专利名称：坡面土壤侵蚀快速测定系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于水土流失基础研究的坡面土壤侵蚀过程实验的观测及处理 技术领域，特别是涉及一种坡面土壤侵蚀快速测定系统。
背景技术：
水土流失是我国面临的一个最重要的生 态环境问题之一，水土保持基础研究和水 土流失区的动态监测必须进行大量的室内和野外现场科学实验观测。坡面是侵蚀发生的最 基本单元，同时也是流域的基本组成部分。坡面土壤侵蚀的实验和观测是水土保持的基础 而又极为重要的内容，为此利用三维激光扫描仪精密测量技术，提供一种快速现场土壤侵 蚀过程的测定系统，它可以从土壤侵蚀形态变化过程的角度研究土壤流失量的空间变化规 律，为土壤侵蚀研究提供一种快速、精确、可靠的实验技术观测系统，极大地提高土壤侵蚀 实验手段的科技含量。传统的土壤侵蚀测量方法有手工地形测针板法、侵蚀沟量测法以及稀土元素 (REE)示踪技术和地形测量法。在坡-沟系统实体模型试验中，地形测针板法和侵蚀沟量测 法测量土壤侵蚀的空间分布，是人工用量具直接对测量对象接触式测量，这两种方法测量 范围小、周期长、点据少，容易产生人为误差，影响试验结果的可靠度。REE示踪技术则由于 示踪元素种类的限制、示踪土样制备过程的复杂性、操作过程繁琐等因素，目前仅限于小范 围、小尺度研究，还未得到广泛的应用。而野外土壤侵蚀测量使用1 1万或1 5万地 形图得到的地形因子与真实情况究竟有多大的差别还是一个未知数。综上所述，现有各种 室内及野外水土流失试验中土壤侵蚀量测方法和试验设备普遍存在测量数据少、成果精度 差、试验费时费力的缺点。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种坡面土壤侵蚀快速 测定系统，使其具有获取数据多、效率高、试验周期大幅减少、数据处理速度快、分析精度较 高，能迅速测量土壤侵蚀环境和因子特性的三维模型数据，实现高精度、实时、动态监测土 壤的侵蚀过程的特点。本实用新型提供的一种坡面土壤侵蚀快速测定系统，它包括坡面径流小区、可移 动式液压自动升降坡面侵蚀槽和人工模拟降雨装置，它还包括三维激光扫描仪和带旋转台 的三角架，所述三维激光扫描仪设置在三角架的旋转台上，三维激光扫描仪包括旋转扫描 角度达360° X 270°、扫描精度达士 2mm、扫描速度达2000点/秒的激光扫描仪主机、专用 笔记本电脑、数据处理模块、三维建模模块、数据转换模块以及电源盒。在上述技术方案中，所述三维激光扫描仪中的激光扫描仪主机通过为所述旋转台 旋转提供电力输入的动力电缆线连接电源盒。在上述技术方案中，所述三维激光扫描仪中的激光扫描仪主机通过传输扫描获取 的点云数据和现场可视化图像的数据电缆线与专用笔记本电脑连接。[0008]在上述技术方案中，它还设置有标志牌以及用于连接标志牌的连接杆和底座。在上述技术方案中，所述激光扫描仪主机设有双扫描窗口。
与上述背景技术中现有各方法和设备相比，本实用新型有着明显的区别和优势， 主要体现在仪器不直接接触试验对象，获取数据多、效率高、试验周期大幅减少，数据处理 速度快、分析精度较高，能清晰再现坡面各部位侵蚀、沉积状态。本实用新型的运用范围广， 能用于开展多种侵蚀形式(沟蚀、重力侵蚀等)、多尺度(坡面、径流小区、小流域等)土壤 侵蚀的研究，自动化程度高、速度快，可全天候进行，数据采集周期大大缩短，用它获取的数 据能与CAD、ARCGIS等软件配合使用，进行三维建模，真实再现研究对象的实际情况。本实 用新型基于三维激光扫描技术观测土壤的侵蚀过程，操作简单、易于掌握，利用精密测量技 术对被侵蚀土壤形态的微观变化及进程进行高精度、实时、动态观测，对形态分析可真正做 到定量化，能迅速测量土壤侵蚀环境和因子特性的三维模型数据，实现高精度、实时、动态 监测土壤的侵蚀过程。
图1为本实用新型的结构框图；图2为三维激光扫描仪的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述参见图1所示，本实用新型提供的一种坡面土壤侵蚀快速测定系统，它包括坡面 径流小区、可移动式液压自动升降坡面侵蚀槽、人工模拟降雨装置、三维激光扫描仪、带旋 转台的三角架、动力电缆线、数据电缆线以及各类标志牌，用于连接标牌的连接杆、底座等， 三维激光扫描仪设置在三角架的旋转台上，参见图2所示，三维激光扫描仪包括旋转扫描 角度达360° X 270°、扫描精度达士2mm、扫描速度达2000点/秒的激光扫描仪主机、专 用笔记本电脑、cyclone-Scan扫描软件模块、电源盒；cyclone-Scan软件包括Model模块、 Register模块、Cloudfforx模块(用于数据处理、三维建模、数据转换，即数据处理模块、三 维建模模块、数据转换模块)。三维激光扫描仪中的激光扫描仪主机通过为所述旋转台旋转 提供电力输入的动力电缆线连接电源盒，三维激光扫描仪中的激光扫描仪主机通过传输扫 描获取的点云数据和现场可视化图像的数据电缆线与专用笔记本电脑连接。它还设置有标 志牌以及用于连接标志牌的连接杆和底座。激光扫描仪主机设有双扫描窗口。本实用新型的工作原理如下三维激光扫描仪采用非接触式高速激光测量方式，根据激光发射和接收的时间差 计算出相应被测点与扫描仪的距离，再根据水平向和垂直向的步进角距值，即可实时计算 出被测点的三维坐标，并将其输入存储设备记录和存储，从而获取地形或复杂物体的几何 图形数据及影像数据。然后由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换，建 立绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，并且可以输出为ASCASC II点数据、BMP、DXF、PTX、 PTS、MSH、TXT、COE, AutoCAD、MicroStation、PDS、AutoPlant 等多种不同的格式，满足空间 信息数据库的数据源和不同应用的需要。采用地面激光扫描系统采集坡面地形数据生成DEM的主要流程包括选择布设站 点及标靶、获取点云数据、拼接合并数据、滤波消除噪声、生成DEM。采用Cyclone软件对坡面点云数据进行进一步处理，生成基于不规则三角网的数字高程模型TIN DEM,得到初始坡 面及各次降雨后坡面DEM。在得到降雨前后各坡面的DEM后，即可根据在同一坐标系下某位 置(X，Y)在Z方向上的位置变化计算出相应部位土壤侵蚀体积。将坡面地形三维散点数 据导入到ARCGIS中进行分析处理，获取全坡面侵蚀深度分布特征，得到最大侵蚀深度、平 均侵蚀深度，并可绘制出全坡面的侵蚀深度分布图。通过对上述步骤的实施，可以得出坡面 在降雨前后的形态、体积变化，再通过两次体积差，结合实验前测定的坡面土壤容重数据， 便可求出坡面在降雨前后的土壤流失量。在GIS环境下分别对不同点云间隔条件下生成的 DEM进行坡度因子分析，得出坡度图。本实用新型可以便捷的移动于各种室内和野外试验场地，使用操作方便，测控精 度高，具有强大的细部信息获取能力，扫描获取的点云数据具有高密度特性，可与扫描同步 提供三维可视化图像，可根据点云数据直接得到对象精确的几何尺寸，实现地形变化等变 形监测，利用三维点云数据生成等高线、横断面及点云切片，绘制精确二维图形，数据良好 的兼容性，具有精度高、速度快、效率高、能清晰再现坡面各不同部位侵蚀、沉积信息等优 点，应用范围广。采用三维激光扫描系统可以快速获取高精度的地形点云数据，在经过数据 拼接转换及滤波消除噪音后可生成高精度的DEM，尤其适合于小范围区域且对精度要求较 高的DEM制作，这为水土流失尺度问题的研究提供了一种新的思路和技术手段。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用 新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及 其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求一种坡面土壤侵蚀快速测定系统，它包括坡面径流小区、可移动式液压自动升降坡面侵蚀槽和人工模拟降雨装置，其特征在于它还包括三维激光扫描仪和带旋转台的三角架，所述三维激光扫描仪设置在三角架的旋转台上，三维激光扫描仪包括旋转扫描角度达360°×270°、扫描精度达±2mm、扫描速度达2000点/秒的激光扫描仪主机、专用笔记本电脑、数据处理模块、三维建模模块、数据转换模块以及电源盒。
2.如权利要求1所述的坡面土壤侵蚀快速测定系统，其特征在于所述三维激光扫描 仪中的激光扫描仪主机通过为所述旋转台旋转提供电力输入的动力电缆线连接电源盒。
3.如权利要求1所述的坡面土壤侵蚀快速测定系统，其特征在于所述三维激光扫描 仪中的激光扫描仪主机通过传输扫描获取的点云数据和现场可视化图像的数据电缆线与 专用笔记本电脑连接。
4.如权利要求1所述的坡面土壤侵蚀快速测定系统，其特征在于它还设置有标志牌 以及用于连接标志牌的连接杆和底座。
5.如权利要求1所述的坡面土壤侵蚀快速测定系统，其特征在于所述激光扫描仪主 机设有双扫描窗口。
专利摘要本实用新型公开了一种坡面土壤侵蚀快速测定系统，它包括坡面径流小区、可移动式液压自动升降坡面侵蚀槽和人工模拟降雨装置，它还包括三维激光扫描仪和带旋转台的三角架，所述三维激光扫描仪设置在三角架的旋转台上，三维激光扫描仪包括旋转扫描角度达360°×270°、扫描精度达±2mm、扫描速度达2000点/秒的激光扫描仪主机、专用笔记本电脑、数据处理模块、三维建模模块、数据转换模块以及电源盒。本实用新型获取数据多、效率高、试验周期大幅减少、数据处理速度快、分析精度较高，能迅速测量土壤侵蚀环境和因子特性的三维模型数据，实现高精度、实时、动态监测土壤的侵蚀过程。
文档编号G01N33/24GK201740777SQ20102015367
公开日2011年2月9日 申请日期2010年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者丁文峰, 刘继根, 周若, 唐文坚, 张平仓, 王一峰 申请人:长江水利委员会长江科学院