CN111948366A - 一种多功能智能化无人水域实时监测平台及监测方法 - Google Patents

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单圳杰
刘孟祥
刘湘玲
刘杰
董晔卉
刘秋菊
旷水章
匡增彧
林子遥
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
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    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles

Abstract

本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种多功能智能化无人水域实时监测平台及监测方法，包括地面基站部分、图像传输部分、监测部分、运动控制部分、信号发射部分、GPS模块和GPS接口；所述地面基站部分包括数据接收机、A/D转换器、显示屏、地面接口；所述图像传输部分包括：数据发射机和天线；所述监测部分包括氧传感器、温度传感器、速度传感器、摄像头、A/D转换器、数据储存模块、数据对比模块、数据分析模块，所述运动控制部分包括太阳能板、电源模块、电源接口、主控制单元、控制模块、电/航机模块、陀螺仪、船身。

Description

一种多功能智能化无人水域实时监测平台及监测方法
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种多功能智能化无人水域实时监测平台及监测方法。
背景技术
目前，水域监测是环境监测中的重要一环，传统水文监测环节中，水质监测经常通过人工完成，其存在工作效率低下、环境制约较大、工作强度大、监测范围较小、无法实现实时监测等缺陷；无人水域监测系统是现代水文环境监测的重点发展方向之一，但目前水文监测设备主要为单项目监测，其动力设备为电动电池，存在续航时间短、监测项不足等缺陷，不利于无人水域监测设备的发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种监测项目多、续航里程大、传输距离远的智能化无人水域实时监测平台及监测方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种多功能智能化无人水域实时监测平台，包括地面基站部分、图像传输部分、监测部分、运动控制部分、信号发射部分、GPS模块和GPS接口；
所述地面基站部分包括数据接收机、A/D转换器、显示屏、地面接口；
所述图像传输部分包括：数据发射机和天线；
所述监测部分包括氧传感器、温度传感器、速度传感器、摄像头、A/D转换器、数据储存模块、数据对比模块、数据分析模块，
所述运动控制部分包括太阳能板、电源模块、电源接口、主控制单元、控制模块、电/航机模块、陀螺仪、船身；
所述陀螺仪一端与船身相连，另一端与控制模块相连；所述主控制单元的一端与电源接口连接，电源由太阳能电池与电源模块组合而成通过电源接口为运动控制部分提供电能，所述主控制单元的另一端与控制模块相连；
所述监测部分的氧传感器、温度传感器、速度传感器、摄像头均通过A/D转换器将数字信号转化为电信号，并与数据储存模块中的预存数据对比，所述数据分析模块分析出数据是否存在异常；如果存在异常，则将异常信号发送至GPS模块，通过GPS天线与数据发射机发送至地面基站的数据接收机，并在显示屏上显示；当GPS模块接收到信号时，同时将信号传送至主控制单元，所述控制模块分别连接电/舵机模块和陀螺仪控制船身的动作。
所述接口、地面接口与其他部件之间以以太网相连。
所述A/D转换器与传感器接口之间以CAN总线连接。
所述数据对比模块中的算法采用超限学习机算法。
所述主控制单元与所述控制模块采用嵌入式单片机。
一种应用于多功能智能化无人水域实时监测平台的方法，包括如下步骤：
步骤S1，获取监测数据：利用无人水域监测平台的数据监测模块，分项对水域水质进行监测，将监测数据发送至所述数据储存模块；
步骤S2，数据比较：将所述检测数据与存储器中预存数据进行对比，判断所述监测数据与预存数据的匹配度是否大于阈值；如果否，则跳至步骤S3，如果是，则回到步骤S1；其中，所述监测数据与预存数据之间的匹配度△S计算公式为：
Figure BDA0002631724770000021
其中St为传感器测量的监测数据，Ss为对应的预存数据；
步骤S3，数据分析：所述数据分析模块对所述检测数据中的异常数据进行分析；将上述分析结果导入所述分析模块，利用算法判读故障类型；
步骤S4，数据发送：将异常数据发送至GPS模块；由GPS模块将信号通过天线传输至数据发送机；
步骤S5，结果显示：所述地面基站的数据接收机接收GPS模块信号，通过A/D转换模块，将数据信号转化为电信号，并传输至地面PC基站的显示屏。
监测数据与预存数据之间的匹配度阈值由相应水域监测环保手册查询所得。
优选的，所述异常数据判断算法为超限学习机，学习样本数量为10000。
本发明的有益效果为：一种监测项目多、续航里程大、传输距离远的智能化无人水域实时监测平台及监测方法，提高了无人监测平台项目监测数量、监测范围及续航能力；通过超限学习机等人工智能算法，实现了水域无人监测的智能化。
附图说明
图1为本发明提供的智能化无人水域实时监测平台硬件示意图；
图2为本发明提供的智能化无人水域实时监测平台硬件方案图；
图3为本发明提供的智能化无人水域实时监测方法流程图；
具体实施方式
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的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。
请参阅图1及图2，一种多功能智能化无人水域实时监测平台，一种多功能智能化无人水域实时监测平台，包括地面基站部分、图像传输部分、监测部分、运动控制部分、信号发射部分、GPS模块和GPS接口；
所述地面基站部分包括数据接收机、A/D转换器、显示屏、地面接口；
所述图像传输部分包括：数据发射机和天线；
所述监测部分包括氧传感器4、温度传感器、速度传感器6、摄像头5、A/D转换器、数据储存模块、数据对比模块、数据分析模块，
所述运动控制部分包括太阳能板1、电源模块、电源接口、主控制单元、控制模块2、电/航机模块7、陀螺仪8、船身3；
所述陀螺仪一端与船身相连，另一端与控制模块相连；所述主控制单元的一端与电源接口连接，电源由太阳能电池与电源模块组合而成通过电源接口为运动控制部分提供电能，所述主控制单元的另一端与控制模块相连；
所述监测部分的氧传感器、温度传感器、速度传感器、摄像头均通过A/D转换器将数字信号转化为电信号，并与数据储存模块中的预存数据对比，所述数据分析模块分析出数据是否存在异常；如果存在异常，则将异常信号发送至GPS模块，通过GPS天线与数据发射机发送至地面基站的数据接收机，并在显示屏上显示；当GPS模块接收到信号时，同时将信号传送至主控制单元，所述控制模块分别连接电/舵机模块和陀螺仪控制船身的动作。
所述接口、地面接口与其他部件之间以以太网相连。
所述A/D转换器与传感器接口之间以CAN总线连接。
所述数据对比模块中的算法采用超限学习机算法。
所述主控制单元与所述控制模块采用嵌入式单片机。
参见附图3，一种应用于多功能智能化无人水域实时监测平台的方法，包括如下步骤：
步骤S1，获取监测数据：利用无人水域监测平台的数据监测模块，分项对水域水质进行监测，将监测数据发送至所述数据储存模块；
步骤S2，数据比较：将所述检测数据与存储器中预存数据进行对比，判断所述监测数据与预存数据的匹配度是否大于阈值；如果否，则跳至步骤S3，如果是，则回到步骤S1；其中，所述监测数据与预存数据之间的匹配度△S计算公式为：
Figure BDA0002631724770000041
其中St为传感器测量的监测数据，Ss为对应的预存数据；
步骤S3，数据分析：所述数据分析模块对所述检测数据中的异常数据进行分析；将上述分析结果导入所述分析模块，利用算法判读故障类型；
步骤S4，数据发送：将异常数据发送至GPS模块；由GPS模块将信号通过天线传输至数据发送机；
步骤S5，结果显示：所述地面基站的数据接收机接收GPS模块信号，通过A/D转换模块，将数据信号转化为电信号，并传输至地面PC基站的显示屏。
监测数据与预存数据之间的匹配度阈值由相应水域监测环保手册查询所得。
优选的，所述异常数据判断算法为超限学习机，学习样本数量为10000。
本发明的有益效果为：一种监测项目多、续航里程大、传输距离远的智能化无人水域实时监测平台及监测方法，提高了无人监测平台项目监测数量、监测范围及续航能力；通过超限学习机等人工智能算法，实现了水域无人监测的智能化。

Claims (6)

1.一种多功能智能化无人水域实时监测平台，包括地面基站部分、图像传输部分、监测部分、运动控制部分、信号发射部分、GPS模块和GPS接口；
所述地面基站部分包括数据接收机、A/D转换器、显示屏、地面接口；
所述图像传输部分包括：数据发射机和天线；
所述监测部分包括氧传感器、温度传感器、速度传感器、摄像头、A/D转换器、数据储存模块、数据对比模块、数据分析模块；
所述运动控制部分包括太阳能板、电源模块、电源接口、主控制单元、控制模块、电/航机模块、陀螺仪、船身；
其特征在于：
所述陀螺仪一端与船身相连，另一端与控制模块相连；所述主控制单元的一端与电源接口连接，电源由太阳能电池与电源模块组合而成通过电源接口为运动控制部分提供电能，所述主控制单元的另一端与控制模块相连；
所述监测部分的氧传感器、温度传感器、速度传感器、摄像头均通过A/D转换器将数字信号转化为电信号，并与数据储存模块中的预存数据对比，所述数据分析模块分析出数据是否存在异常；如果存在异常，则将异常信号发送至GPS模块，通过GPS天线与数据发射机发送至地面基站的数据接收机，并在显示屏上显示；当GPS模块接收到信号时，同时将信号传送至主控制单元，所述控制模块分别连接电/舵机模块和陀螺仪控制船身的动作。
2.根据权利要求1所述的多功能智能化无人水域实时监测平台，其特征在于：所述接口、地面接口与其他部件之间以以太网相连。
3.根据权利要求1或2所述的多功能智能化无人水域实时监测平台，其特征在于：所述A/D转换器与传感器接口之间以CAN总线连接。
4.根据权利要求1或2所述的多功能智能化无人水域实时监测平台，其特征在于：所述数据对比模块中的算法采用超限学习机算法。
5.根据权利要求1或2所述的多功能智能化无人水域实时监测平台，其特征在于：所述主控制单元与所述控制模块采用嵌入式单片机。
6.一种应用于权利要求1-5之一所述的多功能智能化无人水域实时监测平台的方法，包括如下步骤：
步骤S1，获取监测数据：利用无人水域监测平台的数据监测模块，分项对水域水质进行监测，将监测数据发送至所述数据储存模块；
步骤S2，数据比较：将所述监测数据与存储器中预存数据进行对比，判断所述监测数据与预存数据的匹配度是否大于阈值；如果否，则跳至步骤S3，如果是，则回到步骤S1；其中，所述监测数据与预存数据之间的匹配度△S计算公式为：
Figure FDA0002631724760000021
其中St为传感器测量的监测数据，Ss为对应的预存数据；
步骤S3，数据分析：所述数据分析模块对所述检测数据中的异常数据进行分析；将上述分析结果导入所述分析模块，利用算法判读故障类型；
步骤S4，数据发送：将异常数据发送至GPS模块；由GPS模块将信号通过天线传输至数据发送机；
步骤S5，结果显示：所述地面基站的数据接收机接收GPS模块信号，通过A/D转换模块，将数据信号转化为电信号，并传输至地面PC基站的显示屏。
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