水土流失监测实时发布平台

本网站（水土流失监测实时发布平台）为水土流失过程自动监测远程传输系统的组成部分，网页以图表形式展示实时数据，实现数据自动整编、网络数据下载共享。

水土流失监测实时发布平台网站基于 Python 编程语言搭建 Django 框架，采用文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）， 应用 MySQL 数据库存储数据，应用html、CSS、JavaScript等技术进行页面构建与设计，实现实时数据的自动解析、自动整编、图表展示与数据下载等功能，设有风速（Wind Speed，WS）、雨量（Rainfall）、地表径流（Runoff，R）、输沙（Sediment，S）、土壤温度（Soil Temperature，T）、土壤含水量（Soil Moisture Content，θ_m）、土壤电导率数(Soil Electric Conductivity，EC)、汇总表、数据下载、 系统简介，共十个模块。

实时数据全方位展示风速、雨量、地表径流、输沙、土壤温度、土壤含水量、土壤电导率，共七种数据类型。

共布设21个小区，分别对应3°传统、5°裸地、5°裸地、7°传统、7°免耕、7°传统、5°免耕、5°少耕、5°传统、 5°免耕、5°少耕、5°传统、5°自然恢复、5°裸地、5°横坡起垄、5°免耕、5°少耕、5°传统、7°免耕、7°传统、7°免耕。其中，全部21个小区进行 径流和输沙监测，选取5°免耕、5°少耕、5°传统、5°自然恢复、5°裸地、5°横坡起垄六个小区进行土壤温度、土壤含水量、土壤电导率监测。

可通过“分”、“日”、“月”三种尺度将实时数据以图表形式展示。其中，“分”尺度下，展示当天数据，时间间隔为 五分钟，风速、土壤温度、土壤含水量、土壤电导率数显示其实时数值，雨量、地表径流、输沙显示当日0:00起算的累计值；“日”尺度下，展示 当月数据，时间间隔为1天，风速、土壤温度、土壤含水量、土壤电导率数显示其每日数据均值，雨量、地表径流、输沙显示每日数据的累计值； “月”尺度下，展示当年数据，时间间隔为一个月，风速、土壤温度、土壤含水量、土壤电导率数显示其每月数据均值，雨量、地表径流、输沙显示 每月数据累计值。

径流小区：以A₁~A₂₁表示，分别对应3°传统、5°裸地、5°裸地、7°传统、7°免耕、7°传统、 5°免耕、5°少耕、5°传统、5°免耕、5°少耕、5°传统、5°自然恢复、5°裸地、5°横坡起垄、5°免耕、5°少耕、5°传统、7°免耕、7°传统、7°免耕。 其中，全部21个小区进行径流和输沙监测，A₁₀~A₁₅六个小区进行土壤温度、土壤含水量、土壤电导率监测。

风速：以WS表示，共设置0.5m、1.0m、1.5m、2.0m四个高度。如：WS_0.5m，表示高度为0.5m的风速。

雨量：以Rainfall表示。

地表径流：以R表示。

输沙：以S表示。

土壤温度：以T表示。

土壤含水量：以θ_m表示。

土壤电导率数：以EC表示。

基于自动监测、远程传输的水土流失监测的需求，研发了一种适用于坡面水土流失过程自动监测、数据实时远程传输、数据自动整编、结果图形显示、 实时发布的系统，服务于水土流失动态监测和预警。

该系统由水土流失监测单元、气象单元、土壤水、热、电导率单元、数据自动采集单元、数据远程实时发射单元、数据实时接收单元、 数据自动加工整理单元、数据实时网上发布单元共8个单元组成。

（1）水土流失监测单元

监测装置为中国科学院东北地理与农业生态研究所自主创新研发的专利产品“XYZ-III型无动力水土流失过程自动监测装置”，取代原始的分流桶和集流桶， 安装于小区的下部，用连接管将小区和设备连接，对地表径流过程自动记录监测，泥沙样品全过程依据径流量分段自动采集。

该装置已获3项国家发明专利（授权专利号：ZL200610163240.9，ZL201010594588.x，ZL 201110255659.x），生产通过欧盟CE认证和 国际ISO9001质量认证。

（2）气象单元

与水土流失最为相关的最主要因素为降雨，为了实现过程监测，选取国产RG3-M自计式雨量筒，分辨率0.2 mm，可存储16000组数据，通过内部的翻斗式雨量计， 系统可以自动记录达3200 mm的降雨数据，用于确定雨强、降雨时间和历时，仪器顶部配备有数据接口。同时兼顾风水蚀耦合监测，安装国产WS风速仪， 设有风速传感器4组，高度分别为2 m、1.5 m、1.0 m、0.5 m，启动风速< 0.4 m/s，测量范围0-30 m/s。

（3）土壤水、热、电导率单元

与水土流失最为相关的土壤性状为土壤含水量，土壤水饱和后地表径流显著增加。目前土壤水分测量传感器已成型，尤其美国的土壤传感器运行稳定， 测量精度较高。FDR适用于表层土壤水分的自动监测。系统选用的是美国产HydraProbe II SDI-12，同步测量土壤水分（绝对干燥至饱和，精度1%）、 电导率（0.01-1.5 m/s，精度0.005 m/s）、土壤温度（-30-55°C，精度0.1°C），SDI-12传输码。

（4）数据自动采集单元

数据采集记录装置是本系统的核心单元，采用美国Campbell Scientific Inc.（CSI）公司的CSI CR1000数据采集器，拥有模拟输入、脉冲计数、 电压激发转换、数字等多个信号端口，外围接口有CSI/O、RS-232以及SDM等，采用12VDC外接可充电电池供电。16个模拟输入单端通道（8个差分）， 8个计数端口，10个SDI-12接口。计数端口分别与RG3-M自计式雨量筒和XYZ-III型无动力水土流失过程自动监测装置连接，4个模拟输入单端通道与WS 风速仪连接，SDI-12接口与土壤传感器HydraProbe II连接，实现数据间隔1分钟实时采集。

（5）数据远程实时发射单元

主要由CellNet无线传输模块构成，GPRS四频国际通用版，支持FTP和HTTP等多种通讯协议，发射功率270mW。

（6）数据实时接收单元

数据按设定的时间，通过手机网络发射到Internet上，传送到支持FTP和HTTP通讯协议工作站上，通过设定的IP和密码打开。

（7）数据自动加工整理单元

接收到数据为每个数据采集时间数据集，数据格式为.TXT，按设定的顺序排列，每列有特定代码。通过后台程序，自动整编转换成Excel标准数据， 并按设定生成数据集（以时间为单位）。通过软件编辑，结果以图形直观显示，并随数据更新，图形自动更新。

（8）数据实时网上发布单元

依托国家地球系统科学共享平台网站，设置专题目录，以图形和数据集实时发布，并实现网络数据下载共享。

整个系统附以太能供电系统，由国产Solar Penal 20 watt的20 W多晶硅太阳能板、国产JYHY-12240G 24Ah胶体蓄电池、 德国产Phococs 06II充放电控制器和机箱组成12v供电系统。

二、系统功能

基于水土流失动态监测无人值守自动监测、远程传输的发展需求，集成组建的水土流失自动监测系统，实现了如下功能：

（1）主要功能数据过程自动监测

降雨过程：采用自动雨量计，对降雨过程自动监测，最小测量精度0.1 mm。

径流过程：采用无动力水土流失过程自动监测装置XYZ-III，对径流过程自动监测，最小测量精度0.1 kg。

土壤水分、温度、电导率变化过程：采用美国产HydraProbe II探头，同步自动测量表层土壤水分（精度1%）、土壤温度（精度0.1°C）、 电导率（精度0.005 m/s），测量最小时间监测1 min。

风速变化过程：采用国产WS风速仪，同步自动测量不同高度风速。

（2）自动记录存储

采用美国Campbell Scientific Inc.（CSI）公司的CSI CR1000数据采集器，自动采集并存储所有监测数据，实现数据间隔1分钟实时采集和存储。

（3）远程传输功能

采用美国CellNet无线传输模块，GPRS远程传输，传输最小时间间隔3 min。

（4）实时接收自动整编

依托工作站，实时接收，并依托后台软件，自动加工整理为结果数据，并生成动态图，直观显示。

（5）实时发布

依托国家地球系统科学数据共享平台，系统监测数据以动态图和结果数据集实时发布，网络共享。