專利名稱：分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動態(tài)水文過程監(jiān)測技術(shù)，尤其涉及一種分布式實時智能監(jiān)測坡面 徑流系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水土流失是當(dāng)今世界的重要環(huán)境問題，坡面徑流是影響水土流失的重要因素之 一，坡面徑流的時空變化對土壤侵蝕研究和水土流失治理具有重要意義?，F(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)用于坡面徑流采樣的方法主要是集水池法及多孔分流裝置，屬于 集總式測量。隨著分布式流域水文學(xué)的不斷發(fā)展，需要對坡面徑流過程進(jìn)行分布式實時監(jiān)
測與管理?，F(xiàn)有技術(shù)中的采集方法不能對坡面徑流進(jìn)行分布、動態(tài)的自動連續(xù)監(jiān)測，且系統(tǒng)
誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)，其不但具有從時 間、空間上連續(xù)進(jìn)行徑流樣品采集、數(shù)據(jù)自動傳輸存儲等功能，并且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、檢 測精度高。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)，其特征在于，包括多個檢測單元，每 個檢測單元包括集水槽，所述集水槽設(shè)有輸水管和濾網(wǎng)，所述輸水管設(shè)有水量測量器，所述 水量測量器連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換組件，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換組件設(shè)有無線發(fā)射裝置；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換組件接收所述水量測量器的水量信號，并將該水量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過無線發(fā)射裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備上。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的分布式實時智能監(jiān)測坡面 徑流系統(tǒng)，其特征在于，包括多個檢測單元，每個檢測單元包括集水槽，所述集水槽設(shè)有輸 水管和濾網(wǎng)，所述輸水管設(shè)有水量測量器，所述水量測量器連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換組件，所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換組件設(shè)有無線發(fā)射裝置；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換組件接收所述水量測量器的水量信號，并將該水量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過無線發(fā)射裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備上。能從時間、空間上 連續(xù)進(jìn)行徑流樣品采集、數(shù)據(jù)自動傳輸存儲，并且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、檢測精度高。


圖1為本發(fā)明的具體實施例中一級多坡面徑流智能監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的具體實施例中二級單坡面徑流智能監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)，其較佳的具體實施方式
如圖1所 示，包括多個檢測單元，每個檢測單元包括集水槽，所述集水槽設(shè)有輸水管和濾網(wǎng)，所述輸 水管設(shè)有水量測量器，所述水量測量器連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換組件，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換組件設(shè)有無線 發(fā)射裝置；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換組件接收所述水量測量器的水量信號，并將該水量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過無線發(fā)射裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備上。所述無線發(fā)射裝置與數(shù)據(jù)接收設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)連接。所述集水槽的結(jié)構(gòu)包括嵌入坡面0. 5m的金屬槽，金屬槽的邊緣高出坡面0. 3m，槽內(nèi)地面以出水口為中心 向出水口傾斜率為5 10%，出水口直徑5 8cm;出水口用精密濾網(wǎng)上下面包裹，內(nèi)部填充過濾材料；出水口高出底面5 10cm，并伸入輸水管5 10cm。所述水量測量器為容積式水表，將容積式水表的轉(zhuǎn)動軸和撥叉與計數(shù)器相連接， 再將模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計數(shù)器連接構(gòu)成一個連體構(gòu)件。如圖2所示，多個檢測單元的集水槽匯集到總集水槽，構(gòu)成兩級檢測模式，實現(xiàn)分 單元與總體的兩項參數(shù)收集。所述數(shù)據(jù)接收設(shè)備為遠(yuǎn)程控制計算機。本發(fā)明能針對坡面徑流不同坡面監(jiān)測小區(qū)、同一小區(qū)不同部位的動態(tài)水文過程進(jìn) 行監(jiān)測，主要用于水土保持監(jiān)測、山地水文研究。不但具有從時間、空間上連續(xù)進(jìn)行徑流樣 品采集、數(shù)據(jù)自動傳輸存儲等功能，并且具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的優(yōu)點，為水土保持監(jiān)測 研究工作提供技術(shù)支撐。本發(fā)明的工作原理是根據(jù)不同微氣候條件下，得知地表徑流、入滲徑流、降雨、地表粗糙度等參數(shù)，計算 出最大雨洪量，制定出集水槽和整體規(guī)格，然后運用定容計量原理和模數(shù)轉(zhuǎn)換原理、無線網(wǎng) 絡(luò)傳輸原理等進(jìn)行優(yōu)化組合構(gòu)成本系統(tǒng)。分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)主要分為兩級檢測模式，構(gòu)成一個整體系統(tǒng)；如圖1所示，一級構(gòu)造為分布式，若干個單元監(jiān)測裝置按照分級分布的方式組合 而成，如圖1整體布局；如圖2所示，二級構(gòu)造為每個監(jiān)測單元，由集水槽、輸水管、濾網(wǎng)、傳統(tǒng)水量測量 器、模數(shù)轉(zhuǎn)換組件、無線通訊技術(shù)組件等構(gòu)成，每個監(jiān)測單元將監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳 輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備上，從而實現(xiàn)分布式實時智能監(jiān)測坡面水文規(guī)律。下面結(jié)合附圖對本申請進(jìn)行詳細(xì)的描述坡面徑流觀測是水土保持科學(xué)研究的必要環(huán)節(jié)，以往傳統(tǒng)的監(jiān)測測已經(jīng)不適合于 現(xiàn)代水土保持研究的發(fā)展和氣象觀測的需要。坡面徑流監(jiān)測急需引入先進(jìn)的、具有自動收 集、處理、存儲和無線傳輸氣象信息等功能的智能系統(tǒng)，使坡面徑流監(jiān)測工作實現(xiàn)自動化， 提高地面觀測資料的可靠性，消除由于人工觀測引起的誤差，從根本上提高我國水土保持 監(jiān)測的總體水平?；谶@樣的背景，本發(fā)明專利將模數(shù)轉(zhuǎn)換組件、無線通信技術(shù)與傳統(tǒng)水量 測量器(如水表)相結(jié)合，形成適合水土保持監(jiān)測的分布式實時智能監(jiān)測系統(tǒng)。
分布式實時智能監(jiān)測系統(tǒng)主要有三個部分組成，參見圖1 1、坡面徑流收集構(gòu)造由專門針對不同坡面的集水槽，構(gòu)造為嵌入坡面0. 5m的金 屬槽，高出坡面0. 3m，槽內(nèi)地面以出水口為中心向出水口傾斜率為10 %，出水口直徑5 8cm，用精密濾網(wǎng)填充，高出底面5 10cm，伸入輸水管5 10cm，充分濾去槽內(nèi)集水的渣 滓，確保進(jìn)入輸水管水流沒有大顆粒顆粒。輸水管用一般的軟質(zhì)塑料管即可，保持水流的通暢，接口處要用性能好的防水膠 布密封，防止漏水。2、水量測量構(gòu)造量水器傳統(tǒng)水量測量器采用容積式水表，因為坡面徑流受降雨量影響，監(jiān)測坡面 徑流需要精確的數(shù)據(jù)，容積式流量測量是采用固定的小容積來反復(fù)計量通過流量計的流體 體積，不受瞬時水流量的大小、速度影響，可使水表在包括微小流量在內(nèi)的較大的流量范圍 內(nèi)工作，也從根本上真正提高了精確度和計量能力。優(yōu)點(1)計量精度高；(2)安裝管道條 件對計量精度沒有影響；(3)可用于高粘度液體的測量；(4)范圍度寬；(5)直讀式儀表無 需外部能源可直接獲得累計，總量，清晰明了，操作簡便。尤其在山區(qū)特殊的條件下，滿足了 坡面徑流是不定壓力和不滿管的情況下測量數(shù)據(jù)的精確。轉(zhuǎn)換器將容積式水表檢測到的瞬時水量信息通過與其由轉(zhuǎn)動軸和撥叉與計數(shù)機 構(gòu)相連接，將瞬時活塞旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，轉(zhuǎn)化為計數(shù)器的數(shù)值，就可算出流過水表的體積。模數(shù) 轉(zhuǎn)換器將計數(shù)器的物理運動轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過無線組建發(fā)射到數(shù)據(jù)接受設(shè)備。3、數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)造模數(shù)轉(zhuǎn)換器將計數(shù)器的物理運動轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞給無線控制臺，再通過服務(wù) 器把信號傳遞給無線組件(含CDMA路由器)的理由器發(fā)射到數(shù)據(jù)接受設(shè)備。遠(yuǎn)程控制和 數(shù)據(jù)采集由遠(yuǎn)程控制計算機和數(shù)據(jù)采集分析軟件所組成。本發(fā)明設(shè)計實驗中遠(yuǎn)程控制計算 機的普配置即可滿足，數(shù)據(jù)采集分析軟件由自主開發(fā)的軟件滿足。參見圖2，二級單元中，單個集水裝置中，集水槽把所在坡面范圍的坡面徑流集中 起來，經(jīng)過濾渣網(wǎng)把枯枝、大顆粒等雜物過濾掉，勻質(zhì)水流通過輸水管進(jìn)入到量水器里，量 水器主要是容積式流量計經(jīng)過改造過的，水流通過流量計，就會在流量計進(jìn)出口之間產(chǎn)生 一定的壓力差.流量計的轉(zhuǎn)動部件在這個壓力差作用下特產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向 出口。在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動次數(shù)。就可 以得到通過流量計的水流體積。然后模數(shù)轉(zhuǎn)換器把動態(tài)的轉(zhuǎn)動的數(shù)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號通過無線傳輸技術(shù)自動發(fā) 送到數(shù)據(jù)接受裝備(計算機)，以數(shù)據(jù)或圖形的形式存儲下來。這樣可是實現(xiàn)對一個坡面的 不同區(qū)域的徑流量進(jìn)行監(jiān)測研究，或者對若干個檢測坡面小區(qū)進(jìn)行同時的徑流監(jiān)測研究。 因此實現(xiàn)坡面徑流的實時、在線、動態(tài)測量具有重要的科學(xué)意義和實用價值。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)，其特征在于，包括多個檢測單元，每個檢測單元包括集水槽，所述集水槽設(shè)有輸水管和濾網(wǎng)，所述輸水管設(shè)有水量測量器，所述水量測量器連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換組件，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換組件設(shè)有無線發(fā)射裝置；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換組件接收所述水量測量器的水量信號，并將該水量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過無線發(fā)射裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)，其特征在于，所述無線 發(fā)射裝置與數(shù)據(jù)接收設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)，其特征在于，所述集水 槽的結(jié)構(gòu)包括嵌入坡面0. 5m的金屬槽，金屬槽的邊緣高出坡面0. 3m，槽內(nèi)地面以出水口為中心向出 水口傾斜率為5 10%，出水口直徑5 8cm ；出水口用精密濾網(wǎng)上下面包裹，內(nèi)部填充過濾材料；出水口高出底面5 10cm，并伸入輸水管5 10cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述水量測量器為容積式水表，將容 積式水表的轉(zhuǎn)動軸和撥叉與計數(shù)器相連接，再將模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計數(shù)器連接構(gòu)成一個連體構(gòu) 件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，多個檢測單元的集水槽匯 集到總集水槽，構(gòu)成兩級檢測模式，實現(xiàn)分單元與總體的兩項參數(shù)收集。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù) 接收設(shè)備為遠(yuǎn)程控制計算機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式實時智能監(jiān)測坡面徑流系統(tǒng)，包括多個檢測單元，每個檢測單元包括集水槽，集水槽設(shè)有輸水管和濾網(wǎng)，輸水管設(shè)有水量測量器，水量測量器連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換組件，模數(shù)轉(zhuǎn)換組件設(shè)有無線發(fā)射裝置；模數(shù)轉(zhuǎn)換組件接收所述水量測量器的水量信號，并將該水量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過無線發(fā)射裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備上?？梢苑譃閮杉墮z測模式，構(gòu)成一個整體系統(tǒng)。監(jiān)測單元將監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收設(shè)備上，從而實現(xiàn)分布式實時智能監(jiān)測坡面水文規(guī)律。
文檔編號G01F11/44GK101900591SQ20101020196
公開日2010年12月1日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者關(guān)楓, 王振華, 田濤, 陳志泊, 陳杰, 駱漢, 高俊, 齊鋒 申請人:北京林業(yè)大學(xué)