TWM561201U - 現地表層沖刷無線監測系統 - Google Patents

Abstract

本創作揭示一種現地表層沖刷無線監測系統，包括複數個容置支撐架、複數個表層沖刷無線感測傳輸模組及雲端主機，其中容置支撐架插置於邊坡坡面，並容置表層沖刷無線感測傳輸模組，而表層沖刷無線感測傳輸模組可感測邊坡坡面的表土流失深度或表土堆積厚度，並將表土流失深度所對應的表土流失深度資料以無線傳輸方式傳送至雲端，再由與網路連結的雲端主機接收表土流失深度資料，進行適當分析，進而產生隨時間變化的表土流失深度結果，具體實現連續、長期、穩定監測現地表層沖刷無線的目的。

Description

現地表層沖刷無線監測系統

本創作係有關於一種現地表層沖刷無線監測系統，尤其是利用非接觸式量測方式具體實現無線監測現地表層沖刷，遠距監測涵蓋大面積的邊坡區域，甚至是不同山體的邊坡，並記錄汛期間降雨引致土壤流失深度，以確實掌握集水區上游細粒料土砂受降雨沖蝕情形，可用以評估土砂流失或比較既有自然植生及整治邊坡歷年量測結果，並評析整治邊坡對土壤沖蝕之抑制效果，進而達到改善水土保護措施之功效。

眾所周知，適當的水土保持措施對於減緩邊坡坡面的表土流失程度非常重要，而對於山坡地，在降雨的影響下，表土層經日積月累的沖刷後很自然的會因地質較為鬆軟而在重力推動下翻落，這種自然災害實非人力所能抗衡，但是過度的人為開墾或開發，比如耕種、開路，會使得災情更加嚴重，甚至導致土石流，大大威脅當地住民的生命、財產、安全。因此，如何有效監測邊坡坡面的表土流失深度一直以來都是各界關注的焦點。

在習用技術中，可直接在每個目標地點安置具有刻度的量尺，並在固定時間觀察、記錄量尺上刻度所顯示的表土深度變化，藉以達到監測邊坡坡面的表土流失深度。然而，一般觀察的地點都相當偏僻，既無道路可通達，也無充足人力可進行定期記錄。因此，已有業者推出自備電源而能長時間記錄表土流失深度資料的電子式裝置，但是因自備電源的電力有限，使得整體的工作時間無法大幅度延長，實際操作上的人力成本仍舊相當高。

再者，習用技術並未提供耐用較佳的支架以安置必要的裝置，所以很容易因風吹或表土鬆動而偏移、滑動，導致所量測的數據不準確或甚至錯誤。

因此，需要一種創新的現地表層沖刷無線監測系統，利用非接觸式量測方式具體實現無線監測現地表層沖刷，遠距監測涵蓋大面積的邊坡區域，甚至是不同山體的邊坡，並記錄汛期間降雨引致土壤流失深度以確實掌握集水區上游細粒料土砂受降雨沖蝕情形，評估集水區土砂流失或比較既有自然植生及整治邊坡歷年量測結果，並評析整治邊坡對土壤沖蝕之抑制效果，進而達到改善水土保護措施之功效，藉以解決上述習用技術的問題。

本創作之目的在提供一種現地表層沖刷無線監測系統，包括複數個容置支撐架、複數個表層沖刷無線感測傳輸模組及雲端主機，用以提供現地表層沖刷無線監測功能。每個容置支撐架係用以插置於邊坡坡面，且具有容置空間，用以容置相對應的表層沖刷無線感測傳輸模組。每個表層沖刷無線感測傳輸模組是以連續或間續的方式感測邊坡坡面的表土流失深度或表土堆積厚度，並將表土流失深度或表土堆積厚度所對應的表土流失深度資料、表土堆積厚度資料以無線傳輸方式經網路而傳送至雲端主機。雲端主機接收表土流失深度資料，並進行適當分析，進而產生隨時間變化的表土流失深度結果。

更加具體而言，表層沖刷無線感測傳輸模組包括感測單元、傳輸單元、電源模組及殼體，其中該感測單元可為微機電系統(Micro electrical mechanical system，MEMS)距離感測器，主要是對準邊坡坡面，感測與邊坡坡面的距離變化，藉距離變化而獲得對應於表土流失深度的深度變化信號，或表土堆積厚度的厚度變化信號。

此外，傳輸單元接收深度變化信號，並以無線傳輸方式傳送至雲端主機，而電源模組為太陽能板模組，可接收太陽光而產生電力，並供應感測單元及傳輸單元，而殼體是容置在容置支撐架的容置空間中，且包覆感測單元及傳輸單元以提供隔絕保護，防止雨水浸濕而影響預設的功能，再者，電源模組是配置於殼體的頂部的外部表面上。

本創作能有效的以非接觸式量測方式具體實現無線監測現地表層沖刷，可遠距監測涵蓋大面積的邊坡區域，甚至是不同山體的邊坡，尤其是能監測土壤流失，以記錄汛期間降雨引致土壤流失深度，藉以確實掌握集水區上游細粒料土砂在颱風或豪雨事件後受降雨沖蝕情形，進而改善水土保護措施。

以下配合圖示及元件符號對本創作之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

請參閱第一圖、第二圖及第三圖，分別為本創作實施例現地表層沖刷無線監測系統的系統示意圖、及支撐架、表層沖刷無線感測傳輸模組的示意圖。如第一圖、第二圖及第三圖所示，本創作實施例的現地表層沖刷無線監測系統包括複數個容置支撐架10、複數個表層沖刷無線感測傳輸模組20以及雲端主機30，用以提供現地表層沖刷無線監測功能，其中每個容置支撐架10可插置於邊坡坡面S，且具有容置空間11，用以容置相對應的表層沖刷無線感測傳輸模組20，而每個表層沖刷無線感測傳輸模組20是以連續或間續的方式感測邊坡坡面S的表土流失深度或表土堆積厚度，並將表土流失深度或表土堆積厚度所對應的表土流失深度資料、表土堆積厚度資料以無線傳輸方式傳送至網路C，而雲端主機30可經網路C接收表土流失深度資料、表土堆積厚度資料，並進行適當分析，進而產生隨時間變化的表土流失深度結果、表土堆積厚度結果，並儲存以供讀取。

具體而言，容置支撐架10包含框架12、四延伸桿13以及支撐桿14，其中框架12具有矩形外觀，並且是由多個金屬桿12A藉焊接而形成容置空間11，而四延伸桿13是以可脫離方式而分別固定於框架12的四側邊，並向外延伸，且支撐桿14是以另一可脫離方式而固定於框架12的底部，用以插入邊坡坡面S，尤其，支撐桿14是正交於邊坡坡面S的表面。上述的可脫離方式及另一可脫離方式可為同一方式，且是藉鎖固或扣接而實現，再者，延伸桿13以及支撐桿14可由金屬材料構成。

此外，表層沖刷無線感測傳輸模組20是包括感測單元21、傳輸單元22、電源模組23及殼體24。感測單元21可為微機電系統(Micro electrical mechanical system，MEMS)的距離感測器，用以對準邊坡坡面S而感測與邊坡坡面S之間的距離變化，因而得到對應於表土流失深度的深度變化信號或表土堆積厚度的厚度變化信號。例如，感測單元21可由超聲波感測器而實現。傳輸單元22接收來自感測單元21的深度變化信號或厚度變化信號，並以無線傳輸方式經網路C而傳送至雲端主機40，而電源模組23係設計成提供感測單元21及傳輸單元22所需的電力，且殼體24是容置在容置支撐架10的容置空間11中，並包覆感測單元11及傳輸單元12，以達到隔絕保護作用，避免雨水、濕氣的侵入。

為加強感測單元21對於邊坡坡面S的感測能力，感測單元21是安置成在容置支撐架10的延伸桿13之前端，除了方便對準邊坡坡面S外，還可較為接近邊坡坡面S。

進一步，電源模組23可為太陽能板模組，用以接收太陽光而產生電力，並供應感測單21元及傳輸單元22，而較佳的，電源模組23是配置於殼體24的頂部的外部表面上，藉以有效收吸太陽光。當然，太陽能板模組也可安置在殼體24的其他外部位置，比如側面，可接收斜向入射的太陽光而產生電力。此外，電源模組23還可進一步包含電池組，比如鋰系充電電池組，用以接收太陽能板模組的電力而充電，並提供穩定電源給感測單元21及傳輸單元22，以確保在夜間或日照不足時，能維持正常運作一段預設時間。因此，當電池組被充飽且太陽能板模組可產生適當電力時，電源模組23可切換成以太陽能板模組供電，並在太陽能板模組無法產生所需電力且電池組具有輸出所需電力時，電源模組23可切換成以電池組供電。

再者，表層沖刷無線感測傳輸模組20可進一步包含儲存媒介，用以儲存表土流失深度資料、表土堆積厚度資料，以供讀取。

另外，雲端主機30可進一步擷取遠端資料庫中的降雨資料，並結合來自表層沖刷無線感測傳輸模組20的表土流失深度結果、表土堆積厚度結果，進而獲得表土流失深度對降雨的關係，對於評估邊坡坡面受降雨的影響程度是非常有幫助，比如早期預警以減少人員、財物、機具的損失，並可用於評估最佳的水土保持措施。

本創作的現地表層沖刷無線監測系統可進一步包含伺服器40，用以接收該等表層沖刷無線感測傳輸模組20的表土流失深度資料、表土堆積厚度資料，並進一步傳送至雲端主機30，而伺服器40的主要功效是在於具有長距離傳輸能力，因此，當表層沖刷無線感測傳輸模組20受限於地形阻擋而使得傳輸能力不足時，則伺服器40可提供中繼站的功能。

在實際應用上，本創作的現地表層沖刷無線監測系統可針對邊坡坡面的目標量測點，進行多次的量測，再取其平均值以作為量測數據之基礎，如此可降低量測的誤差。

綜上所述，本創作的主要特點在於利用容置支撐架的容置空間安置表層沖刷無線感測傳輸模組，並藉支撐桿插入邊坡波面上，且由安置在延伸桿之前端的感測單元對準邊坡坡面，並感測與邊坡坡面之間的距離，進而得到邊坡坡面因降雨、風化等自然因素或人為開墾、開路的施工而造成的表土流失深度，或者是因上方土砂滑落而堆積所導致的表土厚度增加，具有潛在的土石流風險，尤其是可將相關資料以無線傳輸的方式經網路傳送至雲端主機，用以儲存並進行詳細分析，達到監測現地表層沖刷無線的目的，能有效的以非接觸式量測方式具體實現無線監測現地表層沖刷，遠距監測涵蓋大面積的邊坡區域，並配合降雨資料，可記錄汛期間降雨引致土壤流失深度，藉以確實掌握集水區上游細粒料土砂受降雨沖蝕情形，另在颱風或豪雨事件後，比較既有自然植生及整治邊坡歷年量測結果，可評析整治邊坡對土壤沖蝕之抑制效果，進而改善水土保護措施。

再者，本創作因自備電源，所以可在不受外在天候影響下穩定產生電力以供應正運作所需，進而能長期穩定運作，提供長時間的監測資料，而且不需任何維護，耐用性佳，整體的操作成本相當低，非常具有實用性。

以上所述者僅為用以解釋本創作之較佳實施例，並非企圖據以對本創作做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之創作精神下所作有關本創作之任何修飾或變更，皆仍應包括在本創作意圖保護之範疇。

10‧‧‧容置支撐架

11‧‧‧容置空間

12‧‧‧框架

12A‧‧‧金屬桿

13‧‧‧延伸桿

14‧‧‧支撐桿

20‧‧‧表層沖刷無線感測傳輸模組

21‧‧‧感測單元

22‧‧‧傳輸單元

23‧‧‧電源模組

24‧‧‧殼體

30‧‧‧雲端主機

40‧‧‧伺服器

C‧‧‧網路

L‧‧‧太陽光

S‧‧‧邊坡坡面

第一圖顯示依據本創作實施例現地表層沖刷無線監測系統的系統示意圖。

第二圖顯示依據本創作實施例現地表層沖刷無線監測系統中支撐架的示意圖。

第三圖顯示依據本創作實施例現地表層沖刷無線監測系統中表層沖刷無線感測傳輸模組的示意圖。

Claims (8)

1. 一種現地表層沖刷無線監測系統，包括： 複數個容置支撐架，每個該容置支撐架係用以插置於一邊坡坡面，並具有一容置空間； 複數個表層沖刷無線感測傳輸模組，每個該表層沖刷無線感測傳輸模組係容置於相對應的該容置支撐架，用以連續或間續感測該邊坡坡面的一表土流失深度或一表土堆積厚度，並將該表土流失深度或該表土堆積厚度所對應的一表土流失深度資料或一表土堆積厚度資料以一無線傳輸方式傳送至一網路；以及 一雲端主機，係經該網路接收每個該表層沖刷無線感測傳輸模組所傳送的表土流失深度資料或表土堆積厚度資料，並進行分析以得到隨時間變化的一表土流失深度結果或一表土堆積厚度結果，並儲存以供讀取， 其中該表層沖刷無線感測傳輸模組包括一感測單元、一傳輸單元、一電源模組及一殼體，該感測單元為微機電系統(Micro electrical mechanical system，MEMS)的一距離感測器，係對準該邊坡坡面以感測與該邊坡坡面之間的一距離變化而得到對應於該表土流失深度的一深度變化信號或該表土堆積厚度的一厚度變化信號，該傳輸單元接收該深度變化信號或該厚度變化信號，並以該無線傳輸方式傳送至該雲端主機，該電源模組為一太陽能板模組，用以接收太陽光而產生電力，並供應該感測單元及該傳輸單元，該殼體是容置在該容置支撐架的該容置空間中，且包覆該感測單元及該傳輸單元，且該電源模組是配置於該殼體的一頂部的一外部表面上。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之現地表層沖刷無線監測系統，其中該容置支撐架包含一框架、四延伸桿以及一支撐桿，該框架具有一矩形外觀，是由多個金屬桿藉焊接而形成該容置空間，該等四延伸桿是以鎖固或扣接的一可脫離方式而分別固定於該框架的四側邊，並向外延伸，該支撐桿是一另一可脫離方式而固定於該框架的一底部，用以插入該邊坡坡面，且該支撐桿是正交於該邊坡坡面的表面。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之現地表層沖刷無線監測系統，其中該另一可脫離方式係為該可脫離方式。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之現地表層沖刷無線監測系統，其中該無線傳輸方式包含Wi-Fi、藍牙、GSM、Zigbee、Xbee、LoRa、3G通訊或4G通訊。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之現地表層沖刷無線監測系統，其中該表層沖刷無線感測傳輸模組進一步包含一儲存媒介，用以儲存該表土流失深度資料，以供讀取。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之現地表層沖刷無線監測系統，其中該電源模組進一步包含一電池組，用以接收該太陽能板模組的電力而充電，並提供穩定電源給該感測單元及該傳輸單元，以確保在夜間或日照不足時，能維持正常運作一段預設時間。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之現地表層沖刷無線監測系統，其中該雲端主機進一步擷取一遠端資料庫中的一降雨資料，並結合該表土流失深度結果而獲得該表土流失深度對降雨的關係。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之現地表層沖刷無線監測系統，進一步包含一伺服器，用以接收該等表層沖刷無線感測傳輸模組的表土流失深度資料或表土堆積厚度資料，並進一步傳送至該雲端主機。