開(kāi)展土壤風(fēng)蝕研究必須借助于必要的監(jiān)測(cè)手段和方法,獲得不同區(qū)域在不同時(shí)間大量而精確的風(fēng)蝕數(shù)據(jù)。目前,圍繞土壤風(fēng)蝕進(jìn)行的野外觀測(cè)、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等研究在化界主要風(fēng)蝕地區(qū)獲得了空前的發(fā)展,并成為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。研究人員相繼從風(fēng)沙地貌與沙漠化、風(fēng)蝕動(dòng)力學(xué)、風(fēng)蝕影響因子、風(fēng)蝕測(cè)定與評(píng)估模型、風(fēng)蝕防治技術(shù)等方面闡述了風(fēng)蝕過(guò)程并進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究,揭示了各種因素對(duì)風(fēng)蝕過(guò)程的影響,特別是人為因素對(duì)風(fēng)蝕的加劇作用,并提出了不同地區(qū)的風(fēng)蝕防治措施�；捎谕寥里L(fēng)蝕自身具脊時(shí)間上的突發(fā)性、空間上的無(wú)邊界性及難重復(fù)等特性,加之風(fēng)蝕作用自身物理機(jī)制極其妓雜舊.在時(shí)空上變異巨大,導(dǎo)致風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差較大,各研究結(jié)果之間差異明顯、可比性不夠強(qiáng)。因此,為有效地防治土壤風(fēng)蝕,就需要對(duì)現(xiàn)有風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行系統(tǒng)比較、分析與優(yōu)化。同時(shí),研制穩(wěn)定、可靠的能實(shí)時(shí)采集風(fēng)蝕數(shù)據(jù)的土壤風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)設(shè)備,建立高效、專業(yè)的土壤風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng),將土壤風(fēng)蝕從局部治理延伸到區(qū)域防治。在研究區(qū)域內(nèi)有序地布設(shè)多個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),對(duì)風(fēng)蝕的一系列指標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)期定時(shí)、定位觀測(cè),獲得不同區(qū)域、不同時(shí)間大量而精確的野外觀測(cè)數(shù)據(jù),以研究土壤風(fēng)蝕機(jī)理及其防治措施,并構(gòu)建相關(guān)模型,在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

.....

2熱敏式多通道風(fēng)速廓線儀研究

2.1熱敏式低功耗風(fēng)速傳感器研究

地表空氣動(dòng)力學(xué)粗趙度是地表平均風(fēng)速減小到零的高度,其值越大意味著土壤表面對(duì)風(fēng)速的消弱作用越明顯,抗風(fēng)蝕能力越強(qiáng)。近地表風(fēng)速廓線是指風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律,表征了風(fēng)速在垂直方向上的強(qiáng)度變化。研究發(fā)現(xiàn);在土壤風(fēng)蝕防治過(guò)程中,提高地表植被覆蓋度、留苦高度和帶狀修復(fù)等措施,其實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變地表植被結(jié)構(gòu),提高地表的粗禮度,增大地表對(duì)氣流的消弱作用,從而降低了地面風(fēng)速,減弱土壤風(fēng)蝕能力,也導(dǎo)致近地表風(fēng)速廓線發(fā)生變化地表粗飽度的變化將直接導(dǎo)致地表風(fēng)速廓線的變化;近地表風(fēng)速廓線的變化可間接地反映地表粗飽度的變化,可以用來(lái)評(píng)價(jià)被測(cè)區(qū)域內(nèi)土壤的抗風(fēng)蝕能力。因此,課題提出將近地表風(fēng)速廓線作為研究重點(diǎn),研制小體積、低功耗、高精度且具有硬件溫度補(bǔ)償功能的恒溫式風(fēng)速傳感器及具有自組網(wǎng)和自動(dòng)風(fēng)向識(shí)別功能的多通道風(fēng)速廓線儀。

2.2傳感器性能測(cè)試分析

另外,為便于系統(tǒng)集成并采用參考電壓為5V的16位AD轉(zhuǎn)換器對(duì)傳感器輸出電壓進(jìn)行采集,就需要増加減法器電路將傳感器的輸出電壓限制在0?5V以內(nèi),并對(duì)輸出的電壓信號(hào)做進(jìn)一步濾波處理。在室溫環(huán)境下,通過(guò)對(duì)10個(gè)風(fēng)速傳感器探頭的實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn),各傳感器的零風(fēng)速電壓最小值為1.834V;在16.4m/s風(fēng)速下的最大輸出電壓為6.173V。因此,采用放大器AD623和穩(wěn)壓芯片HT7318設(shè)計(jì)了減法器電路,將輸出電壓U。減去1.8V后作為傳感器的輸出信號(hào),并増加了濾波電容C8輸出電壓進(jìn)行濾波。傳感器電路原理圖及實(shí)物圖如圖巧和圖16所示,輸出電壓V0UT與風(fēng)速V的關(guān)系曲線如圖14所示。

3分流對(duì)沖式多通道無(wú)線集沙儀研究...51

3.1分流對(duì)沖降速原理...51
3.2多通道無(wú)線集沙儀研制...51
3.3集沙儀數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)研究55...60
4基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的土壤風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究...78
4.1土壌風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建...78
4.2低功耗無(wú)線數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)...81
4.3無(wú)線數(shù)據(jù)通信機(jī)制...90
4.4自組網(wǎng)通信協(xié)議研究...92
5土壤風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)...101
5.1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...101
5.2服務(wù)器數(shù)據(jù)訪問(wèn)軟件...102
5.3客戶端數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)......103

6風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

6.1無(wú)線傳輸性能測(cè)試

在系統(tǒng)投入使用前,需要通過(guò)野外試驗(yàn)的方法來(lái)驗(yàn)證研制的無(wú)線風(fēng)速廓線儀、多通道集沙儀及±壤風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否滿足野外風(fēng)蝕研究的需求;分別在天然草地、灌草帶狀修復(fù)草地、傳統(tǒng)秋翻地三種地表下對(duì)儀器和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及工作性能進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試,通過(guò)分析不同地表下系統(tǒng)獲得的風(fēng)速廓線和風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)曲線等,來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)工作的可靠性及穩(wěn)定性。

6.2風(fēng)蝕藍(lán)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)時(shí),底層網(wǎng)絡(luò)中包含一個(gè)風(fēng)速廓線采集節(jié)點(diǎn)和一個(gè)集沙量采集節(jié)點(diǎn),分別將20g、lOg、5g、2g、2g、1g、0.5g和0.2g等8種F2標(biāo)準(zhǔn)砝碼置于集沙儀8個(gè)集沙盒內(nèi)以便于測(cè)試集沙儀的測(cè)量精度;并采用小風(fēng)機(jī)對(duì)8路風(fēng)速傳感器進(jìn)行分別測(cè)試,以判斷各傳感器的工作狀態(tài);測(cè)試環(huán)境溫度為18.9°C,系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行3小時(shí),測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。測(cè)試結(jié)果如圖87所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:①在局域網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式,土壤風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)良好,實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的自組網(wǎng)、數(shù)據(jù)同步采集和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸與實(shí)時(shí)處理功能;②采集節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了溫度、濕度、大氣壓力、8通道風(fēng)速和集沙量等數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、無(wú)線傳輸與實(shí)時(shí)處理等功能,實(shí)時(shí)繪制了近地表風(fēng)速廓線和風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)曲線,并給出相關(guān)擬合方程;其中,7號(hào)和8號(hào)傳感器采集的是風(fēng)機(jī)在該測(cè)點(diǎn)處產(chǎn)生的風(fēng)速,在無(wú)風(fēng)狀態(tài)下,1號(hào)傳感器輸出誤差為O.2m/s,2-6號(hào)傳感器的輸出為零;8路稱重傳感器的最大誤差小于±0.02g。
.....

7結(jié)論與展望

本文以研究?jī)?nèi)蒙古陰山北麓農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)草原、農(nóng)田土壤風(fēng)蝕的發(fā)生、發(fā)展及演變規(guī)律為背景,借助于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子信息技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),優(yōu)化風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)方法和手段,建立了基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的止壌風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng),研制了相配套的風(fēng)蝕信息監(jiān)測(cè)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了與土壤風(fēng)蝕相關(guān)的環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力、風(fēng)速和風(fēng)蝕量等數(shù)據(jù)的自動(dòng)組網(wǎng)采集、處理與無(wú)線傳輸。(1)利用FS5熱敏流量傳感器探頭,以恒溫法風(fēng)速測(cè)量原理,設(shè)計(jì)了傳感器信號(hào)調(diào)理與采集處理電路,研制了具有體積小、功耗低、強(qiáng)度高且測(cè)量精度高等特點(diǎn)的風(fēng)速傳感器,并研究了硬件溫度補(bǔ)償電路和傳感器信號(hào)處理算法等。該傳感器自上電至輸出穩(wěn)定時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)8s,風(fēng)速響應(yīng)時(shí)間為2-3s;在0-6m/s風(fēng)速下的測(cè)量精度不低于O.O5m/s,在6-16m/s風(fēng)速下,傳感器測(cè)量輸出電壓最大偏差在30mv以內(nèi),測(cè)量精度不低于O.13111/5;連續(xù)穩(wěn)定工作時(shí)長(zhǎng)達(dá)6.3個(gè)小時(shí)。所設(shè)計(jì)的型探頭外殼對(duì)其周圍流場(chǎng)品質(zhì)影響較小。

....

參考文獻(xiàn)（略）

，

本文編號(hào)：196233