自馈式雨蚀预测装置、系统及方法与流程

1.本技术涉及土遗址修复技术领域，具体而言，涉及一种自馈式雨蚀预测装置、系统及方法。


背景技术：

2.溅蚀，是指雨滴直接打击地面，使土体分散，并分离出细小颗粒，被飞溅雨滴带起而产生位移的过程。这种过程将破坏土壤结构，增强分散土粒的搬运。同时溅散的细粒会堵塞土壤孔隙，阻滞降水人渗，增加地表径流及其侵蚀冲刷力。准确测定土遗址在一定空间范围内的溅蚀量，对研究这种条件下的土壤侵蚀过程、以及土壤健康状况有重要的参考价值。现有的测定溅蚀量的装置和方法均只是单纯的测定溅蚀量，根据测定的溅蚀量采取相应的土遗址修复工作，对土遗址的保护并不理想。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于针对现有的测定溅蚀量的装置和方法均只是单纯的测定溅蚀量，根据测定的溅蚀量采取相应的土遗址修复工作，对土遗址的保护并不理想的技术问题，提供一种自馈式雨蚀预测装置、系统及方法。
4.为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：
5.本技术的一个方面提供一种自馈式雨蚀预测装置，包括溅蚀盘和雨滴动能检测组件；所述溅蚀盘用于设置在实验土体下方以接收发生雨蚀过程中从所述实验土体飞溅出的土颗粒，在所述溅蚀盘上安装有重量传感器以称量所述土颗粒的质量；
6.所述雨滴动能检测组件包括主体，以及安装于所述主体的落雨井、动态摄像机、压力传感器和处理器，所述落雨井用于收集雨滴，所述压力传感器安装在所述落雨井的底部以采集落入所述落雨井内的雨滴的质量，所述落雨井为透明结构，所述动态摄像机用于采集落入所述落雨井内的雨滴的数量信息和速度信息；
7.所述重量传感器、所述动态摄像机和所述压力传感器均与所述处理器通信连接。
8.可选地，还包括支架，所述溅蚀盘安装于所述支架的顶端，所述支架包括至少三个支撑杆，所述支撑杆为可伸缩杆件。
9.该技术方案的有益效果在于：这样，可以根据需要调整支撑杆的长度，进而调整溅蚀盘与水平面之间的位置关系，以准确接纳实验土体飞溅出的土颗粒，避免土颗粒损失。
10.可选地，所述动态摄像机的个数为至少两个，各所述动态摄像机在同一水平面内环绕所述落雨井设置。
11.该技术方案的有益效果在于：这可以增加对落入所述落雨井内的雨滴的数量信息和速度信息采集的准确性。本技术实施例中，动态摄像机的个数优选为2个。
12.本技术的另一个方面提供一种自馈式雨蚀预测系统，包括本技术所提供的自馈式雨蚀预测装置。
13.可选地，还包括水分特征传感器组件，所述水分特征传感器组件有多个，各所述水
分特征传感器组件均匀分布在所述实验土体上。
14.该技术方案的有益效果在于：这样可以采集实验土体上不同位置的水势特征。
15.可选地，所述传感器组件包括水分传感器和土壤水势传感器，所述水分传感器和所述土壤水势传感器均与所述处理器通信连接。
16.该技术方案的有益效果在于：水分传感器和土壤水势传感器贴在实验土体表面，采集试验土体不同部位水分、水势数据。
17.可选地，还包括伸缩臂和三维扫描仪，所述伸缩臂安装于所述主体，所述伸缩臂用于水平设置，所述三维扫描仪安装于所述伸缩臂，以使所述三维扫描仪正对所述实验土体设置。
18.该技术方案的有益效果在于：三维激光扫描仪从正面对实验区进行循环扫描，检测土体发生的微小形变以及土体表面微小的体积变化，检测此次溅蚀引起的垂直方向损失以及深度；结合水分传感器和土壤水势传感器可得到发生溅蚀部位土体的准确数据，对于分析溅蚀的成因，寻找防治方法具有重要意义。
19.可选地，还包括均安装于本体的同位素显像补光灯和同位素摄像机，所述同位素摄像机与处理器通信连接，所述同位素摄像机用于采集所述飞溅出的土颗粒的飞溅轨迹。
20.该技术方案的有益效果在于：通过在试验区喷洒同位素液体，在降雨溅蚀过程中利用同位素显像补光灯补光，同位素摄像机从侧面对试验区拍照，直观展示土体颗粒的飞溅轨迹。
21.可选地，还包括风力监测装置，所述风力监测装置安装于所述主体顶端，所述风力监测装置与所述处理器通信连接。
22.该技术方案的有益效果在于：所述风力监测装置可实时监测风力的大小及方向，与处理器通信连接；通过风向可以得到雨滴与土体的接触角度，评估风向对于溅蚀量的影响；风力的大小可以用于矫正雨滴的速度，使雨滴动能数据更为准确，预测系统的准确度也会显著提高。
23.本技术提供的技术方案可以达到以下有益效果：
24.本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测装置、系统及方法，通过对实际溅蚀量的采集，结合雨滴动能检测组件，在处理器中生成实际溅蚀量与雨滴动能的函数关系，在今后的降雨过程中基于自馈式雨蚀预测装置采集到的雨滴动能和上述函数关系，就可以得出相对应的溅蚀量，实现对溅蚀量的预测，工作人员可以根据预测结果决定是否对土遗址进行保护，使从对土遗址被破坏后的被动修复转变为主动预防土遗址雨蚀破坏成为可能。
25.本技术的附加技术特征及其优点将在下面的描述内容中阐述地更加明显，或通过本技术的具体实践可以了解到。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，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。
27.图1为本技术实施例提供的自馈式土遗址雨蚀预测装置的一种实施方式作用于土
遗址的部分结构示意图；
28.图2为本技术实施例提供的一种溅蚀盘的俯视结构示意图；
29.图3为本技术实施例提供的自馈式雨蚀预测系统的部分立体结构示意图；
30.图4为本技术实施例提供的自馈式雨蚀预测系统的部分左视结构示意图；
31.图5为本技术实施例提供的自馈式雨蚀预测方法的流程示意图；
32.图6为本技术实施例提供的自馈式雨蚀预测方法中包含有函数关系建立过程的流程示意图；
33.图7为本技术实施例提供的自馈式雨蚀预测装置的结构示意图。
34.附图标记：
35.1-实验土体；2-溅蚀盘；3-三维激光靶位点；4-水分传感器；5-土壤水势传感器；6-主体；7-支架；8-三维扫描仪；9-风力监测装置；10-同位素摄像机；11-同位素显像补光灯；12-处理器；13-落雨井；14-动态摄像机；15-闪烁补光灯；16-压力传感器；17-太阳能板；18-伸缩臂；19-接口。
具体实施方式
36.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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技术和简化描述，而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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
39.如图1至图4所示，本技术的一个方面提供一种自馈式雨蚀预测装置，包括溅蚀盘2和雨滴动能检测组件；所述溅蚀盘2用于设置在实验土体1下方以接收发生雨蚀过程中从所述实验土体1飞溅出的土颗粒，在所述溅蚀盘2上安装有重量传感器以称量所述土颗粒的质量；
40.所述雨滴动能检测组件包括主体6，以及安装于所述主体6的落雨井13、动态摄像机14、压力传感器16和处理器12，所述落雨井13用于收集雨滴，所述压力传感器16安装在所述落雨井13的底部以采集落入所述落雨井13内的雨滴的质量，所述落雨井13为透明结构，所述动态摄像机14用于采集落入所述落雨井13内的雨滴的数量信息和速度信息；
41.所述重量传感器、所述动态摄像机14和所述压力传感器16均与所述处理器12通信连接。
42.本技术实施例中，动态摄像机14优选为动态高速摄像机，压力传感器16优选为高
灵敏压力传感器16，本技术实施例中，处理器12可以采用具有处理功能的数据采集仪，具体的可以为em50数据采集仪，数据采集仪上设置有接口19，由于降雨量的大小不同，为了准确测量雨滴的数量、速度、质量，在数据采集过程中，采集频率要合适，可通过数据采集仪进行设定；优选的，在动态摄像机14上安装闪烁补光灯15；还可以在本体内安装有可拆卸的蓄电池，该蓄电池可以临近处理器12设置，并为各用电器供电，蓄电池可以通过太阳能板17进行充电；溅蚀盘2优选为半圆形槽结构，以便于半圆形的溅蚀盘2的直线边与实验土体1贴合。
43.本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测装置，通过对实际溅蚀量的采集，结合雨滴动能检测组件，在处理器12中生成实际溅蚀量与雨滴动能的函数关系，在今后的降雨过程中基于自馈式雨蚀预测装置采集到的雨滴动能和上述函数关系，就可以得出相对应的溅蚀量，实现对溅蚀量的预测，工作人员可以根据预测结果决定是否对土遗址进行保护，使从对土遗址被破坏后的被动修复转变为主动预防土遗址雨蚀破坏成为可能。
44.可选地，本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测装置，还包括支架，所述溅蚀盘2安装于所述支架7的顶端，所述支架7包括至少三个支撑杆，所述支撑杆为可伸缩杆件。可伸缩杆件可以为通过螺纹连接的两根杆组成，也可以为相互套装在一起的类似电视天线的结构。这样，可以根据需要调整支撑杆的长度，进而调整溅蚀盘2与水平面之间的位置关系，以准确接纳实验土体1飞溅出的土颗粒，避免土颗粒损失。
45.可选地，所述动态摄像机14的个数为至少两个，各所述动态摄像机14在同一水平面内环绕所述落雨井13设置。这可以增加对落入所述落雨井13内的雨滴的数量信息和速度信息采集的准确性。本技术实施例中，动态摄像机14的个数优选为2个。
46.本技术的另一个方面提供一种自馈式雨蚀预测系统，包括本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测装置。
47.本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测系统，采用了本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测装置，通过对实际溅蚀量的采集，结合雨滴动能检测组件，在处理器12中生成实际溅蚀量与雨滴动能的函数关系，在今后的降雨过程中基于自馈式雨蚀预测装置采集到的雨滴动能和上述函数关系，就可以得出相对应的溅蚀量，实现对溅蚀量的预测，工作人员可以根据预测结果决定是否对土遗址进行保护，使从对土遗址被破坏后的被动修复转变为主动预防土遗址雨蚀破坏成为可能。
48.可选地，本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测系统，还包括水分特征传感器组件，所述水分特征传感器组件有多个，各所述水分特征传感器组件均匀分布在所述实验土体1上。这样可以采集实验土体1上不同位置的水势特征。
49.可选地，所述传感器组件包括水分传感器4和土壤水势传感器5，所述水分传感器4和所述土壤水势传感器5均与所述处理器12通信连接。本技术实施例中，优选的，水分传感器4采用ec-5型水分传感器，土壤水势传感器5采用ps-6土壤水式传感器，水分传感器4和土壤水势传感器5贴在实验土体1表面，采集试验土体不同部位水分、水势数据。
50.可选地，本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测系统，还包括伸缩臂18和三维扫描仪8，所述伸缩臂18安装于所述主体6，所述伸缩臂18用于水平设置，所述三维扫描仪8安装于所述伸缩臂18，以使所述三维扫描仪8正对所述实验土体1设置。三维激光扫描仪的扫描范围可以通过设定三维激光靶位点3来确定，可选地，该扫描范围一般为1m2的墙体；三维激光扫描仪从正面对实验区进行循环扫描，检测土体发生的微小形变以及土体表面微小的
体积变化，检测此次溅蚀引起的垂直方向损失以及深度。结合水分传感器4和土壤水势传感器5可得到发生溅蚀部位土体的准确数据，对于分析溅蚀的成因，寻找防治方法具有重要意义。
51.可选地，本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测系统，还包括均安装于本体的同位素显像补光灯11和同位素摄像机10，所述同位素摄像机10与处理器12通信连接，所述同位素摄像机10用于采集所述飞溅出的土颗粒的飞溅轨迹。通过在试验区喷洒同位素液体，在降雨溅蚀过程中利用同位素显像补光灯11补光，同位素摄像机10从侧面对试验区拍照，直观展示土体颗粒的飞溅轨迹。
52.可选地，本技术实施例所提供的自馈式雨蚀预测系统，还包括风力监测装置9，所述风力监测装置9安装于所述主体6顶端，所述风力监测装置9与所述处理器12通信连接。所述风力监测装置9可实时监测风力的大小及方向，与处理器12通信连接；通过风向可以得到雨滴与土体的接触角度，评估风向对于溅蚀量的影响；风力的大小可以用于矫正雨滴的速度，使雨滴动能数据更为准确，预测系统的准确度也会显著提高。风力监测装置9可以为风力检测仪。
53.基于上述自馈式雨蚀预测装置或自馈式雨蚀预测系统的实施例，本技术还提供一种自馈式雨蚀预测方法的实施例，参见图5，所述自馈式雨蚀预测方法具体包含有如下内容：
54.步骤100：基于所述雨滴动能检测组件实时获取落入所述落雨井内的雨滴的目标质量、目标数量信息和目标速度信息；
55.步骤200：根据预设的关于实际溅蚀量与雨滴动能的函数关系，以及所述雨滴的目标质量、目标数量信息和目标速度信息，对所述雨滴动能检测组件所在区域进行实际溅蚀量预测，以基于对应的预测结果判断是否进行溅蚀量超量预警处理。
56.在步骤200中，得到实际溅蚀量预测结果之后，可以进行如下操作的至少一项：
57.(1)输出所述实际溅蚀量预测结果：向人员持有的客户端设备发送当前的实际溅蚀量预测结果。
58.(2)溅蚀量超量风险预警：判断每次得到的实际溅蚀量预测结果中溅蚀量是否超过预设的风险阈值，若是，则人员持有的客户端设备发送用于表示所述雨滴动能检测组件所在区域存在溅蚀量超量风险的预警信息，或控制设置在现场或控制中心等处的预警设备启动，所述预警设备可以包含有声光报警器及蜂鸣器等。
59.其中，所述关于实际溅蚀量与雨滴动能的函数关系是预先基于所述自馈式雨蚀预测装置或者所述自馈式雨蚀预测系统获取的，举例来说，参见图6，在步骤100之前，还可以包含有如下步骤：
60.步骤010：接收所述溅蚀盘上的重量传感器采集的所述溅蚀盘接收的发生雨蚀过程中从所述实验土体飞溅出的土颗粒的历史质量数据；
61.步骤020：基于所述雨滴动能检测组件获取落入所述落雨井内的雨滴的历史质量、历史数量信息和历史速度信息；
62.步骤030：根据所述土颗粒的历史质量数据、所述雨滴的历史质量、历史数量信息和历史速度信息建立关于实际溅蚀量与雨滴动能的函数关系。
63.基于此，从软件层面来说，本技术还提供一种用于执行所述自馈式雨蚀预测方法
中全部或部分内容的自馈式雨蚀预测装置的实施例，参见图7，所述自馈式雨蚀预测装置具体包含有如下内容：
64.实时雨滴动能获取模块810，用于基于所述雨滴动能检测组件实时获取落入所述落雨井内的雨滴的目标质量、目标数量信息和目标速度信息；
65.实际溅蚀量预测模块820，用于根据预设的关于实际溅蚀量与雨滴动能的函数关系，以及所述雨滴的目标质量、目标数量信息和目标速度信息，对所述雨滴动能检测组件所在区域进行实际溅蚀量预测，以基于对应的预测结果判断是否进行溅蚀量超量预警处理；
66.其中，所述关于实际溅蚀量与雨滴动能的函数关系是预先获取的，也就是说，所述自馈式雨蚀预测装置中还可以具体包含有如下内容：
67.历史溅蚀量获取模块01，用于接收所述溅蚀盘上的重量传感器采集的所述溅蚀盘接收的发生雨蚀过程中从所述实验土体飞溅出的土颗粒的历史质量数据；
68.历史雨滴动能获取模块02，用于基于所述雨滴动能检测组件获取落入所述落雨井内的雨滴的历史质量、历史数量信息和历史速度信息；
69.函数关系建立模块03，用于根据所述土颗粒的历史质量数据、所述雨滴的历史质量、历史数量信息和历史速度信息建立关于实际溅蚀量与雨滴动能的函数关系。
70.可以理解的是，所述实时雨滴动能获取模块810和历史雨滴动能获取模块02可以采用同一套设备实现，即可以均采用雨滴动能检测组件实现。
71.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。