CN219511630U - 一种水土保持用监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水土保持用监测装置，包括漂浮于河流或湖泊表面的浮标机构，及所述浮标机构上所搭载的调节机构；其中，所述浮标机构通过姿态检测装置实时监测其当前水面的高度；所述浮标机构还输出一个转动自由度，用于调节所述调节机构的相对水平面方位角度；所述调节机构用于输出一个垂直的线性自由度，用于调节视觉检测装置进行升降，所述视觉检测装置用于视觉检测当前环境的水土保持情况；本装置通过浮标机构及调节机构之间的机械联动及其相互配合，在实际应用时通过对同一河流或湖泊以阵列式形式多组布置，即可解决传统技术中的弊端；本装置无需人工取样，可实现全自动实时监测，可以大大降低成本和提高效率。

Description

一种水土保持用监测装置

技术领域

本实用新型涉及水土保持检测技术领域，特别涉及一种水土保持用监测装置。

背景技术

水土流失检测的意义在于保护土地和水资源的可持续利用；水土流失是指土壤因为水的侵蚀和搬运而导致土地的损失和水质的恶化；这会导致农作物减产、水源减少、洪涝灾害增加等一系列问题，对农业、生态、经济等方面都会产生不良影响；

因此，对水土流失的检测和监测可以及早发现问题，制定合适的防治措施，减轻其不良影响，从而促进生态文明建设和可持续发展；

然而，针对野外、山区、丘陵等实际环境下的水土流失检测，传统技术中常常采用人工取样或者定点监测的方式。但这种方式存在以下弊端：

(1)人工取样需要大量人力物力，成本高且效率低下，同时在不同的采样点之间存在较大误差，难以全面准确地反映该区域的水土流失情况。

(2)传统的定点监测方式往往需要安装多个工作人员奔赴不同的监测点，成本高昂，而且监测点之间相隔较远，无法提供高分辨率、全面的数据信息。

为此，提出一种水土保持用监测装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例希望提供一种水土保持用监测装置，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择；

本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：一种水土保持用监测装置，包括漂浮于河流或湖泊表面的浮标机构，及所述浮标机构上所搭载的调节机构；

其中，所述浮标机构通过姿态检测装置实时监测其当前水面的高度；

所述浮标机构还输出一个转动自由度，用于调节所述调节机构的相对水平面方位角度；所述调节机构用于输出一个垂直的线性自由度，用于调节视觉检测装置进行升降，所述视觉检测装置用于视觉检测当前环境的水土保持情况；

在上述实施方式中：上述的线性自由度和转动自由度均为联动的关系，其相互之间为直接驱动模式，最终实现带动多端自由度的联动化驱动，其具体的驱动轨迹、方位及角度等参数；具体的，基于工作人员对上述自由度的行程量选型装配，及上述自由度之间的联动与外部控制器的控制进行实现。

其中在一种实施方式中：所述浮标机构包括浮体、固定架和第一动力件；所述浮体的密度小于水的密度，并漂浮于所述河流或湖泊表面；所述浮体上安装有所述固定架及所述第一动力件，所述第一动力件用于输出所述转动自由度。

在上述实施方式中：通过上述的第一动力件及调节机构之间的机械联动及相互配合，通过输出线性自由度及转动自由度进行多端联动及其配合的形式，带动视觉检测装置进行指定功能的运载及其驱动；基于上述驱动模式，视觉检测装置则可对外部环境进行视觉检测以判断水土保持情况的作业。

其中在一种实施方式中：所述浮体的底部还设有链体，所述链体远离所述浮体的一端锚定于河流或湖泊的河床；

在上述实施方式中：链体用于将整体装置固定漂浮于水面，防止漂失。

其中在一种实施方式中：所述固定架呈圆柱体，且其外表面均匀安装有光伏板。

在上述实施方式中：光伏板用于光伏发电，以为整体装置的电器元件进行供能。

其中在一种实施方式中：所述调节机构包括相对固定的第一机架。以及垂直滑动配合于所述第一机架内侧壁的第二机架，以及线性模组；所述线性模组设于所述第一机架与所述第二机架之间滑动配合的一面，并输出所述线性自由度驱动所述第二机架进行升降调节；所述第二机架的顶部安装有所述视觉检测装置。

在上述实施方式中：通过上述的第一机架及第二机架之间的机械联动及相互配合，通过线性模组对外驱动进行多端联动及其配合的形式，带动第二机架进行指定功能的运载及其驱动；

在上述实施方式中：上述的驱动模式并不局限于此；作为优选的技术方案，其还可优选选型为：所述线性模组包括由第二动力件驱动的齿轮及与所述齿轮啮合的齿条；所述齿条垂直安装于所述第二机架，所述第二动力件安装于所述第一机架的外表面。

在上述实施方式中：为实现上述线性自由度对其所适配的结构部件进行驱动作业的模式；其中，转动驱动的自由度起始输出点可搭配一轴承与外部相对固定的结构进行连接，以实现支撑；线性自由度本身的行程量前后端均设置有一滑块组件，以适配该线性自由度运行导向的平稳性，并规范该线性自由度的运行轨迹满足理论设计需求。

在上述实施方式中：上述的驱动模式并不局限于此；作为优选的技术方案，其还可优选选型为：所述视觉检测装置为CCD工业视觉相机。所述姿态检测装置为姿态传感器、倾斜传感器或加速度计中的一种或多种任意组合。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本装置通过浮标机构及调节机构之间的机械联动及其相互配合，在实际应用时通过对同一河流或湖泊以阵列式形式多组布置，即可解决传统技术中的弊端；本装置无需人工取样，可实现全自动实时监测，可以大大降低成本和提高效率；

二、通过浮标的形式在河流或湖泊表面的漂浮，可以提供更加全面、高分辨率的数据信息，从而提供更加全面、连续的数据；采用光伏板自行发电，无需外部电源支持，可适用于野外、山区、丘陵等无法外接电源的实际环境下进行长期监测；

三、本装置基于浮标机构及调节机构之间的机械联动及其相互配合，可提供多自由度联动的形式进行多角度、多方位的拍摄与检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一视角立体结构示意图；

图2为本实用新型的浮标机构与调节机构立体结构示意图；

图3为本实用新型的浮标机构部分结构立体结构示意图；

图4为本实用新型的调节机构立体结构示意图；

图5为本实用新型的图4的A区放大视角立体结构示意图；

图6为本实用新型的视觉检测装置立体结构示意图。

附图标记：1、浮标机构；101、浮体；102、链体；103、固定架；104、光伏板；105、航标灯；106、第一动力件；2、调节机构；201、第一机架；202、第二机架；203、第二动力件；204、线性模组；3、视觉检测装置；4、姿态检测装置。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制；

需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量；

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征；同时，所有的轴向描述例如X轴向、Y轴向、Z轴向、X轴向的一端、Y轴向的另一端或Z轴向的另一端等，均基于笛卡尔坐标系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在现有技术中，针对野外、山区、丘陵等实际环境下的水土流失检测，传统技术中常常采用人工取样或者定点监测的方式。但这种方式存在以下弊端：(1)人工取样需要大量人力物力，成本高且效率低下，同时在不同的采样点之间存在较大误差，难以全面准确地反映该区域的水土流失情况；(2)传统的定点监测方式往往需要安装多个工作人员奔赴不同的监测点，成本高昂，而且监测点之间相隔较远，无法提供高分辨率、全面的数据信息。为此，请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案以解决上述技术问题：一种水土保持用监测装置，包括漂浮于河流或湖泊表面的浮标机构1，及浮标机构1上所搭载的调节机构2；

其中，浮标机构1通过姿态检测装置4实时监测其当前水面的高度；浮标机构1还输出一个转动自由度，用于调节调节机构2的相对水平面方位角度；调节机构2用于输出一个垂直的线性自由度，用于调节视觉检测装置3进行升降，视觉检测装置3用于视觉检测当前环境的水土保持情况。

在本方案中：视觉检测装置3优选为CCD工业视觉相机；同时，该CCD工业视觉相机需预先拍摄其所应用的环境下的、代表性的水土流失变化前的场景的图像；同时，还需要进行以下步骤：

S1、对收该像进行预处理，例如灰度化、去噪等；

S2、从预处理后的图像中提取特征，例如纹理、边缘等；

S3、根据特征的重要性和区分度，选择合适的特征进行进一步处理；

通过上述步骤的预先设置，该CCD工业视觉相机根据已经标注好的水土流失变化图像，使其能够识别不同类型的水土流失变化。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图1～3：浮标机构1包括浮体101、固定架103和第一动力件106；浮体101的密度小于水的密度，并漂浮于河流或湖泊表面；浮体101上安装有固定架103及第一动力件106，第一动力件106用于输出转动自由度；

在本方案中，浮体101基于阿基米德原理的：当一个物体浸入液体中时，它所受到的浮力等于液体排开的重量，这个浮力的大小等于物体排开液体的体积乘以液体的密度。因此，浮体101的密度小于液体的密度，它就会受到向上的浮力而浮在液体表面上；

需要指出的是，在本具体实施方式中，浮体101是由密度较小的材料制成，例如轻质金属、工程塑料等；且浮体101的为空心结构，其外部结构仅为薄体的层状密封结构；当浮体101投放到水中时，它会因为密度小于水而受到向上的浮力，浮到水面上；浮体101的大小和形状可以根据不同应用的河流或湖泊场景的需求进行设计。

可以理解的是，在本具体实施方式中，浮体101的底部还设有链体102，链体102远离浮体101的一端锚定于河流或湖泊的河床，用于将整体装置固定漂浮于水面，防止漂失；

优选的，姿态检测装置4为姿态传感器、倾斜传感器或加速度计中的一种或多种任意组合；其中，姿态传感器、倾斜传感器或加速度计的原理相似，均是通过其本体目前相对于水平面的倾斜角度或海拔高度，通常采用气泡水平仪或MEMS加速度计等技术实现；在本方案中，采用上述部件还可以检测当前河流或湖泊的深度，并辅助判断当前河流或湖泊本体的水土流失情况；

同时，通过上述的第一动力件106及调节机构2之间的机械联动及相互配合，通过输出线性自由度及转动自由度进行多端联动及其配合的形式，带动视觉检测装置3进行指定功能的运载及其驱动；基于上述驱动模式，视觉检测装置3则可对外部环境进行视觉检测以判断水土保持情况的作业。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图2：固定架103呈圆柱体，且其外表面均匀安装有光伏板104；

圆柱体固定架103及均匀配合多个光伏板104的形式可使得整体装置在白天环境下始终能进行光伏发电。因本装置所应用的环境限制，本装置内部的所有电器元件不可能通过外接电线于外部进行供电；因此，通过光伏板104光伏发电的形式，将光能转化为电能为本装置的所有电器元件功能；

在本方案中，本装置整体的所有电器元件依靠浮体101上所安装的蓄电池进行供能；具体的，装置整体的电器元件与蓄电池输出端口处通过继电器、变压器和按钮面板等装置进行常规电性连接，以满足本装置的所有电器元件的供能需求；同时，基于光伏发电的形式，需要将电能供应给设备或装置使用，则需要通过光伏逆变器将直流电转换为交流电；

具体的，在光伏板104和蓄电池之间加装光伏逆变器；光伏板104可以将光能转换为电能，并储存到蓄电池中，而光伏逆变器则可以将储存在蓄电池中的直流电转换为交流电，以供设备或装置使用。

具体的，本装置的外部还设有一控制器，该控制器用于连接并控制本装置整体的所有电器元件按照预先设置的程序作为预设值及驱动模式进行驱动；需要指出的是，上述驱动模式即对应了下文中的相关电器元件之间对应的启停时间间距、转速、功率等输出参数，即满足了下文所述的相关电器元件驱动相关机械装置按其所描述的功能进行运行的需求。

优选的，控制器为PLC控制器，通过梯形图、顺序功能图、功能块图、指令表或结构文本的等常规PLC控制的模式完成上述控制需求；需要指出的是，其编程所驱动的电器元件或其它动力元件的运行启停时间间距、转速、功率等输出参数是非限定性的；具体的，依据实际使用需求进行相关驱动控制上的调节。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3～5：调节机构2包括相对固定的第一机架201；以及垂直滑动配合于第一机架201内侧壁的第二机架202，以及线性模组204；线性模组204设于第一机架201与第二机架202之间滑动配合的一面，并输出线性自由度驱动第二机架202进行升降调节；第二机架202的顶部安装有CCD工业视觉相机；

通过上述的第一机架201及第二机架202之间的机械联动及相互配合，通过线性模组204对外驱动进行多端联动及其配合的形式，带动第二机架202进行指定功能的运载及其驱动；

具体的：线性模组204包括由第二动力件203驱动的齿轮及与齿轮啮合的齿条；齿条垂直安装于第二机架202，第二动力件203安装于第一机架201的外表面。

使用时，通过第一动力件106驱动旋转第一机架201的底部进行角度调节，使得调节机构2整体可进行水平方位朝向角度的调节；进而，调节机构2中的第二动力件203驱动齿轮啮合齿条，带动第二机架202及CCD工业视觉相机进行升降；通过上述的机械联动及其相互配合，可提供多自由度联动的形式进行多角度、多方位的拍摄与检测，并配合CCD工业视觉相机进行更加广泛的水土流失数据比对及其判断；

在本方案中，上述的第一机架201及第二机架202之间作为滑动配合连接的关系，二者在相互滑动的一面还设置有一滑台组件，该滑台组件的布置轴向与上述部件的滑动方向相同，用于适配对应的线性自由度，在运行时提供导向的平稳性，并规范该线性自由度的运行轨迹满足理论设计及实际应用需求；

具体的，滑台组件包括相互滑动配合的滑块和滑轨；该滑块固定连接于第一机架201，该滑轨固定连接于第二机架202；

具体的，滑台组件优选为两组，分别安置于第一机架201及第二机架202之间相互对称的方位，提供对称滑动驱动的形式，以提高其在滑动调节过程中的稳定性。

在本方案中，优选的，PLC控制器外还配置无线发射模块和无线接收模块，无线发射模块发出工作或暂停的指令信号经由介质传送至无线接收模块；必要时，工作人员可通过后台无线遥控装置对该无线收发模块输入指令，以远程控制控制器，并进而遥控本装置的所有电器元件按照相关驱动模式进行驱动；同时，无线收发模块还可传递本装置中相关传感元件，或伺服驱动元件的系统所检测的相关系数或其他信息于后台的工作人员；

具体的，CCD工业视觉相机既可以通过按照PLC控制器控制调节机构2的驱动对其不同需求的拍摄方位进行满足，并将拍摄的数据进行视觉对比，通过上述的无线发射模块传递至后台工作人员的无线接收模块及其后台控制器，由工作人员根据该数据判断当前环境下的水土保持情况；工作人员也可以通过无线接收模块无线遥控无线发射模块，无线发射模块驱动PLC控制器控制整体装置的所有部件进行相关驱动，通过主动检测的形式满足相关作业需求；

优选的：第一动力件106、第二动力件203均为伺服电机。

优选的：为避免第二动力件203作为伺服电机及CCD工业视角相机发生导线缠绕，因此第一动力件106的最大旋转角度正反转共计不得超过360°；在此规格下，第二动力件203作为伺服电机及CCD工业视角相机的导线需延长布置，并与PLC控制器进行连接；

在本方案中，CCD工业视觉相机如图6所示，其本体(B区)可以通过一个遥控电机进行俯仰拍摄角度的遥控调节，该遥控电机安装于架体(A区)内，且该架体与第二机架202直接配合；

可以理解的是，在本具体实施方式中，在实际应用时，基于湖泊或河流，可以以阵列的形式均匀排布多个本装置整体漂浮于水面，进行更详细、更广泛的水土保持检测。

可以理解的是，在本具体实施方式中，本装置有可能会应用于具有航道性的河流环境中；因此，浮体101上还安装有一航标灯105；在夜晚时，通过航标灯105进行航标标识，以警示当前可能航行而来的航船注意避让；

优选的，航标灯105为具有闪烁黄色警示灯的航标灯，以便更好地警示船只避让并符合相关河流航行作业标准规范。

需要注意的是，在进行航标灯105安装前，需仔细研究当地相关的航标规范，并咨询当地航务管理部门的意见；同时，在进行航标灯105安装时，还需要考虑防水、抗风等因素，以确保航标灯的可靠性和稳定性；

优选的，本装置的所有电器元件均应选用防水型号或做防水处理。

以上所述具体实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述具体实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

实施例

为使本发明的上述具体实施方式更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的示例性的说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。

本实施例基于上述具体实施方式中描述的相关原理，其中示例性应用时：

S1、基于湖泊或河流，以阵列的形式均匀排布多个本装置整体漂浮于水面，进行更详细、更广泛的水土保持检；

S2、就单个本装置而言：CCD工业视觉相机需预先拍摄其所应用的环境下的、代表性的水土流失变化前的场景的图像进行存储；

S3、使用状态下：通过第一动力件106驱动旋转第一机架201的底部进行角度调节，使得调节机构2整体可进行水平方位朝向角度的调节；进而，调节机构2中的第二动力件203驱动齿轮啮合齿条，带动第二机架202及CCD工业视觉相机进行升降；通过上述的机械联动及其相互配合，可提供多自由度联动的形式进行多角度、多方位的拍摄与检测，并配合CCD工业视觉相机进行更加广泛的水土流失数据比对及其判断；

S4、具体使用时：既可以通过PLC控制器进行预先控制，以无人自动化的形式循环驱动第一动力件106及调节机构2按照一定的运行轨迹进行运行；同时通过上述的无线发射模块传递至后台工作人员的无线接收模块及其后台控制器，由工作人员根据该数据判断当前环境下的水土保持情况；工作人员也可以通过无线接收模块无线遥控无线发射模块，无线发射模块驱动PLC控制器控制整体装置的所有部件进行相关驱动，通过主动检测的形式满足相关作业需求。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的相关实际应用的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种水土保持用监测装置，其特征在于，包括漂浮于河流或湖泊表面的浮标机构(1)，及所述浮标机构(1)上所搭载的调节机构(2)；

所述浮标机构(1)通过姿态检测装置(4)实时监测其当前水面的高度；

所述浮标机构(1)还输出一个转动自由度，用于调节所述调节机构(2)的相对水平面方位角度；

所述调节机构(2)用于输出一个垂直的线性自由度，用于调节视觉检测装置(3)进行升降，所述视觉检测装置(3)用于视觉检测当前环境的水土保持情况。

2.根据权利要求1所述的一种水土保持用监测装置，其特征在于：所述浮标机构(1)包括浮体(101)、固定架(103)和第一动力件(106)；

所述浮体(101)的密度小于水的密度，并漂浮于所述河流或湖泊表面；

所述浮体(101)上安装有所述固定架(103)及所述第一动力件(106)，所述第一动力件(106)用于输出所述转动自由度。

3.根据权利要求2所述的一种水土保持用监测装置，其特征在于：所述浮体(101)的底部还设有链体(102)，所述链体(102)远离所述浮体(101)的一端锚定于河流或湖泊的河床，用于将整体装置固定漂浮于水面，防止漂失。

4.根据权利要求2所述的一种水土保持用监测装置，其特征在于：所述固定架(103)呈圆柱体，且其外表面均匀安装有光伏板(104)。

5.根据权利要求2～4任意一项所述的一种水土保持用监测装置，其特征在于：所述调节机构(2)包括相对固定的第一机架(201)；以及垂直滑动配合于所述第一机架(201)内侧壁的第二机架(202)，以及线性模组(204)；

所述线性模组(204)设于所述第一机架(201)与所述第二机架(202)之间滑动配合的一面，并输出所述线性自由度驱动所述第二机架(202)进行升降调节；

所述第二机架(202)的顶部安装有所述视觉检测装置(3)。

6.根据权利要求5所述的一种水土保持用监测装置，其特征在于：所述线性模组(204)包括由第二动力件(203)驱动的齿轮及与所述齿轮啮合的齿条；

所述齿条垂直安装于所述第二机架(202)，所述第二动力件(203)安装于所述第一机架(201)的外表面。

7.根据权利要求5所述的一种水土保持用监测装置，其特征在于：所述视觉检测装置(3)为CCD工业视觉相机。

8.根据权利要求5所述的一种水土保持用监测装置，其特征在于：所述姿态检测装置(4)为姿态传感器、倾斜传感器或加速度计中的一种或多种任意组合。