基于待测水样转移的水体无人监测装置和方法

1.本发明涉及水质监测技术领域，具体涉及一种基于待测水样转移的水体无人监测装置和方法。


背景技术：

2.各地扎实推进水环境防治各项工作，取得了一定成效。而水环境监测是其中的重要环节，及时获取水环境监测数据不仅可以提前预防规避水质问题的发生，而且便于水环境管理部门依据水环境监测数据制定相应的方针政策，因此做好常规性周期性水质监测意义重大。目前，以数字化、网络化、智能化为特征的信息化浪潮蓬勃兴起，管理信息化、数字化与机械化相结合，可促进监测手段由常规化向智能化转变，节约资源和成本。
3.目前水体水质监测时，通常采用人工采集水样并送往实验室监测分析，这种传统方式需要利用采样设备定点定时采取定量水样，然后将多种且大量的水质样本送到专门的实验研究场所进行快速监测，这种情况往往费时费力且过程复杂繁琐；或者人工手持便携式水质监测装置进行水质监测（cn201720881237.4），需要手持将监测装置放置在各个监测的水域里获得水质监测数据，过程较传统方法简单快捷，但仍存在不利于放置监测装备的位置导致无法完成水质监测；或者在线监测设备固定在养殖水体的上方（cn202121306327.3/ cn202111271195.x），监测探头置于设备中，通过远程控制水质监测模块（探头），完成水质的监测，该方法只能完成某一固定水体的水质监测，不便于多养殖水体区域的水质监测。自动化水体监测机器人（cn202111474198.3/cn11390933）中采样机械臂通过升降台操控采样，再利用机械臂上水质传感器来完成水质监测，该方法可自动定时定点完成水质监测，但对于采样机械臂有一定的要求，机械臂成为一种限制因素，无法满足较远距离的水体采集，对养殖池高度及水位高度均有一定要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于待测水样转移的水体无人监测装置和方法，用于解决对于人工采样分析或者手持传感器监测水体，过程复杂且繁琐，人力成本较高，获得数据方面，响应速度慢，时间周期长；固定式水质监测设备监测范围单一，不适用于多养殖池水体监测；移动式智能监测系统受机械臂的限制，采样距离固定化，不适用于远距离水样分析等问题。
5.本发明通过以下技术方案予以实现：第一方面，本发明提供了一种基于待测水样转移的水体无人监测装置，包括水样转移装置，设置于不易直接取样的待检测水体附近，并获取该检测点的水体样品，同时，可智能感知待识别目标；无人车，通过所述水样转移装置的智能感知与其进行信号传输并完成交互响应，控制该水样转移装置获取当下水样；水质传感器，设置于所述无人车，并在所述无人水质车与所述水样转移装置完成
交互响应后，检测水样转移装置获取的水样。
6.更进一步的，所述水样转移装置包括进水管、抽水泵、水样驻留池、溢水口、排水阀、出水管及中控盒。
7.更进一步的，所述中控盒包括信号传输模块、控制模块和供电模块；所述信号传输模块用于传输数据，并与无人水质车进行响应，所述控制模块控制抽水泵和排水阀的开启和关闭；所述供电模块为抽水泵和排水阀提供电力。
8.更进一步的，所述水样驻留池底部为锥形设计与出水管连接，用于水样及时返回至水体中，避免蓄水池的污染；所述抽水泵和排水阀设置有自动开启智能开关，且所述抽水泵和排水阀分别与进水管和出水管连接。
9.更进一步的，所述无人水质车包括滑轮、轴线、连接杆、固定位点、多参数水质传感器、360
°
转向云台、电机、摄像头、供电模块、gps导航模块和信号传输模块。
10.更进一步的，所述固定位点204设置在多参数水质传感器附近，为槽式，在无人车行进时，有效减少多参数水质传感器的震动，充分保护多参数水质传感器，槽式中装有探头保护液，保证探头的敏感度。
11.更进一步的，所述电机及摄像头均安装在360
°
转向云台上，其中，所述电机与滑轮通过轴线连接为一体，并通过360
°
转向云台进行转向。
12.更进一步的，所述水质传感器根据水体实际需求安装溶解氧探头、电导率探头、浊度探头、ph探头或氨氮探头；更进一步的，所述信号传输模块通过4g/5g/wifi网络通信，进行远程数据传输；所述gps导航模块用于实现无人水质车根据设置的路径自动行驶，遇到障碍自动绕行或重新规划路线。
13.第二方面，本发明提供了一种基于待测水样转移的水体无人监测方法，所述方法使用第一方面所述的基于待测水样转移的水体无人监测装置，包括以下步骤：根据智能水样转移装置方位设置无人车行驶路线及停靠位置；无人车与水样转移装置进行信号传输并完成交互响应，水样转移装置开始工作指令；通过抽水泵和排水阀的开启和关闭作用，利用进水管吸取待测水体；当水样驻留池水位达到要求时，通过摄像头模块的视觉识别技术向上抬升离开传感器a固定点，使多参数水质传感器达到b1平行高度；360
°
转向云台逆时针或者顺时针旋转90
°
，通过电机驱动，滑轮轴线向下垂直移动由b1位置到达b2水样驻留池正中位置；多参数水质传感器进行实时读数，数据传输至云端，水质监测完毕，阀门开启，出水管排空水样驻留池的水样；再次电机驱动，滑轮轴线向上移动，使得传感器由b2位置达到b1位置，底座逆时针旋转90
°
，滑轮轴线向下移动使得传感器回归到a固定点；根据设置好的路线，前往下一个待监测水体。
14.本发明的有益效果为：本发明通过无人车与智能水样转移装置交互感应，后者借助抽水泵和排水阀的联动作用自动完成水样的采集，可以解决某些水体不便于直接取样的问题；无人车搭载多参
数水质传感器，多参数水质传感器在无需采样的前提下直接进行水质监测环境监测，数据同步实时上传，建立水质数据库，便于技术人员实时获取水体各参数信息及水体环境情况，减少技术人员取样测样重复性工作，提升水环境监测的整体效率。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是一种基于待测水样转移的水体无人监测装置和方法技术方案示意图；图2是无人车侧视图，包括各组成模块；图3是无人车与智能水样转移装置交互响应的方式；图4是无人车与智能水样转移装置工作流程图；图中的标号分别代表：1、智能水样转移装置；101.进水管；102.抽水泵；103.水样驻留池；104.溢水口；105.排水阀；106.出水管；107.中控盒2、无人车；201.滑轮；202.轴线；203.连接杆；204.固定位点；205.水质传感器；206. 360
°
转向云台；207.电机；208.摄像头；209.供电模块；210.gps导航模块；211.信号传输模块。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.实施例1参照图1和图3所示，本实施例提供一种基于待测水样转移的水体无人监测装置，包含具有相互响应的智能水样转移装置1和搭载多参数水质传感器205的无人车2。
19.本实施例智能水样转移装置1在待测水体旁，包含.进水管101、抽水泵102、水样驻留池103、溢水口104、排水阀105、出水管106和中控盒107。
20.本实施例智能水样转移装置1适用于多场景水环境，包括但不限于养殖水体、湖库监测流域等，根据实际情况来确定最佳位置安置智能水样转移装置，不仅可以解决某些待测水体不便取样的问题，而且取样位置根据具体监测要求而定。
21.本实施例抽水泵102和排水阀105具有自动开启和关闭的功能，分别与进水管101和出水管106连接。
22.本实施例中控盒107含有信号传输模块、控制模块、供电模块，信号传输模块具有传输数据、与无人车响应等功能；控制模块控制泵102和阀门105的开启和关闭；供电模块为泵102和阀门105提供电力保障。
23.本实施例进水管101在泵的作用下工作，进水管长度随意更换，取水口可根据实际
取样要求吸取特定区域的水样，满足实际需求。
24.本实施例水样驻留池103的大小及其蓄水量满足市面上探头测定水样的要求；底部为锥形设计，与出水管连接，水样及时返回至水体中，有利于水样的排空，避免蓄水池的污染，保证其清洁度。
25.本实施例通过人机交互系统，可实现远程获取数据。实时查看数据，便于养殖从业人员及时掌握水质情况。
26.本实施例智能水样转移装置可以感知无人水质监测车的到达，并抽取水样为其提供待测水样。无人车自动将水质传感器放入水样驻留池中，完成水质监测，监测快速，可实时查看数据，便于技术人员及时掌握水质情况；大大提高水质监测效率。
27.实施例2在实施例1的基础上，参照图2所示，本实施例提供一种无人车2包含滑轮201、轴线202、连接杆203、固定位点204、水质传感器205、 360
°
转向云台206、电机207、摄像头208、供电模块209、gps导航模块210和信号传输模块211。
28.本实施例无人车装载通过滑轮工作的水质传感器，多参数水质传感器可根据实际水体需要，更换不同的监测工具，满足实际监测需求；滑轮可根据搭载物品的重量、大小等物理特征进行更换。
29.本实施例固定位点204设置在多参数水质传感器附近，为槽式，在无人车行进时，有效减少多参数水质传感器的震动，充分保护多参数水质传感器，槽式中装有探头保护液，保证探头的敏感度。
30.本实施例电机207安装在360
°
转向云台206上，电机207与滑轮201通过轴线202连接为一体，可以通过360
°
转向云台206进行转向，满足不同方向的水体测样需求。
31.本实施例水质传感器205包含但不仅限于溶解氧探头、电导率探头、浊度探头、ph探头、氨氮探头等，可根据水体实际需求安装所需探头，灵活性极强。
32.本实施例gps导航模块210实现无人车根据设置的路径自动行驶，遇到障碍自动绕行或重新规划路线。
33.本实施例摄像头208同样安装在360
°
转向云台206上，全方位获取周围环境的视频图像，视觉识别技术使无人车及多参数水质传感器进入小容量蓄水池的误差≤10cm，重复定位误差≤5cm，角度误差≤8
°
。
34.本实施例摄像头208获取的周围环境的视频图像实时上传至云端，技术人员通过视频及图像甄别环境是否有异常，方便进行及时调控。
35.本实施例信号传输模块203通过4g/5g/wifi网络通信，实现远程数据传输，无人车遥控操作等；本实施例无人车本身具有锂电池，可连续工作，可自动充电。
36.本实施例通过无人车gps导航技术和摄像头视觉识别技术，可实现无人车精准到达指定位置，自动完成水质各项指标的快速测定。
37.本实施例无人车中多参数水质传感完成监测时，置于槽式固定点位，无人车移动时，可对传感器进行保护。
38.本实施例无人车根据规划路线行进，在到达一定居留卡时与智能水样转移装置交互感应，该装置通过抽水泵和排水阀的联动作用可在较短时间内自动完成水体的取样工作，可克服远距离采样的困难，满足多种水样采集需求。
39.实施例3在实施例1跟2的基础上，本实施例提供一种基于待测水样转移的水体无人监测方法，包括以下步骤：以智能水样转移装置的具体位置设1置好无人车2行驶路线及停靠位置；无人车与智能水样转移装置进行信号传输并完成交互响应后，智能水样转移装置开始工作指令；智能水样转移装置开始工作，如表1时序表所示，通过抽水泵102和排水阀105的开启和关闭作用，利用进水管101吸取待测水体；当水样驻留池103水位达到要求时，无人车2通过摄像头模块204的视觉识别技术移动多参数水质传感器205，多参数水质传感器205向上抬升离开传感器a固定点7，使多参数水质传感器达到b1平行高度，随后360
°
转向云台逆时针（或者顺时针）旋转90
°
，通过电机驱动，滑轮轴线向下垂直移动由b1位置到达b2水样驻留池正中位置；多参数水质传感器进行实时读数，数据传输至云端。水质监测完毕，阀门105开启，出水管106排空水样驻留池的水样；再次电机驱动，滑轮轴线向上移动，使得传感器由b2位置达到b1位置，底座逆时针旋转90
°
，滑轮轴线向下移动使得传感器回归到a固定点7；根据设置好的路线，前往下一个待监测水体。
40.综上，本发明通过无人车与智能水样转移装置交互感应，后者借助抽水泵和排水阀的联动作用自动完成水样的采集，可以解决某些水体不便于直接取样的问题；无人车搭载多参数水质传感器，多参数水质传感器在无需采样的前提下直接进行水质监测环境监测，数据同步实时上传，建立水质数据库，便于技术人员实时获取水体各参数信息及水体环境情况，减少技术人员取样测样重复性工作，提升水环境监测的整体效率。
41.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。