CN110208135B - 一种生态环境的数据采集分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生态环境的数据采集分析系统，包括土壤测绘模块、取样分析模块、取样执行模块、含水测定模块、信息传递模块、数据分析模块、反馈执行模块；土壤测绘模块用于测量土壤的地形并绘制成电子图纸；取样分析模块用于将电子图纸通过分析划分取样区域并对取样区域进行编号；取样执行模块根据取样分析模块的取样区域通过取样装置进行取样；含水测定模块将所取的样品进行含水量的测定并与对应的编号捆绑转化成数字信号，数据分析模块根据收到信号构建含水分布图，并分析出是否需要浇水以及不同坡度所需的浇水量，反馈执行模块根据收到的信息，对土壤进行浇水处理，能够分析出不同坡度的蓄水能力，对后续的浇水分量分区域指导。

Description

一种生态环境的数据采集分析系统

技术领域

本发明涉及生态环境大数据分析领域，尤其涉及一种生态环境的数据采集分析系统。

背景技术

土壤是一种及其重要的生态环境资源，尤其是农业用土壤，是一种宝贵的自然资源，农业土壤最重要的信息就是含水量，因此需要对土壤的含水量进行分析。

随着科技的进步，采用了大数据分析的方式进行土壤的分析，必然要进行数据的采集，数据的采集一般都包含取样及取样后的水含量测定，现有的分析大多都是进行简单的取样，然后分析出样品中的水分含量，通过数据分析水分含量是否适合农作物生长，之后做出反馈，对土壤是否浇水、浇水量多少合适，但是现有的分析太过简单，没有考虑到地形对蓄水的影响，如坡地，必然会存在水分下流的情况，因此需要对坡地进行全面的分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种生态环境的数据采集分析系统，通过划分取样区域及编号，然后对各个取样区域进行取样及含水量分析，之后将测试的数据及取样区域传递给大数据分析系统，能够分析出不同坡度的蓄水能力，对后续的浇水分量分区域指导。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种生态环境的数据采集分析系统，包括土壤测绘模块、取样分析模块、取样执行模块、含水测定模块、信息传递模块、数据分析模块、反馈执行模块；土壤测绘模块用于测量土壤的地形并绘制成电子图纸；取样分析模块用于将电子图纸通过分析划分取样区域并对取样区域进行编号；取样执行模块根据取样分析模块的取样区域通过取样装置进行取样并使所取样品与取样区域编号一致；含水测定模块通过含水测定装置用于将所取的样品进行含水量的测定并与对应的编号捆绑转化成数字信号，信息传递模块将数字信号转送到数据分析模块，数据分析模块根据收到信号构建含水分布图，并分析出是否需要浇水以及不同坡度所需的浇水量，以信号的模式传递给反馈执行模块，反馈执行模块根据收到的信息，对土壤进行浇水处理。

优选的，取样执行模块在进行取样时，对同一位置取出不少于三段不同深度的土壤柱，并对不同深度的土壤柱样品二次编号，含水测定模块对每一个二次编号的样品进行含水测定，并与二次编号捆绑转化成数字信号。

优选的，含水测定装置包括具有加热功能的测定箱，所述的测定箱的上方设置有开合盖，所述的测定箱内设置有与取样管配合的支撑块，所述的支撑块上设置有重力感应器，所述的重力感应器与测定箱内的配电部分电性连接，且重力感应器的感应数值传递给测定箱外侧的信号转换器，所述的测定箱外侧还设置有用于输入取样管编号的输入显示屏，所述的输入显示屏连接到信号转换器，并与重力感应器的感应数值捆绑生成发送到数据分析系统的信号。

优选的，所述的取样管包含不少于三个叠放的样品套，且最上层的样品套有上盖，其他样品套均无盖，所有的样品套开设有连通的锁紧孔，所述的锁紧孔配合有锁紧螺杆，所述的锁紧螺杆穿过上样品套的部分配合有锁紧螺母、下端连接有锁紧框，最下层样品套的下部设置有与锁紧框嵌套配合的锁紧槽。

优选的，所述的所述的样品套为方形套，且锁紧孔仅开设在样品套相对的两个面上，相邻的两个样品套在进行含水测定时配合插入分隔网板，最下层样品套通过锁紧槽配合封堵盖。

优选的，所述的支撑块的数量与样品套一致，所述的支撑块的大小与对应倒放至水平的的样品套匹配，且每一块支撑块上均设置有重力感应器，与相邻样品套配合的支撑块之间的间隙与分隔网板的厚度一致，所述的测定箱内设置有使分隔网板保持竖直的网板支撑结构。

优选的，两侧的支撑块分别与倒放至水平的最上层样品套和最下层并配合有封堵盖的样品套匹配，且测定箱相对的两个内侧均设置有水平走向的定位气缸，且两个定位气缸分别连接有与倒放至水平的的最上层取样套或封堵盖配合的定位压块，且定位压块的下部与支撑块的下表面平齐，超出支撑块的部位仅为倒放至水平的样品套高度的0.2-0.35倍。

优选的，所述的分隔网板下表面均匀的开设有支撑插口，所述的网板支撑结构包括设置在测定箱内的且竖直走向的网板支撑气缸，所述的网板支撑气缸连接有网板支撑升降座，所述的网板支撑升降座上方设置有与网板支撑插口配合的网板支撑插块。

优选的，包括下部位锥形的取样筒，所述的取样筒内从上至下开设有放管槽和取样槽，所述的放管槽内安装有下部开口的取样管，且取样管的内口与取样槽大小一致中心相同，所述的放管槽的上方设置有与取样管配合的压紧结构，所述的取样筒的外侧设置有刻度尺，刻度尺的下端为起点且与放管槽的最低部高度一致。

附图说明

图1为一种生态环境的数据采集分析系统的流程图。

图2为取样区域的示意图。

图3为同一个取样区域不同深度的样品标记图。

图4为取样装置的结构示意图。

图5为取样管的结构示意图。

图6为最下层样品套的仰视图。

图7为含水测定装置的结构示意图。

图8为含水测定装置中相邻的两个样品套测量结构的示意图。

图9为图8中H-H的剖视图。

图4-9中的文字标注为：1、取样筒；2、放管槽；3、取样槽；4、压紧结构；5、刻度尺；6、样品套；7、锁紧框；8、锁紧螺杆；9、锁紧螺母；10、锁紧槽；11、锁紧孔；13、分隔网板；14、封堵盖；15、取样管；16、测定箱；17、开合盖；18、支撑块；19、重力感应器；20、配电部分；21、输入显示屏；22、信号转换器；23、网板支撑气缸；24、网板支撑升降座；25、网板支撑插块；27、定位气缸；28、定位压块。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-2所示，一种生态环境的数据采集分析系统，其特征在于，包括土壤测绘模块、取样分析模块、取样执行模块、含水测定模块、信息传递模块、数据分析模块、反馈执行模块；土壤测绘模块用于测量土壤的地形并绘制成电子图纸；取样分析模块用于将电子图纸通过分析划分取样区域并对取样区域进行编号；取样执行模块根据取样分析模块的取样区域通过取样装置进行取样并使所取样品与取样区域编号一致；含水测定模块通过含水测定装置用于将所取的样品进行含水量的测定并与对应的编号捆绑转化成数字信号，信息传递模块将数字信号转送到数据分析模块，数据分析模块根据收到信号构建含水分布图，并分析出是否需要浇水以及不同坡度所需的浇水量，以信号的模式传递给反馈执行模块，反馈执行模块根据收到的信息，对土壤进行浇水处理。

土壤测绘模块通过人工测量或者无人机扫描等方式测得土壤的实际尺寸及坡度，并根据上述数据进行电子图纸绘制；取样分析模块根据土壤的大小及坡度进行取样计算，进而在电子图纸中绘制成不同的取样区域，大体如图2所示，且对每一个区域都进行标号，如图中的A11，并且打印成纸质图纸；取样执行模块为人工或者机械手操控取样装置在图纸中标识对应的土壤区域内进行取样，并将样品标号和图纸中对应的标记保持一致，含水测定模块通过含水测定装置测定出每个样品中的含水量，并与对应的编号进行捆绑生成一个包含编号和含水量的数字信号，信息传递模块将此数字信号传递给数据分析模块，同时也进行解码，数据分析模块接收到信号后会生成一个立体的柱状图，分析横向信息，也就如A11-A18、A21-A28等，由于此区域的斜度基本一致，可以分析出土壤的含水量是否有局部差异，分析斜向信息，也就是A11-A81、A12-A82等，可以分析出斜度对含水量的影响，同时也能根据含水量和对应农作物需水量进行比较，分析出各个部位各个斜度的缺水量，并考虑到斜度导致的水分流失情况，分析出每个取样区域所需的浇水量，反馈执行模块根据每个区域所需的浇水量通过人跟或者无人机进行定量定区域浇水，如此可以使带有斜度的土壤每个部位均含有适合所需农作物所需的水量。

如图3所示，取样执行模块在进行取样时，对同一位置取出不少于三段不同深度的土壤柱，并对不同深度的土壤柱样品二次编号，含水测定模块对每一个二次编号的样品进行含水测定，并与二次编号捆绑转化成数字信号。

取样执行模块在取样时，对同一个取样区域会取得不同深度的不少于三根土壤柱样品，如A11区域，并将其标记为1A11、2A11、3A11等，含水测定模块对每一个二次编号的样品都会进行含水测定，因此在分析时，还应当分析每个区域总含水量的变化，还应当分析同一个区域不同深度含水量的变化，如此可以分析出土壤的渗水能力，进而能够更好的计算出农作物所需深度的补水量。

如图7所示，含水测定装置包括具有加热功能的测定箱16，所述的测定箱16的上方设置有开合盖17，所述的测定箱16内设置有与取样管15配合的支撑块18，所述的支撑块18上设置有重力感应器19，所述的重力感应器19与测定箱16内的配电部分20电性连接，且重力感应器19的感应数值传递给测定箱16外侧的信号转换器22，所述的测定箱16外侧还设置有用于输入取样管编号的输入显示屏21，所述的输入显示屏21连接到信号转换器22，并与重力感应器19的感应数值捆绑生成发送到数据分析系统的信号。

含水测定装置在测定时，打开开合盖17，将样品管15放入到支撑块18上方的重力感应器19上，之后关闭测定箱16，在输入显示屏21上输入样品编号，重力感应器19会测定起始重量，之后使测定箱16开始加热直至重力感应器19的读数不再产生变化，信号转换器22会将此重力感应器19读数和起始重量相减得到样品含水量，并连通输入的编号信号一起捆绑生成一个组合信息的信号，并传递给数据分析模块进行解码，操作简单，能够确保水分蒸发完全，进而能够确保含水测定精准。

如图5-6所示，所述的取样管15包含不少于三个叠放的样品套6，且最上层的样品套6有上盖，其他样品套6均无盖，所有的样品套6开设有连通的锁紧孔11，所述的锁紧孔11配合有锁紧螺杆8，所述的锁紧螺杆8穿过上样品套6的部分配合有锁紧螺母9、下端连接有锁紧框7，最下层样品套6的下部设置有与锁紧框7嵌套配合的锁紧槽10。

取样管采用不少于三个通过锁紧螺杆和锁紧螺母锁紧的样品套组成，如此可以将样品分成不少于三个不同深度的土壤柱样品，能够方便后续进行更精准的分析。

如图5-8所示，所述的所述的样品套6为方形套，且锁紧孔11仅开设在样品套6相对的两个面上，相邻的两个样品套6在进行含水测定时配合插入分隔网板13，最下层样品套6通过锁紧槽10配合封堵盖14。

样品套的方形设计，可以在取样完成时，不完全拧出组合螺母，通过薄片可以将相邻两个样品套之间的土壤柱进行切开，确保土壤柱的完整，之后将锁紧螺杆取出后能够对最下层的样品套进行封盖，并将相邻的两个样品套之间放入分隔网板13，方便在含水测定时水蒸气能够逸出。

如图7-8所述，所述的支撑块18的数量与样品套6一致，所述的支撑块18的大小与对应倒放至水平的的样品套6匹配，且每一块支撑块18上均设置有重力感应器19，与相邻样品套6配合的支撑块18之间的间隙与分隔网板13的厚度一致，所述的测定箱16内设置有使分隔网板13保持竖直的网板支撑结构。

支撑块的数量及大小与样品套6的数量一致，且相邻的支撑块18之间的距离与分隔网板的厚度一致，配合网板支撑结构，在将拆除掉锁紧螺杆并放入有分隔网板13的取样管倒放至水平的到支撑块18上时，可以使每一个取样套放置在一块重力感应器19上，而分隔网板13始终竖直，并不会对网板产生压力，因此可以一次性测定同一个取样管不同深度土壤柱的含水信息，极大的提高了含水测定的效率。

如图7所示，两侧的支撑块18分别与倒放至水平的最上层样品套6和最下层并配合有封堵盖14的样品套匹配，且测定箱16相对的两个内侧均设置有水平走向的定位气缸27，且两个定位气缸27分别连接有与倒放至水平的的最上层取样套6或封堵盖14配合的定位压块28，且定位压块28的下部与支撑块18的下表面平齐，超出支撑块18的部位仅为倒放至水平的样品套6高度的0.2-0.35倍。

在取样管倒放至水平的进入到测定箱的过程中，人工或者机械手夹持住最上层样品套和封堵盖14的中部，然后放入到重力感应器19上，之后通过定位气缸27带动定位压块28接触到上层样品套和封堵盖14的下部，并继续相向给进，直至被支撑块拦截无法给进为止，之后通过网板支撑结构使分隔网板13保持竖直，然后人工或者机械手松开，同时将定位压块28也松开，实现了放料和定位一体化操作。

如图8-9所示，所述的分隔网板13倒放至水平的后的下表面均匀的开设有支撑插口，所述的网板支撑结构包括设置在测定箱16内的且竖直走向的网板支撑气缸23，所述的网板支撑气缸23连接有网板支撑升降座24，所述的网板支撑升降座24上方设置有与网板支撑插口配合的网板支撑插块25。

网板支撑结构通过网板支撑气缸23带动网板支撑升降24上升，进而带动网板支撑插块25插入到网板支撑插口内，如此即能够实现分隔网板的支撑和确保其竖直，同时还能够起到定位的作用。

如图4所示，包括下部位锥形的取样筒1，所述的取样筒1内从上至下开设有放管槽2和取样槽3，所述的放管槽2内安装有下部开口的取样管15，且取样管的内口与取样槽3大小一致中心相同，所述的放管槽2的上方设置有与取样管配合的压紧结构4，所述的取样筒1的外侧设置有刻度尺5，刻度尺5的下端为起点且与放管槽2的最低部高度一致。

先根据所需取样深度选择适应长度的取样管15，然后将取样管放入到放管槽2内，之后通过压紧结构4将取样管的上部锁紧，之后通过人工或者机械手将整个取样筒1穿入到土壤中，直至刻度尺5显示的尺寸与取样管15的内腔深度一致时停止下压，将整个取样筒1取出并倒放至水平的，然后松开锁紧结构，将取样管15取出，并将取样管15开口处多余的土壤切掉，如此得到特定深度的土壤样品柱，完成取样；使用这个装置取样，能够确保取出特定长度的完美土壤柱，不会因此抽出过程中部分土壤自由下落而影响到取样的结果，同时也方便样品的取走及下一次操作。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种生态环境的数据采集分析系统，其特征在于，包括土壤测绘模块、取样分析模块、取样执行模块、含水测定模块、信息传递模块、数据分析模块、反馈执行模块；土壤测绘模块用于测量土壤的地形并绘制成电子图纸；取样分析模块用于将电子图纸通过分析划分取样区域并对取样区域进行编号；取样执行模块根据取样分析模块的取样区域通过取样装置进行取样并使所取样品与取样区域编号一致；含水测定模块通过含水测定装置用于将所取的样品进行含水量的测定并与对应的编号捆绑转化成数字信号，信息传递模块将数字信号转送到数据分析模块，数据分析模块根据收到信号构建含水分布图，并分析出是否需要浇水以及不同坡度所需的浇水量，以信号的模式传递给反馈执行模块，反馈执行模块根据收到的信息，对土壤进行浇水处理；

取样装置包括下部为锥形的取样筒（1），所述的取样筒（1）内从上至下开设有放管槽（2）和取样槽（3），所述的放管槽（2）内安装有下部开口的取样管（15），且取样管的内口与取样槽（3）大小一致中心相同，所述的取样管（15）包含不少于三个叠放的样品套（6），且最上层的样品套（6）有上盖，其他样品套（6）均无盖，所有的样品套（6）开设有连通的锁紧孔（11），所述的锁紧孔（11）配合有锁紧螺杆（8），所述的锁紧螺杆（8）穿过上样品套（6）的部分配合有锁紧螺母（9）、下端连接有锁紧框（7），最下层样品套（6）的下部设置有与锁紧框（7）嵌套配合的锁紧槽（10），所述的样品套（6）为方形套，且锁紧孔（11）仅开设在样品套（6）相对的两个面上；

含水测定装置包括具有加热功能的测定箱（16），所述的测定箱（16）的上方设置有开合盖（17），所述的测定箱（16）内设置有与大小与对应倒放至水平的样品套（6）匹配的支撑块（18），所述的支撑块（18）的数量与样品套（6）一致，且每一块支撑块（18）上均设置有重力感应器（19），所述的重力感应器（19）与测定箱（16）内的配电部分（20）电性连接，且重力感应器（19）的感应数值传递给测定箱（16）外侧的信号转换器（22），所述的测定箱（16）外侧还设置有用于输入取样管编号的输入显示屏（21），所述的输入显示屏（21）连接到信号转换器（22），并与重力感应器（19）的感应数值捆绑生成发送到数据分析系统的信号；

在进行含水测定时，将取样管（15）放倒至水平，并通过锁紧槽（10）配合封堵盖（14）将最下层样品套（6）封堵，两侧的支撑块（18）分别与倒放至水平的最上层样品套（6）和最下层并配合有封堵盖（14）的样品套匹配，相邻的两个样品套（6）配合插入分隔网板（13），与相邻样品套（6）配合的支撑块（18）之间的间隙与分隔网板（13）的厚度一致，所述的测定箱（16）内设置有使分隔网板（13）保持竖直的网板支撑结构，所述的分隔网板（13）的下表面均匀的开设有支撑插口，所述的网板支撑结构包括设置在测定箱（16）内的且竖直走向的网板支撑气缸（23），所述的网板支撑气缸（23）连接有网板支撑升降座（24），所述的网板支撑升降座（24）上方设置有与网板支撑插口配合的网板支撑插块（25）；

测定箱（16）相对的两个内侧均设置有水平走向的定位气缸（27），且两个定位气缸（27）分别连接有与倒放至水平的最上层取样套（6）或封堵盖（14）配合的定位压块（28），定位压块（28）用于调整含水测定时的取样管（15）的位置，且定位压块（28）的下部与支撑块（18）的下表面平齐，超出支撑块（18）的部位仅为倒放至水平的样品套（6）高度的0.2-0.35倍。

2.根据权利要求1所述的一种生态环境的数据采集分析系统，其特征在于，取样执行模块在进行取样时，对同一位置取出不少于三段不同深度的土壤柱，并对不同深度的土壤柱样品二次编号，含水测定模块对每一个二次编号的样品进行含水测定，并与二次编号捆绑转化成数字信号。

3.根据权利要求1所述的一种生态环境的数据采集分析系统，其特征在于，所述的放管槽（2）的上方设置有与取样管配合的压紧结构（4），所述的取样筒（1）的外侧设置有刻度尺（5），刻度尺（5）的下端为起点且与放管槽（2）的最低部高度一致。

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