一种长期森林生态水文水量自动化动态测量方法及装置

技术领域

本发明涉及森林生态水文水量测量领域，更具体地说，本发明涉及一种长期森林生态水文水量自动化动态测量方法及装置。

背景技术

森林水文学是从森林植被冠层与地被物层水文机制、林地土壤水分运动数学模拟、森及土壤水分动态变化规律、林地坡面地表径流运动的数学模拟、森林植被对不同尺度径流影响分析等方面系统研究分析了森林水文所涉及各个作用层面的作用过程与影响机制，在实验研究的基础上，通过数值模拟计算，揭示森林植被对地表径流、土壤水分运动的作用机理；通过水量平衡分析，揭示森林植被和态系统水分平衡各分量所占的比例和相对重要性，以期为森林植被的经营和宣和综合效益评价提供依据。

现有的对长期森林生态水文水量自动化动态测量方法设计不佳，树木上的树枝本身附着的雨水也会对总的雨水量造成影响，使得最终检测的水量数据无法达到检测效果。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种长期森林生态水文水量自动化动态测量方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种长期森林生态水文水量自动化动态测量装置，包括树木主干和若干个设置在树木主干顶部外壁的树木枝干，所述树木主干的外部套接有集水组件，每个树木枝干的底部外壁均贴合有引流棉，所述引流棉的外侧设置有贴合板，所述树木枝干的外部设置有用于将引流棉和贴合板贴合固定与树木枝干底部的固定带，所述引流棉的底部贴合树木主干的外表面，且树木主干的外部设置有用于将引流棉和贴合板固定于树木主干外部的卡箍，所述引流棉的底端延伸至集水组件的顶部，所述集水组件的外部设置有防护壳组件，所述防护壳组件的内壁设置有支撑集水组件的支撑板，所述集水组件的底部设置有出水口，所述出水口的底端连接有水管，所述树木主干的底部两侧均设置有放置于地面的封箱，所述封箱的内部设置有水箱，所述水箱的底部设置有承重板，所述承重板的底部安装有称重传感器，所述封箱的底部外侧设置有固定壳；

所述集水组件包括由对称的两部分壳体组合而成，组合后的集水组件包括设置在树木主干外部的导流板，所述导流板的外侧设置有汇流壳，所述汇流壳与导流板之间形成凹腔，该凹腔的内部安装有过滤网。

在一个优选地实施方式中，所述贴合板具体为一种可弯折变形的板体构件，所述固定带具体为一种棉布束带结构，所述卡箍具体由两个半圆卡件通过螺栓连接组成。

在一个优选地实施方式中，所述导流板与树木主干的接触面之间设置有橡胶垫，组成集水组件的两部分之间通过螺栓固定连接，连接处设置有橡胶垫。

在一个优选地实施方式中，所述防护壳组件包括设置在汇流壳外部的下壳体，所述下壳体的顶部连接有上壳体，所述上壳体的顶部内层设置有倾斜导流面。

在一个优选地实施方式中，所述封箱的前端部连接有门板，所述水管的底端依次贯穿汇流壳的底部和封箱的顶部并插设至水箱的上方位置处，所述封箱的顶部对应水管的外部设置有穿孔，所述水箱的顶部靠近水管的底端位置处设置有入水口。

在一个优选地实施方式中，所述固定壳的内部安装有蓄电池，所述蓄电池的上方安装有单片机，所述单片机的底部设置有支撑架，该支撑架与固定壳的内壁之间通过螺钉固定连接。

在一个优选地实施方式中，所述上壳体的顶部倾斜设置，且上壳体的底部与下壳体的顶部之间通过螺钉固定连接。

一种长期森林生态水文水量自动化动态测量装置的使用方法，具体使用方法步骤如下：

步骤一、在待测试区进行纵横矩阵式区域划分，并在每个划分的子区域中选择一颗主干粗细大小差别不大的树木进行待测；

步骤二、测量装置的安装，首先，将引流棉和贴合板进行粘接，并在粘接后，将引流棉的另一面对每个树木主干上的树木主干的树木枝干底部进行贴合，引流棉底部顺着树木枝干的端部与树木主干的外表面进行贴合，树木枝干上的引流棉和贴合板通过固定带进行固定但不勒紧，树木主干上的引流棉和贴合板通过卡箍进行固定但不勒紧，保持不脱离即可；

步骤三、集水组件的安装，将集水组件的两部分套在树木主干的两侧进行对接，对准后通过螺栓固定，并保持连接处之间设置有橡胶垫，集水组件安装在靠近引流棉的下方位置处，且集水组件上的导流板与树木主干之间的接触面之间设置有橡胶垫避免水通过两者之间的缝隙渗入过多；

步骤四、防护壳组件的安装，防护壳组件的两部分通过螺栓连接在集水组件的外部，防护壳组件上的上壳体设置在引流棉的底端外侧，下壳体设置在汇流壳的底部外侧；

步骤五、水箱的安装，在树木主干的底部两侧设置两个封箱，并在封箱的内腔底部设置有可称重的称重传感器，汇流壳底部连接的水管穿过下壳体和封箱的顶部对准水箱顶部的入水口所在的上方位置后即可，称重传感器的输出端引出导线与固定壳内部单片机的输入端连接；

步骤六、水箱内部水量的测量，在安装前首先对空箱状态的水箱进行重量测量，在安装之后的使用过程中，当水箱的内部水量增加时，称重传感器实时监测水箱的重量变化，并传输至单片机，单片机将检测的数据传输至监控终端，检测的数据在去掉水箱壳体本身的重量后为水箱内部水量的重量，并根据水的重量与体积之间的换算关系，1g水等于1ml水，从而快速判断水箱内部的水量。

本发明的有益效果：

本发明整体设计结构方便进行快速组装与拆卸，设置的引流棉能够将树木顶部树枝部分的水分进行引流至集水组件内，从而避免了现有技术仅仅只能对树木主干部分水量进行检测产生的数据误差，合理的对整个树木顶部接收的雨水量进行检测，减少了后续测量误差，集水组件内部的水经过滤后导流至水箱的内部，通过对水箱重量的变化实时自动化的对水箱内部水量进行有效测量，测试方法设计更加简单，减少了测量误差，易于操作者远程观测。

附图说明

图1为本发明的整体剖视图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明图1中A部分的放大图。

图4为本发明中防护壳组件的结构示意图。

图5为本发明中集水组件连接后的主视图。

图6为本发明中集水组件连接的结构示意图。

图7为本发明中固定壳的内部结构示意图。

图8为本发明中称重传感器的安装电路图。

附图标记为：1、树木主干；2、树木枝干；3、引流棉；4、贴合板；5、固定带；6、卡箍；7、汇流壳；8、导流板；9、出水口；10、水管；11、封箱；12、水箱；13、承重板；14、称重传感器；15、固定壳；16、过滤网；17、蓄电池；18、单片机；19、门板；20、上壳体；21、下壳体；22、倾斜导流面；23、支撑板；111、穿孔；121、入水口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如附图1-8所示的一种长期森林生态水文水量自动化动态测量装置，包括树木主干1和若干个设置在树木主干1顶部外壁的树木枝干2，树木主干1的外部套接有集水组件，每个树木枝干2的底部外壁均贴合有引流棉3，引流棉3的外侧设置有贴合板4，树木枝干2的外部设置有用于将引流棉3和贴合板4贴合固定与树木枝干2底部的固定带5，引流棉3的底部贴合树木主干1的外表面，且树木主干1的外部设置有用于将引流棉3和贴合板4固定于树木主干1外部的卡箍6，引流棉3的底端延伸至集水组件的顶部，集水组件的外部设置有防护壳组件，防护壳组件的内壁设置有支撑集水组件的支撑板23，集水组件的底部设置有出水口9，出水口9的底端连接有水管10，树木主干1的底部两侧均设置有放置于地面的封箱11，封箱11的内部设置有水箱12，水箱12的底部设置有承重板13，承重板13的底部安装有称重传感器14，封箱11的底部外侧设置有固定壳15；

集水组件包括由对称的两部分壳体组合而成，组合后的集水组件包括设置在树木主干1外部的导流板8，导流板8的外侧设置有汇流壳7，汇流壳7与导流板8之间形成凹腔，该凹腔的内部安装有过滤网16。

其中，贴合板4具体为一种可弯折变形的板体构件，固定带5具体为一种棉布束带结构，卡箍6具体由两个半圆卡件通过螺栓连接组成，便于在安装后，引流棉3能够始终与树木枝干2和树木主干1之间保持接触。

其中，导流板8与树木主干1的接触面之间设置有橡胶垫，组成集水组件的两部分之间通过螺栓固定连接，连接处设置有橡胶垫，便于保持连接处的密封性能。

如附图1-4所示，防护壳组件包括设置在汇流壳7外部的下壳体21，下壳体21的顶部连接有上壳体20，上壳体20的顶部内层设置有倾斜导流面22，上壳体20的顶部倾斜设置，且上壳体20的底部与下壳体21的顶部之间通过螺钉固定连接，便于在使用过程中减少外部因素对集水组件内部水量的影响，进而降低对检测数据的影响。

如附图1-2所示，封箱11的前端部连接有门板19，水管10的底端依次贯穿汇流壳7的底部和封箱11的顶部并插设至水箱12的上方位置处，封箱11的顶部对应水管10的外部设置有穿孔111，水箱12的顶部靠近水管10的底端位置处设置有入水口121，便于将引流后经过滤的水导流至水箱12的内部。

其中，固定壳15的内部安装有蓄电池17，蓄电池17的上方安装有单片机18，单片机18的底部设置有支撑架，该支撑架与固定壳15的内壁之间通过螺钉固定连接，设置的单片机18型号为STC12C5A60S2，称重传感器14型号为HCBLY，以上型号均为实施本技术方案的其中一种实施手段，但并不仅仅限于上述型号，实际使用时，可根据需求选择更优或更实惠的型号。

一种长期森林生态水文水量自动化动态测量装置的使用方法，具体使用方法步骤如下：

步骤一、在待测试区进行纵横矩阵式区域划分，并在每个划分的子区域中选择一颗主干粗细大小差别不大的树木进行待测；

步骤二、测量装置的安装，首先，将引流棉3和贴合板4进行粘接，并在粘接后，将引流棉3的另一面对每个树木主干1上的树木主干1的树木枝干2底部进行贴合，引流棉3底部顺着树木枝干2的端部与树木主干1的外表面进行贴合，树木枝干2上的引流棉3和贴合板4通过固定带5进行固定但不勒紧，树木主干1上的引流棉3和贴合板4通过卡箍6进行固定但不勒紧，保持不脱离即可；

步骤三、集水组件的安装，将集水组件的两部分套在树木主干1的两侧进行对接，对准后通过螺栓固定，并保持连接处之间设置有橡胶垫，集水组件安装在靠近引流棉3的下方位置处，且集水组件上的导流板8与树木主干1之间的接触面之间设置有橡胶垫避免水通过两者之间的缝隙渗入过多；

步骤四、防护壳组件的安装，防护壳组件的两部分通过螺栓连接在集水组件的外部，防护壳组件上的上壳体20设置在引流棉3的底端外侧，下壳体21设置在汇流壳7的底部外侧；

步骤五、水箱12的安装，在树木主干1的底部两侧设置两个封箱11，并在封箱11的内腔底部设置有可称重的称重传感器14，汇流壳7底部连接的水管10穿过下壳体21和封箱11的顶部对准水箱12顶部的入水口121所在的上方位置后即可，称重传感器14的输出端引出导线与固定壳15内部单片机18的输入端连接；

步骤六、水箱12内部水量的测量，在安装前首先对空箱状态的水箱12进行重量测量，在安装之后的使用过程中，当水箱12的内部水量增加时，称重传感器14实时监测水箱12的重量变化，并传输至单片机18，单片机18将检测的数据传输至监控终端，检测的数据在去掉水箱12壳体本身的重量后为水箱12内部水量的重量，并根据水的重量与体积之间的换算关系，1g水等于1ml水，从而快速判断水箱12内部的水量。

工作原理：首先，在待测试区进行纵横矩阵式区域划分，并在每个划分的子区域中选择一颗主干粗细大小差别不大的树木进行待测；其次，将引流棉3和贴合板4进行粘接，并在粘接后，将引流棉3的另一面对每个树木主干1上的树木主干1的树木枝干2底部进行贴合，引流棉3底部顺着树木枝干2的端部与树木主干1的外表面进行贴合，树木枝干2上的引流棉3和贴合板4通过固定带5进行固定但不勒紧，树木主干1上的引流棉3和贴合板4通过卡箍6进行固定但不勒紧，保持不脱离即可；然后，将集水组件的两部分套在树木主干1的两侧进行对接，对准后通过螺栓固定，并保持连接处之间设置有橡胶垫，集水组件安装在靠近引流棉3的下方位置处，且集水组件上的导流板8与树木主干1之间的接触面之间设置有橡胶垫避免水通过两者之间的缝隙渗入过多；进一步的，防护壳组件的两部分通过螺栓连接在集水组件的外部，防护壳组件上的上壳体20设置在引流棉3的底端外侧，下壳体21设置在汇流壳7的底部外侧；进一步的，在树木主干1的底部两侧设置两个封箱11，并在封箱11的内腔底部设置有可称重的称重传感器14，汇流壳7底部连接的水管10穿过下壳体21和封箱11的顶部对准水箱12顶部的入水口121所在的上方位置后即可，称重传感器14的输出端引出导线与固定壳15内部单片机18的输入端连接；最后时对水箱12内部水量的测量，在安装前首先对空箱状态的水箱12进行重量测量，在安装之后的使用过程中，当水箱12的内部水量增加时，称重传感器14实时监测水箱12的重量变化，并传输至单片机18，单片机18将检测的数据传输至监控终端，检测的数据在去掉水箱12壳体本身的重量后为水箱12内部水量的重量，并根据水的重量与体积之间的换算关系，1g水等于1ml水，从而快速判断水箱12内部的水量。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。