CN101900591B

CN101900591B - 分布式实时智能监测坡面径流系统

Info

Publication number: CN101900591B
Application number: CN201010201963XA
Authority: CN
Inventors: 田涛; 陈杰; 王振华; 陈志泊; 齐锋; 骆汉; 关枫; 高俊
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: CN101900591A

Abstract

本发明公开了一种分布式实时智能监测坡面径流系统，包括多个检测单元，每个检测单元包括集水槽，集水槽设有输水管和滤网，输水管设有水量测量器，水量测量器连接有模数转换组件，模数转换组件设有无线发射装置；模数转换组件接收所述水量测量器的水量信号，并将该水量信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号通过无线发射装置传输到数据接收设备上。可以分为两级检测模式，构成一个整体系统。监测单元将监测的数据通过无线网络传输到数据接收设备上，从而实现分布式实时智能监测坡面水文规律。

Description

分布式实时智能监测坡面径流系统

技术领域

本发明涉及一种动态水文过程监测技术，尤其涉及一种分布式实时智能监测坡面径流系统。

背景技术

水土流失是当今世界的重要环境问题，坡面径流是影响水土流失的重要因素之一，坡面径流的时空变化对土壤侵蚀研究和水土流失治理具有重要意义。

现有技术中，应用于坡面径流采样的方法主要是集水池法及多孔分流装置，属于集总式测量。随着分布式流域水文学的不断发展，需要对坡面径流过程进行分布式实时监测与管理。

现有技术中的采集方法不能对坡面径流进行分布、动态的自动连续监测，且系统误差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式实时智能监测坡面径流系统，其不但具有从时间、空间上连续进行径流样品采集、数据自动传输存储等功能，并且结构简单、操作方便、检测精度高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的分布式实时智能监测坡面径流系统，其特征在于，包括多个检测单元，每个检测单元包括集水槽，所述集水槽设有输水管和滤网，所述输水管设有水量测量器，所述水量测量器连接有模数转换组件，所述模数转换组件设有无线发射装置；

所述模数转换组件接收所述水量测量器的水量信号，并将该水量信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号通过无线发射装置传输到数据接收设备上。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的分布式实时智能监测坡面径流系统，其特征在于，包括多个检测单元，每个检测单元包括集水槽，所述集水槽设有输水管和滤网，所述输水管设有水量测量器，所述水量测量器连接有模数转换组件，所述模数转换组件设有无线发射装置；

所述模数转换组件接收所述水量测量器的水量信号，并将该水量信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号通过无线发射装置传输到数据接收设备上。能从时间、空间上连续进行径流样品采集、数据自动传输存储，并且结构简单、操作方便、检测精度高。

附图说明

图1为本发明的具体实施例中一级多坡面径流智能监测系统结构示意图；

图2为本发明的具体实施例中二级单坡面径流智能监测系统结构示意图。

具体实施方式

本发明的分布式实时智能监测坡面径流系统，其较佳的具体实施方式如图1所示，包括多个检测单元，每个检测单元包括集水槽，所述集水槽设有输水管和滤网，所述输水管设有水量测量器，所述水量测量器连接有模数转换组件，所述模数转换组件设有无线发射装置；

所述无线发射装置与数据接收设备通过无线网络连接。

所述集水槽的结构包括：

嵌入坡面0.5m的金属槽，金属槽的边缘高出坡面0.3m，槽内地面以出水口为中心向出水口倾斜率为5～10％，出水口直径5～8cm；

出水口用精密滤网上下面包裹，内部填充过滤材料；

出水口高出底面5～10cm，并伸入输水管5～10cm。

所述水量测量器为容积式水表，将容积式水表的转动轴和拨叉与计数器相连接，再将模数转换器与计数器连接构成一个连体构件。

如图2所示，多个检测单元的集水槽汇集到总集水槽，构成两级检测模式，实现分单元与总体的两项参数收集。

所述数据接收设备为远程控制计算机。

本发明能针对坡面径流不同坡面监测小区、同一小区不同部位的动态水文过程进行监测，主要用于水土保持监测、山地水文研究。不但具有从时间、空间上连续进行径流样品采集、数据自动传输存储等功能，并且具有结构简单，操作方便的优点，为水土保持监测研究工作提供技术支撑。

本发明的工作原理是：

根据不同微气候条件下，得知地表径流、入渗径流、降雨、地表粗糙度等参数，计算出最大雨洪量，制定出集水槽和整体规格，然后运用定容计量原理和模数转换原理、无线网络传输原理等进行优化组合构成本系统。

分布式实时智能监测坡面径流系统主要分为两级检测模式，构成一个整体系统；

如图1所示，一级构造为分布式，若干个单元监测装置按照分级分布的方式组合而成，如图1整体布局；

如图2所示，二级构造为每个监测单元，由集水槽、输水管、滤网、传统水量测量器、模数转换组件、无线通讯技术组件等构成，每个监测单元将监测的数据通过无线网络传输到数据接收设备上，从而实现分布式实时智能监测坡面水文规律。

下面结合附图对本申请进行详细的描述：

坡面径流观测是水土保持科学研究的必要环节，以往传统的监测测已经不适合于现代水土保持研究的发展和气象观测的需要。坡面径流监测急需引入先进的、具有自动收集、处理、存储和无线传输气象信息等功能的智能系统，使坡面径流监测工作实现自动化，提高地面观测资料的可靠性，消除由于人工观测引起的误差，从根本上提高我国水土保持监测的总体水平。基于这样的背景，本发明专利将模数转换组件、无线通信技术与传统水量测量器(如水表)相结合，形成适合水土保持监测的分布式实时智能监测系统。

分布式实时智能监测系统主要有三个部分组成，参见图1：

1、坡面径流收集构造：由专门针对不同坡面的集水槽，构造为嵌入坡面0.5m的金属槽，高出坡面0.3m，槽内地面以出水口为中心向出水口倾斜率为10％，出水口直径5～8cm，用精密滤网填充，高出底面5～10cm，伸入输水管5～10cm，充分滤去槽内集水的渣滓，确保进入输水管水流没有大颗粒颗粒。

输水管用一般的软质塑料管即可，保持水流的通畅，接口处要用性能好的防水胶布密封，防止漏水。

2、水量测量构造：

量水器：传统水量测量器采用容积式水表，因为坡面径流受降雨量影响，监测坡面径流需要精确的数据，容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通过流量计的流体体积，不受瞬时水流量的大小、速度影响，可使水表在包括微小流量在内的较大的流量范围内工作，也从根本上真正提高了精确度和计量能力。优点：(1)计量精度高；(2)安装管道条件对计量精度没有影响；(3)可用于高粘度液体的测量；(4)范围度宽；(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量，清晰明了，操作简便。尤其在山区特殊的条件下，满足了坡面径流是不定压力和不满管的情况下测量数据的精确。

转换器：将容积式水表检测到的瞬时水量信息通过与其由转动轴和拨叉与计数机构相连接，将瞬时活塞旋转的次数，转化为计数器的数值，就可算出流过水表的体积。模数转换器将计数器的物理运动转化为数字信号，通过无线组建发射到数据接受设备。

3、数据传输构造：

模数转换器将计数器的物理运动转化为数字信号传递给无线控制台，再通过服务器把信号传递给无线组件(含CDMA路由器)的理由器发射到数据接受设备。远程控制和数据采集由远程控制计算机和数据采集分析软件所组成。本发明设计实验中远程控制计算机的普配置即可满足，数据采集分析软件由自主开发的软件满足。

参见图2，二级单元中，单个集水装置中，集水槽把所在坡面范围的坡面径流集中起来，经过滤渣网把枯枝、大颗粒等杂物过滤掉，匀质水流通过输水管进入到量水器里，量水器主要是容积式流量计经过改造过的，水流通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差.流量计的转动部件在这个压力差作用下特产生旋转，并将流体由入口排向出口。在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数。就可以得到通过流量计的水流体积。

然后模数转换器把动态的转动的数量转换成数字信号通过无线传输技术自动发送到数据接受装备(计算机)，以数据或图形的形式存储下来。这样可是实现对一个坡面的不同区域的径流量进行监测研究，或者对若干个检测坡面小区进行同时的径流监测研究。因此实现坡面径流的实时、在线、动态测量具有重要的科学意义和实用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种分布式实时智能监测坡面径流系统，其特征在于，包括多个检测单元，每个检测单元包括集水槽，所述集水槽设有输水管和滤网，所述输水管设有水量测量器，所述水量测量器连接有模数转换组件，所述模数转换组件设有无线发射装置；

2.根据权利要求1所述的分布式实时智能监测坡面径流系统，其特征在于，所述无线发射装置与数据接收设备通过无线网络连接。

3.根据权利要求2所述的分布式实时智能监测坡面径流系统，其特征在于，所述集水槽的结构包括：

嵌入坡面0.5m的金属槽，金属槽的边缘高出坡面0.3m，槽内地面向出水口倾斜率为5～10％，出水口直径5～8cm；

出水口用精密滤网上下面包裹，内部填充过滤材料，并伸入输水管5～10cm。

4.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述水量测量器为容积式水表，将容积式水表的转动轴和拨叉与计数器相连接，再将模数转换器与计数器连接构成一个连体构件。

5.根据权利要求1至4任一项所述的监测系统，其特征在于，多个检测单元的集水槽汇集到总集水槽，构成两级检测模式，实现分单元与总体的两项参数收集。

6.根据权利要求5所述的分布式实时智能监测坡面径流系统，其特征在于，所述数据接收设备为远程控制计算机。