CN116298213B - 一种便携式的人工降水模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及降水模拟装置技术领域，尤其涉及一种便携式的人工降水模拟装置，包括：透水模块，用以向对应地面位置施加降水；支撑模块，包括设置在所述水槽下方用以支撑水槽的支架和设置于支架底部用以将支架固定至土壤中的钢刺；喷雾模块，用以向水槽中施加降水；导流模块，其设置在所述透水模块下方；中控模块，其分别与所述透水模块、所述支撑模块、所述喷雾模块以及所述导流模块相连，用以根据试验区域的空气湿度差将所述伸缩组件的支撑高度调节至第一对应高度。本发明实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
Description
技术领域
本发明涉及降水模拟装置技术领域，尤其涉及一种便携式的人工降水模拟装置。
背景技术
现有人工降水装置的设计目的往往为监测地表径流，而不是监测土壤水入渗，通常降水覆盖面积较大，能以滴漏或喷洒的形式精准控制降水强度与水滴速度。然而，这类装置往往体积庞大，造价高昂，无法频繁移动，因而难以适应高强度多位点的实验研究。而现有的土壤水入渗研究中，一种方式是利用人工降水装置，在野外采集土壤，在水槽中重新填充土壤并安装水分探头，再在人工降水下测量土壤水分变化，这种方法对土壤结构造成了较大破坏，而另一种常见方式是利用双环实验装置，用双环压入地下，再在环中加水使其保持恒定高度的水位，外环用于阻断侧向流，内环用于测定水分入渗速度，由于双环中水位始终保持额定高度，这种方法无法充分模拟天然降水下的水分入渗过程。
中国专利公开号：CN115541848A公开了一种模拟降水条件下不同植被对水土流失影响的试验装置，其涉及水土流失试验技术领域，包括：底座支架；升降装置，一端铰接在所述底座支架上；模拟组件，一端铰接在所述底座支架远离所述升降装置的一端，另一端铰接在所述升降装置上，用于调节倾斜角度；降水装置，架设在所述模拟组件的上方；振动电机，对称固定在所述模拟组件的两侧；以及采集组件，被配置为多个，可拆卸的安装在所述模拟组件的上；由此可见，所述模拟降水条件下不同植被对水土流失影响的试验装置存在以下问题：由于环境中的温度和湿度对于小部分区域降水模拟的准确性存在影响。
发明内容
为此，本发明提供一种便携式的人工降水模拟装置，用以克服现有技术中由于环境中的温度和湿度对于小部分区域降水模拟的准确性存在影响的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种便携式的人工降水模拟装置，包括：透水模块，用以向对应地面位置施加降水，包括设置在地面上方用以透水的水槽和设置于所述水槽底部用以将水槽透出的水传递至试验地面对应位置的带孔塑料膜；支撑模块，其与所述透水模块相连，包括设置在所述水槽下方用以支撑水槽的支架和设置于支架底部用以将支架固定至土壤中的钢刺，其中，支架的中部设置有用以对支架高度进行调节的伸缩组件；喷雾模块，其设置在所述透水模块上方，用以向水槽中施加降水，包括设置在所述水槽上方用以对水槽中进行喷水的喷头、与所述喷头相连用以提供喷头喷水动力的喷雾电机以及设置在喷雾电机上方用以对空气中的实际温度进行检测的温度传感器；导流模块，其设置在所述透水模块下方，包括部分设置于地面上方的内环和部分设置于地面上方的外环，所述内环和所述外环通过对应的环状位置设置以收集地表径流并导出试验地面；其中，所述试验地面下方设置有用以周期性检测土壤含水量的第一水分传感器组和设置于所述第一水分传感器组上方的第二水分传感器组；第一水分传感器组中设置的若干第一类水分传感器设置在试验地面下方的不同深度处，所述第二水分传感器组中设置的若干第二类水分传感器分别对应设置在所述若干第一类水分传感器的上方的同一深度处；中控模块，其分别与所述透水模块、所述支撑模块、所述喷雾模块以及所述导流模块相连，用以根据试验区域的空气湿度差将所述伸缩组件的支撑高度调节至第一对应高度，以及，根据所述第二水分传感器组实时检测到的若干个含水量检测点的含水量对含水量检测值突变时间点的差异量进行统计计算，并根据统计计算结果将伸缩组件的支撑高度二次调节至第二对应高度，以及，根据视觉传感器检测到的所述带孔塑料膜的下坠长度判定是否更换带孔塑料膜，以及，根据空气中的实际温度将喷雾电机转速调节至对应转速。
进一步地，所述中控模块根据设置在靠近所述水槽方向的若干第一类湿度传感器和设置在远离水槽方向的若干第二类湿度传感器分别检测到的降水试验区域的空气湿度和相邻非降水试验区域的空气湿度对试验区域的空气湿度差进行计算，并根据计算到的试验区域的空气湿度差确定自然风对喷雾过程的影响程度是否在允许范围内的两类判定方式，其中，
第一类判定方式为，所述中控模块在预设第一湿度差条件下判定自然风对喷雾过程的影响程度在允许范围内；
第二类判定方式为，所述中控模块在预设第二湿度差条件下判定自然风对喷雾过程的影响程度超出允许范围，通过计算试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值以将伸缩组件的支撑高度调节至第一对应高度；
其中，所述预设第一湿度差条件为，试验区域的空气湿度差小于等于预设空气湿度差；所述预设第二湿度差条件为，试验区域的空气湿度差大于预设空气湿度差。
进一步地，所述试验区域的空气湿度差的计算公式为：
，
其中，Q为试验区域的空气湿度差，qj为降水试验区域的第n个位置的空气湿度检测值，pj为相邻非降水试验区域的第n个位置的空气湿度检测值，n为检测的总次数且n为大于等于1的自然数。
进一步地，所述中控模块在预设第二湿度差条件下根据试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值确定针对伸缩组件的支撑高度的三类调节方式，其中，
第一类调节方式为，所述中控模块在预设第一湿度差差值条件下将所述伸缩组件的支撑高度调节至预设支撑高度；
第二类调节方式为，所述中控模块在预设第二湿度差差值条件下使用预设第一高度调节系数将所述伸缩组件的支撑高度调节至第一高度；
第三类调节方式为，所述中控模块在预设第三湿度差差值条件下使用预设第二高度调节系数将所述伸缩组件的支撑高度调节至第二高度；
其中，所述预设第一湿度差差值条件为，试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值小于等于预设第一空气湿度差差值；所述预设第二湿度差差值条件为，试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值大于预设第一空气湿度差差值且小于等于预设第二空气湿度差差值；所述预设第一空气湿度差差值小于所述预设第二空气湿度差差值，所述预设第一高度调节系数小于所述预设第二高度调节系数。
进一步地，所述中控模块根据所述含水量检测值突变时间点的差异量确定透水均匀性是否在允许范围内的三类判定方式，其中，
第一类均匀性判定方式为，所述中控模块在预设第一差异量条件下判定透水均匀性在允许范围内；
第二类均匀性判定方式为，所述中控模块在预设第二差异量条件下判定透水均匀性低于允许范围，通过计算含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值以将所述伸缩组件的支撑高度二次调节至第二对应高度；
第三类均匀性判定方式为，所述中控模块在预设第三差异量条件下判定透水均匀性低于允许范围，初步判定带孔塑料膜的质地紧密性低于允许范围，并根据带孔塑料膜的下坠长度对带孔塑料膜的质地紧密性是否低于允许范围进行二次判定；
其中，所述预设第一差异量条件为，含水量检测值突变时间点的差异量小于等于预设第一时间点差异量；所述预设第二差异量条件为，含水量检测值突变时间点的差异量大于预设第一时间点差异量且小于等于预设第二时间点差异量；所述预设第三差异量条件为，含水量检测值突变时间点的差异量大于预设第二时间点差异量；所述预设第一时间点差异量小于所述预设第二时间点差异量。
进一步地，所述含水量检测值突变时间点的差异量的计算公式为：
，
其中，Ta为含水量检测值突变时间点的差异量，|xi-xi-1|为第i-1个含水量检测点与第i个含水量检测点的含水量检测值突变时间点的差值的绝对值，m为大于等于2的自然数。
进一步地，所述中控模块在预设第二差异量条件下根据含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值确定针对所述伸缩组件的支撑高度的三类二次调节方式，其中，
第一类二次调节方式为，所述中控模块在预设第一差异量差值条件下将所述伸缩组件的支撑高度二次调节至预设支撑高度；
第二类二次调节方式为，所述中控模块在预设第二差异量差值条件下使用预设第四高度调节系数将所述伸缩组件的支撑高度二次调节至第三高度；
第三类二次调节方式为，所述中控模块在预设第三差异量差值条件下使用预设第三高度调节系数将所述伸缩组件的支撑高度二次调节至第四高度；
其中，所述预设第一差异量差值条件为，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值小于等于预设第一时间点差异量差值；所述预设第二差异量差值条件为，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值大于预设第一时间点差异量差值且小于等于预设第二时间点差异量差值；所述预设第三差异量差值条件为，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值大于预设第二时间点差异量差值；所述预设第一时间点差异量差值小于所述预设第二时间点差异量差值，所述预设第三高度调节系数小于所述预设第四高度调节系数。
进一步地，所述中控模块在预设第三差异量条件下根据带孔塑料膜的下坠长度确定带孔塑料膜的质地紧密性是否低于允许范围的两类二次判定方式，其中，
第一类二次判定方式为，所述中控模块在预设第一下坠长度条件下二次判定带孔塑料膜的质地紧密性在允许范围内；
第二类二次判定方式为，所述中控模块在预设第二下坠长度条件下二次判定带孔塑料膜的质地紧密性低于允许范围并发出更换带孔塑料膜的通知；
其中，所述预设第一下坠长度条件为，带孔塑料膜的下坠长度小于等于预设下坠长度；所述预设第二下坠长度条件为，带孔塑料膜的下坠长度大于预设下坠长度。
进一步地，所述中控模块根据空气中的实际温度确定水分的蒸发程度是否在允许范围内的两种判定方式，其中，
第一类蒸发程度判定方式为，所述中控模块在预设第一温度条件下判定水分的蒸发程度在允许范围内；
第二类蒸发程度判定方式为，所述中控模块在预设第二温度条件下判定水分的蒸发程度超出允许范围，通过计算空气中的实际温度与预设空气温度的差值以将喷雾电机转速调节至对应转速；
其中，所述预设第一温度条件为，空气中的实际温度小于等于预设空气温度；所述预设第二温度条件为，空气中的实际温度大于预设空气温度。
进一步地，所述中控模块在预设第二温度条件下根据空气中的实际温度与预设空气温度的差值确定针对喷雾电机转速的三类调节方式，其中，
第一类转速调节方式为，所述中控模块在预设第一温度差值条件下将所述喷雾电机转速调节至预设转速；
第二类转速调节方式为，所述中控模块在预设第二温度差值条件下使用预设第一转速调节系数将所述喷雾电机转速调节至第一转速；
第三类转速调节方式为，所述中控模块在预设第三温度差值条件下使用预设第二转速调节系数将所述喷雾电机转速调节至第二转速；
其中，所述预设第一温度差值条件为，空气中的实际温度与预设空气温度的差值小于等于预设第一空气温度差值；所述预设第二温度差值条件为，空气中的实际温度与预设空气温度的差值大于预设第一空气温度差值且小于等于预设第二空气温度差值；所述预设第三温度差值条件为，空气中的实际温度与预设空气温度的差值大于预设第二空气温度差值；所述预设第一空气温度差值小于所述预设第二空气温度差值，所述第一转速调节系数小于所述预设第二转速调节系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明所述装置通过设置的透水模块、支撑模块、喷雾模块、导流模块以及中控模块，通过根据试验区域的空气湿度差将所述伸缩组件的支撑高度调节至第一对应高度，降低了由于对实验区域空气湿度差反映出的风力对喷水的精准性的影响；通过根据设置于不同水平位置的第二水分传感器组的含水量检测值突变时间点的差异量将所述支撑高度二次调节至第二对应高度，降低了由于对支撑高度的调节过高导致喷雾模块与水槽的距离过近对于喷雾均匀性的影响；通过根据视觉传感器检测到的所述带孔塑料膜的下坠长度判定是否更换带孔塑料膜，降低了由于带孔塑料膜的质量不合格对于模拟效果的影响；通过根据空气中的实际温度将喷水速度调节至对应值，降低了由于对空气的实际温度反映出的水分蒸发情况对于降水模拟精准性的影响，实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
进一步地，本发明所述装置通过设置的预设空气湿度差，通过根据试验区域的空气湿度差确定自然风对喷雾过程的影响程度是否在允许范围内的两类判定方式，降低了由于自然风对于喷雾过程的影响过大对于模拟准确性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
进一步地，本发明所述装置通过设置预设第一空气湿度差差值、预设第二空气湿度差差值、预设第一高度调节系数以及预设第二高度调节系数，通过根据试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值确定针对伸缩组件的支撑高度的三类调节方式，降低了由于对支撑高度的调节不精准对于喷雾水量精准性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
进一步地，本发明所述装置通过设置的预设第一时间点差异量和所述预设第二时间点差异量，通过根据含水量检测值突变时间点的差异量确定透水均匀性是否在允许范围内的三类判定方式，降低了由于对透水均匀性的判定不精准对于降水模拟精准性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
进一步地，本发明所述装置通过设置的预设第一时间点差异量差值、预设第二时间点差异量差值、预设第三高度调节系数以及预设第四高度调节系数，通过根据含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值确定针对所述伸缩组件的支撑高度的三类二次调节方式，降低了由于对伸缩组件的支撑高度的调节不精准对于透水均匀性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
进一步地，本发明所述装置通过设置预设下坠长度，通过根据带孔塑料膜的下坠长度确定带孔塑料膜的质地紧密性是否低于允许范围的两类二次判定方式，降低了由于对带孔塑料膜的质量的判定不精准对于模拟效果的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
进一步地，本发明所述装置通过设置的预设第一空气温度差值、预设第二空气温度差值、第一转速调节系数以及预设第二转速调节系数，通过根据空气中的实际温度与预设空气温度的差值确定针对喷雾电机转速的三类调节方式，降低了由于对喷雾电机转速的调节不精准对于模拟精准性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
附图说明
图1为本发明实施例便携式的人工降水模拟装置的结构示意图；
图2为本发明实施例便携式的人工降水模拟装置的整体结构框图；
图3为本发明实施例便携式的人工降水模拟装置的透水模块结构框图；
图4为本发明实施例便携式的人工降水模拟装置的支撑模块结构框图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
请参阅图1、图2、图3以及图4所示，其分别为本发明实施例便携式的人工降水模拟装置的结构示意图、整体结构框图、透水模块结构框图以及支撑模块结构框图；本发明所述便携式的人工降水模拟装置，包括：
透水模块，用以向对应地面位置施加降水，包括设置在地面上方用以透水的水槽3和设置于所述水槽3底部用以将水槽3透出的水传递至试验地面对应位置的带孔塑料膜13；
支撑模块，其与所述透水模块相连，包括设置在所述水槽3下方用以支撑水槽3的支架14和设置于支架底部用以将支架14固定至土壤中的钢刺（图中未画出），其中，支架14的中部设置有用以对支架高度进行调节的伸缩组件4；
喷雾模块，其设置在所述透水模块上方，用以向水槽3中施加降水，包括设置在所述水槽3上方用以对水槽3中进行喷水的喷头9、与所述喷头9相连用以提供喷头9喷水动力的喷雾电机1以及设置在喷雾电机1上方用以对空气中的实际温度进行检测的温度传感器2；
导流模块，其设置在所述透水模块下方，包括部分设置于地面上方的内环5和部分设置于地面上方的外环6，所述内环5和所述外环6通过对应的环状位置设置以收集地表径流并导出试验地面；其中，所述试验地面下方设置有用以周期性检测土壤含水量的第一水分传感器组7和设置于所述第一水分传感器组7上方的第二水分传感器组8；第一水分传感器组7中设置的若干第一类水分传感器设置在试验地面下方的不同深度处，所述第二水分传感器组8中设置的若干第二类水分传感器分别对应设置在所述若干第一类水分传感器的上方的同一深度处；
中控模块，其分别与所述透水模块、所述支撑模块、所述喷雾模块以及所述导流模块相连，用以根据试验区域的空气湿度差将所述伸缩组件4的支撑高度调节至第一对应高度，以及，根据所述第二水分传感器组8实时检测到的若干个含水量检测点的含水量对含水量检测值突变时间点的差异量进行统计计算，并根据统计计算结果将伸缩组件4的支撑高度二次调节至第二对应高度，以及，根据视觉传感器12检测到的所述带孔塑料膜13的下坠长度判定是否更换带孔塑料膜13，以及，根据空气中的实际温度将喷雾电机转速调节至对应转速。
具体而言，所述视觉传感器12设置在所述水槽下方。
作为本发明的优选的实施例，本发明的伸缩组件的优选实施例为带电机的小型升降装置，在不影响实现高度升高和降低功能的前提下，可以对伸缩组件的型号、电机数量以及运行的功率进行改变，只要实现对于水槽的升降功能即可。
本发明所述装置通过设置的透水模块、支撑模块、喷雾模块、导流模块以及中控模块，通过根据试验区域的空气湿度差将所述伸缩组件4的支撑高度调节至第一对应高度，降低了由于对实验区域空气湿度差反映出的风力对喷水的精准性的影响；通过根据设置于不同水平位置的第二水分传感器组8的含水量检测值突变时间点的差异量将所述支撑高度二次调节至第二对应高度，降低了由于对支撑高度的调节过高导致喷雾模块与水槽3的距离过近对于喷雾均匀性的影响；通过根据视觉传感器12检测到的所述带孔塑料膜13的下坠长度判定是否更换带孔塑料膜13，降低了由于带孔塑料膜13的质量不合格对于模拟效果的影响；通过根据空气中的实际温度将喷水速度调节至对应值，降低了由于对空气的实际温度反映出的水分蒸发情况对于降水模拟精准性的影响，实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
请继续参阅图1所示，所述中控模块根据设置在靠近所述水槽3方向的若干第一类湿度传感器11和设置在远离水槽3方向的若干第二类湿度传感器10分别检测到的降水试验区域的空气湿度和相邻非降水试验区域的空气湿度对试验区域的空气湿度差进行计算，并根据计算到的试验区域的空气湿度差确定自然风对喷雾过程的影响程度是否在允许范围内的两类判定方式，其中，
第一类判定方式为，所述中控模块在预设第一湿度差条件下判定自然风对喷雾过程的影响程度在允许范围内；
第二类判定方式为，所述中控模块在预设第二湿度差条件下判定自然风对喷雾过程的影响程度超出允许范围，通过计算试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值以将伸缩组件4的支撑高度调节至第一对应高度；
其中，所述预设第一湿度差条件为，试验区域的空气湿度差小于等于预设空气湿度差；所述预设第二湿度差条件为，试验区域的空气湿度差大于预设空气湿度差。
具体而言，试验区域的空气湿度差记为Q，预设空气湿度差记为Q0，设定QO=5％，试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值记为△Q，设定△Q=Q-Q0。
进一步地，本发明所述装置通过设置的预设空气湿度差，通过根据试验区域的空气湿度差确定自然风对喷雾过程的影响程度是否在允许范围内的两类判定方式，降低了由于自然风对于喷雾过程的影响过大对于模拟准确性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
请继续参阅图1和图2所示，所述试验区域的空气湿度差的计算公式为：
，
其中，Q为试验区域的空气湿度差，qj为降水试验区域的第n个位置的空气湿度检测值，pj为相邻非降水试验区域的第n个位置的空气湿度检测值，n为检测的总次数且n为大于等于1的自然数。
请继续参阅图1所示，所述中控模块在预设第二湿度差条件下根据试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值确定针对伸缩组件4的支撑高度的三类调节方式，其中，
第一类调节方式为，所述中控模块在预设第一湿度差差值条件下将所述伸缩组件4的支撑高度调节至预设支撑高度；
第二类调节方式为，所述中控模块在预设第二湿度差差值条件下使用预设第一高度调节系数将所述伸缩组件4的支撑高度调节至第一高度；
第三类调节方式为，所述中控模块在预设第三湿度差差值条件下使用预设第二高度调节系数将所述伸缩组件4的支撑高度调节至第二高度；
其中，所述预设第一湿度差差值条件为，试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值小于等于预设第一空气湿度差差值；所述预设第二湿度差差值条件为，试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值大于预设第一空气湿度差差值且小于等于预设第二空气湿度差差值；所述预设第一空气湿度差差值小于所述预设第二空气湿度差差值，所述预设第一高度调节系数小于所述预设第二高度调节系数。
具体而言，预设支撑高度记为H0，预设第一空气湿度差差值记为△Q1，预设第二空气湿度差差值记为△Q2，预设第一高度调节系数记为α1，预设第二高度调节系数记为α2，设定△Q1=2％，△Q2=5％，α1=1.1，α2=1.35，设定H0=1.5m，调节后的伸缩组件4的支撑高度记为H’，设定H’=H0×（1+αi）/2，其中，αi为预设第i高度调节系数，设定i=1，2。
进一步地，本发明所述装置通过设置预设第一空气湿度差差值、预设第二空气湿度差差值、预设第一高度调节系数以及预设第二高度调节系数，通过根据试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值确定针对伸缩组件4的支撑高度的三类调节方式，降低了由于对支撑高度的调节不精准对于喷雾水量精准性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
请继续参阅图1和图2所示，所述中控模块根据所述含水量检测值突变时间点的差异量确定透水均匀性是否在允许范围内的三类判定方式，其中，
第一类均匀性判定方式为，所述中控模块在预设第一差异量条件下判定透水均匀性在允许范围内；
第二类均匀性判定方式为，所述中控模块在预设第二差异量条件下判定透水均匀性低于允许范围，通过计算含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值以将所述伸缩组件4的支撑高度二次调节至第二对应高度；
第三类均匀性判定方式为，所述中控模块在预设第三差异量条件下判定透水均匀性低于允许范围，初步判定带孔塑料膜13的质地紧密性低于允许范围，并根据带孔塑料膜13的下坠长度对带孔塑料膜13的质地紧密性是否低于允许范围进行二次判定；
其中，所述预设第一差异量条件为，含水量检测值突变时间点的差异量小于等于预设第一时间点差异量；所述预设第二差异量条件为，含水量检测值突变时间点的差异量大于预设第一时间点差异量且小于等于预设第二时间点差异量；所述预设第三差异量条件为，含水量检测值突变时间点的差异量大于预设第二时间点差异量；所述预设第一时间点差异量小于所述预设第二时间点差异量。
具体而言，含水量检测值突变时间点的差异量记为Ta，预设第一时间点差异量记为T1，预设第二时间点差异量记为T2，设定T1=2min，T2=5min，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值记为△T=T-T1。
进一步地，本发明所述装置通过设置的预设第一时间点差异量和所述预设第二时间点差异量，通过根据含水量检测值突变时间点的差异量确定透水均匀性是否在允许范围内的三类判定方式，降低了由于对透水均匀性的判定不精准对于降水模拟精准性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
请继续参阅图1所示，所述含水量检测值突变时间点的差异量的计算公式为：
，
其中，Ta为含水量检测值突变时间点的差异量，|xi-xi-1|为第i-1个含水量检测点与第i个含水量检测点的含水量检测值突变时间点的差值的绝对值，m为大于等于2的自然数。
请继续参阅图1和图2所示，所述中控模块在预设第二差异量条件下根据含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值确定针对所述伸缩组件4的支撑高度的三类二次调节方式，其中，
第一类二次调节方式为，所述中控模块在预设第一差异量差值条件下将所述伸缩组件4的支撑高度二次调节至预设支撑高度；
第二类二次调节方式为，所述中控模块在预设第二差异量差值条件下使用预设第四高度调节系数将所述伸缩组件4的支撑高度二次调节至第三高度；
第三类二次调节方式为，所述中控模块在预设第三差异量差值条件下使用预设第三高度调节系数将所述伸缩组件4的支撑高度二次调节至第四高度；
其中，所述预设第一差异量差值条件为，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值小于等于预设第一时间点差异量差值；所述预设第二差异量差值条件为，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值大于预设第一时间点差异量差值且小于等于预设第二时间点差异量差值；所述预设第三差异量差值条件为，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值大于预设第二时间点差异量差值；所述预设第一时间点差异量差值小于所述预设第二时间点差异量差值，所述预设第三高度调节系数小于所述预设第四高度调节系数。
具体而言，预设支撑高度记为H0，预设第一时间点差异量差值记为△T1，预设第二时间点差异量差值记为△T2，预设第三高度二次调节系数记为α3，预设第四高度二次调节系数记为α4，设定△T1=1.2min，△T2=3min，α3=0.8，α4=0.92，二次调节后的伸缩组件4的支撑高度记为H”，设定H”=H’×（1+αk）/2，其中，αk为预设第k高度二次调节系数，设定k=3，4。
进一步地，本发明所述装置通过设置的预设第一时间点差异量差值、预设第二时间点差异量差值、预设第三高度调节系数以及预设第四高度调节系数，通过根据含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值确定针对所述伸缩组件4的支撑高度的三类二次调节方式，降低了由于对伸缩组件4的支撑高度的调节不精准对于透水均匀性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
请继续参阅图1所示，所述中控模块在预设第三差异量条件下根据带孔塑料膜13的下坠长度确定带孔塑料膜13的质地紧密性是否低于允许范围的两类二次判定方式，其中，
第一类二次判定方式为，所述中控模块在预设第一下坠长度条件下二次判定带孔塑料膜13的质地紧密性在允许范围内；
第二类二次判定方式为，所述中控模块在预设第二下坠长度条件下二次判定带孔塑料膜13的质地紧密性低于允许范围并发出更换带孔塑料膜13的通知；
其中，所述预设第一下坠长度条件为，带孔塑料膜13的下坠长度小于等于预设下坠长度；所述预设第二下坠长度条件为，带孔塑料膜13的下坠长度大于预设下坠长度。
具体而言，带孔塑料膜13的下坠长度记为L，预设下坠长度记为L0。
进一步地，本发明所述装置通过设置预设下坠长度，通过根据带孔塑料膜13的下坠长度确定带孔塑料膜13的质地紧密性是否低于允许范围的两类二次判定方式，降低了由于对带孔塑料膜13的质量的判定不精准对于模拟效果的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
请继续参阅图1和图2所示，所述中控模块根据空气中的实际温度确定水分的蒸发程度是否在允许范围内的两种判定方式，其中，
第一类蒸发程度判定方式为，所述中控模块在预设第一温度条件下判定水分的蒸发程度在允许范围内；
第二类蒸发程度判定方式为，所述中控模块在预设第二温度条件下判定水分的蒸发程度超出允许范围，通过计算空气中的实际温度与预设空气温度的差值以将喷雾电机转速调节至对应转速；
其中，所述预设第一温度条件为，空气中的实际温度小于等于预设空气温度；所述预设第二温度条件为，空气中的实际温度大于预设空气温度。
具体而言，空气中的实际温度记为U，预设空气温度记为U0，设定U0=18℃，空气中的实际温度与预设空气温度的差值记为△U，设定△U=U-U0。
请继续参阅图1所示，所述中控模块在预设第二温度条件下根据空气中的实际温度与预设空气温度的差值确定针对喷雾电机转速的三类调节方式，其中，
第一类转速调节方式为，所述中控模块在预设第一温度差值条件下将所述喷雾电机转速调节至预设转速；
第二类转速调节方式为，所述中控模块在预设第二温度差值条件下使用预设第一转速调节系数将所述喷雾电机转速调节至第一转速；
第三类转速调节方式为，所述中控模块在预设第三温度差值条件下使用预设第二转速调节系数将所述喷雾电机转速调节至第二转速；
其中，所述预设第一温度差值条件为，空气中的实际温度与预设空气温度的差值小于等于预设第一空气温度差值；所述预设第二温度差值条件为，空气中的实际温度与预设空气温度的差值大于预设第一空气温度差值且小于等于预设第二空气温度差值；所述预设第三温度差值条件为，空气中的实际温度与预设空气温度的差值大于预设第二空气温度差值；所述预设第一空气温度差值小于所述预设第二空气温度差值，所述第一转速调节系数小于所述预设第二转速调节系数。
具体而言，预设转速记为V0，预设第一空气温度差值△U1，预设第二空气温度差值记为△U2，预设第一转速调节系数记为γ1，预设第二转速调节系数记为γ2，设定△U1=2℃，△U2=4.3℃，γ1=1.13，γ2=1.4，V0=800r/min，调节后的喷雾电机转速记为V’，设定V’=V0×γg，其中，γg为预设第g转速调节系数，设定g=1，2。
进一步地，本发明所述装置通过设置的预设第一空气温度差值、预设第二空气温度差值、第一转速调节系数以及预设第二转速调节系数，通过根据空气中的实际温度与预设空气温度的差值确定针对喷雾电机转速的三类调节方式，降低了由于对喷雾电机转速的调节不精准对于模拟精准性的影响，进一步实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
需要指出的是，在本实施例中的数据均为通过本发明所述模拟装置在进行本次降水模拟前根据历史降水模拟数据以及对应的历次降水过程的数据检测综合分析评定得出；本发明所述模拟装置在本次降水模拟前对60天累计监测和计算到的2880例的试验区域的空气湿度差、含水量检测值突变时间点的差异量、带孔塑料膜的下坠长度、空气中的实际温度并综合确定针对本次降水模拟的各项预设参数标准的数值。本领域技术人员可以理解的是，本发明所述模拟装置针对单项上述参数的确定方式可以为根据数据分布选取占比最高的数值作为预设标准参数，只要满足本发明所述装置能够通过获取的数值明确界定单项判定过程中的不同特定情况即可。
实施例1
本实施例1一种便携式的人工降水模拟装置，本实施例1的试验区域设置8个空气湿度检测位置，即n=8，通过公式计算得到Q=7.1％，中控模块判定Q＞Q2，计算△Q=Q-Q0=6.1％-5％=2.1％，中控模块判定△Q1≤△Q＜△Q2并使用预设第一高度调节系数α1将所述伸缩组件的支撑高度调节至第一高度H’，计算得第一高度H’=1.5m×（1+1.1）/2=1.575m。
本实施例1所述装置通过根据试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值将伸缩组件的支撑高度调节至第一高度，降低了由于对支撑高度的调节不精准对于喷雾水量精准性的影响，实现了降水模拟准确性和实用性的提高。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，包括：
透水模块，用以向对应地面位置施加降水，包括设置在地面上方用以透水的水槽和设置于所述水槽底部用以将水槽透出的水传递至试验地面对应位置的带孔塑料膜；
支撑模块，其与所述透水模块相连，包括设置在所述水槽下方用以支撑水槽的支架和设置于支架底部用以将支架固定至土壤中的钢刺，其中，支架的中部设置有用以对支架高度进行调节的伸缩组件；
喷雾模块，其设置在所述透水模块上方，用以向水槽中施加降水，包括设置在所述水槽上方用以对水槽中进行喷水的喷头、与所述喷头相连用以提供喷头喷水动力的喷雾电机以及设置在喷雾电机上方用以对空气中的实际温度进行检测的温度传感器；
导流模块，其设置在所述透水模块下方，包括部分设置于地面上方的内环和部分设置于地面上方的外环，所述内环和所述外环通过对应的环状位置设置以收集地表径流并导出试验地面；其中，所述试验地面下方设置有用以周期性检测土壤含水量的第一水分传感器组和设置于所述第一水分传感器组上方的第二水分传感器组；第一水分传感器组中设置的若干第一类水分传感器设置在试验地面下方的不同深度处，所述第二水分传感器组中设置的若干第二类水分传感器分别对应设置在所述若干第一类水分传感器的上方的同一深度处；
中控模块，其分别与所述透水模块、所述支撑模块、所述喷雾模块以及所述导流模块相连，用以根据试验区域的空气湿度差将所述伸缩组件的支撑高度调节至第一对应高度，以及，根据所述第二水分传感器组实时检测到的若干个含水量检测点的含水量对含水量检测值突变时间点的差异量进行统计计算，并根据统计计算结果将伸缩组件的支撑高度二次调节至第二对应高度，以及，根据视觉传感器检测到的所述带孔塑料膜的下坠长度判定是否更换带孔塑料膜，以及，根据空气中的实际温度将喷雾电机转速调节至对应转速；
其中，所述试验区域的空气湿度差的获取方式为，所述中控模块根据设置在靠近所述水槽方向的若干第一类湿度传感器和设置在远离水槽方向的若干第二类湿度传感器分别检测到的降水试验区域的空气湿度和相邻非降水试验区域的空气湿度对试验区域的空气湿度差进行计算。
2.根据权利要求1所述的便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，所述中控模块根据所述试验区域的空气湿度差确定自然风对喷雾过程的影响程度是否在允许范围内的两类判定方式，其中，
第一类判定方式为，所述中控模块在预设第一湿度差条件下判定自然风对喷雾过程的影响程度在允许范围内；
第二类判定方式为，所述中控模块在预设第二湿度差条件下判定自然风对喷雾过程的影响程度超出允许范围，通过计算试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值以将伸缩组件的支撑高度调节至第一对应高度；
其中，所述预设第一湿度差条件为，试验区域的空气湿度差小于等于预设空气湿度差；所述预设第二湿度差条件为，试验区域的空气湿度差大于预设空气湿度差。
3.根据权利要求2所述的便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，所述试验区域的空气湿度差的计算公式为：
其中，Q为试验区域的空气湿度差，qj为降水试验区域的第n个位置的空气湿度检测值，pj为相邻非降水试验区域的第n个位置的空气湿度检测值，n为检测的总次数且n为大于等于1的自然数。
4.根据权利要求3所述的便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，所述中控模块在预设第二湿度差条件下根据试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值确定针对伸缩组件的支撑高度的三类调节方式，其中，
第一类调节方式为，所述中控模块在预设第一湿度差差值条件下将所述伸缩组件的支撑高度调节至预设支撑高度；
第二类调节方式为，所述中控模块在预设第二湿度差差值条件下使用预设第一高度调节系数将所述伸缩组件的支撑高度调节至第一高度；
第三类调节方式为，所述中控模块在预设第三湿度差差值条件下使用预设第二高度调节系数将所述伸缩组件的支撑高度调节至第二高度；
其中，所述预设第一湿度差差值条件为，试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值小于等于预设第一空气湿度差差值；所述预设第二湿度差差值条件为，试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值大于预设第一空气湿度差差值且小于等于预设第二空气湿度差差值；所述预设第三湿度差差值条件为，试验区域的空气湿度差与预设空气湿度差的差值大于预设第二空气湿度差差值；所述预设第一空气湿度差差值小于所述预设第二空气湿度差差值，所述预设第一高度调节系数小于所述预设第二高度调节系数。
5.根据权利要求4所述的便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，所述中控模块根据所述含水量检测值突变时间点的差异量确定透水均匀性是否在允许范围内的三类判定方式，其中，
第一类均匀性判定方式为，所述中控模块在预设第一差异量条件下判定透水均匀性在允许范围内；
第二类均匀性判定方式为，所述中控模块在预设第二差异量条件下判定透水均匀性低于允许范围，通过计算含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值以将所述伸缩组件的支撑高度二次调节至第二对应高度；
第三类均匀性判定方式为，所述中控模块在预设第三差异量条件下判定透水均匀性低于允许范围，初步判定带孔塑料膜的质地紧密性低于允许范围，并根据带孔塑料膜的下坠长度对带孔塑料膜的质地紧密性是否低于允许范围进行二次判定；
其中，所述预设第一差异量条件为，含水量检测值突变时间点的差异量小于等于预设第一时间点差异量；所述预设第二差异量条件为，含水量检测值突变时间点的差异量大于预设第一时间点差异量且小于等于预设第二时间点差异量；所述预设第三差异量条件为，含水量检测值突变时间点的差异量大于预设第二时间点差异量；所述预设第一时间点差异量小于所述预设第二时间点差异量。
6.根据权利要求5所述的便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，所述含水量检测值突变时间点的差异量的计算公式为：
其中，Ta为含水量检测值突变时间点的差异量，|xi-xi-1|为第i-1个含水量检测点与第i个含水量检测点的含水量检测值突变时间点的差值的绝对值，m为大于等于2的自然数。
7.根据权利要求6所述的便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，所述中控模块在预设第二差异量条件下根据含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值确定针对所述伸缩组件的支撑高度的三类二次调节方式，其中，
第一类二次调节方式为，所述中控模块在预设第一差异量差值条件下将所述伸缩组件的支撑高度二次调节至预设支撑高度；
第二类二次调节方式为，所述中控模块在预设第二差异量差值条件下使用预设第四高度调节系数将所述伸缩组件的支撑高度二次调节至第三高度；
第三类二次调节方式为，所述中控模块在预设第三差异量差值条件下使用预设第三高度调节系数将所述伸缩组件的支撑高度二次调节至第四高度；
其中，所述预设第一差异量差值条件为，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值小于等于预设第一时间点差异量差值；所述预设第二差异量差值条件为，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值大于预设第一时间点差异量差值且小于等于预设第二时间点差异量差值；所述预设第三差异量差值条件为，含水量检测值突变时间点的差异量与预设第一时间点差异量的差值大于预设第二时间点差异量差值；所述预设第一时间点差异量差值小于所述预设第二时间点差异量差值，所述预设第三高度调节系数小于所述预设第四高度调节系数。
8.根据权利要求7所述的便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，所述中控模块在预设第三差异量条件下根据带孔塑料膜的下坠长度确定带孔塑料膜的质地紧密性是否低于允许范围的两类二次判定方式，其中，
第一类二次判定方式为，所述中控模块在预设第一下坠长度条件下二次判定带孔塑料膜的质地紧密性在允许范围内；
第二类二次判定方式为，所述中控模块在预设第二下坠长度条件下二次判定带孔塑料膜的质地紧密性低于允许范围并发出更换带孔塑料膜的通知；
其中，所述预设第一下坠长度条件为，带孔塑料膜的下坠长度小于等于预设下坠长度；所述预设第二下坠长度条件为，带孔塑料膜的下坠长度大于预设下坠长度。
9.根据权利要求8所述的便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，所述中控模块根据空气中的实际温度确定水分的蒸发程度是否在允许范围内的两种判定方式，其中，
第一类蒸发程度判定方式为，所述中控模块在预设第一温度条件下判定水分的蒸发程度在允许范围内；
第二类蒸发程度判定方式为，所述中控模块在预设第二温度条件下判定水分的蒸发程度超出允许范围，通过计算空气中的实际温度与预设空气温度的差值以将喷雾电机转速调节至对应转速；
其中，所述预设第一温度条件为，空气中的实际温度小于等于预设空气温度；所述预设第二温度条件为，空气中的实际温度大于预设空气温度。
10.根据权利要求9所述的便携式的人工降水模拟装置，其特征在于，所述中控模块在预设第二温度条件下根据空气中的实际温度与预设空气温度的差值确定针对喷雾电机转速的三类调节方式，其中，
第一类转速调节方式为，所述中控模块在预设第一温度差值条件下将所述喷雾电机转速调节至预设转速；
第二类转速调节方式为，所述中控模块在预设第二温度差值条件下使用预设第一转速调节系数将所述喷雾电机转速调节至第一转速；
第三类转速调节方式为，所述中控模块在预设第三温度差值条件下使用预设第二转速调节系数将所述喷雾电机转速调节至第二转速；
其中，所述预设第一温度差值条件为，空气中的实际温度与预设空气温度的差值小于等于预设第一空气温度差值；所述预设第二温度差值条件为，空气中的实际温度与预设空气温度的差值大于预设第一空气温度差值且小于等于预设第二空气温度差值；所述预设第三温度差值条件为，空气中的实际温度与预设空气温度的差值大于预设第二空气温度差值；所述预设第一空气温度差值小于所述预设第二空气温度差值，所述第一转速调节系数小于所述预设第二转速调节系数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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