CN115162371B - 一种泥岩边坡土壤修复自动调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥岩边坡土壤修复自动调节系统及方法，通过多层功能层的设置及其结构、材质的改良，提高了耐久性，也为植物种子的定位及生长提供了稳定且适宜的环境；通过土层的喷涂、整形与功能层及固定支撑装置的配合，既提供了适宜的种植地基，同时也很好的实现了对土壤的固化与防护；对给液装置的结构进行改造，配合有机质混合液与水的供给方式与时机，有效对土壤进行改良；通过固定装置以及传感装置的复用，以及光纤与光栅的配置，提高了监测精度以及响应速度。

Description

一种泥岩边坡土壤修复自动调节系统及方法

技术领域

本发明属于绿化种植、挖方工程以及大数据自动化技术在生态环境恢复治理领域的应用，涉及泥岩边坡土壤修复自动调节系统及方法。

背景技术

我国幅员辽阔，地貌类型众多，相应的山地环境也不少，对于山地坡面而言，伴随着暴雨、台风、大雪、地震、火山活动等自然原因，或者土木工程、道路施工等人为原因，边坡斜面可能会发生滑动、下沉、坍塌、滑坡等事故，进而引发财产损失以及人员伤亡。

为了解决上述问题，一方面，已经发展出了各种基于边坡的绿化种植方式及土壤加固手段，另一方面，亦发展出了各种监测装置，用于监测边坡斜面的运动变化。但是现有技术广泛存在以下几方面问题：第一，绿化种植地基的透水性、排水性以及阻水性无法均衡考量，既不利于植物的生长，随着时间推移也容易发生腐烂或损坏；第二，土壤的固化与防护工程繁琐复杂，成本高昂，且未能充分兼顾植物的生长；第三，灌溉装置无法胜任对土壤成分的改良；第四，对边坡斜面的运动变化以及运动趋势的监测精度不高，响应不够迅速。

发明内容

本发明重点针对上述种种不足，提供一种泥岩边坡土壤修复自动调节系统及方法。

本发明首先提供了一种泥岩边坡土壤修复自动调节系统，包括后台服务器、现场控制单元、预警单元、通信单元、坡面整形设备、喷涂装置、贴覆装置、支撑网、固定销以及给液装置；

其中，所述喷涂装置用于在坡面形成碱性土层，所述坡面整形设备用于在所述碱性土层上形成凸部与凹部交替排列的波浪状表面，所述贴覆装置在所述波浪状表面形成功能层，所述支撑网布设于所述功能层表面。

优选的，将所述支撑网上与所述凸部相对应的节点作为锚点，所述固定销穿过所述锚点插入所述坡面。

优选的，所述固定销包括头端及尾端，所述头端插入坡面，在所述头端附近周向设置由头端向尾端方向倾斜延伸的至少三个倒钩部，在所述尾端附近周向设置由头端向尾端方向倾斜延伸的至少三个尾翼部。

优选的，将所述支撑网上与所述凹部相对应的节点作为定位点，所述给液装置经过所述定位点插入所述坡面。

优选的，所述给液装置为长方体形状，内部设置有交替排列的第一挡板与第二挡板，所述第一挡板可转动铰接于所述给液装置的左、右侧面，所述第二挡板可转动铰接于所述给液装置的顶面和底面，所述第二挡板不接触所述左、右侧面，所述第一挡板与第二挡板均对称设置。

同时，本发明还提供了一种应用于泥岩边坡土壤修复自动调节系统的自动调节方法，包括如下步骤：

S1：通过所述喷涂装置向所述坡面喷涂富含镁离子的高岭土石灰，形成碱性土层；

S2：通过所述坡面整形设备在所述碱性土层上形成凸部与凹部交替排列的波浪状表面；

S3：通过所述贴覆装置在所述波浪状表面形成功能层，并向所述功能层中填充添加物；

S4：在所述功能层表面布设所述支撑网，所述支撑网具有弹性；

S5：所述固定销穿过所述支撑网上与所述凸部相对应的节点，并插入所述坡面；

S6：所述给液装置经过所述支撑网上与所述凹部相对应的节点，并插入所述坡面，以向所述坡面供给有机质混合液或水；

S7：所述固定销通过光纤连接基准定位销，以监测坡面的倾塌隐患，并及时给出预警。

优选的，上述步骤S3具体包括：

S31：将由聚酯纤维和聚丙烯纤维混纺而成的无纺布贴覆于所述波浪状表面，以形成第一功能层，所述第一功能层形成有与所述波浪状表面的所述凸部与凹部对应的所述第一凸部与第一凹部；

S32：向所述第一功能层喷洒磷酸钾；

S33：向所述第一凹部填充添加物；

S34：在所述第一功能层上贴覆由聚酯纤维和聚丙烯纤维混纺而成的无纺布，以形成第二功能层，所述第一功能层的表观密度大于所述第二功能层的表观密度；

S35：对层叠的所述第一功能层和第二功能层实施针刺处理并缝合；

S36：在所述第一功能层和第二功能层相接触的界面处形成过流间隙。

优选的，在上述步骤S33中，向所述第一凹部填充的所述添加物包括种子、营养基以及保水材料，所述营养基包括泥炭苔、火山灰、沸石、蛭石、高炉污泥等，所述保水材料为藻酸盐颗粒。

优选的，上述步骤S6具体包括：

S61：在第一时刻，转动所述第一挡板与第二挡板，以使所述第一挡板与第二挡板沿自液体出口至液体入口的方向倾斜；

S62：向所述坡面供给有机质混合液，所述有机质混合液包括粘合剂、木粉、椰子油以及水溶性肥料；

S63：在第二时刻，转动所述第一挡板与第二挡板，以使所述第一挡板与第二挡板沿自液体入口至液体出口的方向倾斜；

S64：向所述坡面供给水。

优选的，上述步骤S7具体包括：

S71：垂直于所述坡面设置第一基准定位销以及第二基准定位销，所述第一基准定位销以及第二基准定位销下部埋入所述坡面，上部露出所述坡面；

S72：所述第一基准定位销以及第二基准定位销的上部均分别设置第一基准支点以及第二基准支点，所述第一基准支点具有第一高度，所述第二基准支点具有第二高度，所述第二高度的绝对值大于所述第一高度的绝对值；

S73：按照步骤S5中的方式垂直于所述坡面设置多个所述固定销，所述固定销下部埋入所述坡面，上部露出所述坡面，所述固定销的头端位于所述固定销的下部，所述固定销的尾端位于所述固定销的上部；

S74：所述固定销的上部设置第一测量点，所述第一测量点具有第一高度；

S75：所述第一测量点分别通过光纤连接第一基准定位销的第一基准支点、第二基准定位销的第一基准支点、第一基准定位销的第二基准支点、第二基准定位销的第二基准支点。

与现有技术相比，本发明提供了一种泥岩边坡土壤修复自动调节系统及方法，其一，通过多层功能层的设置及其结构、材质的改良，提高了耐久性，也为植物种子的定位及生长提供了稳定且适宜的环境；其二，通过土层的喷涂、整形与功能层及固定支撑装置的配合，既提供了适宜的种植地基，同时也很好的实现了对土壤的固化与防护；其三，设计了一种新的给液装置，通过其结构的改变，配合有机质混合液与水的供给方式与时机，有效对土壤进行改良；其四，通过固定装置以及传感装置的复用，以及光纤与光栅的配置，提高了监测精度以及响应速度。

附图说明

图1为本发明泥岩边坡土壤修复自动调节系统截面图；

图2为本发明固定销结构图；

图3为本发明给液装置结构图；

图4为本发明坡面监测示意图；

图5为本发明泥岩边坡土壤修复自动调节方法流程图。

附图标记说明：碱性土层1、功能层2、第一功能层21、第二功能层22、支撑网3、固定销4、上部41、下部42、尾翼部43、倒钩部44、光栅45、第一测量点46、给液装置5、第一挡板51、第二挡板52、添加物6、第一基准定位销7、第一基准定位销的第一基准支点71、第一基准定位销的第二基准支点72、第二基准定位销8、第二基准定位销的第一基准支点81、第二基准定位销的第二基准支点82、光纤9。

具体实施方式

以下说明的技术可进行多种变换，并可具有多种实施例，在此结合附图以特定实施例进行详细说明。然而，这并不意味着将下文描述的技术限制于特定实施例。应当理解，在不脱离下文所描述的技术的精神和技术范围的情况下，本发明包括所有类似的修改、等同及替代。

如图1-3所示，本发明提供了一种泥岩边坡土壤修复自动调节系统，包括后台服务器、现场控制单元、预警单元、通信单元、坡面整形设备、喷涂装置、贴覆装置、支撑网3、固定销4以及给液装置5；

其中，所述喷涂装置用于在坡面形成碱性土层1，所述坡面整形设备用于在所述碱性土层上形成凸部与凹部交替排列的波浪状表面，所述贴覆装置在所述波浪状表面形成功能层2，所述支撑网3布设于所述功能层2表面。

其中，将所述支撑网3上与所述凸部相对应的节点作为锚点，所述固定销4穿过所述锚点插入所述坡面。

支撑网3对其下方的功能层2以及坡面岩土起到支撑与防护的作用，而将支撑网3上的节点作为锚点，可以起到对固定销4的定位与支撑作用。将固定销4插入凸部，可以避免对凹部中所承载的种子、营养基以及保水材料的破坏与伤害。

其中，所述固定销4包括头端及尾端，所述头端插入坡面，在所述头端附近周向设置由头端向尾端方向倾斜延伸的至少三个倒钩部44，在所述尾端附近周向设置由头端向尾端方向倾斜延伸的至少三个尾翼部43。

本发明将固定销4复用为坡面传感器，通过在固定销4以及基准定位销7、8之间连接光纤9，能够高精度的监测固定销4所在位置垂直于坡面方向的垂直位移以及平行于坡面方向的水平位移。

更进一步的，固定销4为中空结构，包括埋入坡面的下部42以及露出坡面的上部41，上部具有一定的弹性形变能力，在上部的中空结构内均匀设置多个光栅45，能够根据固定销4上部41的形变监测坡面运动。光纤9与光栅45的设置，能够最大程度避免气候如温度等因素对监测结果的影响。

尾翼部43的设置一方面能够减缓甚至避免沙土滑落，另一方面能够有效聚拢滑落的沙土及流岩，进而提高了监测灵敏度，尤其是坡面表层运动变化的监测灵敏度。

倒钩部44的设置一方面能够防止固定销向外剥离或滑落，另一方面有利于凹部中植物根系的盘绕，从而进一步提高系统稳定性。

其中，将所述支撑网3上与所述凹部相对应的节点作为定位点，所述给液装置5经过所述定位点插入所述坡面。

其中，所述给液装置5为长方体形状，内部设置有交替排列的第一挡板51与第二挡板52，所述第一挡板51可转动铰接于所述给液装置5的左、右侧面，所述第二挡板52可转动铰接于所述给液装置5的顶面和底面，所述第二挡板52不接触所述左、右侧面，所述第一挡板51与第二挡板52均对称设置。

针对所要供给液体类型的不同，调整第一挡板51与第二挡板52的倾斜方向，基于第一挡板51与第二挡板52的结构特点，可形成汇聚流或者发散流，从而更好的向土壤供给相应类型的液体，改良土壤。此外，第一挡板51与第二挡板52的倾斜角度也可根据需要调节，从而微调液体流速。

如图4-5所示，本发明还提供了一种应用于泥岩边坡土壤修复自动调节系统的自动调节方法，包括如下步骤：

S1：通过所述喷涂装置向所述坡面喷涂富含镁离子的高岭土石灰，形成碱性土层1；

碱性土层1一方面能够中和坡面土层的酸性，防止酸性水分渗透入功能层，另一方面为植物的生长提供可塑性地基。

S2：通过所述坡面整形设备在所述碱性土层1上形成凸部与凹部交替排列的波浪状表面；

凹部可用于承载种子、营养基以及保水材料，凸部可用于固定固定销4，且为植物根系的横向生长提供空间。

S3：通过所述贴覆装置在所述波浪状表面形成功能层2，并向所述功能层中填充添加物6；

S4：在所述功能层2表面布设所述支撑网3，所述支撑网3具有弹性；

S5：所述固定销4穿过所述支撑网3上与所述凸部相对应的节点，并插入所述坡面；

S6：所述给液装置5经过所述支撑网3上与所述凹部相对应的节点，并插入所述坡面，以向所述坡面供给有机质混合液或水；

S7：所述固定销4通过光纤9连接基准定位销7、8，以监测坡面的倾塌隐患，并及时给出预警。

其中，上述步骤S3具体包括：

S31：将由聚酯纤维和聚丙烯纤维混纺而成的无纺布贴覆于所述波浪状表面，以形成第一功能层21，所述第一功能层21形成有与所述波浪状表面的所述凸部与凹部对应的所述第一凸部与第一凹部；

第一功能层21能够很好地起到阻水及保水功能，为植物种子的生长提供稳定且适宜的环境。

S32：向所述第一功能层21喷洒磷酸钾；

喷洒磷酸钾能够进一步防止坡面内与外界间水分的互相渗透。

S33：向所述第一凹部填充添加物6；

S34：在所述第一功能层21上贴覆由聚酯纤维和聚丙烯纤维混纺而成的无纺布，以形成第二功能层22，所述第一功能层21的表观密度大于所述第二功能层22的表观密度；

S35：对层叠的所述第一功能层21和第二功能层22实施针刺处理并缝合；

针刺处理以及固定销的穿设，能够在第一功能层和第二功能层上形成孔隙，进而提高了通风透气性。

S36：在所述第一功能层21和第二功能层22相接触的界面处形成过流间隙。

由于第一功能层21的表观密度大于所述第二功能层22的表观密度，使得二者相接触的界面处的透水性有所差异，因而当外界降雨等水分透过第二功能层22后，并不能够迅速的透过第一功能层21，而是通过过流间隙沿着坡面流向地面。

更进一步的，第二功能层22的厚度小于第一功能层21的厚度，有助于种子的发芽与生根。

其中，在上述步骤S33中，向所述第一凹部填充的所述添加物6包括种子、营养基以及保水材料，所述营养基包括泥炭苔、火山灰、沸石、蛭石、高炉污泥等，所述保水材料为藻酸盐颗粒。

其中，上述步骤S6具体包括：

S61：在第一时刻，转动所述第一挡板51与第二挡板52，以使所述第一挡板51与第二挡板52沿自液体出口至液体入口的方向倾斜；

S62：向所述坡面供给有机质混合液，所述有机质混合液包括粘合剂、木粉、椰子油以及水溶性肥料；

给液装置5在第一时刻所处的状态，使得通过的液体会形成发散流，且在第二挡板52处形成回流，由此所产生的涡流会抵消液体流向方向的流速。也就是说，在通过给液装置5时，由于涡流的存在，一方面使得有机质混合液中的各种成分能够有效混合，另一方面使得有机质混合液能够缓慢而充分的浸入土壤中。

S63：在第二时刻，转动所述第一挡板51与第二挡板52，以使所述第一挡板51与第二挡板52沿自液体入口至液体出口的方向倾斜；

S64：向所述坡面供给水。

给液装置5在第二时刻所处的状态，使得通过的液体会形成汇聚流，能够确保水顺畅的流入土壤中。

此外，由于第一挡板51与第二挡板52的倾斜角度可以调节，因而可根据实际需要对液体的流速进行微调。

其中，上述步骤S7具体包括：

S71：垂直于所述坡面设置第一基准定位销7以及第二基准定位销8，所述第一基准定位销7以及第二基准定位销8下部埋入所述坡面，上部露出所述坡面；

S72：所述第一基准定位销7以及第二基准定位销8的上部均分别设置第一基准支点71、81以及第二基准支点72、82，所述第一基准支点71、81具有第一高度h1，所述第二基准支点72、82具有第二高度h2，所述第二高度h2的绝对值大于所述第一高度h1的绝对值；

S73：按照步骤S5中的方式垂直于所述坡面设置多个所述固定销4，所述固定销4下部42埋入所述坡面，上部41露出所述坡面，所述固定销4的头端位于所述固定销的下部42，所述固定销4的尾端位于所述固定销的上部41；

S74：所述固定销4的上部41设置第一测量点46，所述第一测量点46具有第一高度h1；

S75：所述第一测量点46分别通过光纤9连接第一基准定位销的第一基准支点71、第二基准定位销的第一基准支点81、第一基准定位销的第二基准支点72、第二基准定位销的第二基准支点82。

基于该种设置，向光纤9入射光，根据反射光的时间延迟即可快速且精确的求出光纤9形变后的长度，且第一测量点46与第一基准定位销的第一基准支点71、第二基准定位销的第一基准支点81之间，第一测量点46与第一基准定位销的第二基准支点72、第二基准定位销的第二基准支点82之间，均构成三角形排布，通过三角测量法即可得出固定销4相较于坡面的垂直位移以及水平位移。

更进一步的，将坡面划分为多个监控区域，对于任意一个监控区域，经过设定时间，该监控区域内所有固定销4所发生的垂直位移均小于设定阈值，则将该区域内所生长的第一植物替换为第二植物。第一植物可以是草木犀、小叶锦鸡儿等豆科植物，第二植物可以是白莲蒿、金鸡菊等菊科草本植物。

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。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明专利范围为限制，对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种泥岩边坡土壤修复自动调节系统的自动调节方法，其中，所述泥岩边坡土壤修复自动调节系统包括后台服务器、现场控制单元、预警单元、通信单元、坡面整形设备、喷涂装置、贴覆装置、支撑网、固定销以及给液装置；

所述给液装置为长方体形状，内部设置有交替排列的第一挡板与第二挡板，所述第一挡板可转动铰接于所述给液装置的左、右侧面，所述第二挡板可转动铰接于所述给液装置的顶面和底面，所述第二挡板不接触所述左、右侧面，所述第一挡板与第二挡板均对称设置；

其特征在于，

所述自动调节方法包括如下步骤：

S1：通过所述喷涂装置在坡面形成碱性土层；

S2：通过所述坡面整形设备在所述碱性土层上形成凸部与凹部交替排列的波浪状表面；

S3：通过所述贴覆装置在所述波浪状表面形成功能层，并向所述功能层中填充添加物；

S4：在所述功能层表面布设所述支撑网，所述支撑网具有弹性；

S5：所述固定销穿过所述支撑网上与所述凸部相对应的节点，并插入所述坡面；

S6：所述给液装置经过所述支撑网上与所述凹部相对应的节点，并插入所述坡面，以向所述坡面供给有机质混合液或水；

具体为：

S61：在第一时刻，转动所述第一挡板与第二挡板，以使所述第一挡板与第二挡板沿自液体出口至液体入口的方向倾斜；

S62：向所述坡面供给有机质混合液，所述有机质混合液包括粘合剂、木粉、椰子油以及水溶性肥料；

S63：在第二时刻，转动所述第一挡板与第二挡板，以使所述第一挡板与第二挡板沿自液体入口至液体出口的方向倾斜；

S64：向所述坡面供给水；

S7：所述固定销通过光纤连接基准定位销，以监测坡面的倾塌隐患，并及时给出预警。

2.根据权利要求1所述的自动调节方法，其特征在于，上述步骤S3具体包括：

S31：将由聚酯纤维和聚丙烯纤维混纺而成的无纺布贴覆于所述波浪状表面，以形成第一功能层，所述第一功能层形成有与所述波浪状表面的所述凸部与凹部对应的第一凸部与第一凹部；

S32：向所述第一功能层喷洒磷酸钾；

S33：向所述第一凹部填充添加物；

S34：在所述第一功能层上贴覆由聚酯纤维和聚丙烯纤维混纺而成的无纺布，以形成第二功能层，所述第一功能层的表观密度大于所述第二功能层的表观密度；

S35：对层叠的所述第一功能层和第二功能层实施针刺处理并缝合；

S36：在所述第一功能层和第二功能层相接触的界面处形成过流间隙。

3.根据权利要求2所述的自动调节方法，其特征在于，在上述步骤S33中，向所述第一凹部填充的所述添加物包括种子、营养基以及保水材料，所述营养基包括泥炭苔、火山灰、沸石、蛭石、高炉污泥，所述保水材料为藻酸盐颗粒。

4.根据权利要求1所述的自动调节方法，其特征在于，上述步骤S7具体包括：

S71：垂直于所述坡面设置第一基准定位销以及第二基准定位销，所述第一基准定位销以及第二基准定位销下部埋入所述坡面，上部露出所述坡面；

S72：所述第一基准定位销以及第二基准定位销的上部均分别设置第一基准支点以及第二基准支点，所述第一基准支点具有第一高度，所述第二基准支点具有第二高度，所述第二高度的绝对值大于所述第一高度的绝对值；

S73：按照步骤S5中的方式垂直于所述坡面设置多个所述固定销，所述固定销下部埋入所述坡面，上部露出所述坡面，所述固定销的头端位于所述固定销的下部，所述固定销的尾端位于所述固定销的上部；

S74：所述固定销的上部设置第一测量点，所述第一测量点具有第一高度；

S75：所述第一测量点分别通过光纤连接第一基准定位销的第一基准支点、第二基准定位销的第一基准支点、第一基准定位销的第二基准支点、第二基准定位销的第二基准支点。

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