一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置及其使用方法。該裝置包括透明土、透明模型箱、光學(xué)平臺、高清相機(jī)及計算機(jī)。利用水族珠與一定比例的純凈水制配透明土，模擬天然土體。透明模型箱內(nèi)放置透明土樣，并堆積成邊坡狀態(tài)，上鋪一層土工格柵，在格柵內(nèi)均勻播撒不同水生植物種子，接著覆蓋一淺層透明土，后均勻噴灑營養(yǎng)液在透明土邊坡上，間隔一天噴灑一次，將高清相機(jī)固定在光學(xué)平臺上，每隔24小時對透明模型箱內(nèi)不同植物生長情況進(jìn)行拍攝，50天-100天后可得到模型箱內(nèi)不同植物生長情況的一系列圖片，后通過計算機(jī)圖像技術(shù)即可得到植物根系在土樣的發(fā)展情況，并對不同水生植物的生長進(jìn)行評價和優(yōu)化。
【專利說明】一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置及其使用方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置及其使用方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]傳統(tǒng)的邊坡支護(hù)及加固防護(hù)的措施主要是采用重力式擋墻、懸臂式擋墻、錨桿擋墻支護(hù)及錨噴支護(hù)等，這類邊坡處理技術(shù)主要是強(qiáng)調(diào)其強(qiáng)度功效，往往忽視了其對環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)的破壞；為了維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)應(yīng)運而生，生態(tài)護(hù)坡作為巖土工程與環(huán)境工程相結(jié)合的產(chǎn)物，兼顧了防護(hù)與環(huán)境兩方面的功效，既滿足了河道護(hù)坡功能，又有利于恢復(fù)河道護(hù)坡系統(tǒng)生態(tài)平衡的系統(tǒng)工程。目前，廣泛使用的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)方法主要有人工種草護(hù)坡、液壓噴播植草護(hù)坡、生態(tài)袋護(hù)坡、網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡、以及植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡等。生態(tài)護(hù)坡的功能主要體現(xiàn)在:植被的深根有錨固作用，淺根有加筋作用，能降低坡底體孔隙水壓力，截留降雨，削弱濺蝕，控制土粒流失，同時能促進(jìn)有機(jī)污染物的降解，凈化空氣，調(diào)節(jié)氣候，恢復(fù)被破壞的生態(tài)環(huán)境。
[0005]本發(fā)明之前，中國專利“一種環(huán)境友好型微生物-植物聯(lián)合護(hù)坡方法”(CN102677683 A)，在土壤中加入植物種子，提出一種芽孢桿菌-植物聯(lián)合護(hù)坡新方法。該種護(hù)坡方法成功的將微生物技術(shù)引入到護(hù)坡工程中；但是目前的護(hù)坡方法無法可視化植物的生長及發(fā)展過程，也無法對植物的護(hù)坡效果進(jìn)行客觀的評價?？傮w上來講，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)不強(qiáng)，護(hù)坡效果好不好這些問題還是沒能很好解決。針對這些問題，利用透明土進(jìn)行護(hù)坡植物的培養(yǎng)生長，可對其生長過程以及根系發(fā)展過程進(jìn)行可視化觀察。并對不同的水生植物進(jìn)行優(yōu)化，選擇更適合生態(tài)護(hù)坡的品種。將透明土技術(shù)與生態(tài)護(hù)坡相結(jié)合，實現(xiàn)植物生長過程可視化，這種試驗裝置及其使用方法，既經(jīng)濟(jì)環(huán)保，又操作方便，還能滿足可視化要求，是未來生態(tài)護(hù)坡進(jìn)行植物品種優(yōu)化及培育的發(fā)展趨勢。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就在于克服上述護(hù)坡技術(shù)的不足與缺陷，提出一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置及其使用方法。
[0008]一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置，包括透明土，光學(xué)平臺，透明模型箱，高清相機(jī)，植物和計算機(jī)，其特征在于:透明土填筑在透明模型箱內(nèi)，裝有透明土的透明模型箱用螺絲固定在光學(xué)平臺上；透明模型箱的正前方或者正后方設(shè)置高清相機(jī)并固定在光學(xué)平臺上；植物種植在透明土中；計算機(jī)及圖像處理軟件處理觀測結(jié)果。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:利用水族珠與一定比例的純凈水制配透明土，模擬天然土體及其內(nèi)部孔隙通道。透明模型箱內(nèi)放置透明土樣，并堆積成邊坡狀態(tài)，上鋪土工格柵一層，將土工格柵兩端固定，使其具有一定拉伸狀態(tài)，在格柵內(nèi)均勻播撒不同水生植物種子，接著覆蓋一淺層透明土，后均勻噴灑營養(yǎng)液在透明土邊坡上，間隔一天噴灑一次，將高清相機(jī)固定在光學(xué)平臺相應(yīng)位置，每隔24小時對透明模型箱內(nèi)不同植物生長情況進(jìn)行拍攝，50天-100天后可得到模型箱內(nèi)不同植物生長情況的一系列圖片，后通過計算機(jī)圖像技術(shù)即可得到植物根系在土樣的發(fā)展情況，并對不同水生植物的生長進(jìn)行評價和優(yōu)化。
[0010]所述的透明模型箱由樹脂玻璃制作而成，上部開口，長600 mm -800 mm、寬200mm-400 mm、高300 mm-500 mm,壁厚5 mm-10 mm,底部對稱突出10 mm,預(yù)留螺孔,用于將其固定在光學(xué)平臺臺面上；透明模型箱其中一側(cè)面(觀察面)由精密機(jī)床標(biāo)有一系列參考點，并漆成紅色，用于測量系統(tǒng)的標(biāo)定和校正，同時可進(jìn)行像素坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)化；
所述的光學(xué)平臺尺寸長1000 mm-2000 mm,寬1000 mm-1500 mm,高800 mm-1000 mm,臺面厚度 200 mm-400 mm ,桌腿截面 200 mm X 200 mm ；
所述的高清相機(jī)分辨率50 w-1000 W，幀數(shù)15，幀曝光，曝光時間100 μ8 - 30 S，高清相機(jī)通過底部螺栓固定在測試臺架上，通過調(diào)節(jié)支架高度和角度，可得到理想的高清相機(jī)視場，整個測試臺架固定在光學(xué)平臺上；
所述的計算機(jī)使用的圖像處理軟件為PIV軟件，可處理水生植物生長過程中高清相機(jī)拍攝的一系列圖片，得到水生植物根系生長的大小，并以此優(yōu)化選擇水生植物。
[0011]一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置的使用方法，包括以下技術(shù)步驟:
(I)將水族珠顆粒與純凈水按照一定質(zhì)量比配制透明土，配制時需要充分?jǐn)嚢瑁_保飽和，排除透明土體內(nèi)的氣泡，以免影響透明效果；
(2 )把透明土移至透明模型箱內(nèi)，并將透明模型箱固定在光學(xué)平臺臺面上，同時將透明模型箱內(nèi)的透明土體堆積為邊坡狀態(tài)；
(3)在邊坡表層上鋪一層土工格柵，將土工格柵兩端固定，使其具有一定拉伸狀態(tài)，然后在格柵內(nèi)均勻播撒不同水生植物種子，接著覆蓋一淺層透明土，后均勻噴灑營養(yǎng)液在透明土邊坡上，間隔一天噴灑一次；
(4)將高清相機(jī)固定在光學(xué)平臺上，并正對透明模型箱外表面，每隔24小時對透明模型箱內(nèi)不同植物生長情況進(jìn)行拍攝；
(5)50天-100天后可得到透明模型箱內(nèi)不同植物生長情況的一系列圖片，后通過計算機(jī)圖像技術(shù)即可得到植物根系在土樣的發(fā)展情況，并對不同水生植物的生長進(jìn)行評價和優(yōu)化。
[0012]所述的透明土由水族珠與純凈水按質(zhì)量比1:100混合配制而成；
所述的水族珠，又稱聞吸水性樹脂，英文名為Aquabeads,是一種人工合成的具有超強(qiáng)吸水和保水釋放能力的高分子聚合物。它能迅速吸收比自身重量數(shù)百倍的脫離子水，數(shù)十倍至百倍的含鹽水分，且無毒無味；主要應(yīng)用于農(nóng)作物、植樹造林、荒漠種植、果樹園藝、無土栽培、景觀綠化、草地草坪等方面；
本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于:利用水族珠與純凈水制成透明土，并將其運用到生態(tài)護(hù)坡上用來模擬天然土體及其內(nèi)部孔隙通道，在模擬的透明土邊坡上鋪土工格柵，并在格柵內(nèi)噴灑水生植物種子，并加以營養(yǎng)液培育，在水生植物生長的過程中通過高清相機(jī)記錄其植物根系的發(fā)展情況，實現(xiàn)植物生長過程的可視化，最后通過PIV軟件處理高清相機(jī)拍攝的植物根系發(fā)展情況的圖片，可對不同水生植物的生長情況進(jìn)行評價和優(yōu)化，并選擇最適合邊坡加固和支護(hù)的植物。與其他傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡技術(shù)相比，實現(xiàn)了植物生長全過程及其根系發(fā)展的可視化，并可以客觀評價植物生長對護(hù)坡的作用，并以此優(yōu)化選擇植物進(jìn)行邊坡支護(hù)及加固，此外該技術(shù)操作簡單，經(jīng)濟(jì)可行，可廣泛應(yīng)用于各種植物生長情況評價。
[0013]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的試驗裝置立面示意圖；
圖2為本發(fā)明的試驗裝置平面示意圖；
其中，I為透明土，2為透明模型箱，3為光學(xué)平臺，4為土工格柵，5為高清相機(jī)，6為計算機(jī)。
[0015]【具體實施方式】:
以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實施方式】。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅僅局限于本實施方式的描述。
[0016]首先利用一定質(zhì)量的水族珠與純凈水按照質(zhì)量比1:100在常溫下混合，并充分?jǐn)嚢?，制成透明?I ;在一個平整的場地內(nèi)，安放光學(xué)平臺3，調(diào)整支架使臺面保持平整，本實施例子光學(xué)平臺3尺寸為1800 (長)X 1200 (寬)X800 (高)(單位:mm)，臺面厚度200 mm，采用四支撐，支架高度600 mm;將透明土 I移至透明模型槽2內(nèi)，并堆積成邊坡狀態(tài)，本實施例子透明模型槽2上部開口，尺寸為600 (長)X400 (寬)X400 (高)(單位:mm)，壁厚5 mm，底部對稱突出10 mm，預(yù)留M 6螺孔，填入透明模型槽2中的透明土 I邊坡最大高度為300 mm，通過螺栓將透明模型槽2固定在光學(xué)平臺3的臺面上；在透明土 I邊坡上，鋪設(shè)土工格柵4，將土工格柵4兩端固定，使其具有一定拉伸狀態(tài)，然后在土工格柵4內(nèi)播撒不同水生植物的種子，本實施例子共噴灑5種不同水生植物的種子，后再覆蓋1-2 cm厚度透明土 I 一層；在透明土 I邊坡上，均勻噴灑營養(yǎng)液，間隔一天噴灑一次；將高清相機(jī)5固定在光學(xué)平臺3的臺面上，并調(diào)整其具體位置，使鏡頭正對透明模型槽2的觀察面，并獲得較好的視場，高清相機(jī)5分辨率為50 w-1000 w,幀曝光，幀數(shù)15，曝光時間100 μ8 - 30 s，本實施例子高清相機(jī)5采用的分辨率為800 w,曝光時間為I S，與透明模型槽相距200 mm ;通過計算機(jī)6控制高清相機(jī)5拍攝水生植物生長的全過程及其根系發(fā)展情況，本實施例子高清相機(jī)5每隔24小時對不同植物的生長及其根系發(fā)展情況拍攝一次，進(jìn)行50天，前后共拍攝圖片500張；通過計算機(jī)6中圖像處理軟件分析獲得的水生植物生長全過程及其根系發(fā)展情況圖片，比較各種水生植物生長過程及其根系發(fā)展程度，評價植物生長對護(hù)坡的作用，并以此優(yōu)化選擇植物進(jìn)行邊坡支護(hù)及加固。
【權(quán)利要求】
1.一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置，包括透明土，光學(xué)平臺，透明模型箱，高清相機(jī)，植物和計算機(jī)，其特征在于:透明土填筑在透明模型箱內(nèi)，裝有透明土的透明模型箱用螺絲固定在光學(xué)平臺上；透明模型箱的正前方或者正后方設(shè)置高清相機(jī)并固定在光學(xué)平臺上；植物種植在透明土中；計算機(jī)及圖像處理軟件處理觀測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置，其特征在于:所述的透明模型箱由樹脂玻璃制作而成，上部開口，長600 mm -800 mm、寬200 mm-400 mm、高300mm-500 mm,壁厚5 mm-10 mm,底部對稱突出10 mm,預(yù)留螺孔,用于將其固定在光學(xué)平臺臺面上；透明模型箱其中一側(cè)面由精密機(jī)床標(biāo)有一系列參考點，并漆成紅色，用于測量系統(tǒng)的標(biāo)定和校正，同時可進(jìn)行像素坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置，其特征在于:所述的光學(xué)平臺尺寸長 1000 mm-2000 mm,寬 1000 mm-1500 mm,高 800 mm-1000 mm,臺面厚度 200mm-400 mm,桌腿截面200謹(jǐn)X 200謹(jǐn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置，其特征在于:所述的高清相機(jī)分辨率50 w-1000 W，幀數(shù)15，幀曝光，曝光時間100 μ8 - 30 S，高清相機(jī)通過底部螺栓固定在測試臺架上，通過調(diào)節(jié)支架高度和角度，可得到理想的高清相機(jī)視場，整個測試臺架固定在光學(xué)平臺上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置，其特征在于:所述的計算機(jī)使用的圖像處理軟件為PIV軟件，可處理水生植物生長過程中高清相機(jī)拍攝的一系列圖片，得到水生植物根系生長的大小，并以此優(yōu)化選擇水生植物。
6.基于權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置的使用方法，包括以下技術(shù)步驟: (I)將水族珠顆粒與純凈水按照一定質(zhì)量比配制透明土，配制時需要充分?jǐn)嚢?，確保飽和，排除透明土體內(nèi)的氣泡，以免影響透明效果； (2 )把透明土移至透明模型箱內(nèi)，并將透明模型箱固定在光學(xué)平臺臺面上，同時將透明模型箱內(nèi)的透明土體堆積為邊坡狀態(tài)； (3)在邊坡表層上鋪一層土工格柵，將土工格柵兩端固定，使其具有一定拉伸狀態(tài)，然后在格柵內(nèi)均勻播撒不同水生植物種子，接著覆蓋一淺層透明土，后均勻噴灑營養(yǎng)液在透明土邊坡上，間隔一天噴灑一次； (4)將高清相機(jī)固定在光學(xué)平臺上，并正對透明模型箱外表面，每隔24小時對透明模型箱內(nèi)不同植物生長情況進(jìn)行拍攝； (5)50天-100天后可得到透明模型箱內(nèi)不同植物生長情況的一系列圖片，后通過計算機(jī)圖像技術(shù)即可得到植物根系在土樣的發(fā)展情況，并對不同水生植物的生長進(jìn)行評價和優(yōu)化。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生態(tài)護(hù)坡植物生長可視化試驗裝置的使用方法，其特征在于:所述的透明土由水族珠與純凈水按質(zhì)量比1:100混合配制而成。
【文檔編號】A01G31/02GK104041397SQ201410181916
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】曹兆虎, 孔綱強(qiáng), 周航, 欒魯寶 申請人:河海大學(xué)