[发明专利]野外自动土壤侵蚀监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种野外监测设备及及监测方法，具体的说是一种野 外自动土壤侵蚀监测装置及监测方法。

背景技术

土壤侵蚀常表层土壤厚度的变化，在单个监测点位上表现为土壤 的侵蚀和堆积现象，土壤厚度变化监测是水土保持监测的一项重要内 容。

目前对于土壤厚度变化的测定方法可以分为传统方法和新方法， 传统方法主要包括插钎法和径流小区观测法，插钎法是将插钎垂直插 入土层中，读取露出土面长度变化以计算土壤厚度变化的方法，这种 方法耗时耗力、测量误差较大；径流小区观测法是对土面围堰并收集 随径流冲下的泥沙，再通过泥沙量除以围堰面积得出土面的平均侵蚀 厚度的方法，这种方法适用面窄，人工观测误差大，精度较低，适宜 于水土流失监测而不适宜于土壤侵蚀观测。新技术方法包括立体测距 法、单点测距法、遥感解译法、光电测尺法、间接法等，新技术大多 受限于成本高、操作复杂，因而难以推广。

如立体测距法、单点测距法可以统称为测距法，区别在于测距设 备类型和测距点的数量，测距法测量精度高，但操作复杂、成本较高、 后期处理难度大，且目前国内外测距法均未解决降雨时坡面径流造成 的测量误差。

立体测距法主要是利用三维激光扫描和倾斜摄影测量技术，定期 读取地形数据，根据地形变化量推算土壤侵蚀量，如专利 (CN201010143941.2)对此种方法进行了简化和标准化改进，但仍具 有成本高、操作复杂、需要后期专门处理等缺点。单点测距法类似于 插钎的原理，采用单点测距，基于激光测距和超声波测距原理，获取 典型点的土壤侵蚀厚度变化，进而推算监测面土壤侵蚀变化，如专利 (CN201210063867.2)利用激光测距原理，对单点测距进行了改良， 使用可转动激光测距仪获取多点土壤侵蚀变化情况，

遥感解译法是利用大尺度的影像并结合地面高程数据进行土壤 侵蚀估算的方法，如专利(CN201511023717.9)对这种方法进行了限 定和改进，但遥感解译法精度较低，适用于大尺度水土保持监测，对 于高精度小区域的监测意义不大。光电测尺法是利用由光电池PV数 量不少于1块的线型排列的光电池阵列组成测尺，直接读取土壤厚度 变化值，如专利(CN200920191369.X)公开了一种用于土壤侵蚀观测 的光电测尺，这种方法受限于供能情况、使用寿命、光电测尺读取精 度及自动化问题，难以在野外环境恶劣条件下使用。间接法是利用测 量土壤里其它与土壤侵蚀相关的数据，综合推算土壤侵蚀情况的方 法，如专利(CN201620224908.5)则主要利用光电传感器、温度湿度 传感器等获得与土壤侵蚀相关的温度、湿度等数据，进而转换成土壤 侵蚀量，这种方法测量的不稳定性很大，且出现误差极难矫正，不适 宜于大面积复杂环境布设。

综上，布设野外自动土壤侵蚀监测设备需具备以下几个条件：1、 具备自我供能条件；2、成本较低；3、使用寿命长；4、监测精度高 较高、5、功能全面。由于土壤侵蚀监测点常位于环境恶劣的野外， 同时管理条件低，通讯环境差，目前国内外均未在土壤侵蚀监测上大 规模布设无人值守自动监测设备。

另一方面，产流是降雨后覆盖在地表的水层，此时若采用测距仪 测量时，其测到的数值，则是水层上面的数据，而非土壤表面的真实 数据，因此当降雨后产流的产生会直接影响监测数据的真实可靠性， 当监测设备用于野外土壤侵蚀监测时，产流对数据的准确性的影响一 直是需要克服问题，其主要原因是(1)当地面出现降雨造成的产流 后存在水位误差，监控设备无法进行自动判别，导致测得的数据不真 实；(2)有降雨并不意味着一定会发生产流，降雨和产流并不存在 必然关系，并且地质条件不同，产流发生的条件也不相同，因此无法 通过简单判断降雨的有无来判断产流是否产生，进一步造成监测数据 的不真实。目前为止还没有好的办法解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、具 备自我供能、使用寿命长、精度高、功能全面的野外自动土壤侵蚀监 测装置。

本发明的另一目的提供一种能有效剔除产流造成的不真实数据， 野外土壤侵蚀监测准确性高的、可自动进行判断和计算的野外自动土 壤侵蚀监测装置的监测方法。