一种区域型土壤地质环境监测设备及方法

本发明涉及地质环境探测，具体为一种区域型土壤地质环境监测设备及方法。

背景技术：

1、区域型土壤地质环境监测包括以下几个方面的内容，土壤质量监测：对土壤的基本物理、化学和生物学性质进行监测，包括土壤质地、颜色、质量、含水量、有机质含量、ph值等指标的测定，以评估土壤的肥力和适宜程度。土壤污染监测：针对土壤中可能存在的有害物质进行监测，包括重金属、有机污染物、农药等，以评估土壤的污染状况及对环境和人体的潜在风险。土壤侵蚀监测：对土壤侵蚀程度进行监测，包括水土流失、风蚀、冻融侵蚀等指标的测定，以评估土壤的稳定性和保护措施的有效性；但是针对较为复杂的地形环境下，还需依靠人力进行各项勘测工作，费时费力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种区域型土壤地质环境监测设备及方法，能够在复杂环境下对土壤进行采样以及检测土壤中的各项参数。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种区域型土壤地质环境监测设备，包括行走支撑结构、设置在行走支撑结构上的土壤质量探测机构；

4、行走支撑结构包括主体支撑板、连接在主体支撑板上的多根行走支撑臂以及固定在主体支撑板顶部的支撑容纳壳；

5、主体支撑板上连接有六根或者八根行走支撑臂，三根或者四根行走支撑臂为一组交替对整个设备进行支撑，进行行走动作，该行走模式与蚂蚁或者蜘蛛的行走方式一致；

6、主体支撑板上具有竖直贯通的连通底孔；

7、土壤质量探测机构包括设置在支撑容纳壳内部的钻孔机壳体，钻孔机壳体底部具有内外相通的主轴配合孔，主轴配合孔内转动配合连接设有钻孔主轴；

8、钻孔机壳体内固定连接设有减速器，减速器的输出端与钻孔主轴传动连接，钻孔机壳体内固定设有钻孔驱动电机，钻孔驱动电机的输出轴与减速器的输入轴传动连接；

9、钻孔主轴下端固定连接设有土壤钻杆，土壤钻杆为中空的钻杆；

10、土壤钻杆内固定设有温度传感器、湿度传感器、ph传感器、离子传感器、有机质传感器。

11、优选地，行走支撑臂为多段式机械臂，行走支撑臂末端连接有行走支撑腿。

12、行走支撑臂通过六向关节结构与主体支撑板相连，六向关节结构包括固定在主体支撑板上的第一关节轴，第一关节轴的轴线垂直于主体支撑板平面，第一关节轴上转动配合设有第一关节驱动环；

13、第一关节驱动环由伺服电机驱动绕第一关节轴的轴线转动；

14、第一关节驱动环上固定连接设有与其相互垂直的第二关节轴，第二关节轴上转动配合设有第二关节驱动环，第二关节驱动环由伺服电机驱动绕第二关节轴的轴线转动，行走支撑臂的起始端与第二关节驱动环固定相连。

15、说明：六向关节结构配合行走支撑臂，模拟蚂蚁三点式的行进方式，便于带动整个设备进行行走迁移。

16、优选地，主体支撑板下侧位于连通底孔处设有底孔启闭机构，底孔启闭机构包括底孔启闭盘，底孔启闭盘由多个扇形的底孔启闭扇板拼接而成；

17、底孔启闭扇板通过一根扇板转轴与主体支撑板底部转动配合连接；

18、主体支撑板底部固定设有环形的启闭支撑滑轨，启闭支撑滑轨上转动配合连接设有底孔启闭控制环，底孔启闭控制环内侧与底孔启闭扇板之间相连设有底孔启闭控制杆；

19、底孔启闭控制杆两端均以固定铰链的方式分别与底孔启闭控制环和底孔启闭扇板相连。

20、说明：底孔启闭机构便于控制连通底孔的开启和闭合，也利用多个底孔启闭扇板转动时的横扫动作，能够将连通底孔处的地表清理平整，便于进行下一步钻孔和探测工作。

21、优选地，主体支撑板上设有太阳能结构，太阳能结构包括连接在主体支撑板顶部的多片弧形支撑板，弧形支撑板内凹的一侧固定设有竖直延伸的展开支撑滑轨，相邻两片弧形支撑板通过滑轨滑块结构相连，弧形支撑板外凸的一侧固定设有展开支撑滑块，展开支撑滑块与相邻的展开支撑滑轨滑动配合连接；

22、弧形支撑板外凸的一侧固定设有多片太阳能发电板；

23、最外侧的一个弧形支撑板与主体支撑板顶部固定相连。

24、说明：整个设备利用太能能发电将电能存储起来，便于为整个设备进行供能，便于整个设备进行远距离自主迁徙，无需担忧电能耗尽的问题。

25、优选地，支撑容纳壳内设有探测钻杆，探测钻杆内固定设有探测支撑板，探测支撑板下端转动配合连接设有探测更替驱动环，探测更替驱动环上固定设有多个沿其径向延伸的探测支撑轨道，探测支撑轨道上滑动配合连接设有探测支撑滑块，探测支撑滑块上固定设有竖直延伸且开口朝下的探测支撑固定筒，探测支撑固定筒内滑动配合设有探测支撑滑动筒；

26、探测支撑板下端固定设有探测更替支撑轨道，探测更替支撑轨道处于探测更替驱动环内侧；

27、多根探测支撑滑动筒下端一一对应固定连接设有温度传感器、湿度传感器、ph传感器、离子传感器和有机质传感器。

28、说明：设置单独的探测钻杆，利用探测钻杆内的各个温度传感器、湿度传感器、ph传感器、离子传感器和有机质传感器对土壤进行检测，避免钻孔过程中的震动对传感器造成损坏。

29、优选地，钻孔机壳体通过钻孔升降机构与主体支撑板顶部相连，钻孔升降机构包括固定在主体支撑板顶部的两根相互平行的升降机构支撑柱，升降机构支撑柱上连接有升降机构驱动块，升降机构驱动块上具有竖直贯通的滑动约束孔，升降机构支撑柱滑动配合在滑动约束孔内；

30、钻孔机壳体与升降机构驱动块固定相连；

31、升降机构驱动块上具有竖直贯通的升降驱动螺纹孔，升降驱动螺纹孔内螺纹传动配合设有升降驱动螺纹杆；

32、两根升降机构支撑柱顶部共同固定连接设有升降约束顶板，升降约束顶板上固定设有升降驱动电机，升降驱动电机的输出轴与升降驱动螺纹杆传动连接。

33、说明：钻孔升降机构便于驱动土壤钻杆持续地深入土壤中进行钻孔。

34、优选地，支撑容纳壳内设有钻杆存取机构，钻杆存取机构包括连接在支撑容纳壳内侧壁上的钻杆约束帽，钻杆约束帽为开口朝下的壳体结构；

35、支撑容纳壳内侧壁上固定设有竖直延伸的约束帽支撑滑轨，约束帽支撑滑轨上滑动配合设有约束帽支撑滑块，钻杆约束帽与约束帽支撑滑块固定相连；

36、约束帽支撑滑块由伺服电机驱动沿约束帽支撑滑轨移动；

37、支撑容纳壳内侧壁固定设有沿支撑容纳壳周向延伸的夹持臂支撑滑轨，夹持臂支撑滑轨上滑动配合设有夹持臂支撑滑块，夹持臂支撑滑块上固定设有沿支撑容纳壳径向延伸的夹持臂固定筒，夹持臂固定筒内滑动配合设有夹持臂伸缩筒；

38、夹持臂固定筒内设有夹持臂驱动杆，夹持臂驱动杆为电控伸缩杆，夹持臂驱动杆的外杆端部与夹持臂固定筒内侧壁固定相连，夹持臂驱动杆的内杆端部与夹持臂伸缩筒内侧壁固定相连；

39、夹持臂伸缩筒一端连接有夹持爪。

40、说明：利用钻杆存取机构便于对土壤钻杆进行拆卸和安装，以及进行土壤钻杆的更换工作。

41、优选地，支撑容纳壳内设有样本采集机构，样本采集机构包括样本采集钻杆、设置在样本采集钻杆内的多个取样容纳管；

42、土壤钻杆内转动配合连接有两个同步带轮，两个同步带轮之间传动连接设有同步带，同步带轮的转轴垂直于土壤钻杆的轴线；

43、同步带轮由伺服电机驱动转动；

44、取样容纳管通过采样伸缩机构与同步带相连，采样伸缩机构包括固定在同步带上的多个采样伸缩支撑管，采样伸缩支撑管内滑动配合设有采样伸缩柱；

45、采样伸缩支撑管内设有采样驱动伸缩杆，采样驱动伸缩杆为电控伸缩杆，采样驱动伸缩杆的外杆端部与采样伸缩支撑管内侧壁固定相连，采样驱动伸缩杆的内杆端部与采样伸缩柱固定相连；

46、取样容纳管与采样伸缩柱固定相连，取样容纳管内侧壁固定设有螺旋延伸的取样约束板。

47、说明：样本采集机构便于对土壤样本进行采集，且一次性能够容纳多个土壤样本。

48、优选地，支撑容纳壳内设有地形地貌探测机构，支撑容纳壳顶部具有竖直贯通的探测容纳孔，地形地貌探测机构包括固定在探测容纳孔内且开口朝上的地貌探测容纳筒，地貌探测容纳筒内滑动配合设有开口朝下的地貌探测升降筒，地貌探测升降筒顶部固定设有地貌探测摄像机；

49、地貌探测容纳筒内设有探测升降驱动杆，探测升降驱动杆为电控伸缩杆，探测升降驱动杆的外杆端部与地貌探测容纳筒内底部固定相连，探测升降驱动杆的内杆端部与地貌探测升降筒固定相连。

50、说明：地形地貌探测机构便于对整个设备行进路线上的地形地貌进行拍照记录，方便进行后期分析。

51、优选地，如上述的一种区域型土壤地质环境监测设备对土壤地质进行监测的方法，包括以下步骤：

52、s1、多根行走支撑臂对整个设备起到支撑作用，且多根行走支撑臂能够带动整个设备进行行走移动；

53、该设备内部具有卫星定位模块，且整个设备能够远程遥控操作，整个设备能够根据指定路线行进至指定位置进行探测；

54、s2、当设备位于指定后，多根行走支撑臂对整个设备进行稳固支撑，同时调整主体支撑板的高度，使连通底孔贴近地面；

55、初始状态下，底孔启闭机构中的底孔启闭盘对连通底孔进行密闭，当连通底孔贴近地面准备进行探测工作时，底孔启闭控制环由伺服电机驱动转动，底孔启闭控制环通过底孔启闭控制杆带动底孔启闭扇板绕扇板转轴转动，多个底孔启闭扇板同步转动偏离连通底孔，使连通底孔处于连通状态；

56、也利用多个底孔启闭扇板转动时的横扫动作，能够将连通底孔处的地表清理平整；

57、s3、钻孔驱动电机通过减速器带动钻孔主轴转动，钻孔主轴进而带动土壤钻杆转动；

58、土壤钻杆上端通过可拆卸的螺纹固定连接方式与钻孔主轴进行连接；

59、土壤钻杆穿过连通底孔对土壤进行钻孔；

60、钻孔升降机构带动土壤钻杆沿竖直方向下移，驱动土壤钻杆深入地下；

61、升降驱动电机的输出轴带动升降驱动螺纹杆转动，升降驱动螺纹杆进而带动升降机构驱动块沿升降机构支撑柱的轴线移动，升降机构驱动块带动整个钻孔机壳体连同土壤钻杆一起下移，使土壤钻杆不断深入钻入地下，直到钻至预定深度；

62、s4、然后利用土壤钻杆内设置的温度传感器、湿度传感器、ph传感器、离子传感器以及有机质传感器对土壤的各项参数进行检测即可；

63、利用钻杆存取机构能够对土壤钻杆进行更换，主体支撑板顶部具有多个开口朝上的钻杆约束孔，探测钻杆下端放置在钻杆约束孔中，探测钻杆上端被约束在钻杆约束帽内；

64、样本采集钻杆下端放置在钻杆约束孔中，样本采集钻杆上端被约束在钻杆约束帽内；

65、当土壤钻杆钻孔完毕后，利用夹持臂驱动杆驱动夹持臂伸缩筒向着靠近钻孔机壳体的方向移动，使夹持爪处于钻孔主轴下方并将土壤钻杆夹持住，此时钻孔主轴反转，将土壤钻杆从钻孔主轴上拆卸下来；

66、利用夹持臂驱动杆驱动夹持臂伸缩筒向着远离钻孔机壳体的方向移动，夹持爪带着拆卸下的土壤钻杆将土壤钻杆放置在一个钻杆约束孔空位上；

67、夹持臂支撑滑块由伺服电机驱动沿夹持臂支撑滑轨移动，带动夹持爪转到对准探测钻杆，随后夹持臂驱动杆驱动夹持臂伸缩筒向着靠近钻孔机壳体的方向移动，使夹持爪将探测钻杆拿起并移动到钻孔主轴下方，钻孔主轴转动，将探测钻杆螺纹固定连接在钻孔主轴下端；

68、驱动升降机构驱动块下移进而带动探测钻杆伸入到土壤钻孔中，当其中一个探测支撑轨道与探测更替支撑轨道对齐时，通过直线电机结构驱动探测支撑滑块转移到探测更替支撑轨道上；

69、探测支撑固定筒内具有螺纹丝杆传动结构，利用螺纹丝杆传动结构驱动探测支撑滑动筒沿探测支撑固定筒的轴线下移，使得探测支撑滑动筒下端的传感器从探测钻杆下端伸出并插入到土壤中，对土壤参数进行检测；

70、以同样的方式将探测钻杆从钻孔主轴上拆卸下来，并将样本采集钻杆螺纹固定连接在钻孔主轴下端；

71、驱动升降机构驱动块下移进而带动样本采集钻杆伸入到土壤钻孔中，采样驱动伸缩杆的内杆伸出带动采样伸缩柱连同取样容纳管一起向着远离同步带的方向移动，处于最下端的取样容纳管在采样驱动伸缩杆的驱动下插入到土壤中，使土壤被采集到取样容纳管中；

72、在整个设备行进过程中，能够利用地形地貌探测机构对沿线地形地貌进行勘测，探测升降驱动杆的内杆伸出带动地貌探测升降筒沿地貌探测容纳筒的轴线上移，使地貌探测升降筒顶部的地貌探测摄像机升起，利用地貌探测摄像机对沿线地形地貌进行拍照记录。

73、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：

74、1、本发明该设备具备更好的准确性，具备高精度的测量能力，能够准确测量土壤的各项指标，以确保监测数据的准确性；

75、2、该设备具备良好的稳定性和可靠性，能够长期稳定运行，适应各种复杂的环境条件，并保证测量结果的可靠性和连续性；

76、3、该设备具备更好的工作可靠性，能够对不同类型土壤的监测需求进行满足，同时能够抵抗外界干扰因素，并能够准确反映土壤的真实情况。