CN106483264B - 一种水体监测机器人系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种水体监测机器人系统及其方法。水体监测方法包括：水位测量方法、数据监测方法、数据发送方法、电源补偿方法、水质探头和排污管的设置方法以及数据编码方法。一种水体监测机器人系统包括机器人本体和监测井。本发明通过自动化控制技术实现了水体数据的自动监测和数据发送。本发明设置有三种电源补偿方式，三种电源补偿方式互为弥补，可实现设备在野外长期不间断工作。设置有三种数据发送方式，各有优点，相互弥补，使本发明的数据发送方式适应于各种作业条件。本发明设置有排污管，及时排出因密封不严流入的杂物，避免损坏机器人系统，而且排污管设置在水质探头的下游，避免因排污带来的探测干扰。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及水体监测系统，具体地说是一种水体监测机器人系统及其方法。
背景技术
近年来，各类水体污染严重，人类对水资源的过度利用也是越来越多，造成各类水体的水位和水质变化严重，对于这些水位、水质数据的测量是相关研究的重要数据来源，但是目前这些数据的采集大多是依靠人工监测完成，这些作业过程劳动强度大，获得的数据密度低。CN104459070B公开了一种浅水水域用水质监测设备搭载平台，其通过设置一个漂流的浮动平台来监测相关水体参数，但是该技术不能够针对地下水体进行定点测量，而且测量水深的方法是通过测量水底地面信息来反应水位信息，这种方法不科学，由于不准确。CN205506813U公开了一种水体监测装置，其通过设置在两端的传感器测量水位信息，由于其无法权衡测量角度是否垂直，将带来较大误差，另外，仅依靠太阳能电池板供电难以长期驱动电机连续工作。
总之，现有技术产品不能很好的解决水体监测的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种水体监测机器人系统及其方法，能够进行水体水位和水质的监测作业，且可以适应于长期野外作业和城市路面下方作业，同时能够自动的将数据无线发送回监测中心，并按照中心指令选择相应的数据发送方式，具备电量报警功能。
本发明解决该技术问题所采用的方法是一种水体监测方法包括：水位测量方法、数据监测方法、数据发送方法、电源补偿方法、水质探头和排污管的设置方法以及数据编码方法；其中水位测量方法是通过在水面上设置浮标再通过水位探头直接测量与浮漂的距离来反映水位信息，最大程度的避免了水位波动以及水面反射、折射带来的测量误差；数据监测方法是每隔一定时间自动监测一次水体数据并做存储与运算；数据发送方法分为两种无线发射模式和一种有线发送模式，其中两种无线发送模式中一种是普通发送模式、一种是全数据发送模式，普通发送模式先将每日同类参数进行加权平均的计算以及最值计算，按要求编码后发送回中心，一日一发，以减少全数据发送带来的电源消耗，全数据发送模式是指将采集到的数据按要求编码后存储，半日一次汇总，汇总后立即进行发送，系统仅当接到中心发送的全数据发送指令后才进行全数据发送，有线发送模式是通过数据电源接口将全部数据发送至对接的设备；电源补偿方式共有三种，包括太阳能充电补偿、水流发电补偿、外置电源补偿；水质探头和排污管的设置方法是水质探头设置在排污管的上游，避免因排污管带来的干扰；数据编码方法分为三种：一种是普通发送模式下的数据编码方法，第二种是全数据发送模式下的数据编码方法，第三种是有线发送模式下的数据编码方法，其中普通发送模式下的数据编码方法为：日期、水位平均值、水位最高值、水位最低值、溶解氧平均值、溶解氧最高值、溶解氧最低值、电导率平均值、电导率最高值、电导率最低值、PH平均值、PH最低值、PH最高值、硝酸根平均值、硝酸根最高值、硝酸根最低值、电源余量，全数据发送模式下的数据编码方法为：日期、时间、当前水位值、当前溶解氧的值、当前电导率值、当前PH值、当前硝酸根数值、电源余量，有线发送模式下的数据编码方法为：日期、时间、该时间的水位值、该时间溶解氧的值、该时间电导率值、该时间的PH值、该时间硝酸根数的值。
上述一种水体监测方法，所述每隔一定时间是指间隔时间为1小时的整数倍。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案还包括一种水体监测机器人系统，该系统包括机器人本体和监测井；监测井包括：井口立壁、密封垫、铰链、透明盖板、待测水体其中井口立壁下侧直通待测水体，井口立壁上面设置有透明盖板，透明盖板上设置有凹槽，透明盖板与井口立壁通过铰链连接，恰好将监测井的上口封闭，在透明盖板与井口立壁之间还设置有密封垫，用以密封井口；机器人本体包括：“W”形防护罩、排污管、机器人机架、微型发电机、“V”形叶轮、通孔、电源、水位探头、水质探头、浮标、控制系统、支撑杆、无线收发模块、天线、太阳能电池板、数据电源接口其中机器人机架附着在井口立壁位于待测水体上方，支撑杆垂直设置机器人机架中央上侧，支撑杆的下端与机器人机架固定连接，支撑杆的上端与“W”形防护罩固定连接，“W”形防护罩的边缘与井口立壁紧密接触，“W”形防护罩的右侧凹陷最深处设置有排污管，排污管直通待测水体21最底部，机器人机架右侧下方设置有微型发电机，微型发电机的下方连接有“V”形叶轮，“V”形叶轮直接伸入到待测水体内部，机器人机架右侧上方设置有电源，电源通过电缆分别与控制系统、数据电源接口、太阳能电池板、微型发电机相连接，机器人机架左侧下方固定有水质探头，水质探头直接深入待测水体，用以监测水质，浮标漂浮在待测水体的水面上位于机器人机架的正下方，浮标两侧分别设置有通孔，用以通过水质探头和“V”形叶轮，同时，浮标也依赖通孔进行固定，避免浮标飘走和大角度翻转，引起数据不准确，水位探头设置在机器人机架下侧中间的位置，水位探头通过测量浮标的距离反映水位信息，控制系统位于机器人机架左侧上方，无线收发模块安装在井口立壁上位于靠近井口左侧的位置，无线收发模块一端与控制系统连接另一端与天线连接，天线安装在透明盖板上的凹槽内与外界连通，太阳能电池板紧贴在透明盖板的下方，数据电源接口设置在井口立壁上靠近进口右侧的位置，数据电源接口通过电缆与控制系统和电源连接。
上述一种水体监测机器人系统，所述所述天线上表面与透明盖板上表面平齐。
上述一种水体监测机器人系统，所述水质探头用来测定溶解氧、电导率、PH、硝酸根的参数。
上述一种水体监测机器人系统及其方法，所用部件是本技术领域的技术人员所熟知的，均通过公知的途径获得。所述部件的连接方法是本技术领域的技术人员所能掌握的。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明一种水体监测机器人系统及其方法的突出特点和显著进步是：
(1)本发明通过自动化控制技术实现了水体数据的自动监测和数据发送，提高采集效率，减轻了工作人员的劳动强度。
(2)本发明设置有三种电源补偿方式，当阳光充足雨水不足时，可以利用太阳能对电源系统充电，当遇到阴雨天时，阳光不足，但是雨水充足会加速水体流动，水体流动带动微型发电机发电，对电源进行充电，系统会将电源信息发送至中心，当系统长期高负荷工作或者阳光雨水都不充足导致电源不足时，可以人工外接电源进行充电。三种电源补偿方式互为弥补，可实现设备在野外长期不间断工作。
(3)本发明设置有三种数据发送方式，无线普通发送模式、无线全数据发送模式和有线发送模式，无线普通发送模式仅仅每日发送一次数据，用以节约电能资源，无线全数据发送模式可以全面发送所测的数据，可以检测出规律性数据变化，辅助发现人为污染等情况，如夜间排污等，有线发送模式可以通过数据电源接口将数据发送至对接设备，三种发送方式各有优点，相互弥补，使本发明的数据发送方式适应于各种作业条件。
(4)本发明设置有排污管，及时排出因密封不严流入的杂物，避免损坏机器人系统，而且排污管设置在水质探头的下游，避免因排污带来的探测干扰。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明一种水体监测机器人系统的组成结构图。
图中，1.井口立壁，2.W形防护罩，3.排污管，4.机器人机架，5.微型发电机，6.V形叶轮，7.通孔，8.电源，9.水位探头，10.水质探头，11.浮标，12.控制系统，13.支撑杆，14.无线收发模块，15.密封垫，16.铰链，17.天线，18.透明盖板，19.太阳能电池板，20.数据电源接口，21.待测水体，22.水体流向。
具体实施方式
本发明一种水体监测方法包括：水位测量方法、数据监测方法、数据发送方法、电源补偿方法、水质探头和排污管的设置方法以及数据编码方法。
优选的水位测量方法是通过在水面上设置浮标再通过水位探头直接测量与浮漂的距离来反映水位信息，最大程度的避免了水位波动以及水面反射、折射带来的测量误差；数据监测方法是每隔一定时间自动监测一次水体数据并做存储与运算；数据发送方法分为两种无线发射模式和一种有线发送模式，其中两种无线发送模式中一种是普通发送模式、一种是全数据发送模式，普通发送模式先将每日同类参数进行加权平均的计算以及最值计算，并仅将每日最高值、最低值以及平均值发送回中心，一日一发，以减少全数据发送带来的电源消耗，全数据发送模式是指将采集到的数据按要求编码后存储，半日一次汇总，汇总后立即进行发送，系统仅当接到中心发送的全数据发送指令后才进行全数据发送，有线发送模式是通过数据电源接口将全部数据发送至对接的设备；电源补偿方式共有三种，包括太阳能充电补偿、水流发电补偿、外置电源补偿；水质探头和排污管的设置方法是水质探头设置在排污管的上游，避免因排污管带来的干扰。数据编码方法分为三种：一种是普通发送模式下的数据编码方法，第二种是全数据发送模式下的数据编码方法，第三种是有线发送模式下的数据编码方法，其中普通发送模式下的数据编码方法为：日期、水位平均值、水位最高值、水位最低值、溶解氧平均值、溶解氧最高值、溶解氧最低值、电导率平均值、电导率最高值、电导率最低值、PH平均值、PH最低值、PH最高值、硝酸根平均值、硝酸根最高值、硝酸根最低值、电源余量，全数据发送模式下的数据编码方法为：日期、时间、当前水位值、当前溶解氧的值、当前电导率值、当前PH值、当前硝酸根数值、电源余量，有线发送模式下的数据编码方法为：日期、时间、该时间的水位值、该时间溶解氧的值、该时间电导率值、该时间的PH值、该时间硝酸根数的值，因为有线发送不涉及电源续航能力问题，所以该模式下不再发送电源余量数据，上述数据测量每隔一定时间是指间隔1小时的整数倍。
图1所示实施例表明，本发明一种水体监测机器人系统包括包括机器人本体和监测井；监测井包括：井口立壁1、密封垫15、铰链16、透明盖板18、待测水体21其中井口立壁1下侧直通待测水体2，井口立壁1上面设置有透明盖板18，透明盖板18上设置有凹槽，透明盖板18与井口立壁1通过铰链16连接，恰好将监测井的上口封闭，在透明盖板18与井口立壁1之间还设置有密封垫15，用以密封井口；机器人本体包括：“W”形防护罩2、排污管3、机器人机架4、微型发电机5、“V”形叶轮6、通孔7、电源8、水位探头9、水质探头10、浮标11、控制系统12、支撑杆13、无线收发模块14、天线17、太阳能电池板19、数据电源接口20其中机器人机架4附着在井口立壁1位于待测水体2上方，支撑杆13垂直设置机器人机架4中央上侧，支撑杆13的下端与机器人机架4固定连接，支撑杆13的上端与“W”形防护罩2固定连接，“W”形防护罩2的边缘与井口立壁1紧密接触，“W”形防护罩2的右侧凹陷最深处设置有排污管3，排污管3直通待测水体21最底部，机器人机架4右侧下方设置有微型发电机5，微型发电机5的下方连接有“V”形叶轮6，“V”形叶轮6直接伸入到待测水体21内部，机器人机架4右侧上方设置有电源8，电源8通过电缆分别与控制系统12、数据电源接口20、太阳能电池板19、微型发电机5相连接，机器人机架4左侧下方固定有水质探头10，水质探头10直接深入待测水体21，用以监测水质，浮标11漂浮在待测水体21的水面上位于机器人机架4的正下方，浮标11两侧分别设置有通孔7，用以通过水质探头10和“V”形叶轮6，同时，浮标11也依赖通孔进行固定，避免浮标11飘走和大角度翻转，引起数据不准确，水位探头9设置在机器人机架4下侧中间的位置，水位探头9通过测量浮标11的距离反映水位信息，控制系统12位于机器人机架4左侧上方，无线收发模块14安装在井口立壁1上位于靠近井口左侧的位置，无线收发模块14一端与控制系统12连接另一端与天线17连接，天线17安装在透明盖板18上的凹槽内与外界连通，太阳能电池板19紧贴在透明盖板18的下方，数据电源接口20设置在井口立壁1上靠近进口右侧的位置，数据电源接口20通过电缆与控制系统12和电源8连接。
实施例1
按照上述图1所示，制得一种水体监测机器人系统，其中天线17上表面与透明盖板18上表面平齐，水质探头10用来测定溶解氧、电导率、PH、硝酸根的参数。
下面以将以一次水体监测为例。
第一步，监测数据
机器人启动，机器人自检，判断是否到达监测时间，不到达进行等待，到达后进行数据监测，并将数据传入数据处理系统。
第二步，数据处理
将数据按照普通发送模式、全数据发送模式、有线发送模式进行各自运算和对应编码存储。之后进行等待并返回第一步。
第三步，数据发送
判断目前的数据发送模式，如是普通发送模式，等待时间到达设定时间(如0点)，将对应编码好的数据(1组)发送至中心，如果是全数据模式，等待时间到达设定时间(如0点和12点)，将对应编码好的数据(12组)发送至中心，如果是有线发送模式，立即将全部的数据发送至数据电源接口。
Claims (2)
1.一种水体监测方法包括：水位测量方法、数据监测方法、数据发送方法、电源补偿方法、水质探头和排污管的设置方法以及数据编码方法，数据监测方法是每隔一定时间自动监测一次水体数据并做存储与运算；数据发送方法分为两种无线发射模式和一种有线发送模式，其中两种无线发送模式中一种是普通发送模式、一种是全数据发送模式，全数据发送模式是指将采集到的数据按要求编码后存储，半日一次汇总，汇总后立即进行发送，系统仅当接到中心发送的全数据发送指令后才进行全数据发送，有线发送模式是通过数据电源接口将全部数据发送至对接的设备；电源补偿方式共有三种，包括太阳能充电补偿、水流发电补偿、外置电源补偿；水质探头和排污管的设置方法是水质探头设置在排污管的上游；数据编码方法分为三种：一种是普通发送模式下的数据编码方法，第二种是全数据发送模式下的数据编码方法，第三种是有线发送模式下的数据编码方法，全数据发送模式下的数据编码方法为：日期、时间、当前水位值、当前溶解氧的值、当前电导率值、当前PH值、当前硝酸根数值、电源余量，有线发送模式下的数据编码方法为：日期、时间、该时间的水位值、该时间溶解氧的值、该时间电导率值、该时间的PH值、该时间硝酸根数的值，其特征在于：水位测量方法是通过在水面上设置浮标再通过水位探头直接测量与浮漂的距离来反映水位信息，避免水位波动以及水面反射、折射带来的测量误差；普通发送模式先将每日同类参数进行加权平均的计算以及最值计算，按要求编码后发送回中心，一日一发，以减少全数据发送带来的电源消耗，其中普通发送模式下的数据编码方法为：日期、水位平均值、水位最高值、水位最低值、溶解氧平均值、溶解氧最高值、溶解氧最低值、电导率平均值、电导率最高值、电导率最低值、PH平均值、PH最低值、PH最高值、硝酸根平均值、硝酸根最高值、硝酸根最低值、电源余量。
2.一种水体监测机器人系统包括机器人本体和监测井，监测井包括：井口立壁、密封垫、铰链、透明盖板、待测水体其中井口立壁下侧直通待测水体，井口立壁上面设置有透明盖板，透明盖板与井口立壁通过铰链连接，恰好将监测井的上口封闭，在透明盖板与井口立壁之间还设置有密封垫；机器人本体包括：微型发电机、“V”形叶轮、电源、水位探头、水质探头、浮标、控制系统、无线收发模块、天线、太阳能电池板、数据电源接口，机器人机架右侧上方设置有电源，电源通过电缆分别与控制系统、数据电源接口、太阳能电池板、微型发电机相连接，水质探头直接深入待测水体，用以监测水质，无线收发模块一端与控制系统连接另一端与天线连接，太阳能电池板紧贴在透明盖板的下方，数据电源接口通过电缆与控制系统和电源连接，其特征在于：透明盖板上设置有凹槽，机器人本体还包括：“W”形防护罩、排污管、机器人机架、通孔、支撑杆，其中机器人机架附着在井口立壁位于待测水体上方，支撑杆垂直设置机器人机架中央上侧，支撑杆的下端与机器人机架固定连接，支撑杆的上端与“W”形防护罩固定连接，“W”形防护罩的边缘与井口立壁紧密接触，“W”形防护罩的右侧凹陷最深处设置有排污管，排污管直通待测水体21最底部，机器人机架右侧下方设置有微型发电机，微型发电机的下方连接有“V”形叶轮，“V”形叶轮直接伸入到待测水体内部，机器人机架左侧下方固定有水质探头，浮标在待测水体的水面上位于机器人机架的正下方，浮标两侧分别设置有通孔，用以通过水质探头和“V”形叶轮，同时，浮标也依赖通孔进行固定，避免浮标飘走和大角度翻转，水位探头设置在机器人机架下侧中间的位置，水位探头通过测量浮标的距离反映水位信息，控制系统位于机器人机架左侧上方，无线收发模块安装在井口立壁上位于靠近井口左侧的位置，天线安装在透明盖板上的凹槽内与外界连通，数据电源接口设置在井口立壁上靠近进口右侧的位置，天线上表面与透明盖板上表面平齐。
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