一种水土资源匹配度的评估装置论文和设计-王丽霞

全文摘要

本实用新型属于测量领域，针对现有的水土资源匹配度评估过度依赖第三方提供的降水量，加大评估人员甄别数据真假的工作量问题，提供了一种水土资源匹配度的评估装置，包括水土资源匹配度系统和均匀布设在各地的降水量计，水土资源匹配度系统包括与降水量计通信连接的服务器；降水量计包括底板、竖直固设在底板上的支撑杆和位于底板上方的降水量筒，降水量筒上下贯通，降水量筒的底部与底板之间通过压簧连接，降水量筒的底部沿降水量筒的轴心均匀嵌有铁片；底板顶部设有重力感应器，重力感应器上覆盖有挡水板；所述底板内设有空腔，空腔内设有与铁片相对的电磁铁；底板上设有计时器和控制器，控制器根据计时器的计时控制电磁铁所在电路的通断。

主设计要求

1.一种水土资源匹配度的评估装置，其特征在于：包括水土资源匹配度系统和均匀布设在各地的降水量计，水土资源匹配度系统包括服务器，服务器包括信号接收模块、数据处理模块和数据库；所述降水量计包括底板、竖直固设在底板上的支撑杆和位于底板上方的降水量筒，所述降水量筒上下贯通，降水量筒的底部与底板之间通过压簧连接，降水量筒的底部周向均匀嵌有铁片；底板顶部设有重力感应器，重力感应器上覆盖有能够与降水量筒底部贴合的挡水板，所述重力感应器感应到底板所受到的压力后，将重力信息发送给服务器的信号接收模块；所述底板内设有空腔，空腔内设有与铁片相对的电磁铁；底板上设有计时器和控制器，控制器根据计时器的计时控制电磁铁所在电路的通断；信号接收模块用于接收重力感应器发送的重力信息，并将该重力信息发送给数据处理模块；数据处理模块用于接收信号接收模块发送的重力信息，并根据前后接收到的重力信息，计算出降水量信息，并将该降水量信息发送给数据库进行存储。

设计方案

1.一种水土资源匹配度的评估装置，其特征在于：包括水土资源匹配度系统和均匀布设在各地的降水量计，水土资源匹配度系统包括服务器，服务器包括信号接收模块、数据处理模块和数据库；

所述降水量计包括底板、竖直固设在底板上的支撑杆和位于底板上方的降水量筒，所述降水量筒上下贯通，降水量筒的底部与底板之间通过压簧连接，降水量筒的底部周向均匀嵌有铁片；底板顶部设有重力感应器，重力感应器上覆盖有能够与降水量筒底部贴合的挡水板，所述重力感应器感应到底板所受到的压力后，将重力信息发送给服务器的信号接收模块；所述底板内设有空腔，空腔内设有与铁片相对的电磁铁；底板上设有计时器和控制器，控制器根据计时器的计时控制电磁铁所在电路的通断；

信号接收模块用于接收重力感应器发送的重力信息，并将该重力信息发送给数据处理模块；

数据处理模块用于接收信号接收模块发送的重力信息，并根据前后接收到的重力信息，计算出降水量信息，并将该降水量信息发送给数据库进行存储。

2.根据权利要求1所述的一种水土资源匹配度的评估装置，其特征在于：所述支撑杆铰接有盖板，所述盖板上开有通水孔，盖板自由端与降水量筒顶部相接触；当降水量筒与挡水板接触时，通水孔与降水量筒连通，通水孔在水平面上的投影半径与降水量筒的内径相同；所述盖板能够将降水量筒盖合。

3.根据权利要求1所述的一种水土资源匹配度的评估装置，其特征在于：所述降水量筒上端小，下端大。

4.根据权利要求2所述的一种水土资源匹配度的评估装置，其特征在于：所述盖板在通水孔边缘设有凸起。

5.根据权利要求1所述的一种水土资源匹配度的评估装置，其特征在于：所述支撑杆竖直设有滑轨，滑轨上设有可上下滑动的固定杆，固定杆远离支撑杆的端部固接降水量筒。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于测量领域，具体涉及一种水土资源匹配度的评估装置。

背景技术

因为自然及人类经济活动的强力干扰，水土资源矛盾日益突出。如何合理利用水土资源，协调经济与生态效益的关系，已经成为未来可持续发展的核心问题。水土资源的“水”代表了大气降水、地表水、地下水等各种水资源，水土资源的“土”代表了农用地、建设用地等各种土地利用方式。

在进行城市规划、农业灌溉、环境保护等方面，通常都需要对水土资源的匹配度进行评估，根据水土资源匹配度的测评结果，制定出能够实现区域生态环境效益和社会经济效益综合最大化的匹配方案。现有的水土资源匹配度评估，通常包括以下步骤：

S1，调查收集水文资料，整理降水、径流等数据，确定平水年，并将该年度相关的气象数据作为规划年水资源量的基础。运用ArcSWAT，以数字高程模型、土地利用规划图、土壤质地图作为输入的下垫面要素，通过叠置分析来划分水文响应单元；

S2，以水文响应单元为基础技术单元，将平水年的气象数据输入到 ArcSWAT软件气象组件中，对土地利用规划年产流量进行空间模拟，计算每一水文响应单元响应的产流量，通过汇流分析得出规划年水资源量，并根据水文响应单元产流量绘制水资源量空间分布图；

S3，选取随机抽样方法，通过空间优化步骤，采用SSSI空间抽样及统计工具推测规划年土地利用结构特征，从而得到农用地和建设用地占整个规划年的土地面积百分比；农用地的需水量主要涉及耕地、园地、林地和草地，根据平水年规划的整体种植结构，按照农用地不同的利用类型分别计算水资源需求量；根据“城市给水工程规划规范”及“城市综合用水量标准”进而拟定建设用地各类型的需水量。而后采用GM(1,1)灰色预测法，结合农用地水资源需求量和建设用地水资源需求量，绘制规划年水资源需求量空间分布图；

S4，构建水土资源平衡模型，对规划年水资源总量与不同土地利用方式水资源需求量进行匹配，分别对每个水文响应单元进行模拟计算，并将匹配度计算结果划分为优、良、差三个等级，绘制规划年水土资源匹配度空间分布图。

通过以上表述，可以发现，S1中所使用的降水量均是通过资料收集而获得的。在资料收集的过程中，会出现降水量数据的失真；为避免降水量数据误差，通常就需要工作人员通过多种方式查找降水量，并将各个途径所获得的降水量结合气象数据、前后两天降水量，进行分析和对比，从而确认出最可能正确的数据。这对于进行水土资源匹配度评估的工作人员来说，是一份不小的工作量。

因此，在水土资源匹配度评估领域，急需一种能够专用于水土资源匹配度评估的装置用来收集和统计降水量，来确保降水量数据的真实可靠。

实用新型内容

本实用新型提供了一种水土资源匹配度的评估装置，解决了现有的水土资源匹配度评估过度依赖第三方提供的降水量数据，加大评估人员甄别数据真伪的工作量的问题。

本实用新型的基础方案为：一种水土资源匹配度的评估装置，包括水土资源匹配度系统和均匀布设在各地的降水量计，水土资源匹配度系统包括服务器，服务器包括信号接收模块、数据处理模块和数据库；

信号接收模块用于接收重力感应器发送的重力信息，并将该重力信息发送给数据处理模块；

数据处理模块用于接收信号接收模块发送的重力信息，并根据前后接收到的重力信息，计算出降水量信息，并将该降水量信息发送给数据库进行存储。

基础方案的原理及有益效果为：本方案中，控制器控制电磁铁所在电路导通的，电磁铁对铁片施加向下的磁力，铁片带动降水量筒下降，压簧压缩，降水量筒的下壁与挡水板贴合形成一个蓄水容器，而重力感应器感应到上述蓄水容器中所含水的重力后，将即时重力信息发送给服务器，便于服务器根据即时重力信息判断出此时的降水量信息，再结合降水量筒所处位置的气候和地质情况，推算出降水量信息。

在一个时间段后，控制器控制电磁铁所在电路断开，电磁铁失去磁性，压缩的压簧对降水量筒施加向上的弹力，使得降水量筒上移，降水量筒的底部与挡水板之间产生空隙，降水量筒内的雨水从上述空隙中溢出，完成对雨水的释放，便于降水量计在下一时间段的工作。

此外，本方案中计时器是用来对于电磁铁所在电路导通时间进行计算的，工作人员在安装该降水量计之前，就会将计时器设置一个固定时间，当电磁铁所在电路导通的时间到达这个固定时间后，控制器会根据计时器的反馈控制电磁铁所在电路断开，从而减少人工操作。

本方案中，降水量计的重力感应器所测出的重力信息是直接发送给水土资源匹配度系统的服务器；服务器根据重力信息计算出对应的降水量信息，并将该降水量信息进行存储。与现有技术中从各种途径查找资料进行对比分析的方法相比，上述过程中整体没有第三方信息，所得到降水量信息更为客观和准确。

优选方案一：作为基础方案的优选，所述支撑杆铰接有盖板，盖板上开有通水孔，盖板自由端与降水量筒顶部相接触；当降水量筒与挡水板接触时，通水孔与降水量筒连通，通水孔在水平面上的投影半径与降水量筒的内径相同；所述盖板能够将降水量筒盖合。

本方案中，降水量筒与挡水板相接触时，即降水量筒正在承接降水，通水孔与降水量筒连通，通水孔在水平面上的投影与降水量筒的内径相同，保证了降水量筒承接雨水的水平面积不变，便于后续估算整块土地上的降水量；并且，在降水量筒远离挡水板时，即降水量筒正在释放所存雨水，盖板上的通水孔与降水量筒错开，盖板将降水量筒盖上，降水量筒不再接收外界雨水，便于降水量筒的快速排水。

优选方案二：作为基础方案的优选，所述降水量筒上端小，下端大。本方案中，降水量筒的设计便于降水量筒中的水排出时更为顺畅，减少水珠挂在降水量筒内壁的情况。

优选方案三：作为基础方案的优选，所述盖板在通水孔边缘设有凸起。凸起的设定，避免雨水掉落在盖板上端后，沿着倾斜盖板进入通水孔，落入降水量筒中，保证降水量筒中的雨水均为正上方飘落的，便于服务器根据降水量筒的降水量推算周边地面的降水量。

优选方案四：作为优选方案一的优选，所述支撑杆竖直设有滑轨，滑轨上设有可上下滑动的固定杆，固定杆远离支撑杆的端部固接降水量筒。本方案中，利用可上下滑动的固定杆限定降水量筒只能上下移动，避免风吹后降水量筒倾倒的情况。

附图说明

图1为本实用新型一种水土资源匹配度的评估装置实施例中降水量计的结构示意图。

具体实施方式

下面针对具体实施方式进行详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：底板1、电磁铁2、压簧3、挡水板4、铁片5、降水量筒6、盖板7、通水孔8、固定杆9、支撑杆10。

一种水土资源匹配度的评估装置，包括水土资源匹配度系统和均匀布设在各地的降水量计；水土资源匹配度系统主要包括服务器，服务器包括数据库、信号接收模块、数据处理模块、水土资源匹配度规划模块和显示模块。

如图1所示，降水量计包括底板1、竖直固设在底板1左端顶部的支撑杆10和位于底板1上方的降水量筒6；降水量筒6上下贯通且上端小、下端大，降水量筒6底部的两端分别通过压簧3连接底板1的两端；降水量筒6的底部均匀嵌有铁片5；底板1顶部设有重力感应器，重力感应器上覆盖有能够与降水量筒6底部贴合的挡水板4；挡水板4采用橡胶制的薄皮，保证降水量筒6 下移后挤压挡水板时，降水量筒6与挡水板之间连接紧密。底板1的内部设有空腔，空腔的上壁设有电磁铁2，电磁铁2与铁片5的位置一一对应；底板1 安装有计时器和控制器，控制器根据计时器的计时控制电磁铁2所在电路的通断。

这里重力感应器采用压敏传感器和存储器相结合的单片机板，压敏传感器采集底板1顶部所受到的压力，存储器中预存有该降水量计所处位置的位置信息；重力感应器采集到底板1顶部所受到的压力后，重力信息和位置信息发送给服务器的信号接收模块；信号接收模块采用天线，重力感应器与信号接收模块之间的通信为无线通信，天线是一种常用材料简单易得，接收信号优良；信号接收模块接收到重力感应器发送的重力信息G_{1<\/sub>和位置信息后，将该重力信息 G _{1<\/sub>和位置信息发送给数据处理模块。}}

数据库包括降水存储单元和初始存储单元，降水存储单元中信息的存储格

式如下表：

数据库中编号从1～n(n为正数)代表了信息的存放的先后顺序，重力信息是指降水量计所测出来的重力信息；同一位置的降水信息和重力信息均与位置信息关联，而同一期不同的位置信息是通过编号相关联，即编号相同的一行中不同的位置信息代表了，同一时期不同位置的降水。

初始存储单元中存储有初始重力信息G_{0<\/sub>，降水量计的设计者在降水量计为空杯(降水量计没有水)时，重力感应器检测到的底板上的压力信息，该压力信息是由降水量筒6的重力、电磁铁2对铁片5的磁力、固定杆9的重力、支撑杆10对固定杆9的向上摩擦力、盖板7的部分重力和挡水板的重力共同作用而成。}

数据处理模块接收到信号接收模块发送的位置信息和重力信息G_{1<\/sub>，根据位置信息从数据库中调出对应该位置信息的初始重力信息G_{0<\/sub>；而后数据处理模块将重力信息G_{1<\/sub>减去初始重力信息G_{0<\/sub>，从而得到当期降水信息，并将位置信息、当期降水信息和重力信息G_{1<\/sub>进行关联，而后将关联后的位置信息、当期降水信息和重力信息G_{1<\/sub>发送给数据库；数据库接收到位置信息、当期降水信息和重力信息G_{1<\/sub>后，根据位置信息分别将当期降水信息和重力信息G_{1<\/sub>进行存储。}}}}}}}}

注：重力感应器的压敏传感器采集的重力信息是由降水量筒6的重力、电磁铁2对铁片5的磁力、固定杆9的重力、支撑杆10对固定杆9的向上摩擦力、盖板7的部分重力、挡水板的重力、降水量筒内水的重力共同作用而成。

具体案例如下：

在使用时，将若干降水量计进行分组，两个降水量计为一组，一组降水量计布设在同一个地方，不同组别的降水量计布设在不同的地方。

在设计同一组的就两个降水量计工作的时间间隔时，将计时器的周期设计为24h。其中，0h～12h为通电，计时器向控制器发送导通信息，12h～24h为断电，计时器向控制器发送断开信息；另一个降水量计的计时周期为0h～12h断电，计时器向控制器发送断开信息，12h～24h通电，计时器向控制器发送导通信息。这样可保证在一日内，两个降水量计间隔工作，即一个降水量计处于蓄水状态，另一个降水量计处于放水状态。

以第一个降水量计为例：

(a)0～12h时，计时器向控制器发送导通信息，控制器接收到导通信息后，控制电磁铁2所在电路导通；电磁铁2对铁片5施加向下的磁力，铁片5带动降水量筒6下降，压簧3压缩，降水量筒6的下壁与挡水板4贴合形成一个蓄水容器，整个降水量计处于蓄水状态。

降水量筒6下降，盖板7的右端下移，盖板7的通水孔8与降水量筒6连通，通水孔8在水平面上的投影与降水量筒6的内径相同，保证了降水量筒6 承接雨水的水平面积不变，便于后续估算整块土地上的降水量，进而推算出整块土地的降水量。

重力感应器感应到底板顶部所受到的压力，并将重力信息和位置信息发送给服务器的信号接收模块；而后信号接收模块将重力信息和位置信息转发给数据处理模块，数据处理模块根据位置信息，对重力信息进行处理，得到当期降水信息，最终将位置信息、当期降水信息和当期重力信息(即重力传感器本次所检测到的重力信息)发送给数据库进行存储。

水土资源匹配度规划模块从数据库中调出位置信息和降水信息，采用中国专利CN106803211A中所提供的水土资源匹配度评估方法，进行水土资源匹配度评估。具体为：S1，从数据库中调出分布在目标区域内、目标月份内的近两年降水量数据，从而得到目标区域内近两年的水增长量，而后根据外界采集到的目标区域、目标月份的近两年地下、地上水量，计算出近两年目标区域、目标月份的水资源总量；S2，计算近两年与当年的时间匹配度和空间匹配度，了解使用近两年的数据与当年规划之间的匹配程度；S3，根据数据库内的数据计算供水量总偏差；S4，根据农业用地和建筑用地的面积和其他因素(包括近两年目标区域目标月份的水资源总量、近两年与当年的时间匹配度和空间匹配度)，计算出本次估算的农业用地未来供水量和建筑用地的未来供水量，并将农业用地未来供水量和建筑用地未来供水量发送给显示模块；S5，根据背景技术中的规定，计算出农业用地未来的需水量和建筑用地未来的需水量，并将农业用地未来需水量和建筑用地未来需水量发送给显示模块。

显示模块，采用LED显示屏，在接收到水土资源匹配度规划模块发送的农业用地未来供水量、建筑用地未来供水量、农业用地未来需水量和建筑用地未来需水量后，将这些数据显示出来，便于工作人员对农业用地未来供水量与农业用地未来需水量、建筑用地未来供水量与建筑用地未来需水量之间进行对比，从而得到在当年那些低于需要进行人工干涉，从而进行水土资源评估。

(b)12h～24h时，计时器向控制器发送断开信息，控制器接收到断开信息后，控制电磁铁2所在电路断开；电磁铁2失去磁性，压缩的压簧3对降水量筒6施加向上的弹力，使得降水量筒6上移，降水量筒6的底部与挡水板4之间产生空隙，降水量筒6内的雨水从上述空隙中溢出，完成对雨水的释放，降水量计进入放水状态，便于进行下一轮的蓄水检测降水量；此时，盖板7的右端上移，盖板7上的通水孔8与降水量筒6错开，盖板7将降水量筒6盖上，降水量筒6不再接收外界雨水，便于降水量筒6的快速排水。

综上所述，单一降水量计进入蓄水状态后，计时器进行计时，当计时器计时到12h时，降水量计将进入放水状态，计时器继续计时；当计时器计时到 24h时，降水量计重新计入蓄水状态，计时器的计时清空，计时器重新进行计时；当计时器计时到12h时，降水量计再次进入放水状态……

注：在同一时间段内如0h～12h内，若同一降水量计发送多个重力信息，则最终的数据处理模块所认定的G1，以数值最大的为准。

此外，本方案针对降水量计还做出了如下改动：

(1)支撑杆10上部焊接有带第一通孔的固定块，盖板7的左端开有第二通孔，利用栓杆穿过第一通孔和第二通孔完成支撑杆10与盖板7之间的铰接；盖板7的右部竖直开有通水孔8，通水孔8的边缘设置环形凸起，避免雨水掉落在盖板7上端后，沿着倾斜盖板7进入通水孔8，落入降水量筒6中，保证降水量筒6中的雨水均为正上方飘落的，便于服务器根据降水量筒6的水平剖面推算附近土地上的降水量；当降水量筒6与挡水板4接触时，通水孔8与降水量筒6连通，通水孔8在水平面上的投影半径与降水量筒6的内径相同；当降水量筒6与挡水板4间隔时，盖板7能够将降水量筒6盖合。

(2)支撑杆10中部竖直设有滑轨，滑轨上设有可上下滑动的水平固定杆 9，固定杆9右端为圆环，该圆环与降水量筒6的外侧壁焊接，可上下滑动的固定杆9限定降水量筒6只能上下移动，避免在外力的作用下降水量筒6相对于底板1倾倒。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

设计图

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