一种四维一体河道断面水质连续监测装置及其工作方法与流程

1.本发明属于生态环境监测技术领域，特别涉及一种四维一体河道断面水质连续监测装置。本发明还涉及一种四维一体河道断面水质连续监测装置的工作方法。


背景技术：

2.伴随着现代工业的发展，环境问题受到了全社会的密切关注，因此进行环境保护工作刻不容缓。人们的生存、生活、生产离不开水，水资源的保护是环境保护的重中之重。因而，利用现代化高新技术对水资源进行密切监测，这对环境保护工作具有十分重要的意义。我国虽然是一个水资源较为丰富的国家，但自大力发展以来，水资源受到了严重的污染，目前水质问题已经十分突出，因此，加强水质监测工作具有十分重大的意义。
3.现有技术中，水质监测往往只能进行单一地点的监测，存在一定的局限性，无法提供较大范围的水质数值，不利于科研人员进行大范围水质监测，且监测时，无法同时进行多个项水质参数的监测，导致其监测数据不全，不同数据监测深度不一致，不利于水质监测数据的分析和比较；现有监测技术也难以精确控制监测点深度，也无法知道监测点设置的深度是否大于河道实际深度，，不能满足水质监测数据全局的记录要求。


技术实现要素：

4.发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种四维一体河道断面水质连续监测装置，现有技术中水质在线监测一般只能在一个地点进行单一数据的监测，难以实现对水中不同深度的区域进行抽样监测，由于水中不同深度的水质各类物质不一，如果只对固定深度的水质取样监测，会导致对水质的监测产生的误差较大，影响对水质的全面分析。
5.技术方案：一种四维一体河道断面水质连续监测装置，包括无人船、固定支架、拉力传感器、传动牵引组件、控制与通信组件、exo多参数水质传感器和电池组件，所述固定支架和无人船连接，所述传动牵引组件的上端部与固定支架连接，并且传动牵引组件的下端部与电池组件连接，所述控制与通信组件的上部和传动牵引组件连接为一个整体，并且控制与通信组件的下部与电池组件连接为一个整体，所述控制与通信组件由电池组件提供电力，所述控制与通信组件可读取exo多参数水质传感器信号，所述拉力传感器的上端部与电池组件连接，并且拉力传感器的下端部通过牵引绳和exo多参数水质传感器连接，所述电池组件为传动牵引组件提供电力，所述控制与通信组件通过蓝牙与无人船的船控系统相连接，并且控制与通信组件可以接收从无人船的船控系统发来的监测指令，所述传动牵引组件与控制与通信组件的信号输出端连接，所述控制与通信组件把exo多参数水质传感器采集的河道水质数据通过蓝牙发送给无人船的船控系统。本发明的四维一体河道断面水质连续监测装置，在时间、经度、纬度和深度四个维度上能够连续进行河道水质的在线监测，解决了目前在线监测中运维响应滞后、运维人力物力成本高、数据有效性无法保证等运维难题，在水质问题突发时，将解决在线监测设备远程控制问题，实现运维的及时性，保障监测
数据的准确性和有效性；减少运维人员工作量，节约运行维护成本，为管理部门的决策提供数据支持。特别适合水文、水质监测的长期性、连续性、突变性的特点，将有可能对现有的水质环境检测、监测起到积极的作用。
6.进一步的，上述的四维一体河道断面水质连续监测装置，所述水质连续监测装置还包括电压传感器，所述控制与通信组件通过电压传感器可实时读取电池组件的电压。
7.进一步的，上述的四维一体河道断面水质连续监测装置，所述拉力传感器、传动牵引组件、控制与通信组件、exo多参数水质传感器和电池组件均具有ip68防水能力。
8.进一步的，上述的四维一体河道断面水质连续监测装置，所述传动牵引组件包括伺服电机、卷轴和牵引丝线，所述牵引丝线的一端和固定支架连接，并且传动牵引组件在控制与通信组件控制下控制伺服电机带动卷轴来提升或下放牵引丝线。
9.进一步的，上述的四维一体河道断面水质连续监测装置，所述拉力传感器用于测量牵引绳在工作过程中所受拉力大小，并且拉力传感器通过测量exo多参数水质传感器的拉力大小来判断exo多参数水质传感器是否已达到河道底部。
10.进一步的，上述的四维一体河道断面水质连续监测装置，所述无人船的船控系统通过无人船数据通信链路把监测数据发送给岸基站和用户。
11.进一步的，上述的四维一体河道断面水质连续监测装置，所述无人船的船控系统接收到exo多参数水质传感器监测的河道水质参数后与无人船当前gps定位信息相结合，并且无人船的船控系统将通过数据通信链路发送给岸基站和用户，所述无人船的船控系统发送给岸基站和用户的每一组水质数据中都包括经度、纬度、时间、深度和水质数据值。
12.本发明还提供一种四维一体河道断面水质连续监测装置的工作方法，包括以下步骤：s1、将水质连续监测装置放入河道水体中，exo多参数水质传感器浸没在水体内；s2、传动牵引组件启动，使得exo多参数水质传感器处于河道水体中不同深度，控制与通信组件把从exo多参数水质传感器读取到的深度数据与用户指令中设定的深度信息进行比较来控制传动牵引组件的伺服电机的动作，并使exo多参数水质传感器悬停在河道水体中指定深度；s3、控制与通信组件根据用户指令中设定的悬停时间来读取exo多参数水质传感器在河道水体中的水质监测数据；s4、当exo多参数水质传感器的悬停时间结束后，控制与通信组件继续下放exo多参数水质传感器到第二个指定的深度并重复第一次悬停的动作，进行第二个位置的监测；s5、当控制与通信组件在持续下放exo多参数水质传感器过程中发现拉力传感器数字大幅变小，并且exo多参数水质传感器所监测到的深度数据无变化时，则说明exo多参数水质传感器已到达河床底部，此时传动牵引组件的伺服电机停止旋转，控制与通信组件记录下报警信息，并控制传动牵引组件的伺服电机反向旋转把exo多参数水质传感器拉出河道水面；s6、当控制与通信组件读取到exo多参数水质传感器返回的深度数据为0时，表示exo多参数水质传感器已上拉出河道水面，则传动牵引组件的伺服电机继续工作1-2秒后停止转动；s7、在exo多参数水质传感器的一次作业过程中用户可以针对多个不同的深度设
定采集指令，使得exo多参数水质传感器完成在多个不同深度断面的水质数据的采集；s8、当用户未设定特定采集深度信息时，系统自动执行连续断面采集，exo多参数水质传感器自动从水面开始，在exo多参数水质传感器下放和上升过程中不间断采集深度和水质数据，从而实现从水面到河底整个完整断面的水质数据连续采集；s9、用户可以设定参数来控制传动牵引组件的伺服电机的速度，从而调整exo多参数水质传感器的上升和下降速度，从而可以增加或减少整个断面的水质数据采样密度。
13.进一步的，上述的四维一体河道断面水质连续监测装置的工作方法，所述当电压传感器的电压低于某个阈值时发送报警信息，提示用户更换电池或给电池充电。
14.进一步的，上述的四维一体河道断面水质连续监测装置的工作方法，所述每次执行用户采集指令前控制与通信组件都将判断电池组件当前的电压是否低于设定的阈值，当电池组件的电压低于阈值电压时，控制与通信组件发送报警信息告知用户，监测装置拒绝执行用户的数据采集指令，避免因电池组件的电压过低导致exo多参数水质传感器无法自动回收到无人船上。
15.进一步的，exo多参数传感器拉出水面1-2秒后伺服电机停止工作时，控制与通信组件把采集到的所有水质监测数据通过蓝牙连接发送到无人船控制系统，无人船控制系统再把监测数据和gps位置通过通信链路发送到远程基站和用户。
16.上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：（1）本发明所述的四维一体河道断面水质连续监测装置，通过无人船搭载多参数水质监测传感器，利用伺服电机、压力传感器和绞盘来精确控制exo传感器在水下深度，从而实现在时间、经度、纬度和深度四个维度上一体化河道断面水质连续监测。
17.（2）本监测装置可以支持两种水质监测模式：定深多点监测和连续采样监测模式。
18.（3）连续采样监测模式下，用户可以通过设定参数来控制伺服电机的转动速度来控制exo传感器上升和下降速度，从而调整断面水质监测密度。
19.（4）本监测装置通过深度传感器和压力传感器相结合，可以自动探测监测点最大深度，从而能在任何河道监测断面上自动完成设备下降和回收而无需提前知道河道深度信息。
附图说明
20.图1为本发明所述的四维一体河道断面水质连续监测装置的结构示意图。
21.图中：固定支架1、拉力传感器2、传动牵引组件3、控制与通信组件4、exo多参数水质传感器5、电池组件6。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本
发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
27.如图1所示的四维一体河道断面水质连续监测装置，包括无人船、固定支架1、拉力传感器2、传动牵引组件3、控制与通信组件4、exo多参数水质传感器5和电池组件6，所述固定支架1和无人船连接，所述传动牵引组件3的上端部与固定支架1连接，并且传动牵引组件3的下端部与电池组件6连接，所述控制与通信组件4的上部和传动牵引组件3连接为一个整体，并且控制与通信组件4的下部与电池组件6连接为一个整体，所述控制与通信组件4由电池组件6提供电力，所述控制与通信组件4可读取exo多参数水质传感器5信号，所述拉力传感器2的上端部与电池组件6连接，并且拉力传感器2的下端部通过牵引绳和exo多参数水质传感器5连接，所述电池组件6为传动牵引组件3提供电力，所述控制与通信组件4通过蓝牙与无人船的船控系统相连接，并且控制与通信组件4可以接收从无人船的船控系统发来的监测指令，所述传动牵引组件3与控制与通信组件4的信号输出端连接，所述控制与通信组件4把exo多参数水质传感器5采集的河道水质数据通过蓝牙发送给无人船的船控系统。控制与通信组件4可以实时读取拉力传感组件传来的拉力数据和exo传来的深度数据和水质监测参数。控制与通信组件电力由电池组件提供。控制与通信组件通过读取拉力传感器2的拉力大小可以判断exo多参数水质传感器5是否已到达河底。当拉力为0时，则通过立刻发送停机命令给传动牵引组件3，防止传动牵引组件3的牵引丝线被反向缠绕在卷轴上。
28.上述水质连续监测装置还包括电压传感器，所述控制与通信组件4通过电压传感器可实时读取电池组件6的电压。
29.其中，拉力传感器2、传动牵引组件3、控制与通信组件4、exo多参数水质传感器5和电池组件6均具有ip68防水能力，可以长时间在10米以下水下中工作。
30.此外，传动牵引组件3包括伺服电机、卷轴和牵引丝线，所述牵引丝线的一端和固
定支架1连接，并且传动牵引组件3在控制与通信组件4控制下控制伺服电机带动卷轴来提升或下放牵引丝线。控制与通信组件4可以根据无人船的船控系统发送的监测指令控制传动牵引组件3的伺服电机旋转方向来提升或下放监测装置。
31.另外，拉力传感器2用于测量牵引绳在工作过程中所受拉力大小，并且拉力传感器2通过测量exo多参数水质传感器5的拉力大小来判断exo多参数水质传感器5是否已达到河道底部。
32.上述无人船的船控系统通过无人船数据通信链路把监测数据发送给岸基站和用户。所述无人船的船控系统接收到exo多参数水质传感器5监测的河道水质参数后与无人船当前gps定位信息相结合，并且无人船的船控系统将通过数据通信链路发送给岸基站和用户，所述无人船的船控系统发送给岸基站和用户的每一组水质数据中都包括经度、纬度、时间、深度和水质数据值。
33.基于上述结构的基础上，本发明一种四维一体河道断面水质连续监测装置的工作方法，包括以下步骤：s1、将水质连续监测装置放入河道水体中，exo多参数水质传感器5浸没在水体内；s2、传动牵引组件3启动，使得exo多参数水质传感器5处于河道水体中不同深度，控制与通信组件4把从exo多参数水质传感器5读取到的深度数据与用户指令中设定的深度信息进行比较来控制传动牵引组件3的伺服电机的动作，并使exo多参数水质传感器5悬停在河道水体中指定深度；s3、控制与通信组件4根据用户指令中设定的悬停时间来读取exo多参数水质传感器5在河道水体中的水质监测数据；s4、当exo多参数水质传感器5的悬停时间结束后，控制与通信组件4继续下放exo多参数水质传感器5到第二个指定的深度并重复第一次悬停的动作，进行第二个位置的监测；s5、当控制与通信组件4在持续下放exo多参数水质传感器5过程中发现拉力传感器2数字大幅变小，并且exo多参数水质传感器5所监测到的深度数据无变化时，则说明exo多参数水质传感器5已到达河床底部，此时传动牵引组件3的伺服电机停止旋转，控制与通信组件4记录下报警信息，并控制与通信组件4控制传动牵引组件3的伺服电机反向旋转把exo多参数水质传感器5拉出河道水面；s6、当控制与通信组件4读取到exo多参数水质传感器5返回的深度数据为0时，表示exo多参数水质传感器5已上拉出河道水面，则传动牵引组件3的伺服电机继续工作1-2秒后停止转动；s7、在exo多参数水质传感器5的一次作业过程中用户可以针对多个不同的深度设定采集指令，使得exo多参数水质传感器5完成在多个不同深度断面的水质数据的采集；s8、当用户未设定特定采集深度信息时，系统自动执行连续断面采集，exo多参数水质传感器5自动从水面开始，在exo多参数水质传感器5下放和上升过程中不间断采集深度和水质数据，从而实现从水面到河底整个完整断面的水质数据连续采集；s9、用户可以设定参数来控制传动牵引组件3的伺服电机的速度，从而调整exo多参数水质传感器5的上升和下降速度，从而可以增加或减少整个断面的水质数据采样密度。
34.上述当电压传感器的电压低于某个阈值时发送报警信息，提示用户更换电池或给
电池充电。
35.上述每次执行用户采集指令前控制与通信组件4都将判断电池组件6当前的电压是否低于设定的阈值，当电池组件6的电压低于阈值电压时，控制与通信组件4发送报警信息告知用户，监测装置拒绝执行用户的数据采集指令，避免因电池组件6的电压过低导致exo多参数水质传感器5无法自动回收到无人船上。
36.通过控制与通信组件4实时采集拉力传感器2的拉力值和exo多参数水质传感器5深度传感器的深度值的变化可精确判断exo多参数水质传感器5是否已到达河底而无需知道该位置实际深度信息。控制与通信组件4可以根据用户设定的监测深度要求把exo多参数水质传感器5精确下放到相应的深度，并能根据用户设定的监测时长来采集水质数据。
37.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。