CN115372594B - 一种水土流失的动态监测系统及其监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水土流失的动态监测系统及监测装置，其中监测系统包括控制器、与控制器输入端相连接的监测模块、与控制器输出端相连接的显示模块以及为控制器进行供电的电池模块，所述监测模块包括设置于护坡上的测距模块、对护坡的形变位移进行监测的位移监测模块以及摄像模块，所述测距模块包括固定于护坡上的固定框以及设置于固定框外侧的旋转带，所述旋转带上开设有槽口；此装置采用旋转带的检测方式，可以对一段距离的护坡进行连续的监测，因此监测数据更加全面可靠，且通过测距单元与收集单元的配合，使得分布在固定框上的多个收集单元可以对此段护坡上的泥土进行取样，并且取样的样本分布较为广泛，使得检测的数据准确度更高。

Description

一种水土流失的动态监测系统及其监测装置

技术领域

本发明涉及水土流失监测装置技术领域，特别涉及一种水土流失的动态监测系统及其监测装置。

背景技术

水土流失是指由于自然或人为因素的影响、雨水不能就地消纳、顺势下流、冲刷土壤，造成水分和土壤同时流失的现象。主要原因是地面坡度大、土地利用不当、地面植被遭破坏、耕作技术不合理、土质松散、滥伐森林、过度放牧等。水土流失的危害主要表现在：土壤耕作层被侵蚀、破坏，使土地肥力日趋衰竭；淤塞河流、渠道、水库，降低水利工程效益，甚至导致水旱灾害发生，严重影响工农业生产；水土流失对山区农业生产及下游河道带来严重威胁。

中国专利CN212365166U公开了一种水土流失动态监测系统，包括主监测模块、电源模块、微控制处理器、辅助监测系统和监控终端；电源模块用于给系统整体供电；主监测模块与微控制处理器连接，主监测模块将监测到的数据发送给微控制处理器，主监测模块包括形变监测模块、土壤湿度计、测斜仪、摄像模块和位移传感器；辅助监测系统包括无人机、气压传感器和风速传感器，辅助监测系统与微控制处理器连接；监控终端包括显示器、控制器和报警器，监控终端通过无线通讯模块与微控制处理器连接。本方案能够提高对水土流失监测自动化水平，降低人员劳动强度，并且能过对易发生水土流失位置处坡度较大的坡体进行重点监控。

上述文件提到的监测装置在使用时，是针对护坡上的某一处进行检测，而提高的采用无人机进行巡逻摄像，在使用过程中也无法全天候地进行检测，因此最终还是通过护坡上设置的监测装置来对护坡的使用情况实时监测，但是由于监测的范围有限，导致其检测的结果往往存在一定的误差，从而会导致工作人员的误判。

因此，有必要提供一种水土流失的动态监测系统及其监测装置解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水土流失的动态监测系统及其监测装置，以解决上述背景技术中提出的现有的监测装置在使用时，是针对护坡上的某一处进行检测，而提高的采用无人机进行巡逻摄像，在使用过程中也无法全天候地进行检测，因此最终还是通过护坡上设置的监测装置来对护坡的使用情况实时监测，但是由于监测的范围有限，导致其检测的结果往往存在一定的误差，从而会导致工作人员的误判问题。

基于上述思路，本发明提供如下技术方案：包括控制器、与控制器输入端相连接的监测模块、与控制器输出端相连接的显示模块以及为控制器进行供电的电池模块，所述监测模块包括设置于护坡上的测距模块、对护坡的形变位移进行监测的位移监测模块以及摄像模块，所述测距模块包括固定于护坡上的固定框以及设置于固定框外侧的旋转带，所述旋转带上开设有槽口，所述槽口处设置有测距单元，所述固定框的外侧设置有多个用于对护坡上的泥土进行收集的收集单元。

作为本发明进一步的方案：所述测距单元包括固定在旋转带上的槽口一侧的第二支架，所述第二支架上固定连接有测距传感器，所述槽口的另一侧设置有第一支架，所述第一支架上转动连接有缠绕轴，所述缠绕轴的外侧缠绕有缠绕带，所述缠绕带的一端与缠绕轴相固定，所述缠绕带的另一端延伸至第二支架处并与第二支架上的限位组件相连接，所述第一支架上滑动连接有驱动板，所述驱动板穿过第一支架并延伸至缠绕轴的外侧。

作为本发明进一步的方案：所述收集单元包括设置于固定框外侧的收集箱，所述收集箱靠近旋转带的一侧滑动连接有盖板，所述收集箱的侧面上开设有与盖板相配合的条形槽，所述收集箱的内腔中滑动连接有连接板，所述连接板和收集箱内部相对的侧壁之间固定连接有伸缩杆，所述伸缩杆的外侧套设有伸缩弹簧，所述连接板与盖板的内壁固定连接，所述盖板的外侧壁上铰接有挡板，所述挡板的一侧和收集箱之间设置有限位弹簧。

作为本发明进一步的方案：所述第一支架的顶部和底部均固定连接有保护壳，所述缠绕轴的顶端和底端均设置有竖轴，所述竖轴延伸至保护壳内部且与第一支架和保护壳转动连接，所述竖轴外侧设置有扭簧，所述扭簧的两个自由端分别与竖轴的外侧壁和保护壳的内侧壁固定连接。

作为本发明进一步的方案：所述盖板的一端端面上设置有锁定组件，当盖板复位与收集箱侧壁相贴合时，锁定组件将盖板与收集箱相锁定。

作为本发明进一步的方案：所述锁定组件包括设置于盖板内的限位柱，所述盖板的一端端面上开设有盲孔，所述限位柱滑动连接于盲孔内部，所述限位柱的外侧开设有凹槽，所述凹槽内部转动连接有卡块，所述卡块的底面和凹槽的底部之间设置有支撑弹簧，所述收集箱的靠近限位柱的一侧面上开设有与卡块相配合的限位孔。

作为本发明进一步的方案：所述限位组件包括固定在第二支架的侧面上的电磁铁，所述电磁铁的底端设置有定位磁柱，所述定位磁柱靠近第二支架的一侧设置有滑条，所述第二支架的侧面上则设置有与滑条相配合的条形槽，所述缠绕带靠近旋转带的一侧固定连接有滑块，所述定位磁柱穿过滑块并与其滑动连接。

作为本发明进一步的方案：所述固定框靠近收集箱的一侧固定连接有卡条，所述收集箱的内侧设置有与卡条相配合的卡槽，所述收集箱的顶部转动连接有限位块。

作为本发明进一步的方案：所述驱动板的顶部和底部均固定连接有凸块，所述第一支架内部顶面和底面均设置有与凸块相配合的滑槽，所述凸块靠近驱动板的一侧设置有复位弹簧，所述复位弹簧设置于滑槽内部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于旋转带的长度较长，因此当旋转带带动其上的测距单元进行转动时，通过测距单元可以大范围地对护坡上的一段距离进行监测，相比于传动的单点式监测，此装置采用旋转带的检测方式，可以对一段距离的护坡进行连续的监测，因此监测数据更加全面可靠，与此同时，通过测距单元与收集单元的配合，使得分布在固定框上的多个收集单元可以对此段护坡上的泥土进行取样，并且取样的样本分布较为广泛，使得检测的数据准确度更高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的测距单元结构示意图；

图3是本发明的槽口结构示意图；

图4是本发明的收集单元结构示意图；

图5是本发明的收集箱内部结构示意图；

图6是本发明图2的A处放大结构示意图；

图7是本发明图5的B处放大结构示意图；

图8是本发明的收集单元排列图；

图9是本发明的扭簧结构示意图；

图10是本发明的锁定组件结构示意图；

图11是本发明的驱动板和挡板结构示意图；

图12是本发明的水土流失动态监测系统的结构示意图。

图中：1、旋转带；2、转轴；3、固定框；4、测距模块；5、护坡；6、测距单元；7、收集单元；8、保护壳；9、第一支架；10、缠绕轴；11、缠绕带；12、控制箱；13、第二支架；14、收集箱；15、卡槽；16、盖板；17、限位弹簧；18、挡板；19、槽口；20、限位孔；21、伸缩弹簧；22、伸缩杆；23、滑块；24、电磁铁；25、定位磁柱；26、测距传感器；27、盲孔；28、连接板；29、扭簧；30、竖轴；31、拉绳；32、限位柱；33、支撑弹簧；34、卡块；35、凸块；36、滑槽；37、驱动板；38、复位弹簧；39、卡条；40、限位块。

具体实施方式

如图1-3、图12所示，一种水土流失的动态监测系统，包括控制器、与控制器输入端相连接的监测模块、与控制器输出端相连接的显示模块以及为控制器进行供电的电池模块。

具体地，监测模块包括设置于护坡5上的测距模块4、对护坡5的形变位移进行监测的位移监测模块以及摄像模块，实际使用过程中，当出现暴雨天气时，可以通过摄像模块对护坡5的使用情况进行摄像，此处摄像模块可以采用无人机，通过无人机对护坡5的整个坡面进行摄像，同时，通过位移监测模块对护坡5的形变以及位移进行监测，利用测距模块4，选定一个参照点对护坡5的滑坡情况进行监测，所有的监测数据和摄像数据均通过无线传送模块输送至控制器处，通过控制器对数据分析之后输送至显示模块处，显示模块具体包括无线通讯模块用以接收数据，处理器用以对数据进行分析和处理，以及显示模块，将分析和处理之后的数据进行显示，工作人员通过观察显示器上的数据即可护坡5的使用情况进行监测，从而实现远程的监控。

如图2-3、图6-9所示，测距模块4包括固定于护坡5上的固定框3以及设置于固定框3外侧的旋转带1，旋转带1的内部四个拐角处均设置有转轴2，其中一个转轴2与埋在护坡5内部的驱动电机传动连接，从而使得驱动电机可以带动旋转带1转动，实际使用过程中旋转带1可以采用橡胶材料制作，在实际安装过程中，旋转带1的长度可以为几米到几十米不等，在旋转带1上开设有槽口19，槽口19处设置有测距单元6，在固定框3的外侧设置有多个收集单元7用于对护坡5上的泥土进行收集，从而便于后期对泥土进行分析；实际使用过程中，通过驱动电机带动旋转带1转动，通过测距单元6可以测量其到护坡5坡面的距离，若护坡5有滑坡的情况，则测距单元6到护坡5坡面的距离增大，此时测距单元6可以将数据传送至显示模块处，使得工作人员可以实时对护坡5的情况进行监测，并且此时测距单元6可以将收集单元7打开，通过多个收集单元7可以对护坡5上流动的泥土进行收集取样，由于旋转带1的长度较长，因此当旋转带1带动其上的测距单元6进行转动时，通过测距单元6可以大范围地对护坡5上的一段距离进行监测，相比于传动的单点式监测，此装置采用旋转带1的检测方式，可以对一段距离的护坡5进行连续的监测，因此监测数据更加全面可靠，与此同时，通过测距单元6与收集单元7的配合，使得分布在固定框3上的多个收集单元7可以对此段护坡5上的泥土进行取样，并且取样的样本分布较为广泛，使得检测的数据准确度更高。

如图2-7、图9所示，测距单元6包括固定在旋转带1上的槽口19一侧的第二支架13，第二支架13上固定连接有测距传感器26，测距传感器26可以采用红外传感器，用于测量其到护坡5坡面的距离，此外在槽口19的另一侧还设置有与第二支架13相对的第一支架9，第一支架9与旋转带1相固定，第一支架9上转动连接有缠绕轴10，而缠绕轴10的外侧缠绕有缠绕带11，缠绕带11的一端与缠绕轴10相固定，另一端延伸至第二支架13处，并且与第二支架13上的限位组件相连接，缠绕带11设置于槽口19的外侧，并且在第一支架9上滑动连接有驱动板37，驱动板37穿过第一支架9并与其滑动连接，驱动板37的一端延伸至缠绕轴10的外侧；

进一步地，在第一支架9的顶部和底部均固定连接有保护壳8，在缠绕轴10的顶端和底端均设置有竖轴30，缠绕轴10的顶端和底端的竖轴均延伸至保护壳8内部且与第一支架9和保护壳8转动连接，竖轴30的外侧设置有扭簧29，扭簧29的两个自由端分别与竖轴30的外侧壁和保护壳8的内侧壁固定连接。

收集单元7包括设置于固定框3外侧的收集箱14，收集箱14靠近旋转带1的一侧滑动连接有盖板16，同时在收集箱14的侧面上开设有与盖板16相配合的条形槽，使得盖板16能够在收集箱14一侧滑动，而收集箱14的内腔中滑动连接有连接板28，连接板28和收集箱14内部相对的侧壁之间固定连接有多节伸缩杆22，伸缩杆22的外侧套设有伸缩弹簧21，伸缩弹簧21设置于连接板28和收集箱14内壁之间，而连接板28与盖板16的内壁固定连接，在盖板16的外侧壁上铰接有挡板18，挡板18的一侧和收集箱14之间设置有限位弹簧17用于对挡板18进行支撑；

实际使用过程中，当雨天时，可以解锁第二支架13上与缠绕带11之间的限位组件，此时在扭簧29的作用力下可以带动缠绕轴10转动，通过缠绕轴10对缠绕带11进行收卷，随着缠绕带11逐渐收卷在缠绕轴10的外侧，其直径逐渐增大，从而对第一支架9上的驱动板37进行挤压，进而促使驱动板37远离缠绕轴10的一端向着旋转带1的内侧方向移动，并且当缠绕带11收卷在缠绕轴10上时，旋转带1上的槽口19也被完全打开，此时当旋转带1移动至控制箱12的一侧时，驱动板37正好置于挡板18的一侧，因此在驱动板37移动过程中可以带动挡板18移动，挡板18可以带动盖板16和其内侧的连接板28移动，从而压缩收集箱14内侧的伸缩杆22和伸缩弹簧21，随着盖板16的移动，收集箱14被打开，此时通过收集箱14可以对随雨水流动的泥土进行收集，从而便于后期分析和处理，而当驱动板37带动挡板18移动一段距离之后，伸缩弹簧21被逐渐压缩，此时伸缩弹簧21对连接板28的反作用力增大，从而可以避免盖板16继续移动，此时驱动板37对挡板18的作用力将克服限位弹簧17的作用力，从而使得挡板18倾斜转动，进而促使驱动板37从挡板18处经过并与其相脱离，此时在伸缩弹簧21的反作用力下可以带动盖板16复位，从而重新对收集箱14进行密封，可以对收集的土壤样本进行密封，等待工作人员来拿取。

此装置，通过测距单元6与收集单元7相配合，暴雨天气时，在对护坡5进行监测的过程中还可以对土壤进行收集取样，同时，对取样的样本能够进行完好的保存。

如图10-11所示，在盖板16的一端端面上设置有锁定组件，锁定组件包括设置于盖板16内的限位柱32，具体地，在盖板16的一端端面上开设有盲孔27，而限位柱32则滑动连接于盲孔27内部，同时在限位柱32的一端设置有拉绳31，拉绳31固定连接于限位柱32和盖板16之间，在限位柱32的外侧开设有凹槽，凹槽内部转动连接有卡块34，卡块34的底面和凹槽的底部之间设置有支撑弹簧33，支撑弹簧33固定于凹槽内部底端，而在收集箱14的靠近限位柱32的一侧面上开设有与卡块34相配合的限位孔20，限位孔20与限位柱32上的卡块34相配合；

实际使用过程中，当驱动板37与挡板18相脱离时，在伸缩弹簧21的作用力下可以带动盖板16复位，盖板16复位后重新与收集箱14的侧面接触对其进行密封，但是由于惯性的原因，盲孔27内部的限位柱32还会保持原来的运动趋势，从而使得限位柱32滑出盲孔27并且经过收集箱14上的限位孔20，此时在支撑弹簧33的作用力下可以带动卡块34向外转动，从而使得卡块34卡在收集箱14的一侧，当下一次旋转带1继续带动驱动板37移动至挡板18一侧时，由于卡块34的作用，驱动板37会直接克服限位弹簧17的作用力带动挡板18转动倾斜，从而使得驱动板37与挡板18相脱离，因此，在收集箱14对土壤收集完成之后，盖板16便通过锁定组件于收集箱14相锁定，从而对采集的土壤样本进行保存。

如图6所示，在第二支架13上还固定连接有控制箱12，控制箱12内设置有微处理器和电源，限位组件包括固定在第二支架13的侧面上的电磁铁24，电磁铁24的底端设置有定位磁柱25，定位磁柱25靠近第二支架13的一侧设置有滑条，而第二支架13的侧面上则设置有与滑条相配合的条形槽，使得定位磁柱25滑动在第二支架13侧面上，而缠绕带11靠近旋转带1的一侧固定连接有滑块23，在旋转带1上开设有呈T型的T型槽，而滑块23则滑动于此T型槽内部，定位磁柱25穿过滑块23并与其滑动连接，当测距传感器26工作时，将数据传输至微处理器处，微处理器对电磁铁24进行控制使其带电，从而通过电磁铁24对定位磁柱25进行吸附，当定位磁柱25与滑块23脱离时，缠绕轴10可以对缠绕带11进行缠绕，从而挤压驱动板37带动其移动，通过此结构，可以自动接触对缠绕带11的限位，响应速度快，实用性强。

如图7所示，在固定框3靠近收集箱14的一侧固定连接有卡条39，而收集箱14的内侧设置有与卡条39相配合的卡槽15，在收集箱14的顶部转动连接有限位块40，实际使用时，当需要对收集箱14进行拿取时，可以转动限位块40使其与收集箱14的长度方向相平行从而使其失去对收集箱14的限位，在通过收集箱14顶部的把手将收集箱14提出即可。

如图11所示，在驱动板37的顶部和底部均固定连接有凸块35，而第一支架9内部顶面和底面均设置有与凸块35相配合的滑槽36，凸块35靠近驱动板37的一侧设置有复位弹簧38，复位弹簧38设置于滑槽36内部，通过此结构使得驱动板37与第一支架9滑动连接，并且不会与其相脱离，通过复位弹簧38有利于驱动板37复位。

Claims (1)

1.一种水土流失的动态监测装置，包括控制器、与控制器输入端相连接的监测模块、与控制器输出端相连接的显示模块以及为控制器进行供电的电池模块，所述监测模块包括设置于护坡上的测距模块、对护坡的形变位移进行监测的位移监测模块以及摄像模块，其特征在于：所述测距模块包括固定于护坡上的固定框以及设置于固定框外侧的旋转带，所述旋转带上开设有槽口，所述槽口处设置有测距单元，所述固定框的外侧设置有多个用于对护坡上的泥土进行收集的收集单元；

所述测距单元包括固定在旋转带上的槽口一侧的第二支架，所述第二支架上固定连接有测距传感器，所述槽口的另一侧设置有第一支架，所述第一支架上转动连接有缠绕轴，所述缠绕轴的外侧缠绕有缠绕带，所述缠绕带的一端与缠绕轴相固定，所述缠绕带的另一端延伸至第二支架处并与第二支架上的限位组件相连接，所述第一支架上滑动连接有驱动板，所述驱动板穿过第一支架并延伸至缠绕轴的外侧；

所述驱动板的顶部和底部均固定连接有凸块，所述第一支架内部顶面和底面均设置有与凸块相配合的滑槽，所述凸块靠近驱动板的一侧设置有复位弹簧，所述复位弹簧设置于滑槽内部；

所述限位组件包括固定在第二支架的侧面上的电磁铁，所述电磁铁的底端设置有定位磁柱，所述定位磁柱靠近第二支架的一侧设置有滑条，所述第二支架的侧面上则设置有与滑条相配合的条形槽，所述缠绕带靠近旋转带的一侧固定连接有滑块，所述定位磁柱穿过滑块并与其滑动连接；

所述第一支架的顶部和底部均固定连接有保护壳，所述缠绕轴的顶端和底端均设置有竖轴，所述竖轴延伸至保护壳内部且与第一支架和保护壳转动连接，所述竖轴外侧设置有扭簧，所述扭簧的两个自由端分别与竖轴的外侧壁和保护壳的内侧壁固定连接；

所述收集单元包括设置于固定框外侧的收集箱，所述收集箱靠近旋转带的一侧滑动连接有盖板，所述收集箱的侧面上开设有与盖板相配合的条形槽，所述收集箱的内腔中滑动连接有连接板，所述连接板和收集箱内部相对的侧壁之间固定连接有伸缩杆，所述伸缩杆的外侧套设有伸缩弹簧，所述连接板与盖板的内壁固定连接，所述盖板的外侧壁上铰接有挡板，所述挡板的一侧和收集箱之间设置有限位弹簧；

所述固定框靠近收集箱的一侧固定连接有卡条，所述收集箱的内侧设置有与卡条相配合的卡槽，所述收集箱的顶部转动连接有限位块；

所述盖板的一端端面上设置有锁定组件，当盖板复位与收集箱侧壁相贴合时，锁定组件将盖板与收集箱相锁定；

所述锁定组件包括设置于盖板内的限位柱，所述盖板的一端端面上开设有盲孔，所述限位柱滑动连接于盲孔内部，所述限位柱的外侧开设有凹槽，所述凹槽内部转动连接有卡块，所述卡块的底面和凹槽的底部之间设置有支撑弹簧，所述收集箱的靠近限位柱的一侧面上开设有与卡块相配合的限位孔。

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