CN110081801A

CN110081801A - 一种潮沟微地貌演变原位监测装置与方法

Info

Publication number: CN110081801A
Application number: CN201910367617.XA
Authority: CN
Inventors: 崔保山; 宁中华; 谢湉
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2019-08-02

Abstract

本发明提供了一种潮沟微地貌演变原位监测装置与方法。本发明装置主要包括固定基座1‑1，液压升降平台1‑2，测量尺卡槽1‑3，活动测量尺凹槽1‑4，万向水平仪1‑5，活动测量尺2‑1，探针圆孔2‑2，金属刻度探针2‑3，探针固定夹2‑4，移动测量平台2‑5。其特征是活动测量尺2‑1通过活动测量尺槽孔1‑4与测量尺卡槽1‑3相连接；金属刻度探针2‑3穿过探针圆孔2‑2与活动测量尺2‑1相连接，探针固定夹2‑4位于金属刻度探针2‑3与活动测量尺2‑1的交接处起到固定探针的作用；万向水平仪水平1‑5粘接在测量尺卡槽1‑3的两端。监测获得的数据通过与ArcGIS、Surfer软件连用，清晰直观准确地获得复杂野外条件下潮沟微地貌的演变特征。

Description

一种潮沟微地貌演变原位监测装置与方法

技术领域

本发明属于生态学、农学、水文学、环境科学等学科的野外现场监测仪器与方法，具体涉及一种野外原位潮沟微地貌演变监测装置与方法。

背景技术

潮沟作为潮滩上海陆相互作用最活跃的微地貌单元，是滨海湿地与外界进行物质交换、能量流动及信息传递的重要载体，对于维持滨海湿地生态系统的稳定性具有重要的意义。潮沟地貌的演变是潮汐与其它环境因子综合作用的结果，综合体现了沉积物在潮沟与潮滩间输送、迁移、沉积等过程，是衡量滨海湿地健康程度的重要指标。其作为生态保护、修复与设计的技术基础指标，对于受损湿地生态系统的恢复与重建、湿地水资源的优化配置等起着非常重要的作用。

对于滨海湿地生态系统潮沟地貌演化的研究日益受到重视，已经从最初的静态定性描述发展到当前的动态定量刻画阶段。目前，国内外主要通过遥感影像及地理信息系统分析、机载激光扫描法、数值模拟、现场观测等研究方法，对潮沟系统的沉积特征、地貌冲淤、水沙动力特性等进行研究。遥感分析能够在大格局上定性或定量的刻画潮沟地貌的演化特征，但不便于定量反映潮沟的细微尺度变化，同时，对于其发育演变过程的记录不具备连续性。机载激光扫描法通过获取高精度的三维数据，能够很好的监测潮沟地貌演变过程，但由于机载三维激光扫描仪价格昂贵、对测量人员技术要求高、野外携带不便，限制了其广泛应用。数值模拟能够非常直观的模拟潮沟演变的完整过程，但由于多为理想条件下概化物理模型，加之存在比尺效应，导致其分析结果存在较大的不确定性，难以反映潮沟地貌演化的真实状态。为了尽可能真实的反映野外自然状态下潮沟地貌演化特征，亟需发展野外现场监测手段弥补以上研究方法的不足，因此，我们设计了一种新型可靠的潮沟微地貌演变原位监测装置与方法，可直接准确的在野外原位测定潮沟微地貌的动态演化特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型可靠的潮沟微地貌原位演化监测装置与方法，可在野外直接、便捷、准确地原位测定滨海湿地潮沟微地貌动态演化特征。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种潮沟微地貌原位演化监测装置，包括：固定调节系统1、测量系统2、数据分析系统3；

固定调节系统1包括：固定基座1-1，液压升降平台1-2，测量尺卡槽1-3，活动测量尺凹槽1-4，万向水平仪1-5；其中，液压升降平台1-1位于固定基座上1-2上，测量尺卡槽1-3通过螺纹连接固定液压升降平台上1-1，测量尺卡槽1-3为一条横木，顶端分布有一排活动测量尺凹槽1-4，在测量尺卡槽1-3的两端通过粘接方式分别固定1个万向水平仪1-5，通过观察万向水平仪1-5来调节液压升降平台1-1，使测量尺卡槽1-3处于水平状态；

测量系统3包括：活动测量尺2-1，探针圆孔2-2，金属刻度探针2-3，探针固定夹2-4，移动测量平台2-5；其中，活动测量尺2-1长方体铝棒，在铝棒的中央线分布一排探针圆孔2-2，金属刻度探针2-3穿过探针圆孔2-2，并通过探针固定夹2-4将其固定，移动测量平台2-5为铝制伸缩梯，位于测量尺卡槽1-3上；

数据分析系统3包括：Excel软件3-1，ArcGIS 9.3软件3-2，Surfer软件3-3；使用Excel软件3-1进行数据的记录，将Excel软件3-1的数据导入ArcGIS 10.3软件3-2生成.shp数据，并生成带有高程数据的TIN，使用Surfer 11.0软件3-3得到潮沟微地貌表面图，直观地展现潮沟微地貌的变化。

本发明的创新点是：

1)该装置设计高度集成、操作简单方便，可以长期监测潮沟微地貌的演变过程及特征，对其演变过程的记录具有较高的连续性。

2)该装置测量结果准确，适用范围广，特别适合于潮沟动态复杂地貌特征的测量，数据获取方便简单，通过与ArcGIS、Surfer等软件的连用，能清晰直观地展现潮沟微地貌的演变特征。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置的正视图。

图3为本发明装置的俯视图。

图4为本发明装置使用方法流程图。

图中标号：1-1固定基座，1-2液压升降平台，1-3测量尺卡槽，1-4活动测量尺凹槽，1-5万向水平仪，2-1活动测量尺，2-2探针圆孔，2-3金属刻度探针，2-4探针固定夹，2-5移动测量平台，3-1Excel软件，3-2ArcGIS软件，3-3Surfer软件。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

如附图1、图2、图3所示，一种用于野外潮沟微地貌演变的原位监测装置包括固定基座1-1、液压升降平台1-2、测量尺卡槽1-3、活动测量尺凹槽1-4、万向水平仪1-5、活动测量尺2-1、探针圆孔2-2、金属刻度探针2-3、探针固定夹2-4、移动测量平台2-5。其中，固定基座1-1为直径200mm、高度300mm、厚度10mm的空心不锈钢圆管；液压升降平台1-2的升降调节范围为10mm～1000mm，载荷500kg；测量尺卡槽1-3为长2500mm，宽200mm，高300mm的长方体木棒；活动测量尺凹槽尺寸：长200mm，宽50mm，深50mm，间隔200mm；活动测量尺2-1为长2500mm，宽200mm，高50mm的长方体木棒；探针圆孔2-2直径为10mm，圆孔间隔为50mm；金属刻度探针2-3为长1500mm，直径10mm，刻度精度1mm的不锈钢针；移动测量平台2-5为宽500mm的铝制伸缩梯，伸缩范围500mm～2500mm；活动测量尺2-1通过活动测量尺槽孔1-3与测量尺卡槽1-3相连接；金属刻度探针2-3穿过探针圆孔2-2与活动测量尺2-1相连接，探针固定夹2-4位于金属刻度探针2-3与活动测量尺2-1的交接处；万向水平仪1-5水平粘接在测量尺卡槽1-3的两端。

如附图4所示，该发明装置使用时的操作步骤如下：

1)在潮沟两侧(沟壁与漫滩交互界面区域)各打入两个固定基座，并确保固定基座的顶端处于同一个水平面上。固定基座布置方法为：先固定一个固定基座，再在另一侧打入另一个固定基座，在打入的过程中，把一块表面光滑、宽约200mm的不锈钢板放在两个固定基座的顶端，用水平尺进行调平，直到不锈钢板各部分的水平角度为零度为止。

2)安装本发明装置的固定调节系统，每个固定基座的正上方安装液压升降平台1-2，将液压升降平台的高度调节一致，通过螺纹连接安装测量尺卡槽1-3，万向水平仪1-5分别位于测量尺卡槽1-3的两端，调节升降平台的高度，直到万向水平仪完全处于水平状态为止。

3)安装本发明装置的测量系统，每次测量时，将移动测量尺2-1放在活动测量尺凹槽1-4上，将金属刻度探针2-3分别插入探针圆孔2-2内，当其底部针尖触碰到地表时，用探针固定夹2-4将其夹住，利用移动测量平台2-5读取每一根探针的刻度并记录。

4)将每次测量的地形数据输入Excel表格中，测量系统最左边的测量点定义为(0，0，Z)，以此类推，按照测量过程中的取点特征，获得每个测量网格的坐标(X，Y，Z)，在每次测量时，保证每个网格的测量位置完全吻合，如附图4所示。

5)利用ArcGIS 10.3软件，计算潮沟地貌形变量，具体步骤为：ArcGIS 10.3---Tools---Add XY Data，选中记录在Excel中的数据，Export Data，将数据转换成.shp格式，使用3D Analyst---Create/Modify TIN---Create TIN From Features，生成带有高程数据的TIN，使用3D Analyst---Surface Analyst---Area and Volume，计算潮沟地表距离测量平面之间的空间面积，如附图4所示。使用上述方法，分别计算每个监测时段起点与终点时的体积，两体积之差即为该监测时段内潮沟地貌的形变量。

6)利用Surfer 11.0软件处理地貌数据，使用3D surface功能，绘制每次监测潮沟微地貌表面图，通过对比监测起点与终点的潮沟微地貌表面图，分析其演变特征。

Claims

1.一种野外潮沟微地貌演变原位监测装置，其特征在于：组成结构包括固定基座(1-1)、液压升降平台(1-2)、测量尺卡槽(1-3)、活动测量尺凹槽(1-4)、万向水平仪(1-5)、活动测量尺(2-1)、探针圆孔(2-2)、金属刻度探针(2-3)、探针固定夹(2-4)、移动测量平台(2-5)；活动测量尺(2-1)通过活动测量尺凹槽(1-4)与测量尺卡槽(1-3)相连接；金属刻度探针(2-3)穿过探针圆孔(2-2)与活动测量尺(2-1)相连接，探针固定夹(2-4)位于金属刻度探针(2-3)与活动测量尺(2-1)的交接处；万向水平仪(1-5)水平粘接在测量尺卡槽(1-3)的两端。

2.如权利要求1所述的一种野外潮沟微地貌演变原位监测装置，其特征在于液压升降平台(1-2)可上下调节位置，移动测量平台(2-5)搭载活动测量尺(2-1)可前后移动，实现多点位的灵活测量。

3.如权利要求1所述的一种野外潮沟微地貌演变原位监测装置，其特征在于活动测量尺(2-1)上设计有按照固定间隔连续分布的探针圆孔(2-2)，带有毫米刻度的金属刻度探针(2-3)穿过探针圆孔并可以根据地表形态上下移动，实现潮沟微地貌毫米级别的高精度测量。

4.如权利要求1所述的一种野外潮沟微地貌演变原位监测装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤1：安装本发明装置的固定基座(1-1)，并用水平尺调平；

步骤2：安装本发明装置的固定调节系统(1)，并调整升降平台(1-2)使得万向水平仪(1-5)处于水平状态；

步骤3：安装本发明装置的测量系统(2)，并利用移动测量平台(2-5)进行动态测量；

步骤4：定义零点坐标(0，0，Z)得位置，建立坐标网格，并将测量的数据录入分析软件Excel(3-1)中；

步骤5：将Excel数据导入数据分析软件ArcGIS10.3(3-2)中，生成带有高程数据的TIN，使用3D Analyst---Surface Analyst---Area and Volume，分别计算每个监测时段起点与终点时的体积，两体积之差即为该监测时段内潮沟地貌的形变量；

步骤6：利用数据分析软件Surfer11.0(3-3)软件处理监测的地貌数据，使用3Dsurface功能，绘制每次监测潮沟微地貌表面图，通过对比监测起点与终点的潮沟微地貌表面图，分析其演变特征。