基于大数据分析的树干液流流速预测系统的制作方法

1.本发明涉及树干液流流速预测，具体地说，涉及基于大数据分析的树干液流流速预测系统。


背景技术：

2.树干液流是植物根系、茎干与枝条等组织器官内部的连续液流，反映了植物组织器官内部的水分运输，通常树干液流通过树干(茎干)的木质部测定，树干液流总量近似等于植物蒸腾，树干液流测量技术是获取植物蒸腾、研究植物和水分关系等的重要手段，通常具备长期连续自动监测、时间分辨率高、便宜简单易于安装等特点，在植物生理学、水文学和农艺学等诸多领域应用广泛，并且在不同的环境下植物树干液流的流量和流速均不相同，为了便于对植物的种植进行合理有效的规划，提出基于大数据分析的树干液流流速预测系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供基于大数据分析的树干液流流速预测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，提供了基于大数据分析的树干液流流速预测系统，包括树干液流测量模块、树干液流预测系统和树干液流预测调整系统；所述树干液流测量模块用于对树干液流的流量和流速进行实时检测，并将检测结果传输至树干液流预测系统，所述树干液流预测系统根据天气信息和树干液流测量模块中树干液流信息对未来的树干液流信息进行预测，并将预测结果传输至树干液流预测调整系统，所述树干液流预测系统对树干液流信息预测完成之后，所述树干液流测量模块继续对树干液流的流量和流速进行检测，所述树干液流预测调整系统将树干液流测量模块中采集的信息和树干液流预测系统的预测信息进行对比，并根据对比结果调整。
5.作为本技术方案的进一步改进，所述树干液流测量模块采用热技术对树木的树干液流的流速和流量进行实时检测，并将检测结果传输至树干液流预测系统和树干液流预测调整系统。
6.作为本技术方案的进一步改进，所述树干液流预测系统包括影响数据存储模块、环境状况预测模块和树干液流变化预测模块；所述影响数据存储模块将不同的天气和土壤环境对树干液流流速和流量的变化的影响进行储存，所述环境状况预测模块用于对未来一周的天气状况进行预测，所述树干液流变化预测模块根据环境状况预测模块对未来一周天气的预测和树干液流测量模块采集的当前树干液流的信息在影响数据存储模块中寻找对应的树干液流变化信息，进而对未来一周树干液流的变化进行预测。
7.作为本技术方案的进一步改进，所述树干液流测量模块实时对树干液流的信息进行检测，所述影响数据存储模块根据树干液流测量模块检测的信息和环境情况将各种环境
下树干液流的流量和流速情况储存在云端。
8.作为本技术方案的进一步改进，所述环境状况预测模块包括天气状况采集单元和土壤水分预测单元；所述天气状况采集单元根据天气预报对未来一周的太阳辐射、空气湿度和天气状况进行采集，所述土壤水分预测单元根据天气状况采集单元采集的信息对未来一周土壤湿度的变化情况进行预测。
9.作为本技术方案的进一步改进，所述树干液流变化预测模块根据环境状况预测模块中对未来一周环境的预测，在影响数据存储模块寻找对应环境下树干液流的变化，并结合树干液流测量模块中采集树干液流信息，对未来一周树干液流的变化信息进行预测，并将预测结果传输至树干液流预测调整系统。
10.作为本技术方案的进一步改进，所述树干液流预测调整系统包括树干液流差距对比模块和预测调整模块；所述树干液流差距对比模块用于将树干液流变化预测模块预测的树干液流变化信息和树干液流测量模块实时采集的树干液流变化信息进行对比，并将对比结果传输至预测调整模块，所述预测调整模块根据树干液流差距对比模块的对比结果对树干液流变化预测模块的预测方案进行调整。
11.作为本技术方案的进一步改进，所述树干液流差距对比模块将树干液流变化预测模块对未来一周树干液流变化的预测和树干液流测量模块在未来一周实际检测的树干液流变化进行对比，并将对比结果传输至影响数据存储模块和预测调整模块。
12.作为本技术方案的进一步改进，所述预测调整模块将树干液流差距对比模块的对比结果传输至树干液流变化预测模块，后期在相同环境下调整树干液流变化预测模块的预测方法。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果：该基于大数据分析的树干液流流速预测系统中，采用多种方式对树干液流的流量和流速进行检测，并将每次检测的数值结合当时的环境变化情况记录在影响数据存储模块中，然后树干液流变化预测模块根据环境状况预测模块中对天气预测和影响数据存储模块中的信息对树干液流在未来一周的变化信息进行预测，此时树干液流测量模块持续对树干液流的实际变化信息进行监测，树干液流差距对比模块将预测结果和实际的数值进行对比，在预测结果和实际结果出入较大时，则记录当时的环境变化，便于在后期出现相同环境或者变化趋势时，提高对树干液流流速和流量进行预测的准确性。
附图说明
14.图1为本发明的整体流程框图。
15.图中各个标号意义为：1、树干液流测量模块；2、影响数据存储模块；3、环境状况预测模块；31、天气状况采集单元；32、土壤水分预测单元；4、树干液流变化预测模块；
5、树干液流差距对比模块；6、预测调整模块。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.实施例1请参阅图1所示，本实施例目的在于，提供了基于大数据分析的树干液流流速预测系统，包括树干液流测量模块1、树干液流预测系统和树干液流预测调整系统；树干液流测量模块1用于对树干液流的流量和流速进行实时检测，并将检测结果传输至树干液流预测系统，树干液流预测系统根据天气信息和树干液流测量模块1中树干液流信息对未来的树干液流信息进行预测，并将预测结果传输至树干液流预测调整系统，树干液流预测系统对树干液流信息预测完成之后，树干液流测量模块1继续对树干液流的流量和流速进行检测，树干液流预测调整系统将树干液流测量模块1中采集的信息和树干液流预测系统的预测信息进行对比，并根据对比结果调整。
18.树干液流测量模块1采用热技术对树木的树干液流的流速和流量进行实时检测，并将检测结果传输至树干液流预测系统和树干液流预测调整系统，目前对树干液流进行检测最先进的方法就是采用热技术进行检测，热技术包括热脉冲法、热平衡法、热扩散法和热变形法，其中热脉冲法是向径向插入树干边材的线性热源施加短时热脉冲，通过测量加热前后热源周围温度差异计算树干液流的流速和流量；热平衡法是由包裹式探头组成，通过输入热量与传导热量及液流携带热量之间的能量平衡关系计算液流流量和流速，该方法适用于测定液流速度较低的植物；热扩散法利用双热电偶检测热耗散为原理的双头液流探针插入树木边材，双头探针上部持续恒定加热，下部作为参考端，测定两探针之间的温差值，以此反映树干液流的速率；热变形法是由内置热电偶的两对插针插入茎干，根据温度梯度之比与液流速率相关性计算液流密度，结果较为准确，不过在测定较高液流速率会出现不稳定的现象，根据不同树木自身的情况选用合适的测试方法，保证测试的结果更加准确，其中，对树干液流流量的计算公式如下：；式中，表示树干液流流量；表示液流速度；表示边材面积。
19.树干液流预测系统包括影响数据存储模块2、环境状况预测模块3和树干液流变化预测模块4；影响数据存储模块2将不同的天气和土壤环境对树干液流流速和流量的变化的影响进行储存，环境状况预测模块3用于对未来一周的天气状况进行预测，树干液流变化预测模块4根据环境状况预测模块3对未来一周天气的预测和树干液流测量模块1采集的当前树干液流的信息在影响数据存储模块2中寻找对应的树干液流变化信息，进而对未来一周树干液流的变化进行预测。
20.树干液流测量模块1实时对树干液流的信息进行检测，影响数据存储模块2根据树干液流测量模块1检测的信息和环境情况将各种环境下树干液流的流量和流速情况储存在云端，由于树干液流主要会受到太阳辐射、空气湿度、土壤水分和天气状况等因素的影响，影响的因素较多，所以使用树干液流测量模块1对树干液流进行实时检测，大大增加采集的数据样本，便于后期根据天气对树干液流进行预测。
21.环境状况预测模块3包括天气状况采集单元31和土壤水分预测单元32；天气状况采集单元31根据天气预报对未来一周的太阳辐射、空气湿度和天气状况进行采集，土壤水分预测单元32根据天气状况采集单元31采集的信息对未来一周土壤湿度的变化情况进行预测，由于树干液流主要会受到太阳辐射、空气湿度、土壤水分和天气状况等因素的影响，所以在预测树干液流的变化时，需要对太阳辐射、空气湿度、土壤水分和天气状况等因素进行预测，而目前对太阳辐射、空气湿度和天气状况等因素有较为成熟的预测方法，即天气预报，根据大气环境中各种数据建立描述大气运动的方程组，通过计算机的计算得到数值结果，预报员根据这些数值得出大气的各种变量，例如气压、温度、风速和降水等信息，再结合这些信息推测天气的变化，天气状况采集单元31直接采集未来一周的天气预报信息，土壤水分预测单元32根据天气状况采集单元31中空气湿度、太阳辐射、降雨情况和当地本身的土壤水分对未来一周的土壤水分变化情况进行预测，便于对树干液流的变化进行预测。
22.树干液流变化预测模块4根据环境状况预测模块3中对未来一周环境的预测，在影响数据存储模块2寻找对应环境下树干液流的变化，并结合树干液流测量模块1中采集树干液流信息，对未来一周树干液流的变化信息进行预测，并将预测结果传输至树干液流预测调整系统，对未来一周树干液流的变化进行预测的步骤如下：
①
、接收天气状况采集单元31预测的未来一周天气变化信息，和土壤水分预测单元32对未来一周土壤水分变化信息的预测；
②
、根据天气状况采集单元31和土壤水分预测单元32的预测信息在影响数据存储模块2中搜索在对应环境下在没有相同环境时，采用相似环境，例如降雨变化量相似的情况、土壤湿度变化量相似的情况等树干液流的变化信息；
③
、将天气和土壤水分对树干液流的影响进行综合计算，得出未来一周的树干液流变化信息。
23.树干液流预测调整系统包括树干液流差距对比模块5和预测调整模块6；树干液流差距对比模块5用于将树干液流变化预测模块4预测的树干液流变化信息和树干液流测量模块1实时采集的树干液流变化信息进行对比，并将对比结果传输至预测调整模块6，预测调整模块6根据树干液流差距对比模块5的对比结果对树干液流变化预测模块4的预测方案进行调整。
24.树干液流差距对比模块5将树干液流变化预测模块4对未来一周树干液流变化的预测和树干液流测量模块1在未来一周实际检测的树干液流变化进行对比，并将对比结果传输至影响数据存储模块2和预测调整模块6，由于天气预报对天气预测的准确率只能达到百分之八十五左右，所以天气预报的预测误差会影响树干液流变化预测模块4对树干液流进行预测的准确率，除此之外，天气预报预测准确时，树干液流变化预测模块4由于影响数据存储模块2中的记录的信息不够完整导致预测的结果和实际的结果有较大出入，例如在
土壤水分含量变化过快或者含量饱和之后，树干液流的流量和流速不再发生变化，甚至会出现降低的情况，因此，将实际树干液流和预测树干液流出入较大的环境记录在影响数据存储模块2中，便于提高后期遇到相同环境对树干液流进行预测的准确率。
25.预测调整模块6将树干液流差距对比模块5的对比结果传输至树干液流变化预测模块4，后期在相同环境下调整树干液流变化预测模块4的预测方法，在后期遇到相同环境时，树干液流变化预测模块4采用预测调整模块6中的信息和影响数据存储模块2中的信息，按照当前测试的树干液流速率和样本树干液流速率的比值计算当前测试的树干液流流速和流量的变化量，提高对树干液流流速和流量进行预测的准确性。
26.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.基于大数据分析的树干液流流速预测系统，其特征在于：包括树干液流测量模块（1）、树干液流预测系统和树干液流预测调整系统；所述树干液流测量模块（1）用于对树干液流的流量和流速进行实时检测，并将检测结果传输至树干液流预测系统，所述树干液流预测系统根据天气信息和树干液流测量模块（1）中树干液流信息对未来的树干液流信息进行预测，并将预测结果传输至树干液流预测调整系统，所述树干液流预测系统对树干液流信息预测完成之后，所述树干液流测量模块（1）继续对树干液流的流量和流速进行检测，所述树干液流预测调整系统将树干液流测量模块（1）中采集的信息和树干液流预测系统的预测信息进行对比，并根据对比结果调整。2.根据权利要求1所述的基于大数据分析的树干液流流速预测系统，其特征在于：所述树干液流测量模块（1）采用热技术对树木的树干液流的流速和流量进行实时检测，并将检测结果传输至树干液流预测系统和树干液流预测调整系统。3.根据权利要求2所述的基于大数据分析的树干液流流速预测系统，其特征在于：所述树干液流预测系统包括影响数据存储模块（2）、环境状况预测模块（3）和树干液流变化预测模块（4）；所述影响数据存储模块（2）将不同的天气和土壤环境对树干液流流速和流量的变化的影响进行储存，所述环境状况预测模块（3）用于对未来一周的天气状况进行预测，所述树干液流变化预测模块（4）根据环境状况预测模块（3）对未来一周天气的预测和树干液流测量模块（1）采集的当前树干液流的信息在影响数据存储模块（2）中寻找对应的树干液流变化信息，进而对未来一周树干液流的变化进行预测。4.根据权利要求3所述的基于大数据分析的树干液流流速预测系统，其特征在于：所述树干液流测量模块（1）实时对树干液流的信息进行检测，所述影响数据存储模块（2）根据树干液流测量模块（1）检测的信息和环境情况将各种环境下树干液流的流量和流速情况储存在云端。5.根据权利要求4所述的基于大数据分析的树干液流流速预测系统，其特征在于：所述环境状况预测模块（3）包括天气状况采集单元（31）和土壤水分预测单元（32）；所述天气状况采集单元（31）根据天气预报对未来一周的太阳辐射、空气湿度和天气状况进行采集，所述土壤水分预测单元（32）根据天气状况采集单元（31）采集的信息对未来一周土壤湿度的变化情况进行预测。6.根据权利要求5所述的基于大数据分析的树干液流流速预测系统，其特征在于：所述树干液流变化预测模块（4）根据环境状况预测模块（3）中对未来一周环境的预测，在影响数据存储模块（2）寻找对应环境下树干液流的变化，并结合树干液流测量模块（1）中采集树干液流信息，对未来一周树干液流的变化信息进行预测，并将预测结果传输至树干液流预测调整系统。7.根据权利要求6所述的基于大数据分析的树干液流流速预测系统，其特征在于：所述树干液流预测调整系统包括树干液流差距对比模块（5）和预测调整模块（6）；所述树干液流差距对比模块（5）用于将树干液流变化预测模块（4）预测的树干液流变化信息和树干液流测量模块（1）实时采集的树干液流变化信息进行对比，并将对比结果传输至预测调整模块（6），所述预测调整模块（6）根据树干液流差距对比模块（5）的对比结果对树干液流变化预测模块（4）的预测方案进行调整。
8.根据权利要求7所述的基于大数据分析的树干液流流速预测系统，其特征在于：所述树干液流差距对比模块（5）将树干液流变化预测模块（4）对未来一周树干液流变化的预测和树干液流测量模块（1）在未来一周实际检测的树干液流变化进行对比，并将对比结果传输至影响数据存储模块（2）和预测调整模块（6）。9.根据权利要求8所述的基于大数据分析的树干液流流速预测系统，其特征在于：所述预测调整模块（6）将树干液流差距对比模块（5）的对比结果传输至树干液流变化预测模块（4），后期在相同环境下调整树干液流变化预测模块（4）的预测方法。

技术总结
本发明涉及树干液流流速预测。本发明涉及基于大数据分析的树干液流流速预测系统。其包括树干液流测量模块、树干液流预测系统和树干液流预测调整系统。本发明在每次检测的数值结合当时的环境变化情况记录在影响数据存储模块中，然后树干液流变化预测模块根据环境状况预测模块中对天气预测和影响数据存储模块中的信息对树干液流在未来一周的变化信息进行预测，此时树干液流测量模块持续对树干液流的实际变化信息进行监测，树干液流差距对比模块将预测结果和实际的数值进行对比，在预测结果和实际结果出入较大时，则记录当时的环境变化，便于在后期出现相同环境或者变化趋势时，提高对树干液流流速和流量进行预测的准确性。提高对树干液流流速和流量进行预测的准确性。提高对树干液流流速和流量进行预测的准确性。


技术研发人员：王志超 杜阿朋 许宇星 竹万宽
受保护的技术使用者：中国林业科学研究院速生树木研究所
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/7/21