CN109738602A - 一种水域污染的预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水域污染的预警系统及方法，包括：水域预警无人机，用于按预设的最优路径飞行并完成水质检测和取样；岸基服务器，用于接收并分析水域预警无人机回传的数据，依据多点数据预测污染源位置，同时实时监测水域预警无人机的位置并规划水域预警无人机的飞行路径；本发明采用水域预警无人机与岸基服务器相结合，水域预警无人机能够按照岸基服务器设定的最优路径飞行至指定区域完成水质信息采集，并将采集信息快速发送至岸基服务器进行分析和呈现，具有安全性高、高效率、低成本的优点。

Description

一种水域污染的预警系统及方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，更具体的说是涉及一种水域污染的预警系统及方法。

背景技术

随着社会和经济的不断发展，我国的河流、湖泊、水库、运河等地表水域受到的污染越来越严重，湖泊萎缩退化、水体污染及富营养化、水域生态功能退化等一系列生态问题严重影响了居民的日常生活和可持续发展。

在我国大部分河流、湖泊、水库、运河等湿地地区还是采用传统人工手段进行水质信息的采集，而传统人工采集相关水域水质信息的弊端主要体现在以下几个方面：①工作人员需要携带各种仪器到各个采集点进行水质检测，很不方便，且花费时间长，工作效率不高；②人工的局限性，在一些环境恶化的区域，采集人员存在着人身安全问题，有些坏境人无法到达。

因此，如何提供一种安全性高、高效率、低成本的水域污染的预警系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种安全性高、高效率、低成本的水域污染的预警系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水域污染的预警系统，包括：

水域预警无人机，所述水域预警无人机用于按预设的最优路径飞行并完成水质检测和取样；

岸基服务器，所述岸基服务器用于接收并分析所述水域预警无人机回传的数据，依据多点数据预测污染源位置，同时实时监测所述水域预警无人机的位置并规划所述水域预警无人机的飞行路径；

其中：

所述水域预警无人机包括控制模块、飞行模块、水质检测模块、智能避障取证模块、无线传输模块和电源模块，所述控制模块均与所述飞行模块、所述水质检测模块、所述智能避障取证模块、所述无线传输模块电性连接；

所述岸基服务器包括数据分析模块和路径规划模块，所述数据分析模块和所述路径规划模块均与所述无线传输模块电性连接。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种水域污染的预警系统，本发明采用水域预警无人机与岸基服务器相结合，水域预警无人机能够按照岸基服务器设定的最优路径飞行至指定区域完成水质信息采集，并将采集信息快速发送至岸基服务器进行分析和呈现，具有安全性高、高效率、低成本的优点。

进一步的，所述控制模块包括单片机和GPS，所述单片机通过所述GPS实时定位并与所述路径规划模块设定的路径比对进行误差修正，控制所述飞行模块实现所述水域预警无人机自主飞行。

进一步的，所述飞行模块包括：

前升力涵道和后升力涵道，所述前升力涵道和所述后升力涵道分别设置在所述水域预警无人机的前部和后部，用于提供所述水域预警无人机垂直升降的动力和平衡力；

推进装置，所述推进装置为两个，两个所述推进装置分别设置在所述水域预警无人机的尾部两侧，用于提供所述水域预警无人机飞行时的推力；

其中，所述单片机与所述前升力涵道、所述后升力涵道和所述推进装置电连接，用以控制三者的启停。

采用上述技术方案的有益效果是，前升力涵道、后升力涵道和推进装置的设置，能够实现水域预警无人机的快速起飞，并且无需助跑，占用空间小。

进一步的，所述水质检测模块包括：

可伸缩的水质检测仪，所述水质检测仪包括驱动部和具有探头的探杆，所述驱动部设置在所述水域预警无人机的底部，所述探杆远离所述探头的一端与所述驱动部的驱动端固定连接；

水质检测传感器单元，所述水质检测传感器单元设置在所述探头上且与所述无线传输模块连接。

进一步的，所述驱动部为液压缸或气缸或具有伸缩功能的伸缩机构。

采用上述技术方案的有益效果是，能够实现不同水深的水质的检测，快速找到污染源。

进一步的，所述智能避障取证模块包括：

激光雷达，所述激光雷达置于所述水域预警无人机的顶部，向周围发射激光束探测障碍物位置；

超声波测距传感器，所述超声波测距传感器设置在水域预警无人机的周围，用于测量障碍物与水域预警无人机的距离，并反馈所有障碍物信息于所述控制模块进行规避处理；

摄像头，所述摄像头置于所述水域预警无人机底端，用于对污染源拍照取证。

进一步的，所述无线传输模块包括：

LORA通信模块，所述LORA通信模块用于发送水质检测模块的水质信息、接收所述路径规划模块的路径设定信息；

网桥，所述网桥用于实时传输所述摄像头所拍摄的照片图像至所述数据分析模块。

一种水域污染的预警方法，包括以下步骤：

步骤1：岸基服务器规划所述水域预警无人机最优飞行路径；

步骤2：所述水域预警无人机在最优路径下飞行至指定区域，并完成水质监测；

步骤3：所述岸基服务器接收并分析所述水域预警无人机回传的数据，根据数据生成水域污染信息图。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种水域污染的预警系统的结构示意图。

图2附图为该系统的框图。

图3附图为控制模块框图。

图4附图为水质检测模块结构图。

图5附图为智能避障取证模块框图。

图6附图无线传输模块框图。

其中：

1-水域预警无人机，11-控制模块，111-单片机，112-GPS，12-飞行模块，13-水质检测模块，131-可伸缩的水质检测仪，1311-驱动部，1312-探杆，132-水质检测传感器单元，14-智能避障取证模块，141-激光雷达，142-超声波测距传感器，143-摄像头，15-无线传输模块，151-LORA通信模块，152-网桥；

2-岸基服务器，21-数据分析模块，22-路径规划模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

参见图1-6，本发明实施例公开了，一种水域污染的预警系统，包括：

水域预警无人机1，水域预警无人机1用于按预设的最优路径飞行并完成水质检测和取样；

岸基服务器2，岸基服务器2用于接收并分析水域预警无人机1回传的数据，依据多点数据预测污染源位置，同时实时监测所述水域预警无人机1的位置并规划水域预警无人机1的飞行路径；

其中：

水域预警无人机1包括控制模块11、飞行模块12、水质检测模块13、智能避障取证模块14、无线传输模块15和电源模块16，控制模块11均与飞行模块12、水质检测模块13、智能避障取证模块14、无线传输模块15电性连接；

岸基服务器2包括数据分析模块21和路径规划模块22，数据分析模块21和路径规划模块22均与无线传输模块15电性连接。

具体的：

控制模块11包括单片机111和GPS112，单片机111通过GPS112实时定位并与路径规划模块22设定的路径比对进行误差修正，控制飞行模块12实现水域预警无人机1自主飞行。

飞行模块12包括：

前升力涵道121和后升力涵道122，前升力涵道121和后升力涵道122分别设置在水域预警无人机1的前部和后部，用于提供水域预警无人机1垂直升降的动力和平衡力；

推进装置123，推进装置为两个，两个推进装置123分别设置在水域预警无人机1的尾部两侧，用于提供水域预警无人机1飞行时的推力；

其中，单片机111与前升力涵道121、后升力涵道122和推进装置123电连接，用以控制三者的启停。

水质检测模块13包括：

可伸缩的水质检测仪131，水质检测仪131包括驱动部1311和具有探头的探杆1312，驱动部1311设置在水域预警无人机1的底部，探杆1312远离探头的一端与驱动部1311的驱动端固定连接；

水质检测传感器单元132，水质检测传感器单元132设置在探头上且与无线传输模块15连接。

在本方案中，驱动部1311为液压缸或气缸或具有伸缩功能的伸缩机构；水质检测传感器132至少包括温度传感器、PH传感器、浊度传感器、叶绿素传感器，DO传感器。

智能避障取证模块14包括：

激光雷达141，光雷达141置于水域预警无人机1的顶部，向周围发射激光束探测障碍物位置；

超声波测距传感器142，超声波测距传感器142设置在水域预警无人机1的周围，用于测量障碍物与水域预警无人机1的距离，并反馈所有障碍物信息于控制模块11进行规避处理；

摄像头143，摄像头143置于水域预警无人机1底端，用于对污染源拍照取证。

无线传输模块15包括：

LORA通信模块151，LORA通信模块151用于发送水质检测模块的水质信息、接收路径规划模块22的路径设定信息；

网桥152，网桥152用于实时传输摄像头143所拍摄的照片图像至数据分析模块21。

本发明还提供了一种水域污染的预警方法，包括以下步骤：

步骤1：岸基服务器规划所述水域预警无人机最优飞行路径；

步骤2：所述水域预警无人机在最优路径下飞行至指定区域，并完成水质监测；

步骤3：所述岸基服务器接收并分析所述水域预警无人机回传的数据，根据数据生成水域污染信息图。

上述的岸基服务器规划水域预警无人机最优飞行路径，具体实现过程是：

设水域预警无人机的工作环境为二维平面，用数据模型刻画水域预警无人机在工作过程中与环境的交互，并及时更新环境信息；

设有M个自由度可以选择，在水域预警无人机进行过程中，一边搜索一边探索其周围路径可不可行，并把前几轮搜索得到的所有路径和产生的信息素都保存到历史记录中，水域预警无人机在后续搜索路径过程中查找这些历史记录，从中搜索当前位置前方一定范围内的历史路径点，根据路径点上的信息素计算每个备选方向被选择的概率；

使用蚁群算法进行路径规划；

在积累一定数据的基础上，通过深度学习分析历史数据，得到较优的参数取值和步长，加速路径规划过程，并预留出一定的安全余量，确保在加速寻优的过程中无人机自身的安全。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种水域污染的预警系统，其特征在于，包括：

水域预警无人机(1)，所述水域预警无人机(1)用于按预设的最优路径飞行并完成水质检测和取样；

岸基服务器(2)，所述岸基服务器(2)用于接收并分析所述水域预警无人机(1)回传的数据，依据多点数据预测污染源位置，同时实时监测所述水域预警无人机(1)的位置并规划所述水域预警无人机(1)的飞行路径；

其中：

所述水域预警无人机(1)包括控制模块(11)、飞行模块(12)、水质检测模块(13)、智能避障取证模块(14)、无线传输模块(15)和电源模块(16)，所述控制模块(11)均与所述飞行模块(12)、所述水质检测模块(13)、所述智能避障取证模块(14)、所述无线传输模块(15)电性连接；

所述岸基服务器(2)包括数据分析模块(21)和路径规划模块(22)，所述数据分析模块(21)和所述路径规划模块(22)均与所述无线传输模块(15)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种水域污染的预警系统，其特征在于，所述控制模块(11)包括单片机(111)和GPS(112)，所述单片机(111)通过所述GPS(112)实时定位并与所述路径规划模块(22)设定的路径比对进行误差修正，控制所述飞行模块(12)实现所述水域预警无人机(1)自主飞行。

3.根据权利要求2所述的一种水域污染的预警系统，其特征在于，所述飞行模块(12)包括：

前升力涵道(121)和后升力涵道(122)，所述前升力涵道(121)和所述后升力涵道(122)分别设置在所述水域预警无人机(1)的前部和后部，用于提供所述水域预警无人机(1)垂直升降的动力和平衡力；

推进装置(123)，所述推进装置为两个，两个所述推进装置(123)分别设置在所述水域预警无人机(1)的尾部两侧，用于提供所述水域预警无人机(1)飞行时的推力；

其中，所述单片机(111)与所述前升力涵道(121)、所述后升力涵道(122)和所述推进装置(123)电连接，用以控制三者的启停。

4.根据权利要求1所述的一种水域污染的预警系统，其特征在于，所述水质检测模块(13)包括：

可伸缩的水质检测仪(131)，所述水质检测仪(131)包括驱动部(1311)和具有探头的探杆(1312)，所述驱动部(1311)设置在所述水域预警无人机(1)的底部，所述探杆(1312)远离所述探头的一端与所述驱动部(1311)的驱动端固定连接；

水质检测传感器单元(132)，所述水质检测传感器单元(132)设置在所述探头上且与所述无线传输模块(15)连接。

5.根据权利要求4所述的一种水域污染的预警系统，其特征在于，所述驱动部(1311)为液压缸或气缸或具有伸缩功能的伸缩机构。

6.根据权利要求1所述的一种水域污染的预警系统，其特征在于，所述智能避障取证模块(14)包括：

激光雷达(141)，所述激光雷达(141)置于所述水域预警无人机(1)的顶部，向周围发射激光束探测障碍物位置；

超声波测距传感器(142)，所述超声波测距传感器(142)设置在水域预警无人机(1)的周围，用于测量障碍物与水域预警无人机(1)的距离，并反馈所有障碍物信息于所述控制模块(11)进行规避处理；

摄像头(143)，所述摄像头(143)置于所述水域预警无人机(1)底端，用于对污染源拍照取证。

7.根据权利要求6所述的一种水域污染的预警系统，其特征在于，所述无线传输模块(15)包括：

LORA通信模块(151)，所述LORA通信模块(151)用于发送水质检测模块的水质信息、接收所述路径规划模块(22)的路径设定信息；

网桥(152)，所述网桥(152)用于实时传输所述摄像头(143)所拍摄的照片图像至所述数据分析模块(21)。

8.一种水域污染的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：岸基服务器规划所述水域预警无人机最优飞行路径；

步骤2：所述水域预警无人机在最优路径下飞行至指定区域，并完成水质监测；

步骤3：所述岸基服务器接收并分析所述水域预警无人机回传的数据，根据数据生成水域污染信息图。