CN110614888A - 一种水陆两栖采样监测艇 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水陆两栖采样监测艇，包括可遥控的无人驾驶的能水陆行走的采样监测艇，所述采样监测艇配置有履带行走机构，并在所述采样监测艇搭载有用于对采样水质进行实时检测的多参数仪，进行气象监测的气象站、摄像系统，以及提供定位用及自主船行用的GPS模块，与地面控制基站无线通信实现数据及信号传送的无线通信模块，在高性能工业级PLC控制器的控制下为所述多参数仪检测提供采样水的自动水质采样器，并设置有取泥器。本发明水陆两栖采样监测艇能满足污染事故区域复杂的地物环境特征要求。

Description

一种水陆两栖采样监测艇

技术领域

本发明涉及环境保护监测技术领域，特别是涉及一种水陆两栖采样监测艇。

背景技术

近年来，水环境污染事故频发，因此迫切需要水环境污染调事故监测应急设备，以满足复杂的现场采样监测需求，快速识别污染物种类和污染发展方向，为下一步应急处置提供技术支撑。特别是对于一些有毒有害的区域，一线工作人员更是无法到达，因此需要专业的在线取样和监测平台，能根据突发性环境问题的特点，实现即时的在线监测和取样。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种水陆两栖采样监测艇。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种水陆两栖采样监测艇，包括可遥控的搭载自主航行控制系统的无人驾驶的能在数控动力系统驱动下进行水陆行走的采样监测艇，所述采样监测艇配置有履带行走机构，并在所述采样监测艇搭载有用于对采样水质进行实时检测的多参数仪，进行气象监测的气象站、摄像系统，以及提供定位用及自主船行用的GPS模块，与地面控制基站无线通信实现数据及信号传送的无线通信模块，在高性能工业级PLC控制器的控制下为所述多参数仪检测提供采样水的自动水质定点分层采样器，并设置有取泥器。

其中，所述摄像系统包括一体化设计的支持红外激光灯辅助夜视功能的红外激光照明器和可旋转的车载摄像机。

其中，所述自动水质采样器包括采样瓶，采用并联式输水管路设计，连接采样泵的一个主管路分出1个并联的分水管连接到放在采样箱中的个采样瓶，电磁阀分别控制通往个采样瓶的分水管；其中，接触到水的采样泵、采样瓶采用塑料制产品

本发明水陆两栖采样监测艇，能针对污染事故水域进行快速取样及监测，能够满足风险事故区极端条件下的环境监测需求，在移动性上可以实现水陆两栖环境下的快速反应以及监测数据和环境影像的稳定传输，进而解决污染事故区域的陆域屏障，有效保障监测人员的人身安全，并提高监测取样效率，满足污染事故区域复杂的地物环境特征要求。

附图说明

图1为本发明的水陆两栖采样监测艇的主视示意图；

图2为本发明的水陆两栖采样监测艇的后视示意图；

图3为本发明的水陆两栖采样监测艇的俯视示意图；

图4为本发明的水陆两栖采样监测艇的采样工作流程图；

图5所示为控制系统的主界面的示意图；

图6所示为控制系统的航行路径规划及作业任务设置界面；

图7所示为根据规划的边界点及路径点在地图上生成规划路径界面。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-6所示，本发明的水陆两栖采样监测艇，包括可遥控的无人驾驶的能水陆行走的采样监测艇100，所述采样监测艇配置有履带行走机构6，并在所述采样监测艇搭载有用于对采样水质进行实时检测的多参数仪，进行气象监测的气象站5、摄像系统，以及提供定位用及自主船行用的GPS模块4，以及通信用的天线系统3，与地面控制基站无线通信实现数据及信号传送的无线通信模块，在高性能工业级PLC控制器的控制下为所述多参数仪检测提供采样水的自动水质采样器，并设置有取泥器1。

进一步的，本发明的内外壳7之间充填浮体材料及设置浮力箱，以保证在艇体在水中发生破损时，提供足够的浮力，满足浸水要求，淹覆的要求。

发明履带式两栖无人艇为封闭式结构，具有良好的水面机动性和陆通过能力，满足通讯导航设备、数据传输设备及载荷设备的安装要求，该艇设有2个封闭的设备舱。系统主要由履带式两栖艇平台、数控动力系统、无线遥控系统、自主航行控制系统、微波通讯系统组成。搭载巡查设备为水质在线检测多参数仪、定点分层采样器、采泥设备等系统。

通过以上的技术，本发明具有水、陆地两栖行走功能，能满足极端恶略环境下通过能力，满足大角度斜坡上岸能力，满足10m水深分层采用能力；满足底泥采样能力；且在水中有良好的浮态，确保稳性、干舷性能等要求。

本发明中，所述的红外激光照明器和车载摄像机一体化设计，结构紧凑；支持红外激光灯辅助夜视功能，红外激光管电光转换效率高达70％以上，有效照射距离可达50m；可设定多达64个高精度预置，采用RS485总线键盘控制；车载摄像机的旋转速度根据镜头变倍倍数自动调整；车载摄像机具有自动聚焦、自动白平衡的功能；采用高强度全塑外壳，重量轻，防水性能好，同时采用的光学镀膜镜片，具有增加透光率，防尘、防水和防静电作用。

本发明中，所述多参数仪安装在艇内，靠通过采样蠕动泵将检测水质泵入，再由多参数仪内的探头对流入的水进行水质实时检测。

本发明的水陆两栖采样监测艇，无缝兼容多款、多型号的水质监测仪器，能为仪器提供监测水样、仪器用电，并将监测的数据(水温，pH，溶解氧，蓝绿藻、叶绿素A，(电导率，盐度等)通过船上通讯设备实时传回地面控制基站。

本发明中，所述自动水质采样器是用于污染源在线自动取样的环保监测仪器，设备管径大、流速快，可有效避免管路堵塞。在高性能工业级PLC控制器的控制下。可根据用户需要任意设定采样方式、采样时间间隔、采样量及存储位置。它也可与在自动线监测仪器同步采样。用于与在线监测仪器的测试结果做比对实验。与在线监测仪器联机可实现超标留样。并可实现远程无线控制，根据需要随机发出采样指令。从而获得最真实有效的水样。是提高工作效率、减轻劳动负担、保障监测数据准确性和有效性的必备仪器之一。

所述自动水质采样器适用于海洋环境中长期工作，具有自动去泡沫除泥沙，自动清洗功能，能有效防止海水腐蚀、生物附着、泥沙淤积等，可靠性高，能够在恶劣的环境下稳定工作、提供精确的数据。设备自身的清洁功能与采水配水系统中的清洁功能结合，能够实现整套水质监测系统的长时间无故障运行。

所述自动水质采样器的样品容器体积为1L；每组次采样瓶数为12瓶；每个组次至少满足6个站位的采样要求。12瓶×1000ml一个模块组，可根据客户需要配备2组或多组模块，采用并联式输水管路设计，连接采样泵24的一个主管23路分出12个并联的分水管22连接到放在采样箱中的12个采样瓶20， 12个电磁阀21分别控制通往12个采样瓶的分水管；其中，采样泵、采样瓶、采样管、管接头及阀件等接触到水的部件均采用塑料制产品。

所述自动水质采样器适能实现定点分层采样，即通过既定的程序控制采样泵、卷管机等进行采样，根据不同深度的海域进行精确的分层采样，同时采样设备的控制与无人船GPS自主航行轨迹相结合达到定点精确采样的目的。可以方便精确的记录采样点的经纬度信息、水深等信息。

其中的，采样泵采样大吸程电动隔膜泵计量泵，能满足取水面以下10m水深的要求，同时流量需要满足20S内取1L水流量要求，泵体材质采样非金属材质；通过控制开启连接在每个采样瓶上的电磁阀将水样按照既定程序将采样分配到采样箱的12个采样瓶中。

具体的，可以利用卷管机，实现采样管的布放与回收，并设有采样管系，包括水下测深探头电线、吊锤牵引绳和吸水管，采用缠绕管将三种管线缠绕成一根管线组，吸水管采用三胶一线橡塑管，外径15mm，内径8mm。

本发明中，还设置有数据采集系统，采集艇位置(经纬度)、采样时间、采样深度等信息。数据采集系统安装在电控柜中

具体的，定点分层精确采样时，船规划航线后达到采样点后通过单波速探测到采样点的水深参数后，通过控制系统中PLC采集到水深参数后，选定程序中的采样点数量及对应的采样水深等参数，同时控制伺服卷管机收放水管。水深压力传感器感知道已到达采样程序中设定的水深参数时，采样蠕动泵按照既定程序开始采样作业。其工作流程图如图4所示。

进一步的，本发明中，水陆两栖采样监测艇还能实现以下功能：

1)底层数据显示,包括主机转速，电量，艇的姿态等；电量报警，超时报警返航；信号中断丢失(继续完成任务后返航)返航。姿态减速报警功能。

2)航行控制：采用通用自驾软件进行智能控制；能在控制界面上实现航迹设置；航迹修改；远程控制。

3)设备控制：对搭载设备远程控制；远程数据采集(图像和数据)及地理信息数据传输；数据处理；数据分析。

其中，控制系统的主显示界面含有:

1.路径规划方式模块，能实现以下路径规划方式：

1).边界路线规划(采用框选方案，矩阵网格自动生产路径)；

2).路径规划：直接从地图上点击规划路径；

3).CAD工程图导入地理信息。(CAD导TXT格式，生成经纬度，设置路径)。

2)航迹实时显示窗口：无人艇会根据水域边界矩阵设置自动生产的路线规划图显示。显示路径中对完成的规划点采用绿色标识标记，围完成路径采用红色标识标记；

3)视屏监视窗口：视频监视窗口由视频监视回转画面；云台控制手柄(手柄图表示)；摄像与拍照切换按钮组成；

4)任务信息窗口：含有任务规划点总数量(数值表示)；总航程数及已经完成工作量百分比(棒图表示)；本次任务采样的次数(数值表示)；本次任务航行的时间：(数值表示)；

5)基站状态显示窗口：显示基站的电量；收发信号信息；

6)无人艇平台信息窗口：无人艇电量显示；实时经纬度显示(数值显示)；信号通信显示；实时速度显示(数值显示)；主机转速。

7)水文大气显示窗口：显示根据探头数量、探头的种类实时显示各项指标(数字显示)。

控制系统的航行路径规划及作业任务设置界面，包括有：

1)路径规划界面：根据规划的边界点及路径点在地图上生成规划路径；

2)路径设置窗口：设置窗口包含边界点规划按钮、路径点规划按钮；排布矩阵设置(具有方案保存及删除更改方案功能、行数、列数、东西方向间距、南北方向间距、离岸距离数字设置窗口)；

3)任务载荷设置窗口：采样点(采样量、采样深度、采样瓶数)；监测点 (监测深度)。

控制系统的具有预先设置任务窗口，包括有：

1)路径规划界面：根据规划的边界点及路径点在地图上生成规划路径；

2)路径设置窗口：设置窗口包含边界点规划按钮、路径点规划按钮；排布矩阵设置(具有方案保存及删除更改方案功能、行数、列数、东西方向间距、南北方向间距、离岸距离数字设置窗口)

3)任务载荷设置窗口：采样点(采样量、采样深度、采样瓶数)；监测点 (监测深度).

本发明的具有以下优点：

1.目标水体底泥采集：采集泥量未做要求，要求底泥可以便捷打包、方便封样；

2.目标水体水样采集：单次作业采样量为24×1L(24kg)，同时实现分层定深采水及监测：

3.主流水体在线监测设备全兼容，涵盖pH值、溶解氧、温度、电导率、全盐量、叶绿素a以及蓝绿藻等监测指标；

4.实现气象物理指标采集存储：风速、相对湿度、太阳辐射等其余辅助性能：传感器等数据传输接口协议的自动匹配、无人船航行路线规划控制和避障功能、水质监测结果形成包括自动插值在内的空间分析功能、具备监测结果及专题图件发布的技术功能。

以上所述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范。

Claims (4)

1.一种水陆两栖采样监测艇，包括可遥控的搭载自主航行控制系统的无人驾驶的能在数控动力系统驱动下进行水陆行走的采样监测艇，其特征在于，所述采样监测艇配置有履带行走机构，并在所述采样监测艇搭载有用于对采样水质进行实时检测的多参数仪，进行气象监测的气象站、摄像系统，以及提供定位用及自主船行用的GPS模块，与地面控制基站无线通信实现数据及信号传送的无线通信模块，在高性能工业级PLC控制器的控制下为所述多参数仪检测提供采样水的自动水质定点分层采样器，并设置有取泥器。

2.根据权利要求1所述水陆两栖采样监测艇，其特征在于，所述摄像系统包括一体化设计的支持红外激光灯辅助夜视功能的红外激光照明器和可旋转的车载摄像机。

3.根据权利要求1所述水陆两栖采样监测艇，其特征在于，所述自动水质采样器包括采样瓶，采用并联式输水管路设计，连接采样泵的一个主管路分出1个并联的分水管连接到放在采样箱中的个采样瓶，电磁阀分别控制通往个采样瓶的分水管；其中，接触到水的采样泵、采样瓶采用塑料制产品。

4.根据权利要求1所述水陆两栖采样监测艇，其特征在于，所述无线通信模块采用微波通讯系统。