CN113567634A - 一种复合式湿地蒸散发实时监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，包括有分离式监测模块与水下原位监测模块，通过分离式监测模块建立多筒补偿式蒸散发分离监测模型，分离式蒸散发测筒实现多种植物的蒸散发量测以及结果校正，水下原位监测模块监测湿地获取实时水位信息，将多筒补偿式蒸散发分离监测模型与实时水位信息存储至蒸散发分析模块，蒸散发分析模块包括有控制终端，控制终端通过物联网连接分离式监测模块与水下原位监测模块，蒸散发分析模块对接收的蒸散发数据采集模块采集的实时数据进行处理，并存储到蒸散发数据库中相应数据表。本发明布置压力传感器并建立蒸散发数据采集模块通过控制终端实时获取压力传感器量测的水位信息并进行物联网传输。
Description
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，涉及一种湿地蒸散发实时监测系统。
背景技术
湿地作为自然界最富生物多样性和生态服务功能最高的生态系统，其具有巨大的环境功能和经济效益，在涵养水源、净化水质、调蓄洪水、降解污染物保护生物多样性、调节气候和提供可利用资源等极为重要的生态功能方面有其它系统不可代替的作用。然而，由于人类的一直以来对湿地效用认识的片面性和长期的破坏性活动，湿地面积减少、生物多样性降低、功能减退，制约人类社会经济的发展。对湿地的效用研究和湿地保护策略研究成为一个研究焦点，是水文、气象、农业、林业、土壤等相关学科共同关注的一个重点问题。
湿地生态系统监测是获取湿地生态系统以及环境信息的重要途径，其结果是对生态系统的变化做出科学预测和合理保护措施的重要依据。目前，湿地生态系统监测多针对于水质监测、水文监测、湿地植物监测、湿地野生动物监测、湿地土壤监测、群落监测和外来物种监测等，对于湿地水域蒸散发、水循环过程的监测和考察几乎是一片空白，缺乏一套湿地蒸散发监测系统。
本方案设计一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，结合湿地的具体情形，安装分离式监测模块与水下原位监测模块、布置压力传感器并建立蒸散发数据采集模块通过控制终端实时获取压力传感器量测的水位信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，采用多筒补偿式蒸散发分离监测模型进行湿地蒸散发的水下原位监测和分离式组合监测，为湿地蒸散发研究提供可靠的数据支撑。
本发明所采用的技术方案是，一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，包括：
蒸散发数据采集模块，包括有分离式监测模块与水下原位监测模块，通过分离式监测模块建立多筒补偿式蒸散发分离监测模型，水下原位监测模块监测湿地获取实时水位信息，将多筒补偿式蒸散发分离监测模型与实时水位信息存储至蒸散发分析模块；
蒸散发分析模块，包括有控制终端，控制终端通过物联网连接分离式监测模块与水下原位监测模块，控制终端对接收的分离式监测模块与水下原位监测模块采集的实时数据进行校验、滤波、转换处理，并存储到蒸散发数据库中相应数据表。
本发明的特点还在于：
水下原位监测模块包括有蒸散发测筒，蒸散发测筒内安装有压力传感器，控制终端实时获取压力传感器量测的水位信息，水下原位监测模块将水位信息进行物联网发送至控制终端保存至蒸散发数据库。
分离式监测模块由多个分离式测筒组合构成，分离式测筒内设置有压力传感器，分离式测筒分为三种类型：A类分离式测筒数量根据实际增加，A类分离式测筒内部具有不同种类原生植物；不同种类原生植物为湿地内的植物物种； B类分离式测筒内部具有经处理后的植物；C类分离式测筒内部具有经处理后的植物，且上设筒盖。
蒸散发数据采集模块电性连接有太阳能模块，太阳能模块包括有太阳能板，太阳能板电性连接有蓄电池，蓄电池电性连接分离式监测模块与水下原位监测模块，为其供电。
蒸散发分析模块还包括有数据管理模块，数据管理模块调用蒸散发数据库中的水位信息，发送给控制终端，控制终端对蒸散发测筒的压力传感器量测的各测筒历史水位信息分别进行数值分析和曲线分析，且支持对蒸散发数据内容进行手动补偿；控制终端对分离式测筒内水生植物的蒸散发量、水面蒸发量、湿地环境中土壤垂向通量的历史信息分别进行数值分析和曲线分析。
控制终端连接有显示屏与打印机，显示屏显示控制终端分析得到的数据结果，打印机打印数据结果分析而成的湿地蒸散发检测结果报告。
蒸散发测筒的筒身均为三片式结构，三片筒壁之间以大小套管嵌套连接，大小套管间隙通过防水材料密封。分离式测筒与蒸散发测筒的结构相同。
筒壁开有进水孔与出水孔，出水孔设置在进水孔下方，筒壁铰接有出水孔挡板，出水孔挡板覆盖出水孔，出水孔挡板通过第一链条连接第一浮球，进水孔挡板覆盖进水孔，进水孔通过第二链条连接第二浮球，第二链条的长度长于第一链条。
本发明的有益效果是：
1、本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，结合湿地的具体情形，安装分离式监测模块与水下原位监测模块、布置压力传感器并建立蒸散发数据采集模块通过控制终端实时获取压力传感器量测的水位信息并进行物联网传输。
2、本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，水下原位监测模块结合分离式监测模块的多筒补偿式蒸散发分离监测模型进行湿地蒸散发的水下原位监测和分离式组合监测，为湿地蒸散发研究提供可靠的数据支撑。
3.本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，蒸散发测筒设置的浮球设计避免遇到蒸散发测筒内外水位产生巨大的高度差导致数据采集不准确。
附图说明
图1是本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统的连接示意图；
图2是本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统的结构示意图；
图3是本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统的蒸散发测筒俯视图；
图4是本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统的蒸散发测筒结构示意图；
图中，1.蒸散发数据采集模块，2.蒸散发分析模块，3.蒸散发数据库，4. 太阳能模块，1-1.分离式监测模块，1-2.水下原位监测模块，2-1.控制终端， 2-2.数据管理模块，2-3.显示屏，2-4.打印机，1-2-1.蒸散发测筒，1-1-1.A类分离式测筒，1-1-2.B类分离式测筒，1-1-3.C类分离式测筒，4-1.太阳能板，4-2.蓄电池，1-2-1-1.筒壁，1-2-1-2.出水孔挡板，第一链条.1-2-1-4，1- 2-1-5.第一浮球，1-2-1-3.进水孔挡板，1-2-1-6.第二链条，1-2-1-7.第二浮球。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，如图1所示，包括有蒸散发数据采集模块1，蒸散发数据采集模块1包括有分离式监测模块1-1与水下原位监测模块1-2，通过分离式监测模块1-1建立多筒补偿式蒸散发分离监测模型，分离式蒸散发测筒1-1实现多种植物的蒸散发量测以及结果校正，水下原位监测模块1-2监测湿地获取实时水位信息，将多筒补偿式蒸散发分离监测模型与实时水位信息存储至蒸散发分析模块2；
蒸散发分析模块2，包括有控制终端2-1，控制终端2-1通过物联网连接分离式监测模块1-1与水下原位监测模块1-2，控制终端2-1对接收的分离式监测模块1-1与水下原位监测模块1-2采集的实时数据进行校验、滤波、转换处理，并存储到蒸散发数据库3中相应数据表。
如图2所示，水下原位监测模块1-2包括有蒸散发测筒1-2-1，蒸散发测筒1-2-1内安装有压力传感器，控制终端2-1实时获取压力传感器量测的水位信息，水下原位监测模块1-2将水位信息进行物联网发送至控制终端2-1保存至蒸散发数据库3。
分离式监测模块1-1由多个分离式测筒组合构成，分离式测筒内设置有压力传感器，分离式测筒分为三种类型：A类分离式测筒1-1-1数量根据实际增加，A类分离式测筒1-1-1内部具有不同种类原生植物；不同种类原生植物为湿地内的植物物种；B类分离式测筒1-1-2内部具有经处理后的植物；C类分离式测筒1-1-3内部具有经处理后的植物，考虑降雨影响，在C类分离式测筒 1-1-3上设筒盖。
蒸散发数据采集模块1电性连接有太阳能模块4，太阳能模块4包括有太阳能板4-1，太阳能板4-1电性连接有蓄电池4-2，蓄电池4-2电性连接分离式监测模块1-1与水下原位监测模块1-2，为其供电。
蒸散发分析模块2还包括有数据管理模块2-2，数据管理模块2-2调用蒸散发数据库3中的水位信息，发送给控制终端2-1，控制终端2-1对蒸散发测筒1-2-1的压力传感器量测的各测筒历史水位信息分别进行数值分析和曲线分析，且支持对蒸散发数据内容进行手动补偿；控制终端2-1对分离式测筒内水生植物的蒸散发量、水面蒸发量、湿地环境中土壤垂向通量的历史信息分别进行数值分析和曲线分析。
控制终端2-1连接有显示屏2-3与打印机2-4，显示屏2-3显示控制终端 2-1分析得到的数据结果，打印机2-4打印数据结果分析而成的湿地蒸散发检测结果报告。
如图3所示，蒸散发测筒1-2-1筒身均为三片式结构，三片筒壁1-2-1-1 之间以大小套管嵌套连接，大小套管间隙通过防水材料密封。分离式测筒与蒸散发测筒的结构相同。
如图4所示，筒壁1-2-1-1开有进水孔与出水孔，出水孔设置在进水孔下方，筒壁1-2-1-1铰接有出水孔挡板1-2-1-2，出水孔挡板1-2-1-2覆盖出水孔，出水孔挡板1-2-1-2通过第一链条1-2-1-4连接第一浮球1-2-1-5，进水孔挡板1-2-1-3覆盖进水孔，进水孔挡板1-2-1-3通过第二链条1-2-1-6连接第二浮球1-2-1-7，第二链条1-2-1-6的长度长于第一链条1-2-1-4。出水孔挡板1-2-1-2向内打开，进水孔挡板1-2-1-3向外打开。遇到暴雨天气，引起蒸散发测筒1-2-1内外的水位产生巨大的高度差，此时，若内部水位高于外部水位，第二浮球1-2-1-7随水位升高而漂起，拉直第一链条1-2-1-4，将出水孔挡板1-2-1-2拉起，打开出水孔，蒸散发测筒内的水流入至湿地内；进水孔工作原理相同。
本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其工作原理如下：
控制终端2-1可驱动各模块自动完成水位初值设定、采样及休眠等任务。水位初值设定过程中，控制终端2-1连续与蒸散发数据采集模块1信息交互，监测水位变化，实现各分离式测筒水位状态与自由水体水位一致。采样过程中，控制终端2-1通过Modbus协议获取经中位值滤波、限幅滤波预处理后的水位信息，根据补偿关系对比分析水下原位数据，实现多个控制终端2-1的分离式组合监测。
本发明一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其有益效果在于：本发明结合湿地的具体情形，安装分离式监测模块与水下原位监测模块、布置压力传感器并建立蒸散发数据采集模块通过控制终端实时获取压力传感器量测的水位信息并进行物联网传输；水下原位监测模块结合分离式监测模块的多筒补偿式蒸散发分离监测模型进行湿地蒸散发的水下原位监测和分离式组合监测，为湿地蒸散发研究提供可靠的数据支撑。
Claims (8)
1.一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其特征在于，包括：
蒸散发数据采集模块(1)，包括有分离式监测模块(1-1)与水下原位监测模块(1-2)，通过分离式监测模块(1-1)建立多筒补偿式蒸散发分离监测模型，水下原位监测模块(1-2)监测湿地获取实时水位信息，将多筒补偿式蒸散发分离监测模型与实时水位信息存储至蒸散发分析模块(2)；
蒸散发分析模块(2)，包括有控制终端(2-1)，控制终端(2-1)通过物联网连接分离式监测模块(1-1)与水下原位监测模块(1-2)，控制终端(2-1)对接收的分离式监测模块(1-1)与水下原位监测模块(1-2)采集的实时数据进行校验、滤波、转换处理，并存储到蒸散发数据库(3)中相应数据表。
2.根据权利要求1所述的一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其特征在于，所述水下原位监测模块(1-2)包括有蒸散发测筒(1-2-1)，蒸散发测筒(1-2-1)内安装有压力传感器，控制终端(2-1)实时获取压力传感器量测的水位信息，水下原位监测模块(1-2)将水位信息进行物联网发送至控制终端(2-1)保存至蒸散发数据库(3)。
3.根据权利要求1所述的一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其特征在于，所述分离式监测模块(1-1)由多个分离式测筒组合构成，分离式测筒内设置有压力传感器，分离式测筒分为三种类型：A类分离式测筒(1-1-1)内部具有不同种类原生植物；不同种类原生植物为湿地内的植物物种；B类分离式测筒(1-1-2)内部具有经处理后的植物；C类分离式测筒(1-1-3)内部具有经处理后的植物，且筒体上设筒盖。
4.根据权利要求2所述的一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其特征在于，所述蒸散发数据采集模块(1)电性连接有太阳能模块(4)，太阳能模块(4)包括有太阳能板(4-1)，太阳能板(4-1)电性连接有蓄电池(4-2)，蓄电池(4-2)电性连接分离式监测模块(1-1)与水下原位监测模块(1-2)，为其供电。
5.根据权利要求2所述的一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其特征在于，所述蒸散发分析模块(2)还包括有数据管理模块(2-2)，数据管理模块(2-2)调用蒸散发数据库(3)中的水位信息，发送给控制终端(2-1)，控制终端(2-1)对蒸散发测筒(1-2-1)的压力传感器量测的各测筒历史水位信息分别进行数值分析和曲线分析，且支持对蒸散发数据内容进行手动补偿；控制终端(2-1)对分离式测筒内水生植物的蒸散发量、水面蒸发量、湿地环境中土壤垂向通量的历史信息分别进行数值分析和曲线分析。
6.根据权利要求1所述的一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其特征在于，所述控制终端(2-1)连接有显示屏(2-3)与打印机(2-4)，显示屏(2-3)显示控制终端(2-1)分析得到的数据结果，打印机(2-4)打印数据结果分析而成的湿地蒸散发检测结果报告。
7.根据权利要求2所述的一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其特征在于，所述蒸散发测筒的(1-2-1)筒身均为三片式结构，三片筒壁(1-2-1-1)之间以大小套管嵌套连接，大小套管间隙通过防水材料密封。
8.根据权利要求7所述的一种复合式湿地蒸散发实时监测系统，其特征在于，所述筒壁(1-2-1-1)开有进水孔与出水孔，出水孔设置在进水孔下方，筒壁(1-2-1-1)铰接有出水孔挡板(1-2-1-2)，出水孔挡板(1-2-1-2)覆盖出水孔，出水孔挡板(1-2-1-2)通过第一链条(1-2-1-4)连接第一浮球(1-2-1-5)，进水孔挡板(1-2-1-3)覆盖进水孔，进水孔挡板(1-2-1-3)通过第二链条(1-2-1-6)连接第二浮球(1-2-1-7)，第二链条(1-2-1-6)的长度长于第一链条(1-2-1-4)，出水孔挡板(1-2-1-2)向内打开，进水孔挡板(1-2-1-3)向外打开。
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