如图1-图2所示，一种基于计量模型的碳汇核算系统及方法，包括以下步骤：
[0059]
步骤s1，提取区域边界信息；
[0060]
区域边界信息至少包括区域边界的坐标信息，区域边界的坐标可以是指区域边界在图像坐标；
[0061]
图像坐标是区域边界在区域的俯视图像的坐标。
[0062]
步骤s2，在区域边界上提取多个坐标点生成初始坐标点集合，区域边界上任意相邻的两个坐标点之间的距离均为d，d＝qloges，其中e为自然指数，s为区域的面积，q为界定系数，增加界定系数能够明显的降低后续取样的工作量，但是也必然的会降低最终碳汇核算结果的可靠性；
[0063]
步骤s3，对初始坐标点集合内的坐标点进行偏移处理，偏移处理包括以下步骤：
[0064]
为初始坐标点集合内的坐标点设置第一向量；
[0065]
对于初始坐标点集合的第i个坐标点，将第i个坐标点与第i+1个坐标点之间连线的方向向量作为第i个坐标点的第一向量；
[0066]
第i+1个坐标点是顺时针方向与第i个点最邻近的一个坐标点；
[0067]
为初始坐标点集合的坐标点设置偏移向量；
[0068]
对于初始坐标点集合的第i个坐标点，第i个坐标点偏移向量与其第一向量垂直；
[0069]
将初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n次，初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n次之后的坐标点按照初始移动之前的顺序连接之后包围形成两个以上的区域；
[0070]
或者，初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n次之后的坐标点按照初始移动之前的顺序连接之后包围形成一个区域，但至少一个坐标点位于该区域之外；
[0071]
初始坐标点集合的点每次移动固定的距离d；d的值可以与q相同。
[0072]
初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n次之后的坐标点按照初始移动之前的顺序连接的方法可以是对初始坐标点集合内的坐标点进行标号，按照标号由大至小的顺序依次连接构成闭环，移动后的坐标点保留对应的标号，按照原始的连接顺序重新连接。
[0073]
步骤s4，提取初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n-1次时获得的坐标点获得偏移坐标点集合；
[0074]
步骤s5，计算初始坐标点集合的坐标点和偏移坐标点集合的坐标点之间的距离获得初始距离矩阵，初始距离矩阵的元素a
ij
表示初始距离矩阵第i行第j列的元素，元素a
ij
表示初始坐标点集合的第i个坐标点与偏移坐标点集合的第j个坐标点的距离的值；
[0075]
提取初始距离矩阵中每一行中的最大值获得第一距离矩阵；
[0076]
步骤s6，提取第一距离矩阵中的元素对应的初始坐标点集合的坐标点组成第一坐标点集合；
[0077]
提取第一距离矩阵中的元素对应的偏移坐标点集合的坐标点组成第二坐标点集合；
[0078]
步骤s7，将第一标点集合和第二坐标点集合的坐标点向量化之后计算余弦相似度获得第一相似度集合；
[0079]
第一相似度集合的第i个元素li表示第一坐标点集合的第i个坐标点与第二坐标点集合的第i个坐标点向量化之后计算的余弦相似度；
[0080]
第一标点集合和第二坐标点集合的坐标点向量化的方法是以坐标原点为基准进行向量化；例如一个坐标点为(3，2)，其向量化的向量x＝(3，2)；
[0081]
本实施例中的上述的区域边界包围的区域可能是一个较大的区域，也可能是一个较小的区域，对于区域内的植物数据来说一般都不能进行完全的统计，只能够通过选择取样点进行取样，上述的实施例中的计量模型的建立为取样点的设置提供了依据，并且为提取的植物数据进一步的处理来使其能够体现整体区域的碳汇量，具体的，
[0082]
步骤s8，提取第一坐标点集合和第二坐标点集合中的对应的坐标点之间连线上的样本植物的植物数据；植物数据能够被用来计算周期内样本植物的碳储量的变化量，并基于周期内样本植物的碳储量的变化量计算其碳汇量；
[0083]
碳储量变化量可以是通过在周期起始取样测量的样本植物的碳储量和周期终止时取样测量的样本植物的碳储量计算获得，具体的计算时还需要样本植物的尺寸等参数来计算体积；
[0084]
单个样本植物的碳汇量通过以下公式计算：
[0085][0086]
其中r是碳与二氧化碳的转换系数，即碳元素在二氧化碳分子中的质量比例12/44；
[0087]
△
c是单个样本植物的碳储量的变化量单位为吨每公顷每年；
[0088]
li是该样本植物的所在的第一坐标点集合的坐标点与第二坐标点集合的坐标点的连线所对应的两个坐标点的余弦相似度。
[0089]
步骤s9，统计提取的所有样本植物的植物种类，通过以下公式计算区域边界内的区域的碳汇量：
[0090][0091]
其中
△csinki
为采样的第i种样本植物的碳汇量；
[0092]
si为区域边界包围的区域的面积，q为界定系数，si为第i种样本植物的平均占地面积，ni为第i种样本植物的数量。
[0093]
如图3所示，基于上述的一种基于计量模型的碳汇核算方法，本发明提供一种系统用于执行上述的方法，其包括：
[0094]
边界信息提取单元101，其用于提取区域边界信息；
[0095]
初始坐标生成单元102，其用于在区域边界上提取多个坐标点生成初始坐标点集合；
[0096]
偏移处理单元103，其用于对初始坐标点集合内的坐标点进行偏移处理，并提取初始坐标点集合的坐标点沿对应的偏移向量移动n-1次时获得的坐标点获得偏移坐标点集合；
[0097]
距离计算单元104，其用于计算初始坐标点集合的坐标点和偏移坐标点集合的坐标点之间的距离获得初始距离矩阵，并提取初始距离矩阵中每一行中的最大值获得第一距离矩阵；
[0098]
坐标集合生成单元105，其用于提取第一距离矩阵中的元素对应的初始坐标点集
合的坐标点组成第一坐标点集合；
[0099]
提取第一距离矩阵中的元素对应的偏移坐标点集合的坐标点组成第二坐标点集合；
[0100]
相似度计算单元106，其用于将第一标点集合和第二坐标点集合的坐标点向量化之后计算余弦相似度获得第一相似度集合；
[0101]
植物数据提取单元107，其用于提取第一坐标点集合和第二坐标点集合中的对应的坐标点之间连线上的样本植物的植物数据；
[0102]
碳汇计算单元108，其基于提取的样本植物的植物数据计算区域边界内的区域的总碳汇量。
[0103]
上面结合附图对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，在不脱离本实施例宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。