CN212843707U - 一种基于无线传输的湿地生态数据监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传输的湿地生态数据监测系统，包括：在区域的湖水和河水中布设地表水监测装置，在未形成地表水区域或季节性淹没区域布设包气带监测装置，在包气带监测设备附近布设饱水带监测装置，在包气带监测装置附近对植被生理指标和叶片水势进行人工监测，在靠近区域中心而且高程接近区域高程平均值的位置布设气象监测装置，并将监测数据传至数据终端。本实用新型为湿地区域数据监测提供可靠的适用性方案，可为湿地区域开展的科学或生产研究提供更为可靠的数据支撑。

Description

一种基于无线传输的湿地生态数据监测系统

技术领域

本实用新型涉及监测技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种基于无线传输的湿地生态数据监测系统。

背景技术

湿地是地球上自然生态的重要组成部分，具有重要的水文和生态功能。在湿地区域开展的水文、环境和生态等多领域的研究通常需要基于湿地前期开展的数据监测工作。湿地区域的重要监测数据包括地下水水位、温度、电导率、土壤水势和叶片水势、土壤含水量以及植被生态生理指标等。以上数据的获取是在研究区域开展水文地球化学、数值模拟等湿地研究工作的基础。

当前湿地区域数据监测存在明显缺陷：一方面，当前湿地区域开展的数据监测多针对单种或者少数几种数据，数据可靠性相对较低，因为不同类型数据在不同环境中各自具有不同的稳定性：有季节性水分输入等情况下，在蒸发强烈的湿地中的地下水和地表水水位和电导率会呈现明显周期性变化；纬度或海拔较高区域湿地水分的季节性冻融会导致含水量等数据的异常。单种数据监测在多种情境下存在一定的弊端，湿地区域研究中单种类型数据监测经常导致其监测数据不可靠。而多种数据的一体化监测可为湿地区域的研究提供更为准确的结果。另一方面，目前在湿地监测方面尚未形成一套针对湿地区域的完整数据综合监测体系，缺少相应系统的综合监测规划方案。多种类型数据综合监测通常需要考虑并优化各种单独监测方案的组合。由于当前湿地区域的监测内容不够全面，目前湿地区域仍未能形成全面监测的完整体系，多种单种数据监测方案的直接组合套用通常会导致资源浪费和效率低下。而现有其它地貌类型区域的监测方法的实际应用情境与湿地区域存在一定差异，难以推广并适用于普遍湿地监测。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种基于无线传输的湿地生态数据监测系统，设置数据终端接收所述地表水监测装置、所述包气带监测装置、所述饱水带监测装置、所述植被监测装置、所述气象监测装置采集的数据。基于湿地系统特征综合考虑湿地区域可监测数据类型及数据监测方法，将植被生态生理指标监测纳入系统中，提供湿地区域不同类型数据监测的监测方案，明确并规范化数据监测的相应监测指标，为湿地区域数据监测提供可靠的适用性方案，可为湿地区域开展的科学或生产研究提供更为可靠的数据支撑。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种基于无线传输的湿地生态数据监测系统，包括：

地表水监测装置，其包括第一数据采集模块、存储数据的第一数据存储模块、传输数据的第一供电和无线传输模块和第一固定装置；

包气带监测装置，其包括第二数据采集模块、存储数据的第二数据存储模块、传输数据的第二供电和无线传输模块和第二固定装置；

饱水带监测装置，其包括第三三参数传感器和固定所述第三三参数传感器的第三固定装置，所述第三三参数传感器采集的数据传至所述第二数据存储模块进行存储；

植被监测装置；

气象监测装置，其包括气象站、传输数据的第三供电和无线传输模块和固定所述气象站的第四固定装置；

数据终端，其接收所述地表水监测装置、所述包气带监测装置、所述饱水带监测装置、所述植被监测装置、所述气象监测装置采集的数据。

优选的是，所述第一数据采集模块包括第一三参数传感器、四个线状温度传感器，所述第一数据采集模块固定在所述第一固定装置上，所述第一三参数传感器位于湖床或河床上0.1m的位置，四个线状温度传感器分别位于湖床或河床下1m、0.6m、0.2m和湖床或河床上0.15m的位置。

优选的是，所述第一数据存储模块为第一数据采集器。

优选的是，所述第一固定装置采用内径为2～5cm的PVC管或金属管制作，所述第一固定装置头部为锥形结构。

优选的是，所述第二数据采集模块包括第二三参数传感器、水势传感器、气压补偿传感器，所述第二三参数传感器安装在包气带中，所述气压补偿传感器暴露于空气中，所述第二三参数传感器和所述水势传感器对应安装在同一深度，且水平方向的间距在0.5～2m之间。

优选的是，所述第二固定装置包括保护箱、固定所述保护箱的固定杆、若干地锚、分别连接所述固定杆和若干地锚的若干连接绳，所述气压补偿传感器固定在所述保护箱外，所述第二供电和无线传输模块和所述第二数据存储模块固定在所述保护箱内侧。

优选的是，所述第三固定装置包括空心管、钢丝绳，所述空心管侧壁上开设若干通孔，且外侧壁包裹纱网，所述空心管下端位于地下水水位最低值以下30cm处、上端高出地面30cm，所述钢丝绳上端固定在所述空心管的上部、下端固定所述第三三参数传感器且位于地下水水面以下。

优选的是，植被监测装置包括LI-6400便携式光合作用仪和Psypro水势仪。

本实用新型至少包括以下有益效果：

考虑了湿地区域的具体特点，根据湿地区域可能存在的一些特殊情况，合理规划监测数据类型和监测具体实施方案，在湿地区域缺少可完全适用监测体系的背景下，提供了一套可普遍适用于湿地区域的系统性的监测体系，为后续湿地区域数据监测工作提供参考依据；

体系包括了气象监测、地表水监测、包气带和饱水带监测，尤其是结合了植被生理指标监测，使湿地生态监测对象涵盖更广，监测内容更为全面；

监测方案涉及湿地区域的多种类型数据的监测，在各部分监测中分别设置了多种类型数据的监测，实现了多种类型监测数据在湿地区域的完整监测，减小单种监测数据在具体应用中的局限性，可为科学或生产研究提供更为可靠的数据支撑。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型其中一个技术方案基于无线传输的湿地生态数据监测系统的结构示意图；

图2为本实用新型其中一个技术方案基于无线传输的湿地生态数据监测系统的分布示意图；

图3为本实用新型其中一个技术方案地表水监测装置的结构示意图；

图4为本实用新型其中一个技术方案包气带和饱水带监测装置的结构示意图；

图5为本实用新型其中一个技术方案气象监测装置的结构示意图；

图6为本实用新型其中一个技术方案基于无线传输的湿地生态数据监测系统的监测数据构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上端”、“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。

本实用新型提供一种基于无线传输的湿地生态数据监测系统，如图1～2所示，包括：

如图3所示，地表水监测装置1，其包括第一数据采集模块、存储数据的第一数据存储模块13、传输数据的第一供电和无线传输模块14和第一固定装置15。

所述第一数据采集模块包括第一三参数传感器11、四个线状温度传感器12，第一三参数传感器11和四个线状温度传感器12通过第一固定装置15固定在湖床或河床中，第一三参数传感器11为电导率、温度和水位的三参数传感器，所述第一三参数传感器11位于湖床或河床上0.1m的位置，四个线状温度传感器12分别位于湖床或河床下1m、0.6m、 0.2m和湖床或河床上0.15m的位置。

所述第一数据存储模块13为第一数据采集器，接收第一三参数传感器11、四个线状温度传感器12读取的数据，应确保第一数据采集器安装于不会被水浸没损坏的位置，安装后应确保安装位置沉积物扰动较小。

第一供电和无线传输模块选用配套用蓄电池、太阳能板、无线传输模块，通过线缆进行连接，用于为整套仪器供电并实现远程数据读取工作。

所述第一固定装置15采用内径为2～5cm的PVC管或金属管制作，由于安装在有水环境，所述第一固定装置15底部制作为锥形以方便安装到湖床或河床内。PVC管通过削尖或外接锥头等方式，金属管头部订制为锥形或外接活动锥头。PVC管或金属管长度控制在1.5m以上，PVC管或金属管长度在了解湖水最大水位后，根据是否有额外需要选择是否露出水面来最终确定。PVC管或金属管在4个对应位置开孔透水，第一数据采集模块通过尼龙绳等固定到对应位置处。

在不被淹没区域选用金属空心管材，长度根据实地土壤特征和水深确定，管材上方不被淹没的位置处开孔，将第一数据存储模块13和第一供电和无线传输模块14固定在管材上不会浸水的高度处。

如图4所示，包气带监测装置2，其包括第二数据采集模块、存储数据的第二数据存储模块、传输数据的第二供电和无线传输模块和第二固定装置24；

所述第二数据采集模块包括第二三参数传感器21、水势传感器22、气压补偿传感器 23，所述第二三参数传感器21安装在包气带中，所述气压补偿传感器23暴露于空气中，所述第二三参数传感器21和所述水势传感器22对应安装在同一深度，且水平方向的间距在0.5～2m之间；

第二数据存储模块选用与第二数据采集模块配套的第二数据存储模块，第二数据存储模块对第二数据采集模块读取数据进行存储。

第二供电和无线传输模块选用配套用蓄电池、太阳能板、无线传输模块，通过线缆进行连接，用于为整套仪器供电并实现远程数据传输工作。

所述第二固定装置24包括保护箱241、固定杆242、若干连接绳243、若干地锚，所述气压补偿传感器23固定在所述保护箱241外，所述第二供电和无线传输模块和所述第二数据存储模块固定在所述保护箱241内侧，固定杆242将保护箱241支撑在距地面一定高度处，保护箱241距地面高度应大于地表水最大深度，固定杆242地下部分应不短于地表部分长度，距离固定杆242 3m处安装地锚，采用连接绳243一端连接固定杆242、另一端连接地锚。

如图4所示，饱水带监测装置3，其包括第三三参数传感器31和固定所述第三三参数传感器31的第三固定装置32，所述第三三参数传感器31采集的数据传至所述第二数据存储模块中；

水位监测部分包括第三三参数传感器31和第三固定装置32，同时共用包气带监测装置2中的第二数据存储模块和第二供电和无线传输模块，所述第三三参数传感器31为电导率、温度和水位三参数传感器。

所述第三固定装置32包括空心管、钢丝绳，所述空心管侧壁上开设若干通孔，且外侧壁包裹纱网，所述空心管的管材选用内径为3～5cm的PVC管，所述空心管下端位于地下水水位最低值以下30cm处、上端高出地面30cm，所述钢丝绳上端固定在所述空心管的上部、下端固定所述第三三参数传感器31且位于地下水水面以下。

植被监测装置4；

选择在包气带监测装置2附近20m范围内，选取范围内主要植物类型的代表性植株作为监测对象。针对优势植物的代表性植株开展监测工作，获取该植物气孔导度、光合速率、蒸腾速率以及叶片水势数据。

分别采用LI-6400便携式光合作用仪和Psypro水势仪对植物生理指标和叶片水势两种数据进行监测。采用LI-6400便携式光合作用仪所测的植物生理指标包括植物气孔导度、光合速率、蒸腾速率。

如图5所示，气象监测装置5，其包括气象站51、第三供电和无线传输模块和固定所述气象站51的第四固定装置52；

气象站51为可监测降雨量、气压、气温、相对湿度、露点、风速风向、雨量、太阳辐射的综合监测仪器。

第四固定装置52包括焊接固定耳的固定管、固定绳、钢锚和水泥基座。第三供电和无线传输模块用于传输气象站51数据，需与气象站51型号配套。

固定管选用内径为3～5cm的钢空心管，4～5m固定管在距固定管上端0.5m处焊接3个圆环。固定绳的直径为2～5mm，长度4～5m。

气象站51通过气象站51下侧开孔处卡扣固定到4～5m长的固定管上。固定管插入地下2m，气象站51固定于距地面2m高度处。距离固定管3m处安装3个钢锚，固定绳穿过固定管中部圆环分别固定到3～4个方向的钢锚上，通过拉紧多个方向的固定绳起到气象站51的固定作用。在固定管下侧开挖填筑水泥基座，进一步提升系统的稳定性。

数据终端6，其接收所述地表水监测装置1、所述包气带监测装置2、所述饱水带监测装置3、所述植被监测装置4、所述气象监测装置5采集的数据。

一种基于无线传输的湿地生态数据监测系统的监测方法，如图6所示，包括：

地表水监测：在区域的湖水和河水中布设地表水监测装置1，获取湿地区域内可形成地表水区域的地表水水位、温度和电导率变化及湖床或河床的温度变化数据并将其传至数据终端6；

在湿地区域根据湿地地表水区域的分布情况布设一套至多套地表水监测装置1。在河水中进行布设时，布置点需要有一定间隔，间隔根据实际研究需要确定，河道中布设位置为靠近河道中央位置。在区域内有多个湖泊时，选取一个或多个湖泊分别安装至少一套地表水监测装置1，另外，在区域内以个别湖泊为主其它湖泊可忽略时，可在主要湖泊中布设多套地表水监测装置1；此外，在非季节性湖泊中选取代表性位置布置一套至多套地表水监测装置1；

地表水监测位置选取在湖床或河床下1m、0.6m、0.2m和湖床或河床上0.15m的位置。此外，应每半年对监测设备进行检查和维护。

包气带监测：在未形成地表水区域或季节性淹没区域布设包气带监测装置2，获取包气带内含水量、电导率、温度、水势随时间变化的数据并将其传至数据终端6；

在湿地区域根据实际地形、地表植被分布和地表水分布情况确定包气带监测装置2安装点位的数量和安装位置，包气带监测装置2应尽量安装在区域主要植被分布典型区域；

包气带监测装置2中的第二三参数感器21需要放置在完整井中，放置位置应在地下水水位最低值以下30cm处。此外，应每半年对监测设备进行检查和维护。

饱水带监测：在包气带监测装置2附近布设饱水带监测装置3，获取地下水随时间变化的数据并将其传至数据终端6；

监测对象为饱水带水位和温度，水位监测点位设置在包气带监测装置2水平位置5～10m的范围内。

植被监测：在包气带监测装置2附近对植被生理指标和叶片水势进行人工监测，获取区域代表性植被气孔导度、光合速率、蒸腾速率、叶片水势数据并将其监测数据通过数据线直接传至数据终端6；

植被监测时，选择测定日上午的8：30-11：30，使用LI-6400便携式光合作用仪对标记植物的植物气孔导度、光合速率、蒸腾速率进行测定，每个叶片重复测3次，选择测定日早上的5:00-6:00和中午的11:30-13:00，使用Psypro水势仪对植株上标记叶片相邻叶片的叶片水势进行测试。

气象监测：在位置靠近区域中心而且高程接近区域高程平均值的位置布设气象监测装置5，该点位需要位于陆地上，而且该点位的植物需要能够代表区域的植被分布。利用气象站51获取湿地区域降雨量、气温、气压、空气相对湿度、露点、风速、风向和太阳辐射的监测数据并将其传至数据终端6。

在上述描述的生理生态数据监测过程中，地表水、包气带、饱水带和气象监测设备每30分钟监测一次数据，植被监测每间隔一个月开展一次。实际监测频率可根据实际情况进行调整，以满足不同区域的数据监测工作需要。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例和图例。

Claims (8)

1.一种基于无线传输的湿地生态数据监测系统，其特征在于，包括：

地表水监测装置(1)，其包括第一数据采集模块、存储数据的第一数据存储模块(13)、传输数据的第一供电和无线传输模块(14)和第一固定装置(15)；

包气带监测装置(2)，其包括第二数据采集模块、存储数据的第二数据存储模块、传输数据的第二供电和无线传输模块和第二固定装置(24)；

饱水带监测装置(3)，其包括第三三参数传感器(31)和固定所述第三三参数传感器(31)的第三固定装置(32)，所述第三三参数传感器(31)采集的数据传至所述第二数据存储模块进行存储；

植被监测装置(4)；

气象监测装置(5)，其包括气象站(51)、传输数据的第三供电和无线传输模块和固定所述气象站(51)的第四固定装置(52)；

数据终端(6)，其接收所述地表水监测装置(1)、所述包气带监测装置(2)、所述饱水带监测装置(3)、所述植被监测装置(4)、所述气象监测装置(5)采集的数据。

2.如权利要求1所述的基于无线传输的湿地生态数据监测系统，其特征在于，所述第一数据采集模块包括第一三参数传感器(11)、四个线状温度传感器(12)，所述第一数据采集模块固定在所述第一固定装置(15)上，所述第一三参数传感器(11)位于湖床或河床上0.1m的位置，四个线状温度传感器(12)分别位于湖床或河床下1m、0.6m、0.2m和湖床或河床上0.15m的位置。

3.如权利要求1所述的基于无线传输的湿地生态数据监测系统，其特征在于，所述第一数据存储模块(13)为第一数据采集器。

4.如权利要求1所述的基于无线传输的湿地生态数据监测系统，其特征在于，所述第一固定装置(15)采用内径为2～5cm的PVC管或金属管制作，所述第一固定装置(15)头部为锥形结构。

5.如权利要求1所述的基于无线传输的湿地生态数据监测系统，其特征在于，所述第二数据采集模块包括第二三参数传感器(21)、水势传感器(22)、气压补偿传感器(23)，所述第二三参数传感器(21)安装在包气带中，所述气压补偿传感器(23)暴露于空气中，所述第二三参数传感器(21)和所述水势传感器(22)对应安装在同一深度，且水平方向的间距在0.5～2m之间。

6.如权利要求5所述的基于无线传输的湿地生态数据监测系统，其特征在于，所述第二固定装置(24)包括保护箱(241)、固定所述保护箱(241)的固定杆(242)、若干地锚、分别连接所述固定杆(242)和若干地锚的若干连接绳(243)，所述气压补偿传感器(23)固定在所述保护箱(241)外侧，所述第二供电和无线传输模块和所述第二数据存储模块固定在所述保护箱(241)内侧。

7.如权利要求1所述的基于无线传输的湿地生态数据监测系统，其特征在于，所述第三固定装置(32)包括空心管、钢丝绳，所述空心管侧壁上开设若干通孔，且外侧壁包裹纱网，所述空心管下端位于地下水水位最低值以下30cm处、上端高出地面30cm，所述钢丝绳上端固定在所述空心管的上部、下端固定所述第三三参数传感器(31)且位于地下水水面以下。

8.如权利要求1所述的基于无线传输的湿地生态数据监测系统，其特征在于，植被监测装置包括LI-6400便携式光合作用仪和Psypro水势仪。

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