CN102700695A

CN102700695A - 河道违规排污侦测机器鱼

Info

Publication number: CN102700695A
Application number: CN2012102350848A
Authority: CN
Inventors: 樊绍胜; 霍兆镜; 谭富民
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: CN102700695B

Abstract

本发明公开了一种河道违规排污侦测机器鱼，包括仿生鱼总成以及安装于仿生鱼总成上的控制器、水质传感器、河水流速及声纳传感器、GPS定位组件，机器鱼使用上述传感器对排污口进行精准定位，定位完成后控制器对水质传感器检测到的水质数据、河水流速及声纳传感器检测到的河水流速数据以及GPS定位组件定位后的位置信息进行综合处理后发送到环境监控中心。本发明具有结构简单、智能化程度高、适用范围广、实时检测能力强、检测精度高等优点。

Description

河道违规排污侦测机器鱼

技术领域

本发明主要涉及到水污染监测设备领域，特指一种适用于监测河道违规排污的机器鱼。

背景技术

现今的河道污染问题产生的原因是很广泛的，其中包括了工业废水的排放和生活污水的排放等。尽管政府规范了企业的污水排放行为，但是有些企业为了节省处理废水的经费对工业废水进行偷排。政府对这些不法行为是防不胜防的，因为这些企业常常使用暗铺的管道进行排放，而这些暗道是难以被人们发现（如湖北黄石西塞山段江底沙滩上某公司到被发现时已偷排了十多年），而且有不少这些企业往往会在多个地方铺设暗道以规避执法人员的检测。尽管如此我们也需要采取必要手段去控制这种污染。

环境污染事故是威胁人类健康、破坏生态环境的重要因素，其巨大危害性制约着生态环境平衡及经济、社会的可持续发展。在处理水污染事故时关键是要第一时间识别污染，迅速了解污染源的位置及波及范围，做好自动追踪定位。但人工监测处理难以达到这个要求。而且传统的人工采样监测手段具有很大的随意性，并且判断污染带的扩散和迁移过于依赖经验，很难真实的反映水污染的状况及其扩散和迁移情况，造成下游城市不能科学、高效的应对水污染事故，造成不必要的恐慌和经济损失。

地表水自动监测站通常需要较高的建设投资和运行维护费用，而且其难以对污染带的迁移和扩散进行准确的预测，而监测船同样需要较高的费用，且无法实现对水污染的在线自动监测，难以大量应用于水污染监测和污染源。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、智能化程度高、适用范围广、实时检测能力强、检测精度高的河道违规排污侦测机器鱼。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种河道违规排污侦测机器鱼，包括仿生鱼总成以及安装于仿生鱼总成上的控制器、水质传感器、河水流速及声纳传感器、GPS定位组件，所述控制器对所述水质传感器检测到的水质数据、河水流速及声纳传感器检测到的河水流速数据以及所述GPS定位组件定位后的位置信息进行综合处理后发送到环境监控中心。

作为本发明的进一步改进：

所述仿生鱼总成包括机器鱼头部、机器鱼机身、机器鱼仿生鱼尾以及机器鱼尾鳍，所述机器鱼机身包括机器鱼机身外壳，所述机器鱼仿生鱼尾包括机器鱼尾外壳以及装设于机器鱼尾外壳内的动力组件，所述动力组件与机器鱼尾鳍相连并对机器鱼尾鳍进行驱动。

所述机器鱼机身内部设有气囊室、气泵、气囊以及压舱配重，所述气囊室上开设有进水孔和排水孔，所述气囊安装于气囊室中，所述气囊上开设有排气阀，所述气泵的输出端与气囊相连，所述气泵的控制端与控制器相连。

所述机器鱼机身内部装设有电池组，所述电池组通过无线电能接收组件与外部无线充电组件相连并进行充电。

所述机器鱼机身外壳上设有螺旋桨组件。

所述机器鱼机身外壳上设有水质传感器支架，所述水质传感器、河水流速及声纳传感器安装于水质传感器支架上。

所述机器鱼头部内设有河水采样舱，所述河水采样舱处设有与外界连通的采样水阀，所述采样水阀与控制器相连。

所述机器鱼头部的前端设有前端超声波传感器、红外线传感器，所述机器鱼头部的两侧均设有侧面超声波传感器，所述机器鱼头部内设有水下摄像头。

所述动力组件包括依次相连的仿生鱼尾第一节舵机和仿生鱼尾第二节舵机，所述仿生鱼尾第二节舵机与机器鱼尾鳍相连并对机器鱼尾鳍进行驱动。

所述机器鱼机身外壳上设有机器鱼仿生背鳍。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的河道违规排污侦测机器鱼，为具有快速识别水污染、快速寻找污染源功能的机器鱼，能够弥补传统的自动检测站及检测船随意性、实时性低、自动化程度低等的不足。

2、本发明的河道违规排污侦测机器鱼，使用仿生鱼尾结构作为推进装置，由于其推进效率比传统的螺旋桨推进方式高30%以上，故能有效增加机器鱼的侦测范围及侦测时间。当河水流速较大仿生鱼尾推进力不足时，可开启螺旋桨组件增大机器鱼的推进力。

3、本发明的河道违规排污侦测机器鱼，可以通过安装在机器鱼身上的污染物传感器检测河道河水是否受到污染，发现污染后机器鱼根据一维污染扩散原理定位污染源并侦测其大概位置。机器鱼到达污染源估计位置后对河水污染采用二维污染扩散原理以及对排污口发出的声波采用声音的传播原理对污染口进行精准定位，到达污染源位置进行核实以及污染源相关数据采集后把采集到的数据发送到监控中心。

4、本发明的河道违规排污侦测机器鱼，根据不同工厂排放污染的不同安装不同的污染物检测传感器进行检测。机器鱼可组建成机器鱼群，并分布在不同水域中，侦测不同水域中河水的受污染情况。某处的河水发现污染时，该处的机器鱼将把水中采集到的环境综合信息数据传回环境信息监控中心，最终达到对水体实时、准确、高度自动化监测的目的。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是本发明的主视剖视结构示意图。

图例说明：

1.机器鱼头部；2.前端超声波传感器；3.河水流速及声纳传感器；4.侧面超声波传感器；5.螺旋桨组件；6.水质传感器支架；7.机器鱼机身；8.水质传感器；9.机器鱼仿生背鳍；10.机器鱼仿生鱼尾；11.机器鱼尾鳍；12.红外线传感器；13.采样水阀；14.水下摄像头；15.控制器；16.气泵；17.压舱配重；18.电池组；19.排气阀；20.排水孔；21.气囊；22.机器鱼机身外壳；23.仿生鱼尾第一节舵机；24.机器鱼尾外壳；25.仿生鱼尾第二节舵机；26.无线电能接收组件；27.河水采样舱；28.气囊室；29.进水孔；30.GPS定位组件。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的河道违规排污侦测机器鱼，包括仿生鱼总成以及安装于仿生鱼总成上的控制器15、水质传感器8、河水流速及声纳传感器3、GPS定位组件30，仿生鱼总成能在河道中自动巡游，其巡游深度可根据实际情况进行调节；控制器15对水质传感器8检测到的水质数据、河水流速及声纳传感器3检测到的河水流速数据以及GPS定位组件30定位后的位置信息进行综合处理后发送到环境监控中心，包括完成对排污口进行精准定位。

本实施例中，仿生鱼总成包括机器鱼头部1、机器鱼机身7、机器鱼仿生鱼尾10以及机器鱼尾鳍11，机器鱼机身7包括机器鱼机身外壳22，机器鱼头部1采用流线型设计，流线型机器鱼头部1能够减少仿生鱼总成在水中游动时产生的阻力。机器鱼仿生鱼尾10包括机器鱼尾外壳24以及装设于机器鱼尾外壳24内的动力组件，动力组件与机器鱼尾鳍11相连并对机器鱼尾鳍11进行驱动；正常状态下，一般仅通过动力组件驱动机器鱼尾鳍11即可完成仿生鱼总成的驱动。

本实施例中，机器鱼机身7的内部设有气囊室28、气泵16、气囊21以及压舱配重17，气囊室28上开设有进水孔29和排水孔20，气囊21安装于气囊室28中，气囊21上开设有排气阀19，气泵16的输出端与气囊21相连，气泵16的控制端与控制器15相连。机器鱼机身外壳22上设有水质传感器支架6，水质传感器8、河水流速及声纳传感器3安装于水质传感器支架6上。压舱配重17是由于在制作设计机器鱼时，为了能使机器鱼能够自由进行上浮及下沉，在一定程度上需要对机器鱼进行平衡配重，起到了平衡配重的作用。

本实施例中，机器鱼机身外壳22上进一步设有螺旋桨组件5。当河水流速较快时，控制器15可发出控制指令至螺旋桨组件5，螺旋桨组件5启动为仿生鱼总成增加移动动力。

本实施例中，机器鱼头部1内设有河水采样舱27，河水采样舱27处设有与外界连通的采样水阀13，采样水阀13与控制器15相连。

本实施例中，机器鱼机身外壳22内装设有电池组18，电池组18通过无线电能接收组件26与外部无线充电组件相连并进行充电。在机器鱼头部1的前端设有红外线传感器12，当检测到高能锂电池组的电量不足时，将自动返回到机器鱼无线充电站进行自动充电。机器鱼距离充电站较远时，采用GPS导航，距离较近时采用充电站中的红外导航装置对机器鱼进行进站导航，此时机器鱼需要使用红外线传感器12检测并调整自身的姿态。机器鱼充电的方式采用无线充电方式，机器鱼游动到机器鱼充电站时，机器鱼内部的无线电能接收组件26将接收无线电能发射装置发送过来的电能，机器鱼充满电后使用螺旋桨组件5或动力组件让机器鱼后退、退出充电站并继续执行巡航任务。

本实施例中，进一步在机器鱼头部1的前端设有前端超声波传感器2，机器鱼头部1的两侧均设有侧面超声波传感器4，机器鱼头部1内设有水下摄像头14。在仿生鱼总成游动的过程中，前端超声波传感器2、侧面超声波传感器4以及结合GPS定位组件30和内部的河道地理地图信息能够使仿生鱼总成躲避河道的河岸以及河道中的障碍物。

本实施例中，动力组件包括依次相连的仿生鱼尾第一节舵机23和仿生鱼尾第二节舵机25，仿生鱼尾第二节舵机25与机器鱼尾鳍11相连并对机器鱼尾鳍11进行驱动。机器鱼在平常巡游过程中，游动速度能根据鱼尾的摆动速度进行控制，动力组件采用两关节方式，仿生鱼尾第一节舵机23与仿生鱼尾第二节舵机25所输出的控制信号使第一节鱼尾与第二节鱼尾形成特定的角度关系使机器鱼尾鳍11以不同的方式、力度、角度对河水进行拨动，最终使仿生鱼总成实现直线前进、转弯、倒退功能。

本实施例中，进一步在机器鱼机身外壳22上设有机器鱼仿生背鳍9，机器鱼仿生背鳍9对仿生鱼总成的平衡起到了平衡作用。

当固定在水质传感器支架6上面的水质传感器8检测到水体受到污染时，控制器15对水质传感器8检测到的水质数据以及河水流速及声纳传感器3的河水流速数据进行处理并调用一维污染扩散原理对污染源距离进行位置估算。估算出大概距离数据之后，控制器15控制气泵16把机器鱼机身外壳22中的空气推进气囊21中使气囊21膨胀，使气囊室28中的水从气囊室28的排水孔20排出，让仿生鱼总成上浮至水面上进行GPS定位并把检测的数据发送出去。控制器15接收到定位信息后，对自身进行定位并结合污染源距离数据以及河道的地理信息把污染源的大概位置确定。此时，启动动力组件使仿生鱼总成往污染源位置靠近。

当仿生鱼总成到达估计的污染源位置后，再次使用水质传感器8、河水流速及声纳传感器3对河道信息进行检测，获取的数据结合二维污染扩散原理以及声音的传播原理（污水排放的声音）对污染源的准确位置进行计算。

确定具体位置后，仿生鱼总成向污染源移动。到达污染源位置后，启动气泵16把机器鱼机身外壳22中的空气填充到气囊21中，让气囊室28中的水排出进行上浮；需要下沉时，控制器15发出控制指令打开排气阀19对气囊排气，使河水从进水孔29灌进气囊室28让仿生鱼总成下沉。当达到污染浓度最强点，即污染源时，打开采样水阀13把污染源中的水存储在河水采样舱27中进行污水采样操作，启动水下摄像头14对排污口拍照，上浮到水面接收GPS信息；所有数据检测完毕后，仿生鱼总成将把其所有污染源的数据发送到监控中心。

监控中心接收的污染源信息将显示在对应的机器鱼及河道监控软件平台上。机器鱼及河道监控平台能根据机器鱼发送的信息对机器鱼进行定位、监控，对河道的污染信息进行描绘，最终实现河道的监控功能。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：包括仿生鱼总成以及安装于仿生鱼总成上的控制器（15）、水质传感器（8）、河水流速及声纳传感器（3）、GPS定位组件（30），所述控制器（15）对所述水质传感器（8）检测到的水质数据、河水流速及声纳传感器（3）检测到的河水流速数据以及所述GPS定位组件（30）定位后的位置信息进行综合处理后发送到环境监控中心。

2.根据权利要求1所述河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：所述仿生鱼总成包括机器鱼头部（1）、机器鱼机身（7）、机器鱼仿生鱼尾（10）以及机器鱼尾鳍（11），所述机器鱼机身（7）包括机器鱼机身外壳（22），所述机器鱼仿生鱼尾（10）包括机器鱼尾外壳（24）以及装设于机器鱼尾外壳（24）内的动力组件，所述动力组件与机器鱼尾鳍（11）相连并对机器鱼尾鳍（11）进行驱动。

3.根据权利要求2所述河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：所述机器鱼机身（7）的内部设有气囊室（28）、气泵（16）、气囊（21）以及压舱配重（17），所述气囊室（28）上开设有进水孔（29）和排水孔（20），所述气囊（21）安装于气囊室（28）中，所述气囊（21）上开设有排气阀（19），所述气泵（16）的输出端与气囊（21）相连，所述气泵（16）的控制端与控制器（15）相连。

4.根据权利要求3所述河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：所述机器鱼机身（7）的内部内装设有电池组（18），所述电池组（18）通过无线电能接收组件（26）与外部无线充电组件相连并进行充电。

5.根据权利要求2所述河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：所述机器鱼机身外壳（22）上设有螺旋桨组件（5）。

6.根据权利要求2所述河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：所述机器鱼机身外壳（22）上设有水质传感器支架（6），所述水质传感器（8）、河水流速及声纳传感器（3）安装于水质传感器支架（6）上。

7.根据权利要求2～6中任意一项所述河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：所述机器鱼头部（1）内设有河水采样舱（27），所述河水采样舱（27）处设有与外界连通的采样水阀（13），所述采样水阀（13）与控制器（15）相连。

8.根据权利要求2～6中任意一项所述河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：所述机器鱼头部（1）的前端设有前端超声波传感器（2）、红外线传感器（12），所述机器鱼头部（1）的两侧均设有侧面超声波传感器（4），所述机器鱼头部（1）内设有水下摄像头（14）。

9.根据权利要求2～6中任意一项所述河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：所述动力组件包括依次相连的仿生鱼尾第一节舵机（23）和仿生鱼尾第二节舵机（25），所述仿生鱼尾第二节舵机（25）与机器鱼尾鳍（11）相连并对机器鱼尾鳍（11）进行驱动。

10.根据权利要求2～6中任意一项所述河道违规排污侦测机器鱼，其特征在于：所述机器鱼机身外壳（22）上设有机器鱼仿生背鳍（9）。