CN113325162A - 一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于互联网的包气带土壤水‑气‑热数据采集系统，涉及土壤勘测技术领域。本发明包括沿垂直方向依次设置在包气带土壤内的若干传感器组；若干组传感器组均连接一处理器，处理器连接一云数据平台和数据查询终端、还包括一挖设在地面且贯穿整个包气带的监测井，监测井的内侧壁上沿垂直方向依次设置有若干个用于安装任意一传感器组的安装腔。本发明采用原位建立监测井的方式解决传统方法每次开挖的麻烦，加强采集数据的稳定性，加强实验布置的灵活性；同时基于云数据平台完成数据自动采集和保存。
Description
技术领域
本发明属于土壤勘测技术领域，特别是涉及一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统。
背景技术
包气带是地面以下潜水面以上的地带。也称非饱和带， 是大气水和地表水同地下水发生联系并进行水分交换的地带，它是岩土颗粒、水、空气三者同时存在的一个复杂系统。包气带具有吸收水分、保持水分和传递水分的能力。
现有技术一般在野外人工开挖一个土壤剖面将传感器埋在相应位置，然后回填，通过数据采集器采集数据并存储，人工定期收集维护。这种传统方法的缺点在于对传感器的维护和实验的后期变更每次都要重新开挖，费时费力、灵活性很差。而且，土壤剖面的每次开挖都会产生较大扰动，造成数据的不稳定、不连续、不可靠等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，以解决上述提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，包括沿垂直方向依次设置在包气带土壤内的若干传感器组；若干组所述传感器组均连接一处理器，所述处理器连接一云数据平台和数据查询终端。
当所述包气带土壤的厚度为10L时，则相邻所述传感器组之间的距离为L或2L；或当所述包气带土壤的厚度为10L时，则由上至下依次设置有5个传感器组，由上至下设置的5个传感器组之间的距离依次为L、2L、3L和4L。
进一步地，还包括一用于为传感器组、处理器进行供电的电源系统；所述电源系统包括蓄电池以及与所述蓄电池连接的太阳能电池板；采用太阳能电池板对蓄电池充电，为更多的传感器供电，省去传统使用干电池定期更换的麻烦和更换不及时产生的数据间断等问题。
进一步地，还包括布置在地面的气象数据传感器，且所述气象数据传感器连接所述处理器。
进一步地，任意一所述传感器组均包括用于测量土壤含水率、温度和电导率的土壤传感器、用于测量相应深度的土壤基质势的土壤水势传感器、以及用于测量各深度的土壤空气温度、相对湿度、水汽压和气压的空气传感器；其中所述土壤传感器为Hydra ProbeII，所述土壤水势传感器为TensioMark，所述空气传感器为VP-4。
进一步地，还包括一挖设在地面且贯穿整个包气带的监测井，所述监测井的内侧壁上沿垂直方向依次设置有若干个用于安装任意一所述传感器组的安装腔。
进一步地，所述监测井内设置井体，所述井体由若干依次堆叠的井管组成，任意一所述井管上均设置有与相应安装腔连通的开孔；所述井管的顶端和底端分别设置有相互套接配合的凸沿和凸环。
进一步地，所述井管为一水泥管，所述井管的外侧包裹有一层聚乙烯泡沫层；所述水泥管的外径为140-160cm，所述聚乙烯泡沫层的厚度为14-17cm；通过井管组成的井体，防止了监测井内土壤井壁的塌落，且在井管的外侧设置聚乙烯泡沫层，减少了土壤内部和井中空气间的水热传递，最终减少土壤剖面水热损失。
进一步地，所述井管的顶部和底部的内侧壁上均设置有一对安装盲孔，一对所述安装盲孔上配合安装有一定位座；所述定位座的顶部或底部设置有相互配合的定位盲孔和定位伸缩杆；所述井管的内侧壁上还至少设置有一对用于安装扶梯的安装通孔，任意一所述安装通孔均设置有一“工”字型构件；所述“工”字型构件包括一管体，所述管体的两端分别焊接有一限位环；所述定位座的顶部固定有一外径稍小于井管内径的环体，所述环体通过固定螺栓固定在所述定位座的顶部，且环体上设置有与定位盲孔呈同心结构的贯穿孔。
进一步地，所述土壤传感器、土壤水势传感器、空气传感器和气象数据传感器均通过数据线连接处理器，且所述数据线的外侧包裹有保温隔热材料，所述保温隔热材料为泡沫或泡棉；有效降低了冬季气温下降导致线变硬而导致的数据传输问题，同时也防止了老鼠等动物对数据线的破坏。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用原位建立监测井的方式解决传统方法每次开挖的麻烦，加强采集数据的稳定性，加强实验布置的灵活性；同时基于云数据平台完成数据自动采集和保存。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明水-气-热数据采集系统结构框图；
图2为本发明监测井结构示意图；
图3为本发明井管和定位座组装结构示意图；
图4为本发明定位座结构示意图；
图5为本发明井管结构示意图；
图6为本发明“工”字型构件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1所示，本发明为一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，包括沿垂直方向依次设置在包气带土壤内的若干传感器组；若干组传感器组均连接一处理器，处理器连接一云数据平台和数据查询终端。数据查询终端为手机。云数据平台减少了定期维护的麻烦，平时只需要在终端对数据进行整理，当数据出现异常时去现场休整。
当包气带土壤的厚度为10L时，则由上至下依次设置有5个传感器组，由上至下设置的5个传感器组之间的距离依次为L、2L、3L和4L。
还包括一用于为传感器组、处理器进行供电的电源系统；电源系统包括蓄电池以及与蓄电池连接的太阳能电池板；采用太阳能电池板对蓄电池充电，为更多的传感器供电，省去传统使用干电池定期更换的麻烦和更换不及时产生的数据间断等问题。
还包括布置在地面的气象数据传感器，且气象数据传感器连接处理器。
任意一传感器组均包括用于测量土壤含水率、温度和电导率的土壤传感器、用于测量相应深度的土壤基质势的土壤水势传感器、以及用于测量各深度的土壤空气温度、相对湿度、水汽压和气压的空气传感器；其中土壤传感器为Hydra Probe II，土壤水势传感器为TensioMark，空气传感器为VP-4。
请参阅图2所示，还包括一挖设在地面且贯穿整个包气带10的监测井1，监测井1的内侧壁上沿垂直方向依次设置有若干个用于安装任意一传感器组的安装腔11。
请参阅图3和5所示，监测井1内设置井体，井体由若干依次堆叠的井管2组成，任意一井管2上均设置有与相应安装腔11连通的开孔21；井管2的顶端和底端分别设置有相互套接配合的凸沿22和凸环。
请参阅图5所示，井管2为一水泥管，井管2的外侧包裹有一层聚乙烯泡沫层24；水泥管的外径为150cm，聚乙烯泡沫层24的厚度为15cm，导热系数为0.03W/M/K；通过井管2组成的井体，防止了监测井1内土壤井壁的塌落，且在井管2的外侧设置聚乙烯泡沫层24，减少了土壤内部和井中空气间的水热传递。
请参阅图4-6所示，井管2的顶部和底部的内侧壁上均设置有一对安装盲孔25，一对安装盲孔25上配合安装有一定位座3；定位座3的顶部或底部设置有相互配合的定位盲孔和定位伸缩杆31；井管2的内侧壁上还至少设置有一对用于安装扶梯的安装通孔26，任意一安装通孔26均设置有一“工”字型构件4；“工”字型构件4包括一管体41，管体41的两端分别焊接有一限位环42；定位座3的顶部固定有一外径稍小于井管2内径的环体27，环体27通过固定螺栓固定在定位座3的顶部，且环体27上设置有与定位盲孔呈同心结构的贯穿孔28。
通过安装通孔26在由井管2组成的井体内安装扶梯，方便维护。
土壤传感器、土壤水势传感器、空气传感器和气象数据传感器均通过数据线连接处理器，且数据线的外侧包裹有保温隔热材料，保温隔热材料为泡沫或泡棉。
安装时，事先在井管2内安装由定位座3和定位伸缩杆31组成的定位机构；定位机构安装时先将定位座3通过其外侧壁设置的插柱32插入安装盲孔25内，然后再在其顶部安装一环体27，最后再在位于井管2最下方的定位机构的底部安装有一定位伸缩杆31；然后将若干井管2由上之下依次安装。通过定位机构的设置，保证了安装后的若干井管2的安装盲孔25或“工”字型构件4位于同一直线上，从而便于扶梯的安装。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，其特征在于：包括沿垂直方向依次设置在包气带土壤内的若干传感器组；
若干组所述传感器组均连接一处理器，所述处理器连接一云数据平台和数据查询终端；
任意一所述传感器组均包括用于测量土壤含水率、温度和电导率的土壤传感器、用于测量相应深度的土壤基质势的土壤水势传感器、以及用于测量各深度的土壤空气温度、相对湿度、水汽压和气压的空气传感器；所述土壤传感器为Hydra Probe II，所述土壤水势传感器为TensioMark，所述空气传感器为VP-4。
2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，其特征在于，还包括一用于为传感器组、处理器进行供电的电源系统；所述电源系统包括蓄电池以及与所述蓄电池连接的太阳能电池板。
3.根据权利要求1所述的一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，其特征在于，还包括布置在地面的气象数据传感器，且所述气象数据传感器连接所述处理器。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，其特征在于，还包括一挖设在地面且贯穿整个包气带（10）的监测井（1），所述监测井（1）的内侧壁上沿垂直方向依次设置有若干个用于安装任意一所述传感器组的安装腔（11）。
5.根据权利要求4所述的一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，其特征在于，所述监测井（1）内设置井体，所述井体由若干依次堆叠的井管（2）组成，任意一所述井管（2）上均设置有与相应安装腔（11）连通的开孔（21）；所述井管（2）的顶端和底端分别设置有相互套接配合的凸沿（22）和凸环。
6.根据权利要求5所述的一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，其特征在于，所述井管（2）为一水泥管，所述井管（2）的外侧包裹有一层聚乙烯泡沫层（24）；
所述水泥管的外径为140-160cm，所述聚乙烯泡沫层（24）的厚度为14-17cm。
7.根据权利要求5所述的一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，其特征在于，所述井管（2）的顶部和底部的内侧壁上均设置有一对安装盲孔（25），一对所述安装盲孔（25）上配合安装有一定位座（3）；所述定位座（3）的顶部或底部设置有相互配合的定位盲孔和定位伸缩杆（31）；
所述井管（2）的内侧壁上还至少设置有一对用于安装扶梯的安装通孔（26），任意一所述安装通孔（26）均设置有一“工”字型构件（4）；
所述“工”字型构件（4）包括一管体（41），所述管体（41）的两端分别焊接有一限位环（42）。
8.根据权利要求7 所述的一种基于互联网的包气带土壤水-气-热数据采集系统，其特征在于，所述定位座（3）的顶部固定有一外径稍小于井管（2）内径的环体（27），所述环体（27）通过固定螺栓固定在所述定位座（3）的顶部，且环体（27）上设置有与定位盲孔呈同心结构的贯穿孔（28）。
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