CN104122117A - 一种基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统 - Google Patents

Abstract

一种基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统，包括远程控制器、多旋翼无人机、升降装置和水样采集装置；升降装置安装在多旋翼无人机上，水样采集装置与升降装置连接；多旋翼无人机上设置有无线接收器、可编程控制器、导航定位系统、摄像头和无线发射器，导航定位系统与无线接收器连接，无线接收器和无线发射器均与远程控制器无线通讯连接，无线接收器、无线发射器、摄像头、升降装置和水样采集装置均与可编程控制器连接。该系统采用飞行方式进入采样区域，机动灵活，避免了因河道水草茂盛、水深较浅、采样环境复杂等问题导致的采样设备无法进入的问题；可以高效准确的进行样品的采集。

Description

一种基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统

技术领域

 本发明涉及一种通过多旋翼无人机对河流湖泊进行水样采集的系统，属于水质监测技术领域。

背景技术

现阶段，我国水环境监测主要包括在线监测和人工监测。在线监测是依靠建立固定的在线监测站，进行实时的水质数据监测，成本较高，且无法在大范围广泛应用；而人工监测作为主要的监测方式，主要是依靠大量的现场采样，在实验室人工进行水质的测定，具备灵活性高、可操作范围广等优点。传统的人工采样方法主要是通过驾驶船或快艇等驶入采样区域，进行人工采样，采用该方法成本高、效率低，且由于采样环境多样，造成人工采样的不方便。

近年来，为解决人工采样效率低、受环境影响大等问题，出现了一批无人采样的设备，例如中国专利文献CN102407925B公布的《一种无人采样艇》，该装置包括船体、采样分析系统和动力系统等，可以方便快捷的进行样品的采集，且其可折叠的船体结构方便运输、携带。CN101592649A公布的《一种可远程遥控自导航水质采样分析装置》也是一种智能的采样设备，该设备集成了无线通讯模块、采样分析模块和导航模块等，可以进行多用途的水质采样分析。但是上述采样设备因其自身条件限制，受采样点周围的环境影响较大，在草型湖泊以及河道情况较为复杂的地方，往往会因为水草茂盛、河道水深较浅等原因无法正常到达采样地点，影响水样的采集。

因此，对于现场水样采集装置而言，如何克服受采样环境影响大、效率低等问题，目前尚是一个难题。

发明内容

 本发明针对现有的水样采集设备存在的不足，提供一种结构合理、采样准确、智能高效的基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统。该系统可使工作人员远程控制采样工作，并且通过装置自带的视频系统，可以将采样点周围环境以视频形式同步发送至远程控制端，有效避免了因受采样环境的影响导致装置无法正常使用的问题。

本发明的基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统，采用以下技术方案：

该系统，包括远程控制器、多旋翼无人机、升降装置和水样采集装置；升降装置安装在多旋翼无人机上，水样采集装置与升降装置连接；多旋翼无人机上设置有无线接收器、可编程控制器、导航定位系统、摄像头和无线发射器，导航定位系统与无线接收器连接，无线接收器和无线发射器均与远程控制器无线通讯连接，无线接收器、无线发射器、摄像头、升降装置和水样采集装置均与可编程控制器连接。

所述水样采集装置，包括采样瓶、抽水泵、排水管、取水泵、取水电动阀、取水管、反冲管、反冲电动阀和气泵，采样瓶与升降装置连接，排水管上连接有抽水泵，排水管的一端伸入采样瓶的底部，取水管上连接有取水泵和取水电动阀，取水管的一端伸入采样瓶，取水管上还设置有反冲管，反冲管上连接有反冲电动阀和气泵，抽水泵、取水泵、取水电动阀、反冲电动阀和气泵均与可编程控制器连接。

所述排水管和取水管的外端设有滤网，用以阻隔杂物进入水样采集装置。

所述升降装置可以采用小型的电动卷扬机。

采样时，通过远程控制器进行遥控，输入采样点位定位坐标并通过无线接收器将信号传递给导航定位系统（GPS、北斗或其它导航定位系统），控制多旋翼无人机飞向目标区域，同时开启摄像头进行同步视频监控，视频信息反馈给可编程控制器，再通过无线发射器将信号传回远程控制器；无人机悬停在水面上方，远程控制器发出采样信息，通过无线接收器将信号传递给可编程控制器，可编程控制器控制升降装置运转，使水样采集装置下降，并控制水样采集装置中的取水管伸入水中，进行采样。

本发明采用飞行方式进入采样区域，机动灵活，避免了因河道水草茂盛、水深较浅、采样环境复杂等问题导致的采样设备无法进入的问题；可以高效准确的进行样品的采集，减少人工劳动；采样过程同步视频监控，工作人员可以对采样过程进行全过程的控制；可对水样采集装置进行反冲，减少管道内残留的水样对取样的影响。

附图说明

图1是本发明基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统的结构框图。

图2是本发明中水样采集装置的结构示意图。

其中：1、多旋翼无人机，2、远程控制器，3、无线接收器，4、可编程控制器，5、GPS导航定位系统，6、升降装置，7、水样采集装置，8、摄像头，9、无线发射器，10、采样瓶，11、绳索，12、抽水泵，13、排水管，14、取水泵，15、取水电动阀，16、取水管，17、反冲管，18、反冲电动阀，19、气泵。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统主要包括远程控制器2、多旋翼无人机1、升降装置6和水样采集装置7。升降装置6安装在多旋翼无人机1上，水样采集装置7通过绳索11与升降装置6连接。多旋翼无人机1上设置有无线接收器3、可编程控制器4、GPS导航定位系统5（或采用其它导航系统）、摄像头8和无线发射器9。无线接收器3和无线发射器9均与远程控制器2通过无线通讯方式连接。GPS导航定位系统5与无线接收器3连接。无线接收器3、无线发射器9和摄像头8均与可编程控制器4连接。升降装置6和水样采集装置7上的电动部件也均与可编程控制器4连接。远程控制器2与可编程控制器4通过无线接收器3实现远程控制。升降装置6可以采用小型的电动卷扬机（微型电动葫芦）。远程控制器2可以现有通用技术，也可以采用中国专利文献CN1605999A公开的《计算机远程控制系统》。

图2给出了水样采集装置7的结构，包括采样瓶10、抽水泵12、排水管13、取水泵14、取水电动阀15、取水管16、反冲管17、反冲电动阀18和气泵19。采样瓶10通过绳索11与升降装置6连接。排水管13上连接有抽水泵12，排水管13的一端伸入采样瓶10的底部，另一端外露。取水管16上连接有取水泵14和取水电动阀15，取水管16的一端伸入采样瓶10的底部，另一端外露。取水管16上还设置有反冲管17，反冲管17上连接有反冲电动阀18和气泵19。抽水泵12、取水泵14、取水电动阀15、反冲电动阀18和气泵19等电动部件均与可编程控制器4连接。在排水管13和取水管16的外端设有滤网，用以阻隔杂物进入水样采集装置7。

上述系统的运行过程如下所述。

采样工作开始时，采样人员通过远程控制器2进行遥控，输入采样点位GPS坐标，位于多旋翼无人机1内部的无线接收器3接收信号，并将信号传递给GPS导航定位系统5，控制多旋翼无人机1飞向目标区域。并同时开启摄像头8，视频信息反馈给可编程控制器4，再通过无线发射器9将信号传回远程控制器2。无人机到达目标区域后，悬停在水面上方，远程控制器2发出采样信息，无线接收器3接收信号，并将信号传递给可编程控制器4，当可编程控制器4收到采样信息后，控制升降装置6运转，使水样采集装置7下降，水样采集装置7中的取水管16伸入水中，进行采样。

首先对采样瓶10进行两次润洗，而后采样。首先启动取水泵14和取水电动阀15，将水样抽进采样瓶10，进行润洗程序。通过取水泵14的流量和取水时间控制润洗水样的体积，当采样瓶10装满水样后，排水管13上的抽水泵12开始工作，将采样瓶10的水样抽出，达到润洗效果，当润洗两次过后，进行正常取水。水样通过取水泵14进入采样瓶。当取水管16堵塞时，关闭取水电动阀15，打开反冲管17上的反冲电动阀18，气泵19通过反冲管17对取水管16外端的滤网进行反冲，以清通取水管。采样结束后，取水泵14停止取水，中央处理器4控制升降装置6反向运转，使水样采集装置7升起。

工作人员通过远程控制器2输入命令，选择返回或前往下个点位。

本发明具有以下优点：

1、采用飞行方式进入采样区域，机动、灵活，避免了因河道水草茂盛、水深较浅、采样环境复杂等问题导致的采样设备无法进入的问题。

2、可以高效、准确的进行样品的采集，减少人工劳动。

3、采样过程同步视频监控，工作人员可以对采样过程进行全过程的控制。

4、水样采集装置7带有冲洗功能，减少管道内残留的水样对取样的影响。

Claims (3)

1.一种基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统，包括远程控制器、多旋翼无人机、升降装置和水样采集装置；其特征是：升降装置安装在多旋翼无人机上，水样采集装置与升降装置连接；多旋翼无人机上设置有无线接收器、可编程控制器、导航定位系统、摄像头和无线发射器，导航定位系统与无线接收器连接，无线接收器和无线发射器均与远程控制器无线通讯连接，无线接收器、无线发射器、摄像头、升降装置和水样采集装置均与可编程控制器连接；

采样时，通过远程控制器进行遥控，输入采样点位定位坐标并通过无线接收器将信号传递给导航定位系统，控制多旋翼无人机飞向目标区域，同时开启摄像头进行同步视频监控，视频信息反馈给可编程控制器，再通过无线发射器将信号传回远程控制器；无人机悬停在水面上方，远程控制器发出采样信息，通过无线接收器将信号传递给可编程控制器，可编程控制器控制升降装置运转，使水样采集装置下降，并控制水样采集装置中的取水管伸入水中，进行采样。

2.根据权利要求1所述的基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统，其特征是：所述水样采集装置，包括采样瓶、抽水泵、排水管、取水泵、取水电动阀、取水管、反冲管、反冲电动阀和气泵，采样瓶与升降装置连接，排水管上连接有抽水泵，排水管的一端伸入采样瓶的底部，取水管上连接有取水泵和取水电动阀，取水管的一端伸入采样瓶，取水管上还设置有反冲管，反冲管上连接有反冲电动阀和气泵，抽水泵、取水泵、取水电动阀、反冲电动阀和气泵均与可编程控制器连接。

3.根据权利要求2所述的基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统，其特征是：所述排水管和取水管的外端设有滤网。