一种水体定量采样装置及方法

本发明涉及水体检测，具体涉及一种水体定量采样装置及方法。

背景技术：

1、在鱼类早期资源、浮游生物及其他随水漂移的小型水生生物调查中，通常使用定置网或拖曳网过滤一定体积的水体，并依据样品数量和过网水量计算单位水体中的资源密度。例如，为了获取过网水量，通常在网口设置单一的流量计进行流速测定。然而，这种单一流速监测方式存在明显的技术缺陷：当流速读数下降时，无法区分是由于天然来流速度降低所致，还是由于网衣堵塞导致过流能力下降；同时，当网具在水流作用下发生偏航或倾斜时，单一传感器测得的速度往往不等于法向过网速度，导致计算的过网水量失真。此外，相关的采样设备多为单仓结构，长时间采样所得的混合样品无法对应具体的生境片段，且采样过程中的异常时段数据常被直接删除或缺乏质量标记，导致最终的资源密度计算结果不可追溯，难以满足高精度定量调查的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种水体定量采样装置及方法，解决现有技术中单一流速监测无法准确识别水体采样异常状态，以及样品数据与环境信息缺乏精准分段绑定的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种水体定量采样装置，包括：过滤组件，被配置为对水流进行过滤采样；第一流速监测件，设置于所述过滤组件的过流区域内，被配置为获取过流流速数据；第二流速监测件，设置于所述过滤组件外侧的未经所述过滤组件过滤的来流中，被配置为获取参考流速数据；姿态监测件，被配置为获取所述过滤组件的姿态数据；多通道集样组件，包括多个集样仓，所述多个集样仓连接所述过滤组件的出水端，被配置为收集经过所述过滤组件过滤后的样品；控制器，分别与所述第一流速监测件、所述第二流速监测件、所述姿态监测件及所述多通道集样组件通信连接，被配置为基于统一时间基准，根据所述过流流速数据、所述参考流速数据和所述姿态数据计算有效过流水量并识别采样状态，以及响应于满足预设触发条件，控制所述多通道集样组件切换当前导通的所述集样仓，并将分段的有效过流水量、环境参数及所述采样状态与对应的所述集样仓进行数据绑定。

4、在一些实施例中，所述过滤组件包括：刚性环架；网衣，固定于所述刚性环架，被配置为对来流进行过滤；汇流套，连接于所述网衣的出水侧，被配置为汇聚经过所述网衣过滤后的水流；所述第一流速监测件设置于网衣进水侧的有效过流区域，所述第二流速监测件固定于所述刚性环架的外侧。

5、在一些实施例中，所述第一流速监测件设置在沿所述刚性环架的径向距所述刚性环架的中心轴线三分之一至二分之一半径处；所述第二流速监测件与所述刚性环架的来流侧边缘保持预设距离；所述第一流速监测件和所述第二流速监测件的敏感方向相对于所述刚性环架的坐标系固定。

6、在一些实施例中，所述多通道集样组件还包括：分配阀，连接于所述过滤组件的出水端与所述多个集样仓，被配置为切换导通不同的所述集样仓；驱动器，连接于所述分配阀，被配置为驱动所述分配阀转位；仓位检测件，连接于所述分配阀，被配置为检测所述分配阀是否到位。

7、在一些实施例中，所述姿态监测件包括惯性测量单元，所述惯性测量单元固定于所述过滤组件的进水端，被配置为获取所述过滤组件的进水端法向与来流方向的夹角及所述过滤组件相对水平面的倾角。

8、在一些实施例中，所述姿态监测件包括压力深度传感器，所述压力深度传感器固定在所述过滤组件上，被配置为获取采样深度。

9、在一些实施例中，所述刚性环架的外侧还设有旁路流通腔，所述旁路流通腔沿所述刚性环架的周向布置；所述旁路流通腔进水孔和侧向出水孔，所述进水孔朝向来流方向，且所述旁路流通腔内还设置有环境参数监测件，所述环境参数监测件被配置为获取水体的环境参数。

10、在一些实施例中，所述环境参数监测件包括温度探头、溶解氧检测探头、电导率检测探头和浊度探头中的至少一种。

11、第二方面，本发明还提供了一种水体定量采样方法，应用如第一方面所述的水体定量采样装置，包括以下步骤：基于统一时间基准，获取所述过滤组件的过流区域内的过流流速数据、所述过滤组件外侧的未经所述过滤组件过滤的来流中的参考流速数据以及所述过滤组件的姿态数据；基于所述过流流速数据、所述参考流速数据和所述姿态数据，计算有效过流水量并识别采样状态；响应于满足预设触发条件，切换所述多通道集样组件中当前导通的所述集样仓，并将分段的有效过流水量、环境参数及所述采样状态与对应的所述集样仓进行数据绑定。

12、在一些实施例中，所述基于所述过流流速数据、所述参考流速数据和所述姿态数据，计算有效过流水量并识别采样状态，包括：根据所述过流流速数据与所述参考流速数据的相对变化趋势判定堵塞状态，并基于所述过滤组件的进水端法向与来流方向之间的夹角判定偏航状态；利用所述夹角对所述过流流速数据进行法向投影修正，并累加计算所述有效过流水量。

13、在一些实施例中，所述响应于满足预设触发条件，切换所述多通道集样组件中当前导通的所述集样仓，并将分段的有效过流水量、环境参数及所述采样状态与对应的所述集样仓进行数据绑定，包括：在切换时，先关闭当前导通的所述集样仓，执行切换操作并确认到位后，再开启新的所述集样仓；在每次切换时生成包含仓号、时间戳和所述有效过流水量的数据摘要，并为异常时段分配质量标记而不删除原始数据。

14、与现有技术相比，本发明提供的一种水体定量采样装置及方法，通过设置位于过滤组件过流区域内的第一流速监测件和位于外侧未过滤来流中的第二流速监测件，结合姿态监测件，可利用第二流速监测件反映的真实来流状况作为基准，与第一流速监测件获取的过流数据进行比对，从而有效区分因天然来流波动引起的流速变化与因堵塞引起的流速下降；同时，利用姿态数据对过流流速进行法向投影修正，消除装置偏航或倾斜导致的测速误差，提高有效过流水量计算的准确性。

15、同时，通过控制器基于统一时间基准，将分段的有效过流水量、环境参数及采样状态与多通道集样组件中的具体集样仓进行自动数据绑定，使得一次布放即可获得多个物理隔离且数据边界清晰的样品，可解决传统混合样品无法对应具体生境片段的问题；同时，保留异常时段的质量标记而非简单删除数据，确保采样全过程的可追溯性与审计完整性，为水生生物资源的精准定量评估提供可靠的数据基础。

1.一种水体定量采样装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水体定量采样装置，其特征在于，所述过滤组件包括：

3.根据权利要求2所述的水体定量采样装置，其特征在于，所述第一流速监测件设置在沿所述刚性环架的径向距所述刚性环架的中心轴线三分之一至二分之一半径处；所述第二流速监测件与所述刚性环架的来流侧边缘保持预设距离；所述第一流速监测件和所述第二流速监测件的敏感方向相对于所述刚性环架的坐标系固定。

4.根据权利要求1所述的水体定量采样装置，其特征在于，所述多通道集样组件还包括：

5.根据权利要求1所述的水体定量采样装置，其特征在于，所述姿态监测件包括：

6.根据权利要求2所述的水体定量采样装置，其特征在于，所述刚性环架的外侧还设有旁路流通腔，所述旁路流通腔沿所述刚性环架的周向布置；所述旁路流通腔进水孔和侧向出水孔，所述进水孔朝向来流方向，且所述旁路流通腔内还设置有环境参数监测件，所述环境参数监测件被配置为获取水体的环境参数。

7.根据权利要求6所述的水体定量采样装置，其特征在于，所述环境参数监测件包括温度探头、溶解氧检测探头、电导率检测探头和浊度探头中的至少一种。

8.一种水体定量采样方法，其特征在于，应用如权利要求1-7中任一项所述的水体定量采样装置，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的水体定量采样方法，其特征在于，所述基于所述过流流速数据、所述参考流速数据和所述姿态数据，计算有效过流水量并识别采样状态，包括：

10.根据权利要求8所述的水体定量采样方法，其特征在于，所述响应于满足预设触发条件，切换所述多通道集样组件中当前导通的所述集样仓，并将分段的有效过流水量、环境参数及所述采样状态与对应的所述集样仓进行数据绑定，包括：