[发明专利]一种适用于高原多年冻土地区的长期监测辅助系统

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，具体地，涉及一种适用于高原多年冻土地区的长期监测辅助系统。

背景技术

众所周知，青藏高原是地球上分布范围最大的中纬度高海拔寒冷地区，根据当前的研究成果，该地区多年冻土的面积超过一百万平方公里。

从气候变化角度来看，该地区同极地地区的气候状况可以作为全球气候变化的指示器、启动器和放大器，对该地区气候变化的研究是全球气候变化研究不可缺少的重要组成部分；从景观分布来看，该地区以高寒荒漠、高寒草甸、高寒草原为主，生态环境及其脆弱，目前已有部分地区呈现出沙漠化趋势，对该地区和我国东部的大气环境构成潜在的威胁，急需要开展生态保护及恢复方面的前期研究工作；从工程作用来看，该地区的道路工程、采矿工程日益增多，但是该地区多年冻土广泛分布，冻土工程地质条件极差，各项工程普遍面临着地基失稳的难题，迫切需要开展相关的防治措施研发及工程措施效果的长期监测、调查。

无论是气候变化研究、生态环境保护还是冻土状况的监测，都必须要在该地区开展大量的长期调查和监测工作。与东部地区不同，高原多年冻土地区不适合人类长期居住，不宜派人进行长期值守。高原地区的监测类型众多、监测场地数量大分布广，道路沿线设施容易受到行人破坏，远离道路的监测点则易被牧民损毁，如果派人长期值守，项目经费也远远不能满足要求，无法开展具有重要意义的长期监测。另外，高原多年冻土地区风沙大、鼠害多、冬季气温低，加上局部地区较多的雨雪，监测设施也往往因为这些恶劣的自然条件而往往不能长时间连续工作。

针对高原地区的特殊环境、工作条件以及监测工作的要求，在该地区开展研究的科研、技术人员研发了不同的监测用辅助系统，其中有塑料材质的，也有金属材质的（有铁皮的，也有钢板的）。这些辅助系统主要包括供电模块和保护模块，供电模块一般由太阳能板和蓄电池构成，其中，太阳能板一般架设于空中或用水泥砂浆固定于地面（高原冻土区长期监测系统一般采用两种太阳能供电方式）；保护模块，主要是指各种形式的防护箱（即高原多年冻土区不同时期常用的防护箱），可以包括塑料保护箱、铁皮保护箱、直边钢板箱、折边钢板箱、上开门钢板箱（可以包括门边无筋型和门边加筋型）。

上述供电模块，可以包括落地式太阳能供电模块，该模块采用框架来固定太阳能板，框架的支撑腿插入地表以下，自太阳能板以下的部分均用水泥砂浆来固定；也可以包括悬空式太阳能板固定模块，通常用配套的太阳能板支架固定于竖立的镀锌钢管顶部，太阳能板的架设高度一般在2.5m以上。

上述监测系统保护箱的发展趋势，从早期的塑料箱发展到铁皮箱、钢板箱，从侧开门发展到上开门，这说明对保护箱的防护性能要求越来越高。一方面，保护箱的强度越来越高，譬如材质强度更高、防护板的厚度更厚、箱门的防撬效果更好（采用折边门、门边加筋）等；另一方面，箱子的防尘、防水效果更好，侧开门容易因为地面积水而进水，因此换成了上开门，直边门的密封防尘效果不如折边门等。箱子防护等级的提高主要是为了保障监测设备的安全，这固然有降低监测成本的考虑，更多的则是为了提高长期监测资料的质量。在无人值守的条件下确保整个监测系统的正常工作，这是野外科技工作者在开展现场监测工作时最关心的问题之一，往往是花费了很大精力，却无法达到目的。

在当前的高原野外监测工作中，无论是监测系统中的太阳能供电模块还是防护模块，往往因为自然或者人为的原因而经常遭到破坏，野外监测系统中常见的几种破坏形式（即高原多年冻土区的自然破坏形式和人为破坏形式）包括：⑴几种自然破坏形式包括：箱体灌满了风沙、箱体充满了大半箱冰水、箱体进入了风吹雪、箱体进入了大量淤泥、箱体内进入了老鼠、以及箱体侧因为边坡土体滑落导致箱门无法打开；⑵几种人为破坏形式包括：箱体的侧门被撬、气象站的数采仪保护箱被盗、箱体严重变形、防护网被撬开、以及太阳能板被盗。

上述几种破坏形式中，轻则导致电源供电中断、数采仪停止工作，重则导致数采仪、探头被彻底损坏甚至整体丢失。上述破坏的后果不仅仅是采集工作的终止、数据的丢失，甚至可能造成整个监测点无法修复，给研究工作带来无法弥补的损失。

基于上述监测辅助系统的重要性以及当前所面临的困难，目前在高原多年冻土地区急需要提供一套能够保障监测系统长期、稳定工作的监测辅助系统解决方案。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在长期值守难度大、监测设备易受破坏、难以实现长期稳定工作、以及监测结果可靠性差等缺陷。 

发明内容