CN108871871A - 盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境质量监测水质采样领域。一种盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，包括机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统，其包括安装在无人机脚架上且依次连接的采样管、采样泵和储水盘管，储水盘管的出水口安装有毛细管水咀；采样泵、采样管上的电子液位计均与机载水质采样数传控制模块电连接，机载水质采样数传控制模块与水质采样地面数传控制端无线连接；还包括双光影像系统，其包括红外热成像单元和白光相机单元，通过双光影像系统找到混迹于地表水体中的拟采样水污染团并指引无人机飞行到拟采样水污染团位置，机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统动作进行采样。本装置可实现全水路润洗，能快速找到污水排放源。
Description
技术领域
本发明属于环境质量监测水质采样领域，具体涉及一种盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机。
背景技术
传统的无人机水质采样容器不能实现连续多次全水路润洗，地表水水质采样的科学性、精准度不高，不能满足水质实验室定性、定量分析的实际工作要求，不能保证满足《水质采样方案设计技术规定GB12997-91》、《地表水和污水监测技术规范HJ/T91-2002》、《国家地表水环境质量监测网监测任务作业指导书》的技术要求。
环境监察或水质采样人员无论处于岸上还是船上，由于距离和视角的原因，仅靠肉眼或嗅觉，很难有效的观察和判别出距离稍远的（≥15m）混迹于地表水体中的水污染团。另外在众多的地表水污染物排放或事故中，许多有毒、有害因子是“无色”或与地表水背景色相接近的，仅靠肉眼或嗅觉难以找到“排放源、污染源”等目标水体。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种能够快速找到污水管道排放的源头，安全、科学、精准地采集到“样品水质”的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机。
为达到上述目的，所采取的技术方案是：
一种盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，包括无人机主体和无人机脚架，还包括：
机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统，其包括安装在无人机脚架上且依次连接的采样管、采样泵和储水盘管，所述采样管上连接有电子液位计，所述储水盘管的出水口安装有毛细管水咀；
机载水质采样数传控制模块，其安装在所述无人机主体上；
和水质采样地面数传控制端；
其中，所述采样泵、电子液位计均与机载水质采样数传控制模块电连接，所述机载水质采样数传控制模块与水质采样地面数传控制端无线连接。
作为本发明的优选技术方案，还包括双光影像系统，所述双光影像系统包括安装在所述无人机主体上的红外热成像单元和白光相机单元，通过红外热成像单元找到混迹于地表水体中的拟采样水污染团，通过白光相机单元指引无人机飞行到拟采样水污染团位置，所述机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统动作进行地表水水质采样。
作为本发明的优选技术方案，所述储水盘管采用硅胶盘管或塑料盘管。
作为本发明的优选技术方案，所述储水盘管和采样管的管壁避光。
作为本发明的优选技术方案，所述储水盘管盘绕在多个所述无人机脚架上。
作为本发明的优选技术方案，所述毛细管水咀为管状，所述毛细管水咀的内径为2mm～3mm。
作为本发明的优选技术方案，所述毛细管水咀为圆柱形，毛细管水咀的端面上设有多个两端贯通的通孔，所述通孔的内径为2mm～3mm。
作为本发明的优选技术方案，所述采样管下端连接有配重块。
作为本发明的优选技术方案，所述无人机为电动多旋翼无人机，所述无人机的动力源采用超高能量密度和超高功重比的锂离子聚合物电池。
作为本发明的优选技术方案，所述毛细管水咀的材质为聚四氟乙烯。采用上述技术方案，所取得的有益效果是：
1、本发明开创性的利用了“储水盘管”作为水质采样的储水单元，区别于传统的“瓶、桶、箱”等水质采样储水单元，可随时根据不同水质监测因子样品量要求的多少，通过调整储水盘管的长度实现增加或减少水质采样储水量的多少，可随时根据不同水质监测因子样品对避光性的不同要求，通过调整储水盘管和采样管的颜色实现全程避光要求，开创性的在“储水盘管”出水口安装2.0mm≤φ≤3.0mm毛细管水咀，在采样泵工作开始时，由于硅胶盘管内存在压力，毛细管水咀可以将初期采集的地表水样排出，实现“全水路润洗”，当采样泵停止工作时，硅胶盘管内失去压力，出水口的毛细管水咀因“水表面张力的毛细现象”起到封堵水样作用；2、本发明利用地表水体中的水污染团温度普遍高于地表水体背景环境温度的基本特征，并结合无人机双光影像系统的“红外热成像”单元，即可准确的观察和判别出超视距（≥15m）地表水体中的水污染团，进而在白光相机安全飞航指引下，实现科学、准确、高精度的地表水水质采样；3、可以利用双光无人机超视距飞行，实现对地表水体中水污染团漂浮的跟踪定位和水污染团扩散趋势的预判；4、机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统，可以通过控制调整采样泵工作时间长短，控制调整“全水路润洗”的次数，可实现连续多次全水路自动润洗，保证满足《水质采样方案设计技术规定GB12997-91》、《地表水和污水监测技术规范HJ/T91-2002》、《国家地表水环境质量监测网监测任务作业指导书》的技术要求，极大的提高了地表水水质采样的科学性、精准度，完全满足水质实验室定性、定量分析的实际工作要求；5、该无人机采用电动多旋翼无人机，电动多旋翼无人机可实现三维空间的定点、定高悬停水质采样,无传统固定翼无人机的“悬停失速”问题，该无人机动力源采用超高能量密度和超高功重比的锂离子聚合物电池，相比传统以“油、酒精”等化学能作为动力源的无人机，电动多旋翼无人机可实现在飞行过程中的“零排放”；6、利用无人机三度冗余机载导航系统的差分定位，通过“航迹复飞”可以实现“厘米级误差”的同一经纬点的多次重复采样；7、水质采样过程安全、高效，环境监察或水质采样人员可全程处于岸上，无需登船、下水，无人机飞行速度快，视野广，可快速搜索排查大面积水域，适用范围广，不存在传统采样船只面临的旋涡、逆流、侧逆流、断崖、跌水、暗礁、水中异物缠绕等安全问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中序号：100为无人机、101为无人机主体、102为无人机脚架、200为机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统、201为储水盘管、202为采样泵、203为采样管、204为配重块、205为毛细管水咀、300为双光影像系统、301为白光相机单元、302为红外热成像单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
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的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的 “包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1所示，一种盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，本实施例的无人机选用大疆电动多旋翼无人机100，包括无人机主体101、无人机脚架102、安装在无人机主体101上的机载水质采样数传控制模块、水质采样地面数传控制端和机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统200。
机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统200包括安装在无人机脚架上且依次连接的惰性采样管203、采样泵202和储水盘管201，采样泵202采用流量为800ml/min的采样泵，采样管203上连接有电子液位计，可选的，储水盘管201采用硅胶盘管或塑料盘管，储水盘管201的出水口安装有毛细管水咀205，在采样泵202工作开始时，由于储水盘管201内存在压力，毛细管水咀205可以将初期采集的地表水样排出，实现“全水路润洗”，当采样泵202停止工作时，储水盘管201内失去压力，出水口的毛细管水咀205因“水表面张力的毛细现象”起到封堵水样作用；毛细管水咀205的材质可以选用聚四氟乙烯。
根据不同水质监测因子样品对避光性的不同要求，可以通过调整储水盘管和采样管的颜色实现全程避光要求，也可以通过在储水盘管和采样管的外壁设置遮光层实现全程避光要求。
可选的，本实施例的毛细管水咀可以采用如下两种结构：
其中一种毛细管水咀为管状，毛细管水咀的中心孔的内径为2mm～3mm；
另一种毛细管水咀为圆柱形，毛细管水咀的端面上设有两个或三个两端贯通的通孔，每个通孔的内径为2mm。
采样管203的下端连接有配重块204，配重块204选用配重铅坠，以使采样管203处于竖直状态，以准确控制采样管203伸入水下的深度；采样泵202、电子液位计均与机载水质采样数传控制模块电连接，机载水质采样数传控制模块与水质采样地面数传控制端无线连接。
进一步的，无人机上还设有双光影像系统300，双光影像系统300包括安装在无人机主体上的红外热成像单元302和白光相机单元301，通过红外热成像单元找到混迹于地表水体中的拟采样水污染团，通过白光相机单元指引无人机飞行到拟采样水污染团位置，机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统动作进行地表水水质采样。
本实施例的红外热成像单元402可以选用型号为禅思Zenmuse XT的红外相机，白光相机单元401可以选用型号为禅思Z30的云台相机，其支持30x光学变焦。
在一种可能的操作中，无人机的地面站获取由红外热成像单元402拍摄获得的红外图像和由白光相机单元401拍摄获得的可见光图像并在一个显示屏上显示红外影像和可见光影像，当某个位置的影像在红外图像中的区域位置中的温度明显高于其他区域的温度，则可能是一个拟采样水污染团位置，然后飞手对照可见光影像，通过飞控控制无人机飞到拟采样水污染团位置后让无人机悬停，然后通过水质采样地面数传控制端，给机载水质采样数传控制模块发出信号，使机载水质采样数传控制模块控制机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统进行采样动作。
在上述过程中，无人机的机载导航系统定位采样点位置并记录飞行路径。
本发明盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机主要适用于：突发地表水环境污染事故现场采样；公共水体工业、生活污水暗管偷排排放源的快速采样与排查；超视距超低空地表水断面水质采样。
例如：某化工厂利用地下暗管向地表公共水体偷排工业污水，由于偷排点靠近水体中央，无论环境监察或水质采样人员处于岸上还是船上，由于距离和视角的原因，仅靠肉眼或嗅觉，很难有效的观察和判别出距离稍远的（≥15m）混迹于地表水体中的水污染团。因此，如何准确找到混迹于地表水体中的水污染团，并科学、精准的采集到“水样”、固定违法企业的偷排证据，成为棘手的技术难题。
若是利用我公司研发的洗盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，则可安全、高效、顺利的解决这项技术难题。具体工作操作流程如下：
1、在岸基安全区域，无人机进行升空前安全检查；
2、在岸基安全区域，做好地面气象参数检查，其中影响无人机飞行的气象要素主要是风力、风向、风速、雨量、雷电等；无人机飞行安全气象条件：风力≤5级；小雨无雷电；
3、无人机升空；
4、无人机在岸基安全区域起飞后，自上游进入疑似偷排水域上空，利用机载“红外热成像”单元，在中、高空查找最大水体温差点为“拟采样目标水体”；
5、利用机载“白光相机”单元，找到安全航线，飞抵“拟采样目标水体”上空，并进行采样点坐标标定；
6、无人机飞抵“拟采样目标水体”上空,下降至安全采样高度3M≤H≤5M，投放水质采样探头及采样管，当水质采样器探头没入水面，探头液位计显示采样探头到达《地表水和污水监测技术规范HJ/T91-2002》、《国家地表水环境质量监测网监测任务作业指导书》规定采样深度时，无人机进入悬停状态；
7、无人机飞手操作水质采样地面数传控制端发出信号，机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统的采样泵开始工作，抽水至机载盘管，并通过盘管末端毛细管水咀排出，以达到全水路润洗的目的，且可以通过控制调整采样泵工作时间长短，控制调整“全水路润洗”次数；
8、无人机采样结束，无人机飞手操作水质采样地面数传控制端发出信号，机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统的采样泵停止工作，盘管末端毛细管水咀利用“水表面张力的毛细现象”将水样封堵在硅胶盘管内；
9、完成“地表水样品”采样任务,无人机返回岸基安全区域；
10、无人机返航着陆后，无人机飞手将储有“地表水样品”的“硅胶盘管”交于环境监测采样技术人员，环境监测采样技术人员将其转移至指定容器内存储，运输至实验室，环境监测实验室技术人员即可利用相应的专业设备对样品水质进行定性和定量分析，为领导决策提供科学、准确的数据技术支撑；
11、无人机飞手可利用无人机三度冗余机载导航系统的差分定位，通过“航迹复飞”来实现“厘米级误差”的同一经纬点的多次重复采样。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，包括无人机主体和无人机脚架，其特征在于，还包括：
机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统，其包括安装在无人机脚架上且依次连接的采样管、采样泵和储水盘管，所述采样管上连接有电子液位计，所述储水盘管的出水口安装有毛细管水咀；
机载水质采样数传控制模块，其安装在所述无人机主体上；
和水质采样地面数传控制端；
其中，所述采样泵、电子液位计均与机载水质采样数传控制模块电连接，所述机载水质采样数传控制模块与水质采样地面数传控制端无线连接。
2.根据权利要求1所述的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，其特征在于，还包括双光影像系统，所述双光影像系统包括安装在所述无人机主体上的红外热成像单元和白光相机单元，通过红外热成像单元找到混迹于地表水体中的拟采样水污染团，通过白光相机单元指引无人机飞行到拟采样水污染团位置，所述机载盘管式全水路润洗地表水水质采样系统动作进行地表水水质采样。
3.根据权利要求1所述的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，其特征在于，所述储水盘管采用硅胶盘管或塑料盘管。
4.根据权利要求1所述的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，其特征在于，所述储水盘管和采样管的管壁避光。
5.根据权利要求1所述的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，其特征在于，所述储水盘管盘绕在多个所述无人机脚架上。
6.根据权利要求1所述的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，其特征在于，所述毛细管水咀为管状，所述毛细管水咀的内径为2mm～3mm。
7.根据权利要求1所述的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，其特征在于，所述毛细管水咀为圆柱形，毛细管水咀的端面上设有多个两端贯通的通孔，所述通孔的内径为2mm～3mm。
8.根据权利要求1所述的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，其特征在于，所述采样管下端连接有配重块。
9.根据权利要求1所述的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，其特征在于，所述无人机为电动多旋翼无人机。
10.根据权利要求1所述的盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机，其特征在于，所述毛细管水咀的材质为聚四氟乙烯。
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| CN201810929282.1A Active CN108871871B (zh) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | 盘管式全水路润洗地表水水质采样双光无人机 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108871871B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110068483A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-07-30 | 邯郸百世创联电子科技有限公司 | 一种环境监测用城市地下污水检测取样装置 |
| CN110244011A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-17 | 熊颖郡 | 无人机的河流排污自动监测分析预警系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2018
- 2018-08-15 CN CN201810929282.1A patent/CN108871871B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
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| CN108871871B (zh) | 2024-05-24 |
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