可视化水土保持监测装置及其监测方法与流程

1.本发明涉及土壤流失监测技术领域，具体地说，涉及一种可视化水土保持监测装置及其监测方法。


背景技术：

2.水土保持监测是指对水土流失发生、发展、危害及水土保持效益进行长期的调查、观测和分析工作，通过水土保持监测，摸清水土流失类型、强度与分布特征、危害及其影响情况、发生发展规律、动态变化趋势，对水土流失综合治理和生态环境建设宏观决策以及科学、合理、系统地布设水土保持各项措施具有重要意义。
3.中国专利cn114295811 a公开了一种可视化水土保持检测装置及其检测方法，涉及水土保持检测装置技术领域。包括底板，底板的底部四角均固定连接有固定插杆，底板的顶部铰接有四个伸缩杆，四个伸缩杆的一端就铰接有顶板，底板的顶部固定连接有支撑柱，支撑柱的顶部通过万向球头连接顶板，伸缩杆包括套筒和活动杆，套筒铰接底板，套筒的内腔通过伸缩弹簧连接有与其滑动连接的活动杆，活动杆的一端铰接顶板，套筒的表面设置有将活动杆和套筒锁紧的锁紧装置，顶板上设置有穿过顶板及底板的测量装置，顶板的顶部设置有万向水平仪。通过设置伸缩杆和万向水平仪，可调整顶板的角度，使之保持水平状态，能够确保测量柱插在土壤中时处于水平状态，以确保检测精度。该检测装置工作时，需要手动调整伸缩杆和观察万向水平仪来找平顶板，较为繁琐。且无法检测土壤流失时土表层的倾斜度。


技术实现要素：

4.为达到上述目的，本发明公开了一种可视化水土保持监测装置，包括：底板固定单元，所述底板固定单元用于固定在土表层上；顶板，所述顶板位于所述底板固定单元上方；自调整位移监测单元，两个所述自调整位移监测单元安装于所述顶板上，所述自调整位移监测单元包括测量柱，所述测量柱穿设所述底板固定单元，并伸入土表层内；升降单元，所述升降单元连接于所述顶板和底板固定单元之间；自清洁单元，所述自清洁单元安装于所述顶板靠近底板固定单元端，所述自清洁单元用于测量柱表面的清洁。
5.优选的，所述底板固定单元包括：底板，所述底板通过升降单元与所述顶板连接；开口，所述开口开设于所述底板上，所述测量柱穿设所述开口设置；刺入柱，多个所述刺入柱竖直安装于所述底板远离升降单元端，所述刺入柱刺入土表层内。
6.优选的，所述底板边沿端安装有脚踏板。
7.优选的，所述自调整位移监测单元包括：
横移座，所述横移座固定嵌设于所述顶板上；自调整槽，所述自调整槽开设于所述横移座顶端，所述自调整槽槽底端穿设所述横移座设置；横移槽，两个所述横移槽对向开设于所述自调整槽内壁上；滑柱，所述滑柱滑动连接于所述横移槽内；固定套筒，所述固定套筒竖直位于所述自调整槽内，所述固定套筒底端伸出所述自调整槽槽底端设置，所述滑柱固定连接于所述固定套筒表面；转动螺套，所述转动螺套转动安装于所述固定套筒内，所述转动螺套顶端露出所述固定套筒顶端设置；转动螺杆，所述转动螺杆安装于所述转动螺套内，所述转动螺杆顶端露出所述转动螺套顶端设置，所述测量柱安装于所述转动螺杆底端，所述测量柱设为直四棱柱状，且所述测量柱远离转动螺杆端设有刺入部，所述测量柱表面标注有刻度线；转动齿圈，所述转动齿圈套设于所述转动螺杆上，所述转动齿圈固定连接于所述转动螺套顶端；方形环座，所述方形环座固定安装于所述固定套筒底端，所述方形环座适配所述测量柱设置，用于限位所述测量柱以及与所述测量柱连接的转动螺杆的转动；驱动电机，所述驱动电机安装于所述固定套筒表面，所述驱动电机输出端安装有与所述转动齿圈啮合的转动齿轮。
8.优选的，所述自调整位移监测单元还包括：位移传感器，所述位移传感器固定安装于所述固定套筒表面；拉绳，所述拉绳连接于所述位移传感器的活动端；配重环，所述配重环连接于所述拉绳远离位移传感器端，所述配重环用于平放于土表层上，所述配重环套设于所述测量柱上；处理器，所述处理器安装于所述顶板上，所述位移传感器和驱动电机均与所述处理器连接；显示屏，所述显示屏安装于所述顶板上，所述显示屏与所述处理器连接。
9.优选的，所述升降单元包括：升降套筒，所述升降套筒竖直安装于所述顶板靠近底板端；升降滑块，所述升降滑块滑动连接于所述升降套筒内；升降杆，所述升降杆竖直安装于所述底板上，所述升降杆远离底板端伸入所述升降套筒内，并与所述升降滑块连接；阻尼器，所述阻尼器安装于所述升降套筒内，并连接于所述升降滑块远离升降杆端和所述升降套筒内壁之间；总送气管路，所述总送气管路一端伸入所述升降套筒内，所述总送气管路另一端与所述自清洁单元连接。
10.优选的，所述自清洁单元包括：升降座，所述升降座固定安装于所述顶板靠近底板端的中心位置；升降室，所述升降室设于所述升降座内，所述总送气管路另一端连通于所述升降室内；
横向传动座，所述横向传动座位于所述升降座下方；升降柱，所述升降柱一端竖直安装于所述横向传动座上，所述升降柱另一端自所述升降座底端伸入所述升降室内；升降板，所述升降板滑动连接于所述升降室内，所述升降柱另一端与所述升降板连接；上动作室，所述上动作室设于所述升降柱内；下动作室，所述下动作室设于所述横向传动座内，所述下动作室位于所述上动作室正下方；限位滑块，所述限位滑块滑动连接于所述上动作室内；升降塞体，所述升降塞体滑动连接于所述下动作室内；升降传动杆，所述升降传动杆一端伸入所述上动作室内，并与所述限位滑块连接，所述升降传动杆另一端伸入所述下动作室内，并与所述升降塞体连接；复位弹簧，所述复位弹簧位于所述下动作室内，所述复位弹簧套设于所述升降传动杆上，所述复位弹簧连接于所述下动作室内壁和升降塞体之间；限位杆，所述限位杆连接于所述升降室内壁上，两个所述限位杆以所述升降传动杆为中心对称贯穿所述上动作室，所述限位杆与所述限位滑块连接，所述升降柱表面开设有便于连通于所述上动作室内，并便于所述限位杆滑动的竖向滑槽；限位横槽，两个所述限位横槽以所述升降柱为中心对称开设于所述横向传动座底端；横移气缸，所述横移气缸安装于所述限位横槽内；第一出气管路，所述第一出气管路一端伸入所述下动作室内，所述第一出气管路另一端伸入所述限位横槽内，并与所述横移气缸连接；横移竖板，所述横移竖板滑动连接于所述限位横槽内，所述横移竖板与所述横移气缸的动作端连接；刷板，所述刷板安装于所述横移竖板上，所述刷板与所述横移竖板呈垂直设置，所述刷板靠近所述测量柱设置。
11.优选的，所述自清洁单元还包括：喷头安装座，两个所述喷头安装座以所述升降柱为中心对称安装于所述横向传动座上；吹扫喷头，所述吹扫喷头安装于所述喷头安装座上，所述测量柱位于所述刷板和吹扫喷头之间；第二出气管路，所述第二出气管路一端与所述吹扫喷头连接，所述第二出气管路另一端旁通连接于所述总送气管路上。
12.本发明另公开一种可视化水土保持监测方法，依据如上的所述可视化水土保持监测装置，包括如下步骤：步骤1、手持顶板，将刺入柱刺入预设监测位置的土表层内，脚踩脚踏板，从而使所述底板贴设于土表层，双手提拉顶板，从而使顶板和底板间距变大；步骤2、在重力作用下，所述测量柱带动固定套筒在横移槽内翻转，从而使测量柱自调整与地平线垂直；
步骤3、转动螺套转动，从而带动转动螺杆、与转动螺杆连接的测量柱刺入土表层内，调整拉绳长度，从而使配重环平放于土表层上，当土壤流失时，配重环随着土表层下降而下落，配重环通过拉绳拉动位移传感器的活动端，处理器记录下位移数据并显示到显示屏上；步骤4、记录两个配重环的位移量。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
14.图1为本发明外形图；图2为本发明剖视图；图3为图2中标号a放大图；图4为本发明中自调整位移监测单元外形图；图5为本发明中自调整位移监测单元剖视图；图6为本发明中控制原理图；图7为本发明中顶板仰视图。
15.图中：1.底板固定单元；2.顶板；3.自调整位移监测单元；4.升降单元；5.自清洁单元；11.底板；12.开口；13.刺入柱；14.驱动电机；15.位移传感器；16.拉绳；17.配重环；21.复位弹簧；22.限位杆；23.限位横槽；24.横移气缸；25.第一出气管路；26.横移竖板；27.刷板；28.喷头安装座；29.吹扫喷头；20.第二出气管路；31.横移座；32.自调整槽；33.横移槽；34.滑柱；35.固定套筒；36.转动螺套；37.转动螺杆；38.转动齿圈；39.方形环座；30.测量柱；41.升降套筒；42.升降滑块；43.升降杆；44.阻尼器；45.总送气管路；51.升降座；52.升降室；53.横向传动座；54.升降柱；55.升降板；56.上动作室；57.下动作室；58.限位滑块；59.升降塞体；50.升降传动杆。
具体实施方式
16.下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例
17.下面将结合附图对本发明做进一步描述。
18.如图1所示，本实施例提供的一种可视化水土保持监测装置，包括：底板固定单元1，所述底板固定单元1用于固定在土表层上；顶板2，所述顶板2位于所述底板固定单元1上方；自调整位移监测单元3，两个所述自调整位移监测单元3安装于所述顶板2上，所述自调整位移监测单元3包括测量柱30，所述测量柱30穿设所述底板固定单元1，并伸入土表
层内；升降单元4，所述升降单元4连接于所述顶板2和底板固定单元1之间；自清洁单元5，所述自清洁单元5安装于所述顶板2靠近底板固定单元1端，所述自清洁单元5用于测量柱30表面的清洁。
19.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明公开了一种可视化水土保持监测装置，手持顶板2，将底板固定单元1贴设固定于预设监测位置的土表层内，双手提拉顶板2，从而使顶板2和底板固定单元1间距变大，此时，自调整位移监测单元3底端位于顶板2和底板固定单元1之间，在重力作用下，测量柱30与地平线呈垂直分布，此时自调整位移监测单元3工作，带动测量柱30伸入土表层内，记录下位于土表层的读数，定期记录土表层的读数，比如第一天记录下两个测量柱30的土表层读数分别为a1和b1，第二天记录下两个测量柱30的土表层读数为a2和b2，计算两者的差值，从而得到土壤流失的高度，进一步的，两者差值相减后，除以两个测量柱30的距离，可以得到土表层的流失斜度，本发明提供的一种可视化水土保持监测装置，测量柱30根据重力可以自调整翻转与地平面垂直，方便快捷，且能监测土壤流失时土表层的斜度。
20.如图2所示，本发明提供的一个实施例中，所述底板固定单元1包括：底板11，所述底板11通过升降单元4与所述顶板2连接；开口12，所述开口12开设于所述底板11上，所述测量柱30穿设所述开口12设置；刺入柱13，多个所述刺入柱13竖直安装于所述底板11远离升降单元4端，所述刺入柱13刺入土表层内。
21.上述技术方案的工作原理和有益效果为：手持顶板2带动监测装置到预设监测位置的土表层内，将刺入柱13刺入土表层内，按压顶板2，顶板2通过升降单元4带动底板11下降，底板11贴设于土表层时，停止按压，从而便于底板11与土表层的固定。
22.本发明提供的一个实施例中，所述底板11边沿端安装有脚踏板。
23.上述技术方案的有益效果为：脚踏板的设置，便于用脚将底板11贴设于土表层上。
24.如图2、图4、图5所示，本发明提供的一个实施例中，所述自调整位移监测单元3包括：横移座31，所述横移座31固定嵌设于所述顶板2上；自调整槽32，所述自调整槽32开设于所述横移座31顶端，所述自调整槽32槽底端穿设所述横移座31设置；横移槽33，两个所述横移槽33对向开设于所述自调整槽32内壁上；滑柱34，所述滑柱34滑动连接于所述横移槽33内；固定套筒35，所述固定套筒35竖直位于所述自调整槽32内，所述固定套筒35底端伸出所述自调整槽32槽底端设置，所述滑柱34固定连接于所述固定套筒35表面；转动螺套36，所述转动螺套36转动安装于所述固定套筒35内，所述转动螺套36顶端露出所述固定套筒35顶端设置；转动螺杆37，所述转动螺杆37安装于所述转动螺套36内，所述转动螺杆37顶端露出所述转动螺套36顶端设置，所述测量柱30安装于所述转动螺杆37底端，所述测量柱30设
为直四棱柱状，且所述测量柱30远离转动螺杆37端设有刺入部，所述测量柱30表面标注有刻度线；转动齿圈38，所述转动齿圈38套设于所述转动螺杆37上，所述转动齿圈38固定连接于所述转动螺套36顶端；方形环座39，所述方形环座39固定安装于所述固定套筒35底端，所述方形环座39适配所述测量柱30设置，用于限位所述测量柱30以及与所述测量柱30连接的转动螺杆37的转动；驱动电机14，所述驱动电机14安装于所述固定套筒35表面，所述驱动电机14输出端安装有与所述转动齿圈38啮合的转动齿轮。
25.上述技术方案的工作原理和有益效果为：脚踩脚踏板，拽拉顶板2，从而使顶板2和底板11间距变大，测量柱30脱离开口12，此时在重力作用下，测量柱30带动与其连接的转动螺杆37、套设于转动螺杆37上的转动螺套36、套设于转动螺套36上的固定套筒35以滑柱34为中心在横移槽33内翻转，进而使测量柱30与地平面呈垂直设置，横移槽33内底部开设有多个限位弧形槽，便于滑柱34在横移槽33内限位翻转，当需要调整两个测量柱30的水平距离时，只需要移动固定套筒35在自调整槽32内左右滑动即可，当调整好两个固定套筒35位置后，驱动电机14转动，从而带动安装于驱动电机14输出端的转动齿轮转动，转动齿轮通过与其啮合的转动齿圈38带动转动螺套36在固定套筒35内转动，在安装于固定套筒35底端的方形环座39和测量柱30的限位下，从而使转动螺杆37在转动螺套36内沉降，从而带动与转动螺套36连接的测量柱30沉降，测量柱30穿设开口12并伸入土表层内。
26.如图2、图6所示，本发明提供的一个实施例中，所述自调整位移监测单元3还包括：位移传感器15，所述位移传感器15固定安装于所述固定套筒35表面；拉绳16，所述拉绳16连接于所述位移传感器15的活动端；配重环17，所述配重环17连接于所述拉绳16远离位移传感器15端，所述配重环17用于平放于土表层上，所述配重环17套设于所述测量柱30上；处理器，所述处理器安装于所述顶板2上，所述位移传感器15和驱动电机14均与所述处理器连接；显示屏，所述显示屏安装于所述顶板2上，所述显示屏与所述处理器连接。
27.上述技术方案的工作原理和有益效果为：配重环17可以采用两个半环拼接而成，配重环17套设于测量柱30上，并平放于土表层，此时显示屏读取两个配重环17的位移数据a1、b1，当土壤流失时，配重环17随着土表层下降而下落，配重环17通过拉绳16拉动位移传感器15的活动端，处理器记录下两个配重环17的位移数据a2、b2，并显示到显示屏上，从而更加方便的读取土壤流失的高度。
28.如图2所示，本发明提供的一个实施例中，所述升降单元4包括：升降套筒41，所述升降套筒41竖直安装于所述顶板2靠近底板11端；升降滑块42，所述升降滑块42滑动连接于所述升降套筒41内；升降杆43，所述升降杆43竖直安装于所述底板11上，所述升降杆43远离底板11端伸入所述升降套筒41内，并与所述升降滑块42连接；阻尼器44，所述阻尼器44安装于所述升降套筒41内，并连接于所述升降滑块42远
离升降杆43端和所述升降套筒41内壁之间；总送气管路45，所述总送气管路45一端伸入所述升降套筒41内，所述总送气管路45另一端与所述自清洁单元5连接。
29.上述技术方案的工作原理和有益效果为：顶板2和底板11之间通过升降单元4连接，当需要增大顶板2和底板11的间隔时，脚踩脚踏板，拽拉顶板2，从而带动与顶板2连接的升降套筒41沿着升降杆43向阻尼器44拉伸方向运动，进而带动与升降杆43连接的升降滑块42在升降套筒41内向阻尼器44拉伸方向运动，总送气管路45将驱动自清洁单元5工作的空气吸入升降套筒41内，相反地，当需要减小顶板2和底板11的间隔时，只需要按压顶板2，从而将升降套筒41内空气自总送气管路45送入自清洁单元5内，以驱动自清洁单元5工作。
30.如图2、图3、图7所示，本发明提供的一个实施例中，所述自清洁单元5包括：升降座51，所述升降座51固定安装于所述顶板2靠近底板11端的中心位置；升降室52，所述升降室52设于所述升降座51内，所述总送气管路45另一端连通于所述升降室52内；横向传动座53，所述横向传动座53位于所述升降座51下方；升降柱54，所述升降柱54一端竖直安装于所述横向传动座53上，所述升降柱54另一端自所述升降座51底端伸入所述升降室52内；升降板55，所述升降板55滑动连接于所述升降室52内，所述升降柱54另一端与所述升降板55连接；上动作室56，所述上动作室56设于所述升降柱54内；下动作室57，所述下动作室57设于所述横向传动座53内，所述下动作室57位于所述上动作室56正下方；限位滑块58，所述限位滑块58滑动连接于所述上动作室56内；升降塞体59，所述升降塞体59滑动连接于所述下动作室57内；升降传动杆50，所述升降传动杆50一端伸入所述上动作室56内，并与所述限位滑块58连接，所述升降传动杆50另一端伸入所述下动作室57内，并与所述升降塞体59连接；复位弹簧21，所述复位弹簧21位于所述下动作室57内，所述复位弹簧21套设于所述升降传动杆50上，所述复位弹簧21连接于所述下动作室57内壁和升降塞体59之间；限位杆22，所述限位杆22连接于所述升降室52内壁上，两个所述限位杆22以所述升降传动杆50为中心对称贯穿所述上动作室56，所述限位杆22与所述限位滑块58连接，所述升降柱54表面开设有便于连通于所述上动作室56内，并便于所述限位杆22滑动的竖向滑槽；限位横槽23，两个所述限位横槽23以所述升降柱54为中心对称开设于所述横向传动座53底端；横移气缸24，所述横移气缸24安装于所述限位横槽23内；第一出气管路25，所述第一出气管路25一端伸入所述下动作室57内，所述第一出气管路25另一端伸入所述限位横槽23内，并与所述横移气缸24连接；横移竖板26，所述横移竖板26滑动连接于所述限位横槽23内，所述横移竖板26与所述横移气缸24的动作端连接；
刷板27，所述刷板27安装于所述横移竖板26上，所述刷板27与所述横移竖板26呈垂直设置，所述刷板27靠近所述测量柱30设置。
31.上述技术方案的工作原理和有益效果为：脚踩脚踏板，拽拉顶板2，从而使顶板2和底板11间距变大，此时，底板11贴于土表层上，测量柱30脱离开口12，并在重力作用下，与地平面呈垂直设置，同步地，总送气管路45将驱动自清洁单元5工作的空气吸入升降套筒41内，升降室52内产生负压，位于升降室52内的升降板55通过升降柱54带动横向传动座53上升，位于上动作室56内并通过限位杆22固定于升降室52内的限位滑块58不动作，进而使与限位滑块58通过升降传动杆50连接的升降塞体59在下动作室57内下降，将下动作室57内空气通过第一出气管路25送入位于限位横槽23的横移气缸24内，横移气缸24拉伸，带动与其连接的横移竖板26、与横移竖板26连接的刷板27向远离测量柱30方向运动，刷板27解除对测量柱30的限位，从而便于调整测量柱30沿着自调整槽32左右滑动，方便调整两个测量柱30距离的同时，方便测量柱30的翻转；当测量结束后，脚踩脚踏板，并按压顶板2，顶板2和底板11的间隔减小，升降套筒41内空气自总送气管路45送入升降室52内，位于升降室52内的升降板55通过升降柱54带动横向传动座53下降，位于上动作室56内并通过限位杆22固定于升降室52内的限位滑块58不动作，进而使与限位滑块58通过升降传动杆50连接的升降塞体59在下动作室57内上升，横移气缸24内空气通过第一出气管路25吸入下动作室57内，横移气缸24收缩，带动与其连接的横移竖板26、与横移竖板26连接的刷板27向靠近测量柱30方向运动，此时，驱动电机14反向转动，从而使转动螺杆37带动测量柱30抬升，以脱离土表层，同步地，横向传动座53带动刷板27下降并优先贴靠固定套筒35，从而带动两个固定套筒35带动测量柱30自调整槽32向靠近彼此的方向运动，当固定套筒35无法移动时，横向传动座53带动刷板27继续下降，刷板27继续向靠近测量柱30方向运动，并贴设于测量柱30上，转动螺杆37带动测量柱30抬升，从而对棱柱状的测量柱30一面自上而下进行刷洗，清除测量柱30表面的沾土。
32.本发明提供的一个实施例中，所述自清洁单元5还包括：喷头安装座28，两个所述喷头安装座28以所述升降柱54为中心对称安装于所述横向传动座53上；吹扫喷头29，所述吹扫喷头29安装于所述喷头安装座28上，所述测量柱30位于所述刷板27和吹扫喷头29之间；第二出气管路20，所述第二出气管路20一端与所述吹扫喷头29连接，所述第二出气管路20另一端旁通连接于所述总送气管路45上。
33.上述技术方案的工作原理和有益效果为：按压顶板2，从而使升降套筒41内空气自总送气管路45送入升降室52内时，总送气管路45内空气自第二出气管路20送入安装于喷头安装座28的吹扫喷头29内，吹扫喷头29工作，从而在测量柱30抬升时，对棱柱状的测量柱30另三面自上而下进行吹扫，清除测量柱30表面的沾土。
34.本实施例另提供的一种可视化水土保持监测方法，依据如上的可视化水土保持监测装置，包括如下步骤：步骤1、手持顶板2，将刺入柱13刺入预设监测位置的土表层内，脚踩脚踏板，从而使所述底板11贴设于土表层，双手提拉顶板2，从而使顶板2和底板11间距变大；
步骤2、在重力作用下，所述测量柱30带动固定套筒35在横移槽33内翻转，从而使测量柱30自调整与地平线垂直；步骤3、转动螺套36转动，从而带动转动螺杆37、与转动螺杆37连接的测量柱30刺入土表层内，调整拉绳16长度，从而使配重环17平放于土表层上，当土壤流失时，配重环17随着土表层下降而下落，配重环17通过拉绳16拉动位移传感器15的活动端，处理器记录下位移数据并显示到显示屏上；步骤4、记录两个配重环17的位移量。
35.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。