CN110887950A - 一种土壤监测点位布设及监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种土壤监测点位布设及监测系统及方法，包括如下步骤：将区位按照划分规则分割出有效监测区和无效监测区，对有效监测区网格化处理并根据每个有效监测区的划分标准布设数量不等的土壤监测点位；在需要布设监测点位的网格内划分多个监测分子，并且在多个监测分子按需设置监测探头；将监测探头的探测信息通过通讯模块与服务器连接完成实时的监测；系统包括有效监测划分模块、监测点位布设模块、监测信息收集模块、监测信息传输模块和控制处理器；本方案采用在整个有效检测区的三维方向分别设置监测探头，便于判断有效监测区的土壤质量分布情况以及受污染情况，对比土壤质量与土壤断面深度以及距离河流远近之间的关系。

Description

一种土壤监测点位布设及监测系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及技术领域，具体涉及一种土壤监测点位布设及监测系统及方法。

背景技术

随着工业化与城市快速发展，耕地、林地等影响环境质量的土地面积锐减，尤其是耕地，我国的人均耕地面积不及世界平均的1/2，如何守住我国18亿亩耕地红线令人担忧；同时工业活动与环境污染加剧，导致耕地土壤质量锐降，影响农产品质量与威胁人体健康。

作为解决上述问题的基础，如何对土壤进行监测是多年来本领域广泛研究的问题。上述的监测过程，包括土壤环境监测点位的布设和根据所确定的点位进行长期监测。由于现代科技的进步，传感器、卫星遥感等的广泛运用，实现监测在技术实现上取得了巨大进展，但是如何确定监测点、布设多少点，点位如何分布才能反应耕地土壤环境质量状况等始终是本领域长期没有有效解决的问题。

对于接近河流的耕地土壤来说，其污染情况主要受河水中的污染物影响，由于河水富营养化和工业废水排放的原因，导致土壤中的氮、磷、钾、镉、锌等元素日益增加，其中氮、磷、钾元素影响土壤对农作物的营养，镉、锌等金属元素则影响居民的人体健康，因此需要对耕地土壤以及河流底泥进行实时监控，避免河流和耕地土壤污染，同时还方便改善土壤治理的方案。

但是目前的土壤监测系统大多直接设置在一个点上，无法判断在耕地土壤中，关于土壤质量的指标参数分布情况，只能获取实时的指标参数，而无法方便得到在土壤的不同位置的指标变化，因此很难对耕地土壤进行处理管控。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种土壤监测点位布设及监测系统及方法，采用在整个有效检测区的三维方向分别设置监测探头，便于判断有效监测区的土壤质量分布情况以及受污染情况，对比土壤质量与土壤断面深度以及距离河流远近之间的关系，以解决现有技术中无法方便得到在土壤的不同位置的指标变化，因此很难对耕地土壤进行处理管控的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：一种土壤监测点位布设及监测方法，包括如下步骤：

步骤100、选择待监测的区位，将区位按照划分规则分割出有效监测区和无效监测区，对有效监测区网格化处理并根据每个有效监测区的划分标准布设数量不等的土壤监测点位；

步骤200、在需要布设监测点位的网格内从上到下划分多个监测分子，并且在多个监测分子按需设置监测探头；

步骤300、对监测探头进行预试，并将监测探头的探测信息通过通讯模块与服务器连接完成实时的监测。作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，将待监测区位划分为有效监测区和无效监测区的规则是指根据土壤监测的目的划分以检测土壤中的氮元素、磷元素和金属元素，因此划分待监测区域的具体步骤为：

根据待监测区位的鸟瞰图识别待监测区位的所有地貌；

依据土壤测量目的在鸟瞰图中过滤不需要监测土壤质量的地貌，并将对应区域从鸟瞰图中切割；

对鸟瞰图中保留的有效监测区按照面积均分方式进行网格化处理，形成多个面积大小相等的监测布设网格。

作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，有效监测区将待监测区位按照地貌特征不同划分成不同的监测对象，在不同的检测对象布设土壤监测点位的网格的步骤为：在每个监测对象中绘制若干条与河流平行的水平线，所述水平线将每个监测对象利用多个网格均分；

将河流对象按照流向长度进行网格化处理，将河流均分为若干个检测区段。

作为本发明的一种优选方案，根据每个有效监测区包含的网格数，对比有效监测区的不同监测对象所占面积，依据每个监测对象的面积大小差异设置数目不同的土壤监测点位，并且在每个河流区段内增设土壤监测点位。

作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，每个土壤监测点位从上到下设置多个监测分子，在同一个位置对不同高度的土壤进行质量监测，在同一个土壤监测点位设置多个监测分子的具体操作步骤为：

选定一个有效监测区的土壤监测点位布设土壤监测点位；

在土壤监测点位的监测采样断面布设多层等间距分布的监测分子；

将下挖高度划分不同类型的优势监测区带，根据不同的优势监测区带在每层监测分子上按需设置监测探头。

作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，利用不同类型的优势监测区带内布设的监测探头实时检测土壤质量，其中土壤质量具体是指土壤含氮量、土壤含磷量、土壤含镉值以及土壤含锌值。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，所述监测探头连接有临时储存单元，所述临时储存单元实时接收所述监测探头的数据并将数据暂存，所述临时储存单元连接有无线发射单元，所述无线发射单元将所述临时储存单元的数据发射到所述处理器，所述处理器对数据进行实时监控。

另外，本发明还提供了一种土壤监测点位的监测系统，包括：

有效监测划分模块，用于根据土壤监测对象划分待监测区位的有效监测区和无效监测区；

监测点位布设模块，用于根据有效监测区的面积大小正比布设不同数量的监测点位；

监测信息收集模块，用于收集同一监测点位的不同深度监测分子的数据；

监测信息传输模块，用于将同一监测点位的数据发送到服务器；

控制处理器，用于对同一有效监测区的不同监测点位进行数据对比，同时对同一监测点位的不同监测分子进行数据对比。

作为本发明的一种优选方案，监测点位布设模块还包括网格划分单元和网格数量对比单元，所述网格划分单元将所述有效监测区均等划分成若干块，所述网格数量对比单元对比不同有效监测区的网格数量布设不同数量的监测点位。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明对比有效监测区的面积大小，在整个有效检测区的三维方向分别设置监测探头，便于判断有效监测区的土壤质量分布情况以及受污染情况，对比土壤质量与土壤断面深度以及距离河流远近之间的关系，方便后期对污染土壤的管控治理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施方式中的土壤监测点位布设方法的流程示意图；

图2为本发明实施方式的有效监测区划分土壤监测点位的结构示意图；

图3为本发明实施方式的土壤监测点位的断面结构示意图；

图4为本发明实施方式的土壤监测点位监控系统的结构框图。

图中：1-有效监测划分模块；2-监测点位布设模块；3-监测信息收集模块；4-监测信息传输模块；5-控制处理器；

201-网格划分单元；202-网格数量对比单元。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

如图1所示，本发明提供了一种土壤监测点位布设及监测方法，本实施方式的土壤监测点位主要是为了在水库底泥及周边耕地土壤共设置多处监测采样断面，监测土壤中的氮元素、磷元素、镉、锌等多项质量指标，监测与人体质量以及土壤营养相关的元素，避免金属元素流入人体元素影响人体健康，以便后期对土壤和河流的治理。

具体包括如下步骤：

步骤100、选择待监测的区位，将区位按照划分规则分割出有效监测区和无效监测区，对有效监测区网格化处理并根据每个有效监测区的划分标准布设数量不等的土壤监测点位。

将待监测区位划分为有效监测区和无效监测区的规则是指根据土壤监测的目的划分以检测土壤中的氮元素、磷元素和金属元素，划分待监测区域的具体步骤为：

根据待监测区位的鸟瞰图识别待监测区位的所有地貌，一般来说待监测区位的地貌包括河流、耕地土壤、山林和居民区，河流的底泥金属含量和耕地土壤的金属含量影响人体健康，而河流和耕地土壤的氮磷元素影响水生物和动植物的生长，并且耕地土壤和河流之间具有灌溉交互影响，因此本实施方式主要针对河流底泥和耕地土壤的质量进行检测。

依据土壤测量目的在鸟瞰图中过滤不需要监测土壤质量的地貌，并将对应区域从鸟瞰图中切割，将山林和居民区等不需要监测土壤质量的地貌从鸟瞰图中除去，保留鸟瞰图中的河流和耕地土壤部分有效监测区。

对鸟瞰图中保留的有效监测区按照面积均分方式进行网格化处理，形成多个面积大小相等的监测布设网格，为了监控耕地土壤面积内以及河流径流长度内的氮磷和金属含量变化，需要在同一个有效监测区的不同位置设置数量不等的监测点位。

如图2和图3所示，设置不同位置和不同数量的监测点位的实现方式如下：

有效监测区将待监测区位按照地貌特征不同划分成不同的监测对象，在不同的检测对象布设土壤监测点位的网格的步骤为：在每个监测对象中绘制若干条与河流平行的水平线，所述水平线将每个监测对象利用多个网格均分。

其中，不同面积的耕地土壤划分的网格数量不同，根据每个有效监测区包含的网格数，对比有效监测区的不同监测对象所占面积，依据每个监测对象的面积大小差异设置数目不同的土壤监测点位。

比如说在只有三个网格的耕地土壤内设置一个监测点位，则在有六个网格的耕地土壤内设置两个监测点位，在具有九个网格的耕地土壤内设置三个监测点位，依次类推，并且在设置监测点位时，将若干个监测点位从近河流点到远河流点依次设置。

将河流对象按照流向长度进行网格化处理，将河流均分为若干个检测区段，在每个河流区段内增设土壤监测点位即可实现实时监控。

步骤200、在需要布设监测点位的网格内从上到下划分多个监测分子，并且在多个监测分子按需设置监测探头。

步骤100是在一个有效监测区的表面设置多个土壤监测点位，对耕地土壤中的近流区和远流区的参数含量进行检测，而对于同一个土壤检测点位根据高度设置多个监测分子，可对同一个土壤监测点位的竖向采样断面进行多次检测，从而可从有效监测区的竖向断截面进行土壤质量检测，配合步骤100对土壤进行三维立体质量检测。

因此在本实施方式中，不仅可以监测河流远近对一块耕地面积的土壤质量影响，同时还可以监测影响土壤质量的微量元素的竖向分布，以方便制定与土壤质量的恢复相关的方案。

具体在每个土壤监测点位从上到下设置多个监测分子，在同一个位置对不同高度的土壤进行质量监测，在同一个土壤监测点位设置多个监测分子的具体操作步骤为：

选定一个有效监测区的土壤监测点位布设土壤监测点位，土壤监测点位的数量与有效监测区的面积相关，面积越大，土壤监测点位的数量越多。

在土壤监测点位的监测采样断面布设多层等间距分布的监测分子，监测分子的设置与监测采样断面的高度有关，监测分子等间距均匀安装在不同高度的监测采样断面上。

将下挖高度划分不同类型的优势监测区带，根据不同的优势监测区带在每层监测分子上按需设置监测探头，对土壤中的氮磷和金属元素含量的检测存在最佳高度，也就是说监测分子所在的高度不同，则布设不同类型的监测探头，利用不同类型的优势监测区带内布设的监测探头实时检测土壤质量，其中土壤质量具体是指土壤含氮量、土壤含磷量、土壤含镉量以及土壤含锌量。

比如说由于土壤中的金属元素大多由于河水污染，在浇灌耕地土壤是将河流中的金属元素转移到耕地土壤内，由于河水的下浸，导致在采样断面的不同高度均存在镉、锌等金属元素，因此位于上层的监测分子可以检测土壤含氮量、土壤含磷量、土壤含镉量以及土壤含锌量，位于下层的监测分子可以检测土壤含镉量以及土壤含锌量。

本实施方式通过对不同高度的土壤进行质量检测，可有效的监控每块耕地土壤的地表下方污染情况，方便后期的治理，同时通过在一块耕地土壤距离河流的不同远近位置设置监测点位，可有效的监控河流水在地下流动对土壤的污染情况，从而方便治理耕地土壤污染问题。

步骤300、对监测探头进行预试，并将监测探头的探测信息通过通讯模块与服务器连接完成实时的监测。

在步骤300中，所述监测探头连接有临时储存单元，所述临时储存单元实时接收所述监测探头的数据并将数据暂存，所述临时储存单元连接有无线发射单元，所述无线发射单元将所述临时储存单元的数据发射到所述处理器，所述处理器对数据进行实时监控。

如图4所示，本发明还提供了一种土壤监测点位的监测系统，包括有效监测划分模块1、监测点位布设模块2、监测信息收集模块3、监测信息传输模块4和控制处理器5。

其中有效监测划分模块1用于根据土壤监测对象划分待监测区位的有效监测区和无效监测区，先区分划定需要进行土壤监测的有效监测区，再根据具体情况设定土壤监测点位的分布。

监测点位布设模块2用于根据有效监测区的面积大小正比布设不同数量的监测点位，当有效监测区面积大时，则设置多个土壤监测点位，当有效监测区面积小时，则设置少个土壤监测点位。因此监测点位布设模块2还包括网格划分单元201和网格数量对比单元202，所述网格划分单元201将所述有效监测区均等划分成若干块，所述网格数量对比单元202对比不同有效监测区的网格数量布设不同数量的监测点位。

监测信息收集模块3用于收集同一监测点位的不同深度监测分子的数据，在一个土壤监测点位的不同监测分子上，按照监测需求安装不同类型的监测探头，因此每一个土壤监测点位包括的数据组与监测分子的布设数量相同，并且每组数据包含的类型与每个监测分子安装的监测探头数量相同。

监测信息传输模块4用于将同一监测点位的数据发送到服务器，监测信息传输模块4设置在每个土壤监测点位上，主要用于数据发送传输。

控制处理器5，用于对同一有效监测区的不同监测点位进行数据对比，同时对同一监测点位的不同监测分子进行数据对比。本实施方式通过筛选用于土壤监测的有效监测区，并且在有效监测区内设置立体方向的监控探头，可分别探测影响土壤质量的指标参数在三维立体方向的分布情况，方便后期对土壤的治理和管控。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种土壤监测点位布设及监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、选择待监测的区位，将区位按照划分规则分割出有效监测区和无效监测区，对有效监测区网格化处理并根据每个有效监测区的划分标准布设数量不等的土壤监测点位；

步骤200、在需要布设监测点位的网格内从上到下划分多个监测分子，并且在多个监测分子按需设置监测探头；

步骤300、对监测探头进行预试，并将监测探头的探测信息通过通讯模块与服务器连接完成实时的监测。

2.根据权利要求1所述的一种降雨点位布设及监测方法，其特征在于，在步骤100中，将待监测区位划分为有效监测区和无效监测区的规则是指根据土壤监测的目的划分以检测土壤中的氮元素、磷元素和金属元素，因此划分待监测区域的具体步骤为：

根据待监测区位的鸟瞰图识别待监测区位的所有地貌；

依据土壤测量目的在鸟瞰图中过滤不需要监测土壤质量的地貌，并将对应区域从鸟瞰图中切割；

对鸟瞰图中保留的有效监测区按照面积均分方式进行网格化处理，形成多个面积大小相等的监测布设网格。

3.根据权利要求2所述的一种降雨点位布设及监测方法，其特征在于，在步骤100中，有效监测区将待监测区位按照地貌特征不同划分成不同的监测对象，在不同的检测对象布设土壤监测点位的网格的步骤为：在每个监测对象中绘制若干条与河流平行的水平线，所述水平线将每个监测对象利用多个网格均分；

将河流对象按照流向长度进行网格化处理，将河流均分为若干个检测区段。

4.根据权利要求3所述的一种降雨点位布设及监测方法，其特征在于，根据每个有效监测区包含的网格数，对比有效监测区的不同监测对象所占面积，依据每个监测对象的面积大小差异设置数目不同的土壤监测点位，并且在每个河流区段内增设土壤监测点位。

5.根据权利要求1所述的一种降雨点位布设及监测方法，其特征在于，在步骤200中，每个土壤监测点位从上到下设置多个监测分子，在同一个位置对不同高度的土壤进行质量监测，在同一个土壤监测点位设置多个监测分子的具体操作步骤为：

选定一个有效监测区的土壤监测点位布设土壤监测点位；

在土壤监测点位的监测采样断面布设多层等间距分布的监测分子；

将下挖高度划分不同类型的优势监测区带，根据不同的优势监测区带在每层监测分子上按需设置监测探头。

6.根据权利要求1所述的一种降雨点位布设及监测方法，其特征在于，在步骤200中，利用不同类型的优势监测区带内布设的监测探头实时检测土壤质量，其中土壤质量具体是指土壤含氮量、土壤含磷量、土壤含镉值以及土壤含锌值。

7.根据权利要求1所述的一种降雨点位布设及监测方法，其特征在于，在步骤300中，所述监测探头连接有临时储存单元，所述临时储存单元实时接收所述监测探头的数据并将数据暂存，所述临时储存单元连接有无线发射单元，所述无线发射单元将所述临时储存单元的数据发射到所述处理器，所述处理器对数据进行实时监控。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述方法的监测系统，其特征在于，包括：

有效监测划分模块(1)，用于根据土壤监测对象划分待监测区位的有效监测区和无效监测区；

监测点位布设模块(2)，用于根据有效监测区的面积大小正比布设不同数量的监测点位；

监测信息收集模块(3)，用于收集同一监测点位的不同深度监测分子的数据；

监测信息传输模块(4)，用于将同一监测点位的数据发送到服务器；

控制处理器(5)，用于对同一有效监测区的不同监测点位进行数据对比，同时对同一监测点位的不同监测分子进行数据对比。

9.根据权利要求8所述的一种土壤监测点位的监测系统，其特征在于，监测点位布设模块(2)还包括网格划分单元(201)和网格数量对比单元(202)，所述网格划分单元(201)将所述有效监测区均等划分成若干块，所述网格数量对比单元(202)对比不同有效监测区的网格数量布设不同数量的监测点位。

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