CN110780049A - 一种河湖流域水环境智慧管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河湖流域水环境智慧管理系统，涉及水环境管理系统，旨在解决现有技术中监测终端数量较大，分布范围较广，因此不便于对监测端进行维护和定期检测，将会错失污染初期进行及时防治的最佳时机的问题。其技术方案要点是检测站点包括GPS定位模块、检测模块、无人机和机械移动机构；其中，检测模块包括由多种传感器组成的传感阵列；无人机上搭载有微型直流水泵、汲水容器和水量传感器，水量传感器与微型直流水泵电连接；机械移动机构包括转角气缸，传感器阵列与转角气缸的输出端连接，检测站点包括有检测容器，检测容器底部设置有升降装置。本发明达到了方便且有效检查和维护检测站点的效果。

Description

一种河湖流域水环境智慧管理系统

技术领域

本发明涉及水环境管理技术领域，尤其是涉及一种河湖流域水环境智慧管理系统。

背景技术

随着时代的变迁，我国工业领域迅猛扩展，与此同时环境的破坏也日益加重。工业污水和生活废水乱排乱放已经严重影响了江河湖海等水坏境中的生物生长，并降低了人类饮用水的质量水平，因此进行水环境监测尤为重要。传统的测试方法主要是实地测量水质参数或取水样在实验室测定各个水质参数，从而达到水环境监测的目的。尽管这一方法能够精确的测定出某一位置表面水质的各项指标，但成本高且耗时长，更为重要的是它不能给出这些表面水质指标在时间和空间上的分布状况。

现有公开号为CN103578256B的中国专利公开了一种区域水环境重金属监测系统及运行方法，本系统包括监测管理系统和经GPRS与之相联的多个监测终端。监测管理系统中心处理器连接数据收发、数据分析处理和数据库管理模块，还连接显示器/用户终端，数据收发模块连接存储各监测终端的GPS、GIS以及相关重金属浓度的数据库。各监测终端的主控模块包括嵌入式处理器及时钟和GPRS子模块，检测模块包括温度传感器和重金属电化学传感器阵列。运行方法为监测终端所测水环境的温度和重金属浓度发送到监测管理系统存储并显示。数据分析处理模块将其与标准值和历史数据对比，当为污染水质或某种重金属浓度突升跳级则报警，从而实时采样分析，动态监测，及时发现水体污染。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：由于监测终端沿河湖流域的流向分布，数量较大，分布范围较广，因此对于监测终端的维护需要耗费大量的精力。同时，若监测终端内的传感器损坏却并未发现，即对异常数据未能及时修正，将会错失污染初期进行及时防治的最佳时机。因此，寻求方便且有效的方式对监测终端进行工况检查和维护具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种河湖流域水环境智慧管理系统，其具有方便且有效检查和维护检测站点的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种河湖流域水环境智慧管理系统，包括多个沿流域设置的检测站点，所述检测站点包括用于定位检测站点的GPS定位模块、用于对检测站点的水质进行检测的检测模块、用于汲取并运输水质样品的无人机、用于驱动检测模块移动使其对无人机运输的水质样品进行检测的机械移动机构；

其中，所述检测模块包括由多种传感器组成的传感阵列；所述无人机上搭载有微型直流水泵、汲水容器和用于确保汲水容器内存有定量水质样品的水量传感器，所述水量传感器与微型直流水泵电连接；所述机械移动机构包括转角气缸，所述传感器阵列与转角气缸的输出端连接，所述检测站点包括有用于存放无人机运输的水质样品的检测容器，所述检测容器底部设置有升降装置。

本发明进一步设置为：所述检测容器的顶部呈漏斗型，所述传感阵列与转角气缸之间设置有柔性让位机构。

本发明进一步设置为：所述柔性让位机构包括设置在传感阵列顶部的顶板，所述顶板的顶壁上设置有连接块，所述连接块上沿水平方向设置有穿孔，所述转角气缸的输出端设置有水平横杆，所述横杆与穿孔滑动连接，所述横杆两端均设置有挡块，两块所述挡块与连接块之间均设置有弹簧。

本发明进一步设置为：所述顶板底壁上设置有呈口型的围栏，所述传感阵列位于围栏内，所述传感阵列底部伸出围栏。

本发明进一步设置为：所述水量传感器为液位传感器、压力传感器中的任一种。

本发明进一步设置为：所述检测容器上设置有用于发射超声波信号的信号发生器，所述无人机上设置有用于接收信号发生器发射的超声波信号的信号接收器。

本发明进一步设置为：还包括有服务器站，所述无人机与服务器站建立无线通信连接。

本发明进一步设置为：所述无人机上设置有摄像头、红外扫描感应器、激光雷达，多组所述无人机在河湖领域上空进行扫描并采集GIS数据，所述无人机将GIS数据上传至服务器站，所述服务器站根据GIS数据构建和更新河湖领域二维或者三维图。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.通过GPS定位模块、检测模块、无人机和机械移动机构的设置，无人机将异地调取的水质样品释放至检测容器内，远程控制机械移动机构将该检测站点内的传感阵列移动到插入检测样品内，对水质样品进行检测，获取检测数据并与该检测站点的历史检测数据对比，从而判断数据异常与否，进而判断是否需要派出人员维修，从而达到方便定期维护并及时发现异常的效果，大大降低了人力成本消耗；

2.通过漏斗型的检测容器、柔性让位机构和围栏的设置，避免传感阵列在插入检测样品中时与监测容器的侧壁直接接触，减小对传感阵列的损坏，从而达到了延长使用寿命的效果；

3.通过信号发生器和信号接收器的设置，利用超声波多点定位原理，令无人机能够准确定位监测容器的位置，从而将水质样品注入检测容器内。

附图说明

图1是本发明实施例的整体架构框图；

图2是本发明实施例的机械移动机构的结构示意图。

图中，1、GPS定位模块；2、检测模块；21、传感阵列；3、无人机；31、微型直流水泵；32、汲水容器；33、水量传感器；34、摄像头；35、红外扫描感应器；36、激光雷达；4、机械移动机构；41、转角气缸；42、检测容器；43、升降装置；5、顶板；51、连接块；52、穿孔；53、横杆；54、挡块；55、弹簧；56、围栏；6、服务器站。

具体实施方式

本发明公开了一种河湖流域水环境智慧管理系统，参照图1，包括多个沿流域设置的检测站点，检测站点包括用于定位检测站点的GPS定位模块1、用于对检测站点的水质进行检测的检测模块2、用于汲取并运输水质样品的无人机3、用于驱动检测模块2移动使其对无人机3运输的水质样品进行检测的机械移动机构4。其中，检测模块2包括由多种传感器组成的传感阵列21，多种传感器包括PH传感器、温度传感器、电导率传感器、重金属离子传感器等。

无人机3上搭载有微型直流水泵31、汲水容器32和用于确保汲水容器32内存有定量水质样品的水量传感器33，水量传感器33与微型直流水泵31电连接。无人机3上设置有摄像头34、红外扫描感应器35、激光雷达36。当无人机3飞行至水面上方时，红外扫描感应器35感应到距离水面的距离，开启微型直流水泵31进行抽水。水量传感器33为液位传感器、压力传感器中的任一种。液位传感器放置在汲水容器32内，当液位传感器感应到水位到达一定高度时，液位传感器控制微型直流水泵31关闭，停止抽水。压力传感器放置在汲水容器32内或者底部，感应水压或者汲水容器32与水的总重，将压力转化成电信号传送给微型直流水泵31，控制其关闭。

参照图2，机械移动机构4包括转角气缸41，传感器阵列与转角气缸41的输出端连接，检测站点包括有用于存放无人机3运输的水质样品的检测容器42，检测容器42底部设置有升降装置43。在本实施例中，升降装置43为气缸。

参照图2，检测容器42的顶部呈上宽下窄的漏斗型，传感阵列21与转角气缸41之间设置有柔性让位机构。柔性让位机构包括设置在传感阵列21顶部的顶板5，顶板5的顶壁上设置有连接块51，连接块51上沿水平方向设置有穿孔52，转角气缸41的输出端设置有水平横杆53，横杆53穿过穿孔52并与穿孔52滑动连接，横杆53两端均固定有挡块54，防止连接块51脱离横杆53。两块挡块54与连接块51之间均设置有弹簧55。顶板5底壁上设置有呈口型的围栏56，传感阵列21位于围栏56内，避免传感阵列21直接撞击到检测容器42的侧壁。传感阵列21底部伸出围栏56，方便插入检测容器内检测。在本实施例中，无人机3上搭载有射频发送器，转角气缸41和升降装置43上安装有射频接收器，当无人机3靠近时，先后启动转交气缸41和升降装置43，使得传感阵列21从检测站点的水中转动一定角度至检测容器42正上方，然后升降装置43将检测容器42抬升至传感阵列21插入水质样品内，从而实现检修。

检测容器42上设置有用于发射超声波信号的信号发生器，无人机3上设置有用于接收信号发生器发射的超声波信号的信号接收器。利用超声波多点定位原理，准确定位检测容器42的位置，令无人机3能够顺利将水质样品倒入检测容器42内。

本发明还包括有服务器站6，无人机3与服务器站6建立无线通信连接。多组无人机3在河湖领域上空进行扫描并采集GIS数据，无人机3将GIS数据上传至服务器站6，服务器站6根据GIS数据构建和更新河湖领域二维或者三维图。

上述实施例的实施原理为：流域内水是不断流动的，如果检测数据长时间变化不大，既有可能是流域内水质变化不大，也有可能是,检测站点出现异常。与检测站点水质差距较大且距离较近的检测站点内的无人机3调取水质样品并释放至待测检测站点中的检测容器42内，远程控制机械移动机构4将该检测站点内的传感阵列21移动到插入检测样品内，对水质样品进行检测，获取检测数据并与该检测站点的历史检测数据对比，从而判断数据异常与否，进而判断是否需要派出人员维修。若数据仍然无变化，则可以判断为需要维修，若数据与无人机3抽调检测站点内的水质历史检测数据相仿，则数据正常，无需维修。从而达到方便定期维护并及时发现异常的效果，大大降低了人力成本消耗。

此外，对水域周边的环境进行监控，可以起到帮助工作人员判断检测站点数据是否异常的一个依据。例如，如果水域周边新设立有厂区或者由于开挖渠道引入不同水质，检测站点的数据都会发生变化。此时将新数据与历史数据对比，从而得出检测站点是否正常工作的结论。因此，为了方便工作人员记录水域周边的变化情况，无人机3在飞行过程中获取河湖流域周边的GIS数据，将GIS数据上传至服务器站6，由服务器站6构建和更新河湖流域二维或者三维图像。可视化的图像大大方便了工作人员的分析判断，从而便于管理水环境和检测站点维护。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种河湖流域水环境智慧管理系统，包括多个沿流域设置的检测站点，其特征在于：所述检测站点包括用于定位检测站点的GPS定位模块(1)、用于对检测站点的水质进行检测的检测模块(2)、用于汲取并运输水质样品的无人机(3)、用于驱动检测模块(2)移动使其对无人机(3)运输的水质样品进行检测的机械移动机构(4)；

其中，所述检测模块(2)包括由多种传感器组成的传感阵列(21)；所述无人机(3)上搭载有微型直流水泵(31)、汲水容器(32)和用于确保汲水容器(32)内存有定量水质样品的水量传感器(33)，所述水量传感器(33)与微型直流水泵(31)电连接；所述机械移动机构(4)包括转角气缸(41)，所述传感器阵列与转角气缸(41)的输出端连接，所述检测站点包括有用于存放无人机(3)运输的水质样品的检测容器(42)，所述检测容器(42)底部设置有升降装置(43)。

2.根据权利要求1所述的一种河湖流域水环境智慧管理系统，其特征在于：所述检测容器(42)的顶部呈漏斗型，所述传感阵列(21)与转角气缸(41)之间设置有柔性让位机构。

3.根据权利要求2所述的一种河湖流域水环境智慧管理系统，其特征在于：所述柔性让位机构包括设置在传感阵列(21)顶部的顶板(5)，所述顶板(5)的顶壁上设置有连接块(51)，所述连接块(51)上沿水平方向设置有穿孔(52)，所述转角气缸(41)的输出端设置有水平横杆(53)，所述横杆(53)与穿孔(52)滑动连接，所述横杆(53)两端均设置有挡块(54)，两块所述挡块(54)与连接块(51)之间均设置有弹簧(55)。

4.根据权利要求3所述的一种河湖流域水环境智慧管理系统，其特征在于：所述顶板(5)底壁上设置有呈口型的围栏(56)，所述传感阵列(21)位于围栏(56)内，所述传感阵列(21)底部伸出围栏(56)。

5.根据权利要求4所述的一种河湖流域水环境智慧管理系统，其特征在于：所述水量传感器(33)为液位传感器、压力传感器中的任一种。

6.根据权利要求1所述的一种河湖流域水环境智慧管理系统，其特征在于：所述检测容器(42)上设置有用于发射超声波信号的信号发生器，所述无人机(3)上设置有用于接收信号发生器发射的超声波信号的信号接收器。

7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的一种河湖流域水环境智慧管理系统，其特征在于：还包括有服务器站(6)，所述无人机(3)与服务器站(6)建立无线通信连接。

8.根据权利要求7所述的一种河湖流域水环境智慧管理系统，其特征在于：所述无人机(3)上设置有摄像头(34)、红外扫描感应器(35)、激光雷达(36)，多组所述无人机(3)在河湖领域上空进行扫描并采集GIS数据，所述无人机(3)将GIS数据上传至服务器站(6)，所述服务器站(6)根据GIS数据构建和更新河湖领域二维或者三维图。

Images