CN109030101A - 一种基于无人机的水体采集检测系统及其采集检测方法 - Google Patents

一种基于无人机的水体采集检测系统及其采集检测方法 Download PDF

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CN109030101A CN201810710137.4A CN201810710137A CN109030101A CN 109030101 A CN109030101 A CN 109030101A CN 201810710137 A CN201810710137 A CN 201810710137A CN 109030101 A CN109030101 A CN 109030101A
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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的水体采集检测系统及其采集检测方法，采集检测系统包括水样分析设备、控制中心和无人机，所述无人机内设有无线通信模块、飞控模块、GPS模块和采样控制模块，所述无人机与所述控制中心无线通信连接，所述无人机机体下面安装有水体采集装置，所述水体采集装置包括固定安装在所述无人机机体下面的壳体、固定在壳体中的水样收纳器、抽水装置和滑动安装在所述壳体上朝水样收纳器注入水样的注入装置，所述壳体底部安装有电控伸缩杆，所述电控伸缩杆的下伸缩端安装有抽头，所述抽头连接有导管，所述导管经所述抽水装置连接到所述注入装置。本发明结构相对简单，不易发生故障，能防止水样混乱和受到污染。

Description

一种基于无人机的水体采集检测系统及其采集检测方法
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体涉及一种基于无人机的水体采集检测系统及其采集检测方法。
背景技术
随着工业水平的长足进步，环境污染问题也日益严重，其中水体污染对我们的生活影响严重，传统水体采样点单一，采样方式繁琐。而且需要大量人力物力，对于水体中心在取样时必须配备船只，成本高并具有一定风险。
如专利号201710364795.8的发明专利公开的一种污水取样无人机，虽能实现利用无人机进行多点采样，但是采样机构结构复杂，机械手和封膜装置在使用过程中容易发生故障，因此存在结构复杂，使用时容易故障，使用寿命较短的缺陷.
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无人机的水体采集检测系统及其采集检测方法，以解决现有技术中无人机对水体取样时由于结构复杂，容易发生故障，使用寿命较短的缺陷。
所述的基于无人机的水体采集检测系统，包括水样分析设备、与所述水样分析设备信息传输连接的控制中心和无人机，所述无人机内设有无线通信模块、飞控模块、GPS模块和采样控制模块，所述无人机与所述控制中心无线通信连接，所述飞控模块分别连接到所述无线通信模块、GPS模块和所述采样控制模块，所述无人机机体下面安装有受所述采样控制模块控制的水体采集装置，所述水体采集装置包括固定安装在所述无人机机体下面的壳体、固定在壳体中的水样收纳器、抽水装置和滑动安装在所述壳体上朝水样收纳器注入水样的注入装置，所述壳体底部安装有电控伸缩杆，所述电控伸缩杆的下伸缩端安装有抽头，所述抽头连接有导管，所述导管经所述抽水装置连接到所述注入装置。
优选的，所述水样收纳器分隔为多个水样收纳腔，所述水样收纳腔以矩阵结构排列，所述水样收纳器顶部安装有滑轨机构，所述滑轨机构包括固定安装在水样收纳器顶部的横向滑道、安装在所述横向滑道上的电控横向滑车、固定在所述电控横向滑车上的纵向滑道，所述注入装置包括安装在所述纵向滑道上的电控纵向滑车和安装在所述电控纵向滑车上的注入喷嘴。
优选的，所述水样收纳腔的水样收纳口内侧铰接有封盖并固定有位于所述封盖上方的限位凸边，所述封盖下面与所述水样收纳腔内侧间连接有簧片，所述水样收纳口上面通过水平转轴安装有封盖驱动片，所述封盖驱动片具有能被所述注入装置拨开的上伸出端和与所述封盖上面抵接的下伸出端，当所述上伸出端被拨开时，所述下伸出端压下所述封盖，所述水平转轴横向布置并套有连接所述封盖驱动片的扭簧。
优选的，所述电控横向滑车、所述电控纵向滑车、所述抽水装置和所述电控伸缩杆都与所述采样控制模块信号连接，所述水体采集装置还包括设在所述壳体底部的测距仪，所述测距仪信号连接到所述采样控制模块。
优选的，所述壳体内设有上导管腔和下导管腔，所述导管为软管，所述抽水装置进水部分的导管的饶曲段设在所述下导管腔中，所述抽水装置出水部分的导管的饶曲段设在所述上导管腔中，所述导管沿所述电控伸缩杆的中心管道布置。
优选的，所述抽头的进水端安装有过滤器。
本发明还提供了一种基于无人机的水体采集检测系统的采集检测方法，包括如下步骤：
S1、所述控制中心根据设定的多个检测点计算出路程最短的飞行路线，将包含飞行路线和检测点信息的飞控信息无线发送给无人机；
S2、所述无人机的飞控模块经无线通信模块接收到飞控信息控制无人机按飞行路线飞行，途中通过GPS模块发送的无人机位置信息不断修正飞行方向，无人机按飞行路线依次到达各检测点；
S3、所述无人机到达检测点后飞控模块向采样控制模块发信让其打开测距仪并让无人机下降，测距仪检测其到下方水体的距离，当到达采样高度时向采样控制模块发信；
S4、采样控制模块收到到达采样高度的信号后向飞控模块发信让其停止无人机下降，同时启动所述电控横向滑车和所述电控纵向滑车，将注入装置移动到与该处水样对应的水样收纳腔上方，所述电控横向滑车和所述电控纵向滑车到达目的位置后向采样控制模块发信；
S5、采样控制模块收到所述电控横向滑车和所述电控纵向滑车发送的信息后控制电控伸缩杆将抽头浸入水中，启动抽水装置，将过滤后的水样经导管注入到对应的水样收纳腔内，完成注水过程后让水体采集装置复原后上升，移动向下一个检测点；
如果飞行路线上还有下一个检测点下面转到步骤S2，重复步骤S2到S5，如果所有检测点的水样已采集完，转到步骤S6；
S6、无人机直线返回，将采集到的水样交给水样分析设备的操作者，所述水样分析设备获得水样后对水样进行提取，再对水中各种元素浓度进行测量，将测得的结果发送到控制中心进行数据分析，分析后对该水样中各检测元素的浓度予以标定，发布给操作人员。
优选的，所述飞控信息中包含各位置的检测点对应的水样收纳腔的坐标信息，所述坐标信息包含所述电控横向滑车移动的横向坐标和所述电控纵向滑车的移动的纵向坐标；所述滑轨机构运行时，所述电控横向滑车先从起始点横向移动到横向坐标的位置，然后所述电控纵向滑车再从起始点纵向移动到纵向坐标的位置，水体采集装置复原时，所述电控纵向滑车先回到起始点位置，然后所述电控横向滑车在回到起始点位置。
优选的，该采集检测方法还包括步骤S7：操作人员发现水样标定结果有疑问的，可以立即向无人机发送包含有疑问检测点位置的飞行路线的飞控信息，然后重复步骤S2至S6。
本发明的优点在于：其中水体采集装置需要运行的设备为抽水装置、电控纵向滑车和电控横向滑车，结构较为简单，运行可靠稳定，并且易于通过采样控制模块控制。水样收纳腔以矩阵结构排列，采样的容器在飞行中不需要移动翻转，不会因故障或意外情况而发生大的样品丢失，使用起来更加方便稳定。该系统在使用后，采样的容器可以事先标注，采样过程中不易发生混乱，控制中心能对无人机的飞行和采样过程进行监控，减少发生错误的可能。采样样品在水样分析设备中能将检测结果迅速发送到控制中心，控制中心能对分析有疑问的检测点通过无人机快速补充采样复检，效率和检测的准确性都提高了。
附图说明
图1为本发明中无人机的结构示意图；
图2为图1所示结构中水样收纳器和滑轨机构的结构示意图；
图3为本发明中采样时注入装置与水样收纳腔的局部结构示意图；
图4为本发明中系统各模块的模块连接结构图，图中箭头表示信号传递方向；
图5为本发明中采集检测方法的流程图。
1、抽水装置，2、导管，3、抽头，4、电控伸缩杆，5、水样收纳器，6、过滤器，7、水样收纳腔，8、横向滑道，9、纵向滑道，10、电控横向滑车，11、水样收纳口，12、电控纵向滑车，13、注入喷嘴，14、封盖驱动片，15、水平转轴，16、封盖，17、簧片，18、限位凸边，19、测距仪。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1-图5所示，本发明提供了一种基于无人机的水体采集检测系统，包括地面站和无人机，地面站中包括由操作员操纵并能进行数据处理分析控制的控制中心和对水样样本进行检测的水样分析设备。所述水样分析设备信息传输连接到控制中心，控制中心则通过无线通信模块与无人机通信连接。
所述无人机内设有无线通信模块、飞控模块、GPS模块和采样控制模块，所述无人机与所述控制中心无线通信连接。所述飞控模块分别连接到所述无线通信模块、GPS模块和所述采样控制模块，所述无人机机体下面安装有受所述采样控制模块控制的水体采集装置。所述飞控模块接收到地面站发送的信息后根据飞行路线控制无人机依次飞行到各个检测点。GPS模块提供无人机自身定位信息，每到达一个检测点，无人机就停下开始准备取样。
所述水体采集装置包括固定安装在所述无人机机体下面的壳体、固定在壳体中的水样收纳器5、抽水装置1和滑动安装在所述壳体上朝水样收纳器5注入水样的注入装置。所述壳体底部安装有电控伸缩杆4和测距仪19。所述电控伸缩杆4的下伸缩端安装有抽头3用于进水，所述抽头3的进水端安装有过滤器6。所述抽头3连接有导管2，所述导管2经所述抽水装置1连接到所述注入装置。抽水装置1通过抽头3将经过滤器6过滤的水样抽取后送往注入装置。
所述导管2为软管，导管2连接抽头3进水的部分为下导管，连接注入装置出水的部分为上导管。所述壳体内设有上导管腔和下导管腔，所述抽水装置1进水部分的导管2的饶曲段设在所述下导管腔中，所述抽水装置1出水部分的导管2的饶曲段设在所述上导管腔中，所述导管2沿所述电控伸缩杆4的中心管道布置。注入装置和抽头3移动时，导管2可在相应的上导管腔和下导管腔拉至或饶曲，防止过多的导管2露出，避免导管2受到损伤。
所述水样收纳器5分隔为多个水样收纳腔7，所述水样收纳腔7以矩阵结构排列。所述水样收纳器5顶部安装有滑轨机构，所述滑轨机构包括固定安装在水样收纳器5顶部的横向滑道8、安装在所述横向滑道8上的电控横向滑车10、固定在所述电控横向滑车10上的纵向滑道9，所述注入装置包括安装在所述纵向滑道9上的电控纵向滑车12和安装在所述电控纵向滑车12上的注入喷嘴13。该结构实现对多个检测点采集的水样对应注入到相应的水样收纳腔7中，让着各检测点的水样发生混乱。
所述水样收纳腔7的水样收纳口11内侧铰接有封盖16并固定有位于所述封盖16上方的限位凸边18，所述封盖16下面与所述水样收纳腔7内侧间连接有簧片17，所述水样收纳口11上面通过水平转轴15安装有封盖驱动片14，所述封盖驱动片14具有能被所述注入装置拨开的上伸出端和与所述封盖16上面抵接的下伸出端，当所述上伸出端被拨开时，所述下伸出端压下所述封盖16，所述水平转轴15横向布置并套有连接所述封盖驱动片14的扭簧。这样当注入装置移动到相应水样收纳口11上方即可通过封盖驱动片14打开封盖16，注入完成注入装置离开后，封盖16被簧片17将弹回被限位凸边18挡住从而封住水样收纳口11，防止水样在飞行过程中泄漏或受外界物质污染。
所述电控横向滑车10、所述电控纵向滑车12、所述抽水装置1和所述电控伸缩杆4都与所述采样控制模块信号连接，所述水体采集装置还包括设在所述壳体底部的测距仪19，所述测距仪19信号连接到所述采样控制模块。是否到达采样高度，采样时水体采集装置的整个控制过程均由采样控制模块分析控制。
本发明还提供了一种基于无人机的水体采集检测系统的采集检测方法，包括如下步骤：
S1、所述控制中心根据设定的多个检测点计算出路程最短的飞行路线，将包含飞行路线和检测点信息的飞控信息无线发送给无人机；
S2、所述无人机的飞控模块经无线通信模块接收到飞控信息控制无人机按飞行路线飞行，途中通过GPS模块发送的无人机位置信息不断修正飞行方向，无人机按飞行路线依次到达各检测点；
S3、所述无人机到达检测点后飞控模块向采样控制模块发信让其打开测距仪19并让无人机下降，测距仪19检测其到下方水体的距离，当到达采样高度时向采样控制模块发信；
S4、采样控制模块收到到达采样高度的信号后向飞控模块发信让其停止无人机下降，同时启动所述电控横向滑车10和所述电控纵向滑车12，将注入装置移动到与该处水样对应的水样收纳腔7上方，所述电控横向滑车10和所述电控纵向滑车12到达目的位置后向采样控制模块发信；
S5、采样控制模块收到所述电控横向滑车10和所述电控纵向滑车12发送的信息后控制电控伸缩杆4将抽头3浸入水中，启动抽水装置1，将过滤后的水样经导管2注入到对应的水样收纳腔7内，完成注水过程后让水体采集装置复原后上升，移动向下一个检测点；
如果飞行路线上还有下一个检测点下面转到步骤S2，重复步骤S2到S5，如果所有检测点的水样已采集完，转到步骤S6；
S6、无人机直线返回，将采集到的水样交给水样分析设备的操作者，所述水样分析设备获得水样后对水样进行提取，再对水中各种元素浓度进行测量，将测得的结果发送到控制中心进行数据分析，分析后对该水样中各检测元素的浓度予以标定，发布给操作人员。
优选的，所述飞控信息中包含各位置的检测点对应的水样收纳腔7的坐标信息，所述坐标信息包含所述电控横向滑车10移动的横向坐标和所述电控纵向滑车12的移动的纵向坐标；所述滑轨机构运行时，所述电控横向滑车10先从起始点横向移动到横向坐标的位置，然后所述电控纵向滑车12再从起始点纵向移动到纵向坐标的位置，水体采集装置复原时，所述电控纵向滑车12先回到起始点位置，然后所述电控横向滑车10在回到起始点位置。这样注入装置总是纵向移动到水样收纳口11上，能顺着转动方向拨开封盖驱动件，便于打开封盖16。同时移动方式固定也便于保证其移动的可靠性，不易发生错误。
优选的，该采集检测方法还包括步骤S7：操作人员发现水样标定结果有疑问的，可以立即向无人机发送包含有疑问检测点位置的飞行路线的飞控信息，然后重复步骤S2至S6。
该系统在使用时，采样的容器可以事先标注，如采用事先标注好的试管或小杯装入水样容纳腔中，采样过程中不易发生混乱。水样容纳器的底部可设置为可拆卸结构，这样还可以将采样的容器整体移至分隔方式与水样容纳器相近的容器架中，水样移送速度更快。
控制中心能对无人机的飞行和采样过程进行监控，减少发生错误的可能。采样样品在水样分析设备中能将检测结果迅速发送到控制中心，控制中心能对分析有疑问的检测点通过无人机快速补充采样复检，效率和检测的准确性都提高了。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于无人机的水体采集检测系统，包括水样分析设备，其特征在于：还包括与所述水样分析设备信息传输连接的控制中心和无人机，所述无人机内设有无线通信模块、飞控模块、GPS模块和采样控制模块，所述无人机与所述控制中心无线通信连接，所述飞控模块分别连接到所述无线通信模块、GPS模块和所述采样控制模块，所述无人机机体下面安装有受所述采样控制模块控制的水体采集装置，所述水体采集装置包括固定安装在所述无人机机体下面的壳体、固定在壳体中的水样收纳器(5)、抽水装置(1)和滑动安装在所述壳体上朝水样收纳器(5)注入水样的注入装置，所述壳体底部安装有电控伸缩杆(4)，所述电控伸缩杆(4)的下伸缩端安装有抽头(3)，所述抽头(3)连接有导管(2)，所述导管(2)经所述抽水装置(1)连接到所述注入装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的水体采集检测系统，其特征在于：所述水样收纳器(5)分隔为多个水样收纳腔(7)，所述水样收纳腔(7)以矩阵结构排列，所述水样收纳器(5)顶部安装有滑轨机构，所述滑轨机构包括固定安装在水样收纳器(5)顶部的横向滑道(8)、安装在所述横向滑道(8)上的电控横向滑车(10)、固定在所述电控横向滑车(10)上的纵向滑道(9)，所述注入装置包括安装在所述纵向滑道(9)上的电控纵向滑车(12)和安装在所述电控纵向滑车(12)上的注入喷嘴(13)。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的水体采集检测系统，其特征在于：所述水样收纳腔(7)的水样收纳口(11)内侧铰接有封盖(16)并固定有位于所述封盖(16)上方的限位凸边(18)，所述封盖(16)下面与所述水样收纳腔(7)内侧间连接有簧片(17)，所述水样收纳口(11)上面通过水平转轴(15)安装有封盖驱动片(14)，所述封盖驱动片(14)具有能被所述注入装置拨开的上伸出端和与所述封盖(16)上面抵接的下伸出端，当所述上伸出端被拨开时，所述下伸出端压下所述封盖(16)，所述水平转轴(15)横向布置并套有连接所述封盖驱动片(14)的扭簧。
4.根据权利要求2所述的一种基于无人机的水体采集检测系统，其特征在于：所述电控横向滑车(10)、所述电控纵向滑车(12)、所述抽水装置(1)和所述电控伸缩杆(4)都与所述采样控制模块信号连接，所述水体采集装置还包括设在所述壳体底部的测距仪(19)，所述测距仪(19)信号连接到所述采样控制模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的水体采集检测系统，其特征在于：所述壳体内设有上导管腔和下导管腔，所述导管(2)为软管，所述抽水装置(1)进水部分的导管(2)的饶曲段设在所述下导管腔中，所述抽水装置(1)出水部分的导管(2)的饶曲段设在所述上导管腔中，所述导管(2)沿所述电控伸缩杆(4)的中心管道布置。
6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的水体采集检测系统，其特征在于：所述抽头(3)的进水端安装有过滤器(6)。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种基于无人机的水体采集检测系统的采集检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、所述控制中心根据设定的多个检测点计算出路程最短的飞行路线，将包含飞行路线和检测点信息的飞控信息无线发送给无人机；
S2、所述无人机的飞控模块经无线通信模块接收到飞控信息控制无人机按飞行路线飞行，途中通过GPS模块发送的无人机位置信息不断修正飞行方向，无人机按飞行路线依次到达各检测点；
S3、所述无人机到达检测点后飞控模块向采样控制模块发信让其打开测距仪(19)并让无人机下降，测距仪(19)检测其到下方水体的距离，当到达采样高度时向采样控制模块发信；
S4、采样控制模块收到到达采样高度的信号后向飞控模块发信让其停止无人机下降，同时启动所述电控横向滑车(10)和所述电控纵向滑车(12)，将注入装置移动到与该处水样对应的水样收纳腔(7)上方，所述电控横向滑车(10)和所述电控纵向滑车(12)到达目的位置后向采样控制模块发信；
S5、采样控制模块收到所述电控横向滑车(10)和所述电控纵向滑车(12)发送的信息后控制电控伸缩杆(4)将抽头(3)浸入水中，启动抽水装置(1)，将过滤后的水样经导管(2)注入到对应的水样收纳腔(7)内，完成注水过程后让水体采集装置复原后上升，移动向下一个检测点；
如果飞行路线上还有下一个检测点下面转到步骤S2，重复步骤S2到S5，如果所有检测点的水样已采集完，转到步骤S6；
S6、无人机直线返回，将采集到的水样交给水样分析设备的操作者，所述水样分析设备获得水样后对水样进行提取，再对水中各种元素浓度进行测量，将测得的结果发送到控制中心进行数据分析，分析后对该水样中各检测元素的浓度予以标定，发布给操作人员。
8.根据权利要求7所述的一种基于无人机的水体采集检测系统的采集检测方法，其特征在于：所述飞控信息中包含各位置的检测点对应的水样收纳腔(7)的坐标信息，所述坐标信息包含所述电控横向滑车(10)移动的横向坐标和所述电控纵向滑车(12)的移动的纵向坐标；所述滑轨机构运行时，所述电控横向滑车(10)先从起始点横向移动到横向坐标的位置，然后所述电控纵向滑车(12)再从起始点纵向移动到纵向坐标的位置，水体采集装置复原时，所述电控纵向滑车(12)先回到起始点位置，然后所述电控横向滑车(10)在回到起始点位置。
9.根据权利要求7或8所述的一种基于无人机的水体采集检测系统的采集检测方法，其特征在于：还包括步骤S7：操作人员发现水样标定结果有疑问的，可以立即向无人机发送包含有疑问检测点位置的飞行路线的飞控信息，然后重复步骤S2至S6。
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