CN112747794A - 一种用于沟道侵蚀过程监测的装置、***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于沟道侵蚀过程监测的装置、***及方法，其装置包括插杆、支架、无线通信模块以及微处理器等，其***包括若干个所述装置，各装置按多行多列均匀的***沟道内的土壤中，多行装置和多列装置纵横交织将沟道内部的表面划分为若干个监测区块；各装置均通过其无线通信模块与远程监控主机信号连接；根据各装置的实时检测得到各装置的检测光最低点的高度信息以及高度信息的高度差，并通过高度差及对应的各监测区块的面积计算得到所有监测区块在设定的监测时间间隔内的侵蚀泥流流动量。本发明能够在沟道侵蚀的过程中从局部和整体上很好的把握侵蚀过程中的沟道各部分的泥流流量变化状况，能够为沟道侵蚀研究提供全面、可靠的研究数据。

Description

一种用于沟道侵蚀过程监测的装置、***及方法

技术领域

本发明涉及土壤侵蚀防治领域，特别涉及一种用于沟道侵蚀过程监测的装置、***及方法。

背景技术

在我国的西北及中北部等省份广泛分布黄土，且植被覆盖率较低，土质较疏松，具有较强的水敏性。在季风气候影响下，这些黄土地区降水集中，且多为暴雨，在径流作用下容易发生沟道侵蚀，形成水土流失，造成区域地形被侵蚀，导致地面沟壑纵横，使得生产条件和生态环境恶化，成为制约黄土地区社会与经济可持续发展的重大战略问题。沟道侵蚀是在水流动力和自身重力联合作用下形成的，是水蚀过程的重要组成部分，沟道侵蚀根据发生的形态和演变过程，可分为细沟侵蚀、浅沟侵蚀、沟道侵蚀等不同阶段。由于沟道侵蚀发生的面积广，尤其是纵向尺寸长，侵蚀过程中的环境状况复杂，因此难以对沟道在侵蚀过程中各部位进行全面的侵蚀监测，尤其是难以监测沟道的局部泥流流量变化状态，因而难以从整体上研究和把握沟道侵蚀的整个演变过程。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种用于沟道侵蚀过程监测的装置、***及方法，能够在沟道侵蚀的整个过程中从局部和整体上很好的把握侵蚀过程中的沟道各部分的泥流流量变化状况，从而做到从整体上了解沟道侵蚀的整个演变过程，从而为沟道侵蚀研究增加更为全面、可靠的研究数据。

本发明的技术方案是：一种用于沟道侵蚀过程监测的装置，包括：

插杆，用于***沟道内的土壤中，插杆设为中空结构，插杆内沿插杆纵向等间距设有多个光接收端，各光接收端对应于其在插杆上相应的高度信息，各光接收端所在处的插杆杆壁上均设有玻璃透光窗；

支架，设于所述插杆的上端，支架上设有光发射端，所述光发射端用于发射出照向各个玻璃透光窗的检测光，当检测光照向各玻璃透光窗会被对应的光接收端所接收，光接收端接收到检测光后输出光接收信号；

定位模块，设于所述插杆内，用于检测所述插杆所在的地理位置；

无线通信模块，设于所述插杆内；

微处理器，设于所述插杆内，用于实时接收各光接收端所输出的光接收信号，并实时将最下方输出光接收信号的光接收端对应的所述高度信息通过无线通信模块发送给远程监控主机；所述微处理器还用于接收定位模块所检测到的地理位置信息，并将所述地理位置信息通过无线通信模块发送给远程监控主机；

电源模块，分别与所述微处理器、无线通信模块、定位模块、光发射端以及光接收端电连接。

上述支架上设有多个光发射端。

上述插杆的上端还设有将插杆往沟道内的土壤中***的施力部。

上述插杆的上端还设有雨量传感器，所述雨量传感器与微处理器信号连接。

一种用于沟道侵蚀过程监测的***，包括若干个上述的装置，各装置按多行多列均匀的***沟道内的土壤中，其中多行之间的行距和多列之间的列距均为设定的定值，多行装置和多列装置纵横交织将沟道内部的表面划分为若干个监测区块；所述各装置均通过其无线通信模块与远程监控主机信号连接；各装置实时将***沟道内的插杆上的最下方接收到检测光的光接收端对应的所述高度信息发送给所述远程监控主机，所述远程监控主机实时计算设定的监测时间间隔的初始时刻各装置发送来的高度信息以及该设定的监测时间间隔的结束时刻各装置发送来的高度信息之间的高度差值，并将所述高度差值与相应的装置所对应的监测区块的面积相乘，从而近似得到各监测区块在经过设定的监测时间间隔的侵蚀泥流流动量，进而从整体上实时把握所有监测区块在整个沟道侵蚀过程中的侵蚀泥流流动量及其变化状况。

一种用于沟道侵蚀过程监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将沟道内的表面均匀的划分为纵横分布的若干个监测区块；

2)向各监测区块均***一所述装置；

3)将各装置与远程监控主机信号连接；

4)通过远程监控主机实时监控整个沟道的各个监测区块被侵蚀过程，实时获知各个监测区块在整个被侵蚀过程中的侵蚀泥流流动量及其侵蚀泥流流动变化量，从而从整体上实时把握整个沟道在整个侵蚀过程中的侵蚀泥流流动量及其变化状况。

本发明的有益效果：本发明实施例中，提供一种用于沟道侵蚀过程监测的装置、***及方法，在沟道发生侵蚀时，通过本发明装置能够对沟道的监测点处的泥流状态进行实时动态的监测，当沟道内发生侵蚀泥流时，泥流上方紧邻泥流的光接收端始终能够接收到光发射端发射来的检测光，而泥流下方的光接收端由于泥流的阻挡则无法接收到检测光，从而能够根据光接收端在装置上的高度来实时监测泥流的高度及其泥流高度的变化。而本发明通过在沟道内布设若干个监测装置，便能从整体上把握整个沟道在侵蚀过程中的泥流状况。本发能够在沟道侵蚀的整个过程中从局部和整体上很好的把握侵蚀过程中的沟道各部分的泥流流量变化状况，从而做到从整体上获知沟道侵蚀的整个演变过程，从而为沟道侵蚀研究增加更为全面、可靠的研究数据。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为检测光透过玻璃透光窗被对应的光接收端接收的示意图；

图3为本发明装置的电***连接框图；

图4为本发明***的装置在沟道内的局部面积上布设示意图；

图5为本发明***的电***连接框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1-图3，本发明实施例提供了一种用于沟道侵蚀过程监测的装置、***及方法，其中本发明的用于沟道侵蚀过程监测的装置包括插杆1、支架3、定位模块11、无线通信模块8、微处理器9以及电源模块10等，其中插杆1用于***沟道12内的土壤7中，插杆1设为中空结构，插杆1内沿插杆1纵向等间距设有多个光接收端6，各光接收端6对应于其在插杆1上相应的高度信息，各光接收端6同时用于标记插杆上相应位置的高度，各光接收端6所在处的插杆1杆壁上均设有玻璃透光窗1-1；所述支架3设于所述插杆1的上端，支架3上设有光发射端4，光发射端4的数量为多个，所述光发射端4用于发射出照向各个玻璃透光窗的检测光5，其中支架3与各光发射端4的连接部位可设为角度可调的连接部，从而便于调整各光发射端4发射出的检测光的照射角度，各检测光的照射方向为照射向其下方的各玻璃透光窗，当检测光5照向各玻璃透光窗会被对应的光接收端6所接收，当光接收端6接收到检测光5后输出光接收信号，当光接收端6被买入土壤以下或者位于泥流以下时，这时检测光会被土壤或泥流遮挡，从而不会被检测光所照射到，则此时只有土壤、泥流上方各的光接收端6能够接收到检测光并输出光接收信号；在监测时，将插杆1***土壤7中时，将插杆上半部分露在土壤7上，由于插杆上半部分的光接收端6露在空气中，因此这些光接收端6能够接收到光发射端4所发射来的检测光，而***土壤7内(或者位于泥流内)的光发射端4由于检测光无法穿透土壤及泥流，因此无法接收到检测光，则此时最下面能够检测到检测光并输出光接收信号的光接收端6所处的高度便为土壤表面(或泥流表面)的高度位置。定位模块11设于所述插杆1内，用于检测所述插杆1所在的地理位置，从而获得各个插杆处的具体地理位置；无线通信模块8设于所述插杆1内，用于和外界接收端进行无线通信；微处理器9设于所述插杆1内，用于实时接收各光接收端6所输出的光接收信号，并实时将最下方输出光接收信号的光接收端6对应的高度信息通过无线通信模块8发送给远程监控主机，从而能够实时或者插杆处的土壤(或泥流)高度变化，从而能够实时监测插杆位置处在侵蚀过程中的土壤(或泥流)的高度变化状况，实时获知插杆处的土壤侵蚀程度及侵蚀变化状态；所述微处理器9还用于接收定位模块11所检测到的地理位置信息，并将所述地理位置信息通过无线通信模块8发送给远程监控主机，从而准确的获知监测点处的地理位置信息；电源模块10分别与所述微处理器9、无线通信模块8、定位模块11、光发射端4以及光接收端6电连接，用于给它们供电。

进一步地，所述插杆1的上端还设有将插杆1***沟道12内的土壤7中的施力部2，通过击打或用力按压所述施力部2能够将插杆1***土壤7中。

进一步地，所述插杆1的上端还设有雨量传感器，所述雨量传感器与微处理器9信号连接，通过实时监测插杆1处的雨量，能够更好的将雨量和插杆处的侵蚀状态关联起来，从而能够更好的综合性的研究沟道侵蚀状况。

参见4及图5，本发明的用于沟道侵蚀过程监测的***，包括若干个所述的装置，各装置按多行多列均匀的***沟道12内的土壤7中，其中多行之间的行距和多列之间的列距均为设定的定值，多行装置和多列装置纵横交织将沟道12内部的表面划分为若干个监测区块12-1；所述各装置均通过其无线通信模块8与远程监控主机信号连接；各装置实时将***沟道12内的插杆1上的最下方接收到检测光5的光接收端6对应的所述高度信息发送给所述远程监控主机，所述远程监控主机实时计算设定的监测时间间隔的初始时刻各装置发送来的高度信息以及该设定的监测时间间隔的结束时刻各装置发送来的高度信息之间的高度差值，并将所述高度差值与相应的装置所对应的监测区块12-1的面积(所述面积为行距和列距相乘之积)相乘，从而近似得到各监测区块12-1在经过设定的监测时间间隔的侵蚀泥流流动量，进而从整体上实时把握所有监测区块12-1在整个沟道侵蚀过程中的侵蚀泥流流动量及其变化状况。参见图4，图中标示为灰色的装置和灰色的监测区块相对应，按如此排布，各装置均依次对应一监测区块。

本发明的用于沟道侵蚀过程监测的***的监测方法，包括如下步骤：

1)将沟道12内的表面均匀的划分为纵横分布的若干个监测区块12-1；

2)向各监测区块12-1均***一所述装置；

3)将各装置与远程监控主机信号连接；

4)通过远程监控主机实时监控整个沟道12的各个监测区块12-1被侵蚀过程，实时获知各个监测区块12-1在整个被侵蚀过程中的侵蚀泥流流动量及其侵蚀泥流流动变化量，从而从整体上实时把握整个沟道在整个侵蚀过程中的侵蚀泥流流动量及其变化状况。

综上所述，本发明实施例提供的一种用于沟道侵蚀过程监测的装置、***及方法，在沟道发生侵蚀时，通过本发明装置能够对沟道的监测点处的泥流状态进行实时动态的监测，当沟道内发生侵蚀泥流时，泥流上方紧邻泥流的光接收端始终能够接收到光发射端发射来的检测光，而泥流下方的光接收端由于泥流的阻挡则无法接收到检测光，从而能够根据光接收端在装置上的高度来实时监测泥流的高度及其泥流高度的变化。而本发明通过在沟道内布设若干个监测装置，便能从整体上把握整个沟道在侵蚀过程中的泥流状况。本发能够在沟道侵蚀的整个过程中从局部和整体上很好的把握侵蚀过程中的沟道各部分的泥流流量变化状况，从而做到从整体上获知沟道侵蚀的整个演变过程，从而为沟道侵蚀研究增加更为全面、可靠的研究数据。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于沟道侵蚀过程监测的装置，其特征在于，包括：

插杆(1)，用于***沟道(12)内的土壤(7)中，插杆(1)设为中空结构，插杆(1)内沿插杆(1)纵向等间距设有多个光接收端(6)，各光接收端(6)对应于其在插杆(1)上相应的高度信息，各光接收端(6)所在处的插杆(1)杆壁上均设有玻璃透光窗；

支架(3)，设于所述插杆(1)的上端，支架(3)上设有光发射端(4)，所述光发射端(4)用于发射出照向各个玻璃透光窗(1-1)的检测光(5)，当检测光(5)照向各玻璃透光窗(1-1)会被对应的光接收端(6)所接收，光接收端(6)接收到检测光(5)后输出光接收信号；

定位模块(11)，设于所述插杆(1)内，用于检测所述插杆(1)所在的地理位置；

无线通信模块(8)，设于所述插杆(1)内；

微处理器(9)，设于所述插杆(1)内，用于实时接收各光接收端(6)所输出的光接收信号，并实时将最下方输出光接收信号的光接收端(6)对应的所述高度信息通过无线通信模块(8)发送给远程监控主机；所述微处理器(9)还用于接收定位模块(11)所检测到的地理位置信息，并将所述地理位置信息通过无线通信模块(8)发送给远程监控主机；

电源模块(10)，分别与所述微处理器(9)、无线通信模块(8)、定位模块(11)、光发射端(4)以及光接收端(6)电连接。

2.如权利要求1所述的一种用于沟道侵蚀过程监测的装置，其特征在于，所述支架(3)上设有多个光发射端(4)。

3.如权利要求1所述的一种用于沟道侵蚀过程监测的装置，其特征在于，所述插杆(1)的上端还设有将插杆(1)往沟道(12)内的土壤(7)中***的施力部(2)。

4.如权利要求1所述的一种用于沟道侵蚀过程监测的装置，其特征在于，所述插杆(1)的上端还设有雨量传感器，所述雨量传感器与微处理器(9)信号连接。

5.一种用于沟道侵蚀过程监测的***，其特征在于，包括若干个如权利要求1-4任一权利要求所述的装置，各装置按多行多列均匀的***沟道(12)内的土壤(7)中，其中多行之间的行距和多列之间的列距均为设定的定值，多行装置和多列装置纵横交织将沟道(12)内部的表面划分为若干个监测区块(12-1)；所述各装置均通过其无线通信模块(8)与远程监控主机信号连接；各装置实时将***沟道(12)内的插杆(1)上的最下方接收到检测光(5)的光接收端(6)对应的所述高度信息发送给所述远程监控主机，所述远程监控主机实时计算设定的监测时间间隔的初始时刻各装置发送来的高度信息以及该设定的监测时间间隔的结束时刻各装置发送来的高度信息之间的高度差值，并将所述高度差值与相应的装置所对应的监测区块(12-1)的面积相乘，从而近似得到各监测区块(12-1)在经过设定的监测时间间隔的侵蚀泥流流动量，进而从整体上实时把握所有监测区块(12-1)在整个沟道侵蚀过程中的侵蚀泥流流动量及其变化状况。

6.一种如权利要求5所述的用于沟道侵蚀过程监测的***的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将沟道(12)内的表面均匀的划分为纵横分布的若干个监测区块(12-1)；

2)向各监测区块(12-1)均***一所述装置；

3)将各装置与远程监控主机信号连接；

4)通过远程监控主机实时监控整个沟道(12)的各个监测区块(12-1)被侵蚀过程，实时获知各个监测区块(12-1)在整个被侵蚀过程中的侵蚀泥流流动量及其侵蚀泥流流动变化量，从而从整体上实时把握整个沟道在整个侵蚀过程中的侵蚀泥流流动量及其变化状况。

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