[发明专利]基于机械微调双主机的地貌观测装置

说明书

本发明属于水土保持研究装置技术领域，涉及一种用于坡面地貌演变过程动态观测的装置。两个主机从不同方位发出平行、等高、且相互重叠的激光平面，投射到坡面地形上。图像采集装置以垂直于激光平面的角度拍摄投射了上述激光线的坡面地形，形成视频截图并被导入计算机形成三维立体图，进而计算出坡体体积、坡面坡度等参数。本装置通过转动地貌仪主机中的机械微调装置的旋钮，实现对激光线平面等间距、平行的精确调节。本装置通过观测支架上的固定螺栓和视屏盒里的蜗杆手柄旋钮，控制用于图像采集的摄像机的移动和转动。本发明提供了一种能方便地校准激光一字仪间距和角度，且能准确地观测侵蚀坡面上包括局部深沟在内所有地貌的新型地貌仪。

技术领域

本发明属于水土保持研究装置技术领域，涉及一种用于坡面地貌演变过程动态观测的装置。

背景技术

由于土壤侵蚀现象的复杂性，研究中多寻求可靠的方法对侵蚀地貌进行观测分析以期获得其发生机理。综观国内外土壤侵蚀的观测方法，可以归纳为雨后调查法和雨中动态观测法两种。雨后调查法是通过调查降雨后的地貌特征，反推水土流失量的方法。如杨吉山等对陕西绥德桥沟小流域重力侵蚀的观测杨吉山，姚文艺，王玲玲.黄土沟道重力侵蚀规律及机理研究[J].人民黄河，2014，36:93-96。最近，激光扫描仪等非接触式测量方法的介入，使重力侵蚀现场高危地形的监测成为可能，如唐辉、陈展鹏等人的研究唐辉，李占斌，李鹏，汤珊珊，任宗萍，张军.模拟降雨下坡面微地形量化及其与产流产沙的关系，农业工程学报，2015，31:127-133；陈展鹏，雷廷武，晏清洪，胡恒，熊明彪，李振林.汶川震区滑坡堆积体坡面侵蚀量测算方法，农业机械学报，2014，45:195-200。但使用激光扫描仪观测时，局部深沟和深坑可能成为扫描死角，需要利用全站仪进行手工补测。由于雨后调查法比较容易实施，是目前水土保持行业中常用方法。但是，在当次降雨过程中或者前几次降雨后，下落的崩滑体中一部分已被水流冲走，或者从上游输入的部分土壤会沉积在崩落体中，从而造成观测误差。雨中动态观测法是指在土壤侵蚀事件发生过程中，通过连续观测侵蚀发生过程和侵蚀堆积体形态，综合判断土壤侵蚀的类型及其侵蚀量。这种方法能够监测土壤发生的过程，但实施难度很大，相关研究成果很少。本专利的第一发明人及其所在的团队，利用结构光技术，研制了侵蚀地貌的动态观测仪器——地貌仪。该团队自2009年至2013年间研制成功3代地貌仪样机、获6项授权国家发明专利，实现了降雨模拟试验中沟坡重力侵蚀过程的定量、动态观测，如张红武教授主持的国家自然科学基金重点项目5139003模型试验中溃坝冲刷量的观测以及本专利的第一发明人主持的国家自然科学基金项目51079016相关试验的重力侵蚀观测。

但是，上述地貌仪仍存在以下缺点：1在试验现场的地貌仪主机如果被移动以后，主机中激光一字仪的位置、角度可能变化，即地貌仪主机发出的等高、平行激光平面会发生较大误差。因此需要对主机中激光一字仪的位置和角度进行校准后，主机才能被重新定位、用于试验观测，而上述地貌仪的校准工作较繁琐、耗时，亟待改进。2在黄土沟坡重力侵蚀的降雨模拟试验过程中，会形成窄、深、凹入的切沟。单个地貌仪主机发出的激光平面无论从哪个角度进入切沟都有可能被断开，无法全面观测凹入的切沟地貌。针对以上问题，本申请将原有的地貌仪观测技术进行升级改进，提出双主机配合测量沟坡崩滑过程的动态观测方法，并重新设计了用于激光一字仪精确定位的机械微调装置和能够实现精确定位的图像采集装置。根据上述思想设计制作的地貌仪样机完成了国家自然科学基金51179021中的黄土沟坡重力侵蚀过程现场试验。试验结果证实：改进后的地貌仪操作更方便，且对沟坡侵蚀过程的观测范围更为全面、观测精度更高。本申请拟对这次地貌仪改进的核心技术申请专利保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能方便地校准激光一字仪间距和角度，且能准确地观测侵蚀坡面上包括局部深沟在内所有地貌的新型地貌仪。

本发明的技术方案如下：

一种基于机械微调双主机的地貌观测装置，包括双主机、图像采集装置和附属设施；