CN108896728A - 一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，包括安装在无人船船体上端的天线，船舱后端的控制系统；船体底部的取水管，取水管与滤网、水泵、第二测试室、第一测试室、排水管依次连接；第二测试室内设有多个常规水质传感器，且上述常规水质传感器分别与控制系统相连；第一测试室的后端还安装有探针试剂室；第一测试室的上端还安装有紫外光源，下端安装有摄像头；摄像头也与控制系统相连；控制系统与天线电性连接，将测量数据通过北斗卫星传输给用户端，实现水质监测。本发明的监测系统可以完成多种水质参数的长期、实时在线检测，达到智能监测水质的目的。
Description
技术领域
本发明属于水质监测技术领域，具体涉及一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统。
背景技术
江河、湖泊以及海洋水体生态保护是关乎人类生存和健康的关键问题，而这些水域水质变化情况是一个长期的、复杂的、快速的、动态变化的过程，需要对这些水体进行长期有效跟踪观测，形成对这个水域的水质参数情况的大数据模型，以方便进行预测和预警。目前，全世界很多江河、湖泊、海洋的水体中都受到人类排污（例如：工厂偷排、居民生活污水偷排、医院废水排放等）的影响，出现了不同程度的污染，这些污染需要进行长期的、跟踪监测与评估；与此同时，面对水体污染突发事件（如：天津港爆炸、油船泄漏等），需要对污染水域进行实时在线监测，如采用人工取水的方式，由于污染源可能会对人体产生损害，并且不能满足长期跟踪在线监测的需求，使后续治理污染水体工作无法顺利实施。当然，近年来，也有一些无人船技术开始着力于在线监测，均采用可用于在线检测水中各类参数的传感器，但并没有使用在线检测细菌和病毒的传感器，例如中国专利文献CN207510670U所公开的无人船。因此，针对江河湖泊里的细菌和病毒检测，几乎全部都是采用人工取水样的方式，然后送到实验室进行检测。聚合酶反应（简称PCR）技术和核酸探针技术是常用于水环境中微生物的检测技术。PCR技术是一种在体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术，常用于监测环境中存在的微生物。标记的核酸探针可以用于待测核酸样本中特定基因序列，如监测饮用水中病毒的含量，针对不同的病毒使用对应的核酸探针，检测时将一定量的核酸探针试剂投放到一定量的水中，通过紫外线的照射在水中呈现出不同的效果，根据效果的不同能够判断水中是否存在相应的病毒以及病毒的含量。PCR技术和核酸探针技术可能取代常规的水质分析，发展成为一种快速可靠水体微生物的检测技术。因此有必要结合无人船的技术手段，开展新的智能、自动化水质监测系统的研究，以实现对水质病毒的监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统。本发明的智能水质监测系统可以在人工不方便取样的区域完成的多种水质参数的长期、实时在线检测，达到智能监测水质的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，包括无人船，在所述无人船上设置有取水系统、第一测试室、探针试剂室以及探针试剂泵，所述取水系统用于在水域内取样并将水样注入第一测试室内，所述探针试剂泵用于泵取所述探针试剂室内的核酸探针试剂并将核酸探针试剂注入所述第一测试室的水样内；在所述无人船上还设置有用于向第一测试室内的水样与核酸探针试剂的混合液进行照射的紫外光源，以及用于对所述混合液进行拍摄的摄像头。
在所述无人船上还设置有第二测试室，在所述第二测试室内设置有常规水质传感器。
所述常规水质传感器包括溶解氧传感器、温度传感器、pH传感器和/或电导率传感器。
所述取水系统包括取水管以及取水泵，所述取水泵用于泵取水域内的水样并输送至所述第二测试室；所述第二测试室与所述第一测试室通过连接管相连，所述连接管上设置有计量泵。
在所述取水管上设置有滤网。
所述无人机上还设置有控制系统，所述控制系统分别与所述取水泵、探针试剂泵、计量泵、摄像头、常规水质传感器、紫外光源以及摄像头相连，用于控制取水泵采集水样并注入第二测试室，用于控制计量泵在第二测试室内定量泵取水样并注入第一测试室，用于控制探针试剂泵在探针试剂室内定量泵取核酸探针试剂注入所述第一测试室的水样内，用于开启或关闭紫外光源，用于接收常规水质传感器的监测数据信息，以及用于接收所述摄像头采集到的图像信息。
在所述无人船上还设置有太阳能蓄电系统。
在所述无人船上还设置有卫星导航系统。
在所述无人船上还设置有无线通讯系统。
所述无人船上还设有避障模块。
有益效果
本发明的一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，通过新能源无人船与水质在线监测结构与分析技术相结合，可以长期、快速、实时获取无人船所在水面的水质参数，并实时远程发送给远程客户端，帮助用户长期、实时监测水质环境情况。
本发明的一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，采用北斗导航定位技术与无人船技术相结合，可以精确定位用户需要监测的水面，并对无人船进行精准导航，无人船可以自动行使到指定水域并开展工作，整个过程无需人为干预。
本发明的一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，重点对野外江河湖泊以及海洋水域（不能长期进行人工取样，需要长期实时连续进行监测水域）如：水产养殖水域，工业和居民排污口水域、医院排污口水域、入海口水域，主要重点进行细菌和病毒，以及其他常规水质参数的长期、实时在线检测；可以替代取样人员到达一些十分偏僻的地方，或者对取样人员造成身体健康损害的地点；保证取样安全。
附图说明
图1为本发明一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统的示意图。
其中，1-北斗卫星、2-无人船、3-太阳能电池板、4-锂离子电池、5-天线、6-水面、7-取水管、8-滤网、9-取水泵、10-第二测试室、11-pH传感器、12-溶解氧传感器、13-温度传感器、14-电导率传感器、15-第一测试室、16-紫外光源、17-摄像头、18-探针试剂室、K1-探针试剂泵、19-控制系统、20-排水管、21-计量泵。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如附图1所示，是本发明的一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，包括安装在无人船2船体上端的天线5，天线5的后面设置有太阳能电池板3，太阳能电池板3的下方安装有蓄电池，且两者通过导线连接；无人船2的船舱后端设有控制系统19；无人船2的船体底部安装有取水管7，取水管7与滤网8、取水泵9、第二测试室10、第一测试室14、排水管20依次连接；第二测试室10内设有多个常规水质传感器，且上述常规水质传感器分别与控制系统19相连；第一测试室14的后端还安装有探针试剂室18，且两者通过控制探针试剂泵K1连接；第一测试室14的上端还安装有紫外光源16，下端安装有摄像头17；摄像头17也与控制系统19相连，控制系统19与天线5电性连接，将测量数据通过北斗卫星1系统传输给用户端，实现水质的智能监测；蓄电池分别与控制系统19、取水泵9、探针试剂泵K1以及紫外光源16等相连接供电。蓄电池还可以为无人船2上其他需要供电的部分进行供电。多个水质监测传感器包括溶解氧传感器12、温度传感器13、pH传感器11、电导率传感器14。本发明中的水质监测传感器（pH、溶解氧、盐度、温度等）都被放置于第二测试室内，可以实现在细菌和病毒检测之前，对水质其他参数进行实时检测，所有水质参数测试结果全部汇总到控制系统中。随着后端图像处理技术（或算法）的发展，细菌和病毒在与相关探针进行结合，在紫外光源照射下会产生相应荧光反应，采用图像处理的方法可以将不同的荧光反应下的图像进行分析，最终判断水体中细菌和病毒的种类。
太阳能电池板3与蓄电池之间安装有光伏逆变器。
控制探针试剂泵K1也与控制系统19相连，第二测试室与第一测试室通过连接管相连，所述连接管上设置有计量泵21，计量泵21也与控制系统19相连。
蓄电池为锂离子电池4。
排水管上设有排水控制开关，排水控制开关也与控制系统相连。本发明的控制系统19采用现有技术中的数据处理芯片，包括微处理器，一射频收发模块，用于数据和控制命令的收发；电机驱动模块，用于驱动无人船的动力装置；水质监测模块，用于监测取样水的水质，并将相关数据传输给微处理器；取样驱动模块，用于驱动和控制水泵机械式水取样装置以及探针试剂泵和排水控制开关的控制；电源模块，用于系统的供电；所述微处理器分别与射频收发模块、电机驱动模块、水质监测模块和取样驱动模块相连。本发明的控制系统可以完成来自不同传感器的监测数据的存储、分析、建模以及图像处理技术（或算法）的复杂运算，所得数据结果通过无人船2上的天线5传送给北斗卫星，北斗卫星将相关数据再远程传输到后端服务器上，后端服务器可对结果进行长期、大量地存储，并进行数据挖掘，形成数据库系统，完成大量数据的融合与处理，最终形成对指定水域的水质情况的长期跟踪监测数据模型，并对某些突发水质变化情况进行预警。
太阳能电池板安装在太阳能电池支架上，方便太阳能电池板接受到更多的光照，为无人船2提供更多的能源。同时，采用太阳能电板，可以实时给无人船2里面的锂电池供电，确保无人船2可以长期行驶，以及长期给传感器等各项仪器供电。
无人船2上还设有GPS定位模块。在所述无人船上还设置有无线通讯系统。
无人船2上还设有避障模块。GPS定位模块和避障模块以及无人船2上的动力系统，都采用现有技术，上述模块的设置仅是为了保证无人船2能在北斗卫星系统导航定位，按照程序设定好的路线，可自行前往指定区域，开展水质多参数的检测。
本发明监测系统的工作流程如下：
当用户设置需要监测的水面6位置时，北斗卫星1将位置信息通过天线5传送给无人船2，无人船2采用锂离子电池4提供的电能启动运行至定位水面6；待检测水体在水泵9的作用下，由取水管7进入滤网8滤去泥沙，随后灌入第二测试室10；pH传感器11、溶解氧传感器12、温度传感器13和电导率传感器14开始同时工作，上述传感器所测量的数据分别通过导电线L2、导电线L3、导电线L4和导电线L5传送给控制系统19；待检测水体随后进入第一测试室15中，控制系统19控制探针试剂泵K1开启，探针试剂室18里的探针试剂进入第一测试室15中，紫外光源16和摄像头17同时开始工作，获取待检测水体中细菌和病毒浓度数据，并传送给控制系统19；上述所有测量数据都通过天线5传输给北斗卫星1中，再远程传输给用户端，实现数据的实时远程获取。
当无人船2中的锂离子电池4电量耗尽时，太阳能板3则启动工作，通过导电线L1给锂离子电池4供电，实现无人船2能源实时补充。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护。
Claims (10)
1.一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：包括无人船，在所述无人船上设置有取水系统、第一测试室、探针试剂室以及探针试剂泵，所述取水系统用于在水域内取样并将水样注入第一测试室内，所述探针试剂泵用于泵取所述探针试剂室内的核酸探针试剂并将核酸探针试剂注入所述第一测试室的水样内；在所述无人船上还设置有用于向第一测试室内的水样与核酸探针试剂的混合液进行照射的紫外光源，以及用于对所述混合液进行拍摄的摄像头。
2.根据权利要求1所述的基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：在所述无人船上还设置有第二测试室，在所述第二测试室内设置有常规水质传感器。
3.根据权利要求2所述的基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：所述常规水质传感器包括溶解氧传感器、温度传感器、pH传感器和/或电导率传感器。
4.根据权利要求2所述的基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：所述取水系统包括取水管以及取水泵，所述取水泵用于泵取水域内的水样并输送至所述第二测试室；所述第二测试室与所述第一测试室通过连接管相连，所述连接管上设置有计量泵。
5.根据权利要求4所述的基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：在所述取水管上设置有滤网。
6.根据权利要求4所述的基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：所述无人机上还设置有控制系统，所述控制系统分别与所述取水泵、探针试剂泵、计量泵、摄像头、常规水质传感器、紫外光源以及摄像头相连，用于控制取水泵采集水样并注入第二测试室，用于控制计量泵在第二测试室内定量泵取水样并注入第一测试室，用于控制探针试剂泵在探针试剂室内定量泵取核酸探针试剂注入所述第一测试室的水样内，用于开启或关闭紫外光源，用于接收常规水质传感器的监测数据信息，以及用于接收所述摄像头采集到的图像信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：在所述无人船上还设置有太阳能蓄电系统。
8.根据权利要求1所述的一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：在所述无人船上还设置有卫星导航系统。
9.根据权利要求1所述的一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：在所述无人船上还设置有无线通讯系统。
10.根据权利要求1所述的一种基于新能源无人船平台的智能水质监测系统，其特征是：所述无人船上还设有避障模块。
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