CN111207956B - 一种基于物联网的水体表面监控装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的水体表面监控装置和方法，主要包括漂浮装置、采样装置和拍摄组件，其中漂浮装置包括浮盘，浮盘固设于无人机下方，用于支撑水体中无人机，采样装置包括若干采样器，采样器挂载于浮盘下方，用于对待检测水体取样，拍摄组件设于漂浮装置内，用于拍摄水体画面。通过在无人机下方设置有浮盘，在浮盘下方挂载有若干个采样器，从而实现在监测水体时，可以取样多个采样点的水以及节约了电能。

Description

一种基于物联网的水体表面监控装置和方法

技术领域

本发明涉及水体监测技术领域，特别涉及一种基于物联网的水体表面监控装置和方法。

背景技术

对自然界江河、湖泊的水体有必要保持监控，及时发现和处置污染，保护生态环境和渔业生产。传统的监测方式采用人工乘船观察和水体采样，效率低，采样点数量少，且存在安全风险。随着技术发展开始采取无人机进行水体表面监控，无人机的水体表面监控包括航拍监控和水体取样两种，其中航拍监控通过无人机搭载的摄像头拍摄水体画面，进而通过视频和光谱分析从空中发现可能存在污染的区域，然后无人机下降到一定高度，用绳索或者机械臂放下取样器，对水体进行采样。但是，无人机每次取水会耗费比较长的时间，这期间无人机保持悬停飞行状态，消耗了电能，由于现在的无人机本身续航能力就有限，导致每次飞行能够监控的水体区域面积不大，就要回去充电，另外，每次只取样一瓶水，来回往复次数比较多。

发明内容

(一)发明目的

鉴于上述问题，本发明的目的是解决目前无人机在采样时消耗带能；每次取样只能取一瓶待检测水；将浮盘设置于无人机下方并且在浮盘下方设置有多个采样器，从而实现在监测水体时，可以取样多个采样点的水以及节约了电能，本发明公开了以下技术方案。

(二)技术方案

作为本发明的第一方面，本发明公开了一种基于物联网的水体表面监控装置，包括：

漂浮装置、采样装置和拍摄组件；

所述漂浮装置包括浮盘，所述浮盘固设于无人机下方，用于支撑水体中无人机；

所述采样装置包括若干采样器，所述采样器挂载于所述浮盘下方，用于对待检测水体取样；

所述拍摄组件设于所述漂浮装置内，用于拍摄水体画面。

在一种可能的实施方式中，所述监控装置还包括物联网通信芯片和后台，所述物联网通信芯片固设于所述无人机内，所述物联网通信芯片连接所述后台。

在一种可能的实施方式中，所述拍摄组件包括伸缩机构和摄像头，所述伸缩机构固设于所述无人机下方中心，所述摄像头于所述伸缩机构连接，所述摄像头拍摄方向朝向被监测的水体。

在一种可能的实施方式中，所述伸缩机构包括伸缩机械臂，所述伸缩机械臂的一端与所述摄像头连接，另一端固设与所述无人机下方。

在一种可能的实施方式中，所述浮盘中心设置有放置腔，所述放置腔不小于所述伸缩机械臂收缩状态的面积。

在一种可能的实施方式中，所述采样器通过卡接装置与所述浮盘连接。

在一种可能的实施方式中，所述卡接装置包括固设于所述浮盘下方的卡环，以及固设与所述采样器上方的卡扣。

在一种可能的实施方式中，所述采样器上设置有配重块。

作为本发明的第二方面，本发明还公开了一种基于物联网的水体表面监控装置的方法，包括：通过拍摄组件对水体进行拍摄，采集所述水体图像画面；

分析所述图像画面，根据分析结果发送取样指令；

根据所述取样指令，在发现存在水体污染时，则对该水体取样。

在一种可能的实施方式中，根据所述取样指令，在发现存在水体污染时之后，包括：

控制无人机下降至所述水体表面，且在下降时，将所述拍摄组件收回，进而进行水体取样。

(三)有益效果

本发明公开的一种基于物联网的水体表面监控装置和方法，具有如下有益效果：

1、无人机下方设置有浮盘以及在浮盘下方挂载有若干采集器，和通过伸缩机械臂将摄像头固设在无人机下方中心处，摄像头监测水体时，发现水体可能存在污染时，无人机下降，并在下降过程中将摄像头收缩，直至无人机降落在水体表面，通过浮盘漂浮在水体表面上，进而进行水体采样，无人机然后复飞，继续进行空中巡视检测水体和采样，实现了多次采集被检测水体以及节约了无人机的电能。

2、通过在无人机下方设置有浮盘，用于在无人机对水体取样时，利用浮盘降落在水面上，节约了无人机的电能。

3、在浮盘下方挂载有多个采样器，在无人机巡视监测水体时，可以取样多个采样点的水。

4、无人机搭载物联网通信芯片，可以在飞行过程中将摄像头拍摄的画面回传给后台进行分析，如果分析发现可能存在水体污染，则远程控制无人机对该水体取样，将拍摄数据实时传输至后台，节约了时间。

5、通过伸缩机械臂将摄像头连接在无人机下方，当在无人机进行水体取样时，将摄像头收回，以免造成摄像头浸水，当无人机进行航拍监测水体时，将摄像头伸出，以使拍摄范围不受遮挡。

6、采样器上设置有配重块，增加采样器的重量，便于在水体采样。

7、通过无人机搭载物联网通信芯片，在飞行过程中将拍摄的水体画面回传给后台，进行分析，如果分析发现水体可能存在污染，则远程遥控无人机下降在水面上进行采样，取样完成后继续进行空中巡视监测水体和对污染的水体进行采样。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。

图1是本发明公开的一种基于物联网的水体表面监控装置的三维结构示意图；

图2是本发明公开的一种基于物联网的水体表面监控装置的伸缩机械臂收缩三维结构示意图；

图3是本发明公开的浮盘中放置腔的三维结构示意图；

图4是本发明公开的一种基于物联网的水体表面监控装置的方法的流程图；

图5是本发明公开的伸缩机械臂收缩的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面参考图1-3详细描述本发明公开的一种基于物联网的水体表面监控装置的第一实施例。本实施例主要应用于水体监测，通过在无人机下方设置有浮盘，在浮盘下方挂载有若干个采样器，从而实现在监测水体时，可以取样多个采样点的水以及节约了电能。

如图1-图2所示，本实施例主要包括有漂浮装置、采样装置和拍摄组件。

在无人机的下方固设有漂浮装置，在漂浮装置下方还设置有采样装置和拍摄组件，通过拍摄组件对水体进行监测，若发现污染水体，无人机通过漂浮装置降落至该水体表面，进而对该水体进行取样。

其中漂浮装置包括浮盘100，浮盘100固设于无人机下方，用于支撑水体中无人机，也就是在无人机对水体取样时，利用浮盘100降落在水面上，节约了无人机的电能。浮盘100呈圆盘状，其材质选取为不溶于水的轻质材料，且浮力可以承载无人机重力，以及在采样装置采集样品后的重力。

采样装置包括若干采样器200，采样器200挂载于浮盘100下方，用于对待检测水体取样，在浮盘100下方挂载多个采样器200可以实现无人机出行一次，对多个采样点进行采样，节约了时间以及无人机的电能。

拍摄组件设于漂浮装置内，用于拍摄水体画面，通过无人机上设置有拍摄组件对水体进行航拍水体监测，可以及时发现有可能被污染的水体，并对该污染的水体进行采样。

具体的说，无人机搭载着拍摄组件对水体进行水体监测，若发现监测水体有可能存在水体污染，则无人机下降在水体表面上，并利用浮盘100停留在水体表面上，然后控制其中一个采样器200对该水体进行取样，取样完成后，无人机飞行继续进行空中巡视监测，再发现有有可能存在水体污染时，便使用其他一个采样器200对污染的水体进行采样。

这里的采样器200设置有盖子，并且盖子与采样器200通过电磁阀连接，该电磁阀选用防水电磁阀，通过远程控制，对各个采样器200的电磁阀进行控制，控制各个采样器200盖子的开启与闭合。

在一种实施方式中，监控装置还包括物联网通信芯片和后台，物联网通信芯片固设于无人机内，物联网通信芯片连接后台。物联网通信芯片用于将拍摄组件的检测的水体画面传送至后台，后台对回传的拍摄画面进行分析，判断是否有水体污染的存在，若是分析发现可能存在水体污染，则后台远程控制无人机对其进行水体采样。

进一步，物联网通信芯片通过4G或5G的物联网将拍摄画面进行回传。

在一种实施方式中，拍摄组件包括伸缩机构和摄像头500，伸缩机构固设于无人机下方中心，摄像头500于伸缩机构连接，摄像头500拍摄方向朝向被监测的水体。当无人机飞行对水体监测时，伸缩机构带动摄像头500下降，将摄像头500低于监控装置，使其拍摄范围不受任何东西的遮挡后，调整摄像头500的拍摄角度，使其朝向被监测的水体，进而无人机带动摄像头500进行航拍水体监测。

当无人机下降对水体取样时，伸缩机构携带摄像头500收回，在浮盘100飘落在水体上时，避免造成摄像头500浸水。这里要说明的是，浮盘100的厚度远大于伸缩机构收缩状态和摄像头500叠加起来的厚度。

在一种实施方式中，伸缩机构包括伸缩机械臂600，伸缩机械臂600的一端与摄像头500连接，另一端固设与无人机下方。伸缩机械臂600携带摄像头500进行放开和收缩的运动，可以使摄像头500多角度，多方位对水体进行监测。

如图3所示，在一种实施方式中，浮盘100中心设置有放置腔110，放置腔110不小于伸缩机械臂600收缩状态的面积，该放置腔110用于存放伸缩机械臂600和摄像头500。当无人机进行水体采样时，伸缩机械臂600携带摄像头500暂存于放置腔100内，浮盘100漂浮在水体表面，从而采样器200进行取样。

在一种实施方式中，采样器200通过卡接装置与浮盘100连接，便于采样器200的安装和拆卸，并且通过卡接装置在采样器200取样时，以及在后续其他采样器200采样时，不容易从浮盘100上脱落。

在一种实施方式中，卡接装置包括固设于浮盘100下方的卡环210，以及固设与采样器200上方的卡扣220，通过卡扣200卡接在卡环210上，将采样器200连接在浮盘100下方，便于操作。

在一种实施方式中，采样器200上设置有配重块，增加采样器200的重量，避免采样器200在水体中漂浮，加快采样速度，提高效率。

下面参考图4-5详细描述本发明公开的一种基于物联网的水体表面监控装置的方法的第一实施例。本实施例主要应用于水体监测，通过在无人机下方设置有浮盘，在浮盘下方挂载有若干个采样器，从而实现在监测水体时，可以取样多个采样点的水以及节约了电能。

如图4所示，本实施例主要包括第一实施例中记载的装置和以下方法。

701、通过拍摄组件对水体进行拍摄，采集水体图像画面；

702、分析图像画面，根据分析结果发送取样指令；

703、根据取样指令，在发现存在水体污染时，则对该水体取样。

如图5所示，在一种实施方式中，根据取样指令，在发现存在水体污染时之后，还包括：

7031、控制无人机下降至水体表面，且在下降时，将拍摄组件收回，进而进行水体取样。

具体的方法是：基于上述水体表面监控装置，无人机搭载物联网通信芯片，当飞行时，伸缩机械臂600放下摄像头500进行航拍水体监测，并将拍摄的画面回传给后台，后台对回传画面进行分析，如果分析发现可能存在水体污染，则远程控制无人机下降至水面上进行采样，在无人机下降的过程中，伸缩机械臂携带摄像头收回，将其暂存在放置腔110中，无人机利用浮盘100降落在水面上，随后远程控制其中一个采样器200对其水体进行采样，采样完成后无人机继续进行空中巡视，若发现另一个可能存在水体污染，无人机以上述同样的方式打开另一个采样器对其进行取样。

需要说明的是，在无人机进行航拍监测水体前，将带有配重块的多个采样器200通过卡扣220可拆卸连接在卡环210上。

本实施例的浮盘100、采样器200、物联网通信芯片和后台等部件的具体结构均可参照前述一种基于物联网的水体表面监控装置的第一实施例所描述的结构设置，不再一一赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于物联网的水体表面监控装置，其特征在于，包括：漂浮装置、采样装置和拍摄组件；

所述漂浮装置包括浮盘，所述浮盘固设于无人机下方，用于支撑水体中无人机；

所述采样装置包括若干采样器，所述若干采样器挂载于所述浮盘下方，用于一次对多个采样点的待检测水体取样，所述采样器的一端设置有盖子，所述盖子与所述采样器通过电磁阀连接；

所述拍摄组件设于所述漂浮装置内，用于拍摄水体画面；

所述拍摄组件包括伸缩机构和摄像头，所述伸缩机构固设于所述无人机下方中心，所述摄像头与所述伸缩机构连接，所述摄像头拍摄方向朝向被监测的水体；

所述伸缩机构包括伸缩机械臂，所述伸缩机械臂的一端与所述摄像头连接，另一端固设与所述无人机下方；

所述浮盘中心设置有放置腔，所述放置腔不小于所述伸缩机械臂收缩状态的面积。

2.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述监控装置还包括物联网通信芯片和后台，所述物联网通信芯片固设于所述无人机内，所述物联网通信芯片连接所述后台。

3.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述采样器通过卡接装置与所述浮盘连接。

4.如权利要求3所述的监控装置，其特征在于，所述卡接装置包括固设于所述浮盘下方的卡环，以及固设与所述采样器上方的卡扣。

5.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述采样器上设置有配重块。

6.一种基于物联网的水体表面监控装置的方法，其采用权利要求1所述的装置实现,其特征在于，包括：

通过拍摄组件对水体进行拍摄，采集所述水体图像画面；

分析所述图像画面，根据分析结果发送取样指令；

根据所述取样指令，在发现存在水体污染时，则一次对多个存在污染水体进行水体取样。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述取样指令，在发现存在水体污染时之后，包括：

控制无人机下降至所述水体表面，且在下降时，将所述拍摄组件收回，进而进行水体取样。

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