CN112098614A - 提高检测精确度的水质检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种提高检测精确度的水质检测系统及检测方法，涉及水质监测技术领域，旨在解决水质检测仪和检测方法仅能对水面边缘进行检测，水面面积较大时则检测范围局限而导致检测的准确度不高的技术问题，其包括飞行装置、悬挂在在飞行装置底部的收放装置和安装在收放装置底部的采样装置；所述飞行装置包括无人机和控制装置，所述控制装置无线连接有用于遥控无人机操作的遥控终端；所述采样装置包括多个采样盒，每一所述采样盒顶部侧壁设置有进水管，所述进水管上安装有用于控制是否进水的防水电磁阀，所述防水电磁阀连接控制装置以控制进水管通断。本申请具有能够通过无人机进行到水面中心进行水质检测以提高水质检测的准确度的效果。

Description

提高检测精确度的水质检测系统及检测方法

技术领域

本申请涉及水质监测的领域，尤其是涉及一种提高检测精确度的水质检测系统及检测方法。

背景技术

水是人类赖以生存的自然资源，随着社会经济的发展以及工业化、城市化进程的加快，因人类活动所造成的水体污染正在不断加剧，而水质检测是水资源管理与保护的重要基础，水质的检测和治理关系到各行各业的生产和人民的生活，因此人们对水质检测也提出了更高的要求。

相关技术中，公开了一种便携式水质检测仪，包括数据采集节点和手持终端，采集节点包括水质传感器、数据采集接口、MCU微处理器以及Zigbee模块，手持终端包括Zigbee协调器和数据处理模块，MCU微处理器通过数据采集接口读取传感器采集的水质数据，由Zigbee模块将采集水质数据传输至Zigbee协调器，数据处理模块对Zigbee协调器接收到的水质数据进行分析、保存和显示。还公开了一种水质检测方法；克服了传统检测仪检测方式的缺陷，不仅在检测项目方面更全面，还可实现数据采集部分与手持终端的分离，检测更为灵活。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有上述水质检测仪和检测方法仅能对水面边缘进行检测，水面面积较大时则检测范围局限而导致检测的准确度不高的缺陷。

发明内容

为了提高水质检测的精确度，本申请提供一种提高检测精确度的水质检测系统及检测方法。

第一方面，本申请提供一种提高检测精确度的水质检测系统，采用如下的技术方案：

一种提高检测精确度的水质检测系统，包括飞行装置、悬挂在在飞行装置底部的收放装置和安装在收放装置底部的采样装置；所述飞行装置包括无人机和控制装置，所述控制装置无线连接有用于遥控无人机操作的遥控终端；所述采样装置包括多个采样盒，每一所述采样盒顶部侧壁设置有进水管，所述进水管上安装有用于控制是否进水的防水电磁阀，所述防水电磁阀连接控制装置以控制进水管通断。

通过采用上述技术方案，飞行装置中的无人机能够将采样装置移动至水面的中心位置，然后通过收放装置将采样盒下放至水面以下；通过控制装置控制防水电磁阀打开，此时水流从进水管进入采样盒中，从而能够对不同水面的位置进行采样；由于无人机的移动位置能够根据操作人员的要求进行移动，因而提高了采样的随机性，改善了仅能在水面边缘采样带来的局限，从而大大提高了水质检测的准确性。

优选的，所述进水管靠近采样盒的一端螺纹连接有出水管，所述出水管一体成型于采样盒上，所述防水电磁阀为常闭型电磁阀。

通过采用上述技术方案，出水管一体成型在采样盒上，进水管螺纹连接在进水管上能够在采样盒完成采样了之后回到岸边时将进水管拆卸下来将采样盒中的水样倒出进行测试；常闭型的电磁阀能够在不需要打开时将进水管关闭，从而不致采样盒中的水样流出，也能够在不需要进行采样时防止其他区域的水样流入已采样的采样盒中，保证了采样的准确度。

优选的，每一所述采样盒顶部设置有螺纹，底部设置有用于与另一采样盒螺纹连接的螺纹连接槽。

通过采用上述技术方案，采样盒顶部的螺纹以及底部的螺纹连接槽能够供多个采样盒首尾顺次连接，因而根据需求增加采样盒的数量，从而能够在无人机一次飞行时能够对多个采样点进行采样，进而提高了采样的多样性。

优选的，所述收放装置包括安装在无人机底部的绞盘、安装在搅拌上的悬吊绳以及设置在悬吊绳远离绞盘一端的锁扣；所述采样装置还包括安装在采样盒顶部的顶部固定装置，所述顶部固定装置顶面中心位置设置有悬挂吊钩，所述锁扣钩设在安装吊钩上。

通过采用上述技术方案，绞盘上安装的锁扣便于扣合在采样盒顶部的固定装置的悬挂吊钩上，从而便于将采样装置安装在绞盘的悬吊绳上；由于在采样完成之后需要将采样盒中的水样倒出进行分析，因而便于将采样盒从收放装置上拆卸下来再进行继续采样。

优选的，所述采样装置还包括用于安装在螺纹连接槽中的底部固定装置，所述底部固定装置底面中心位置设置有安装吊钩，所述底部固定装置与采样盒底部螺纹连接，所述安装吊钩上钩设有悬吊锤。

通过采用上述技术方案，安装吊钩与悬吊锤相配合，能够在采样盒底部提供一个重力的作用，从而大大减小了水对采样盒的浮力作用，使得采样盒能够沉入水中，从而便于在水下0.5米处进行采样，符合国家的标准，从而减轻了水面漂浮物对采样导致的影响。

优选的，所述无人机底部安装有视频云台，所述视频云台连接于控制装置以将视频数据传输给遥控终端；所述遥控终端设置有采样点规划模块，所述采样点规划模块用于根据水面的面积规划采样点。

通过采用上述技术方案，视频云台能够对无人机飞行轨迹周围的图像进行拍摄，因而在无人机沿着水面的边缘飞行时能够对水面的边缘的图像进行采集，进而结合无人机的飞行轨迹能够基于采样点规划模块规划出基于整个水面的采样点，从而省去了操作人员选择采样点的过程，大大提高了采样的效率和准确度。

优选的，所述采样点规划模块包括图像识别模块、面积计算模块、采样区域生成模块以及采样点随机生成模块；

所述图像识别模块内编辑有图像识别算法以用于识别水面边界；

所述面积计算模块连接于图像识别模块以根据无人机飞行轨迹计算水面面积；

所述采样区域生成模块连接与面积计算模块以根据水面面积选择采样区域；

所述采样点随机生成模块连接于采样区域生成模块以根据采样区域随机生成采样点坐标。

通过采用上述技术方案，图像识别模块能够基于视频云台拍摄的视频将水面与岸边进行分割与识别；而面积计算模块根据图像识别模块识别的结果并结合无人机的飞行轨迹而计算出水面的面积；采样区域生成模块能够基于水面的面积，根据训练集训练得到的人工智能算法选定合适的采样区域，并将区域转化为坐标集；采样点随机生成模块基于随机值生成算法随机生成坐标集中的随机值，作为采样点的坐标；通过机器基于标准采样区域的学习而做出的人工智能的判断以及随机采样算法得出的随机数，从而大大提高了采样的随机性，降低了因人为主观因素参与而导致的采样误差，大大提高检测的精确度。

第二方面，本申请提供一种提高检测精确度的水质检测方法，采用如下的技术方案：

一种提高检测精确度的水质检测方法，包括：

遥控无人机对水面面积进行测量，并生成采样点坐标；

将采样装置安装在收放装置上，然后将悬吊锤安装在采样盒底部；

遥控无人机移动至采样点位置，控制防水电磁阀打开，进行采样；以及，

采样完成之后遥控无人机飞回岸边对采样装置中的水样进行分析。

通过采用上述技术方案，无人机搭载的采样装置能够不受区域的限制，能够在水面的任何位置进行采样，而通过人工智能实现的机器选取区域和采样点能够大大降低人为主观因素导致的选取区域和采样点不准确因素，从而大大提高了水质检测的精确度。

优选的，所述遥控无人机对水面面积进行测量，并生成采样点坐标包括：

遥控无人机环绕水面飞行一周，对水面边缘进行拍摄视频；

无人机在飞行的同时将视频数据传输给采样点规划模块；

采样点规划模块通过数据识别模块识别出水面的边线；

面积计算模块根据水面的边线以及无人飞行的轨迹计算水面面积；

采样区域生成模块根据国家标准自动生成采样区域的坐标值范围；以及，

采样点随机生成模块在坐标值范围中随机选取坐标值作为采样点坐标。

通过采用上述技术方案，图像识别模块能够基于视频云台拍摄的视频将水面与岸边进行分割与识别；而面积计算模块根据图像识别模块识别的结果并结合无人机的飞行轨迹而计算出水面的面积；采样区域生成模块能够基于水面的面积，根据训练集训练得到的人工智能算法选定合适的采样区域，并将区域转化为坐标集；采样点随机生成模块基于随机值生成算法随机生成坐标集中的随机值，作为采样点的坐标；通过机器基于标准采样区域的学习而做出的人工智能的判断以及随机采样算法得出的随机数，从而大大提高了采样的随机性，降低了因人为主观因素参与而导致的采样误差，大大提高检测的精确度。。

优选的，所述将采样装置安装在收放装置上包括：

将悬吊绳上的锁扣扣在悬挂吊钩上；

根据采样点数量以及无人机的载重量确定采样盒的数量；

在悬挂吊钩底部螺纹连接采样盒；以及，

在最后一个采样盒底部螺纹连接安装吊钩并安装悬吊锤。

通过采用上述技术方案，根据同一区域的采样点数量要求以及无人机的挂载要求，能够自由挂载采样装置中采样盒的数量，因而能够使得无人机一次飞行即检测一块采样区域里的所有采样点的水样，从而大大提高了采样的效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过采用飞行装置、收放装置、采样装置、控制装置、遥控终端、采样盒、进水管和防水电磁阀相配合的技术，从而产生便于移动到任一位置进行采样，减小了因采样位置对检测精确度的限制；

2.通过采用绞盘、悬吊绳、锁扣、顶部固定装置、悬挂吊钩、螺纹、螺纹连接槽、底部固定装置、安装吊钩和悬吊锤相配合的技术，从而便于在收放装置上自由安装多个采样盒；

3.通过采用视频云台、采样点规划模块、图像识别模块、面积计算模块、采样区域生成模块和采样点随机生成模块相配合的技术，从而便于随机生成符合国家标准的采样点以提高检测精确度。

附图说明

图1是本申请实施例的水质检测系统的主体结构示意图；

图2是本申请实施例用于展现遥控终端控制逻辑的结构框图；

图3是本申请实施例中用于展现采样装置处结构的示意图。

附图标记说明：1、飞行装置；11、无人机；111、控制装置；12、遥控终端；13、视频云台；14、采样点规划模块；141、图像识别模块；142、面积计算模块；143、采样区域生成模块；144、采样点随机生成模块；2、收放装置；21、绞盘；22、悬吊绳；23、锁扣；3、采样装置；31、采样盒；311、出水管；312、进水管；313、防水电磁阀；314、外螺纹；315、螺纹连接槽；32、顶部固定装置；321、悬挂吊钩；33、底部固定装置；331、安装吊钩；332、悬吊锤；3321、固定钩；4、液位深度检测装置。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种提高检测精确度的水质检测系统，参照图1，提高检测精确度的水质检测系统包括飞行装置1、悬挂在在飞行装置1底部的收放装置2和安装在收放装置2底部的采样装置3。

参照图1和图2，飞行装置1包括无人机11和控制装置111，控制装置111无线连接有用于遥控无人机11操作的遥控终端12；遥控终端12与无人机11的控制装置111通过无线通信模块进行数据交换，从而使得无人机11能够接受来自岸边的遥控终端12的远距离控制。

参照图1和图2，无人机11底部安装有视频云台13，视频云台13为视频采集装置，可以理解的是，视频采集装置为高清摄像头或其他用于视频采集的设备；视频云台13连接于控制装置111以将视频数据传输给遥控终端12。

参照图2，遥控终端12设置有采样点规划模块14，采样点规划模块14用于根据水面的面积规划采样点。采样点规划模块14包括图像识别模块141、面积计算模块142、采样区域生成模块143以及采样点随机生成模块144；采样点规划模块14还包括人工智能芯片。

参照图2，图像识别模块141内编辑有图像识别算法以用于识别水面边界；图像识别模块141的图像识别算法基于人工智能的深度学习，通过大量的训练集训练，能够清楚地分割并识别水面的边缘与陆地的界限，从而能够将水面完整地刻画出来。

参照图2，面积计算模块142连接于图像识别模块141以根据无人机11飞行轨迹计算水面面积；面积计算模块142根据图像识别模块141分割出的水面边缘以及无人机11飞行的运动轨迹能够将水面的面积准确计算出来。

参照图2，采样区域生成模块143连接与面积计算模块142以根据水面面积选择采样区域；采样区域生成模块143借助人工智能芯片，通过大量的已有采样标准的图像资料进行机器学习，从而能够生成符合国家水质监测标准的标准采样区域，并将此区域转化为坐标点范围。

参照图2，采样点随机生成模块144连接于采样区域生成模块143以根据采样区域随机生成采样点坐标，采样点随机生成模块144在采样区域生成模块143自动生成的采样区域坐标点范围中，通过随机数生成算法生成随机的采样点，从而为随机蔡阳提供参考。

参照图2和图3，收放装置2包括安装在无人机11底部的绞盘21、安装在搅拌上的悬吊绳22以及焊接固定在悬吊绳22远离绞盘21一端的锁扣23，锁扣23为登山扣，绞盘21的电机连接于控制装置111以受控于控制装置111。采样装置3还包括顶部固定装置32，顶部固定装置32顶面中心位置一体成型有悬挂吊钩321，悬挂吊钩321为圆型金属环，锁扣23钩设在安装吊钩331上，以便于采样盒31安装在收放装置2底部。

参照图3，采样装置3包括多个采样盒31，每一采样盒31顶部侧壁一体成型有出水管311，出水管311远离采样盒31的一端螺纹连接有进水管312，进水管312上安装有用于控制是否进水的防水电磁阀313，防水电磁阀313连接控制装置111以控制进水管312通断；防水电磁阀313为常闭型电磁阀，从而在控制装置111发出信号给防水电磁阀313时防水电磁阀313打开，待采样区域的水能够自进水管312和出水管311进入采样盒31。

参照图3，每一采样盒31顶部通过攻丝形成有外螺纹314，底部通过攻丝形成有用于与另一采样盒31螺纹连接的螺纹连接槽315，以便于采样盒31的收尾相连，增加采样装置3中采样盒31的数量。

参照图3，采样装置3还包括用于安装在螺纹连接槽315中的底部固定装置33，底部固定装置33底面中心位置一体成型有安装吊钩331，底部固定装置33与采样盒31底部螺纹连接，从而能够将底部固定装置33安装在采样盒31上。安装吊钩331上钩设有悬吊锤332，悬吊锤332为实心金属重锤，悬吊锤332顶部焊接固定有将悬吊锤332悬吊在安装吊钩331上的固定钩3321，以保证取样装置能够浸入水面以下0.5米处。

参照图2和图3，最顶部的采样盒31外侧壁粘贴固定有液位深度检测装置4，液位深度检测装置4连接与控制装置111；液位深度检测装置4为投入式水位传感器，以检测取样盒在液位面以下的位置。

本申请实施例还公开一种提高检测精确度的水质检测方法，包括：

S100、遥控无人机11对水面面积进行测量，并生成采样点坐标；

操作人员站在岸边遥控无人机11对环绕水面飞行一周，从而能够通过遥控终端12自动对水面的面积进行计算，基于水面的面积从而能够给出随机的采样点坐标。

S110、遥控无人机11环绕水面飞行一周，对水面边缘进行拍摄视频；

无人机11在飞行的过程中始终沿着水面的边线且以一个相对稳定的高度飞行，从而能够对水面的边线进行拍摄，并且能够记录飞行的运动轨迹。

S120、无人机11在飞行的同时将视频数据传输给采样点规划模块14；

无人机11的控制装置111与遥控终端12无线通信连接，因而无人机11能够一边飞行一边将视频数据传输给遥控终端12的采样点规划模块14。

S130、采样点规划模块14通过数据识别模块识别出水面的边线；

采样点规划模块14将视频数据传输给图像识别模块141，图像识别模块141根据无人机11拍摄的视频借助基于深度学习的图像分割算法分割出水面的边缘。

S140、面积计算模块142根据水面的边线以及无人飞行的轨迹计算水面面积；

面积计算模块142根据水面的边缘结合无人机11飞行的高度和飞行的轨迹能够计算出水面的面积，从而为采样区域的确定提供依据。

S150、采样区域生成模块143根据国家标准自动生成采样区域的坐标值范围；

采样区域生成模块143借助基于深度学习的区域选择算法，提供大量的训练集训练，能够基于面积在特定区域中自动选取采样区域，并将采样区域的位置信息转化为坐标集，从而减小了操作人员的主观意识带来的数据影响。

S160、采样点随机生成模块144在坐标值范围中随机选取坐标值作为采样点坐标。

采样点随机生成模块144能够借助随机值生成算法在采样区域生成模块143生成的采样区域的坐标集中随机选取坐标值，从而降低了人工选取坐标值的主观因素。

S200、将采样装置3安装在收放装置2上，然后将悬吊锤332安装在采样盒31底部；

将采样装置3和悬吊锤332安装在无人机11的底部，根据实际情况调整采样盒31的数量，能够对多个位置进行连续采样。

S210、将悬吊绳22上的锁扣23扣在悬挂吊钩321上；

S220、根据采样点数量以及无人机11的载重量确定采样盒31的数量；

S230、在悬挂吊钩321底部螺纹连接采样盒31；

将多个采样盒31首尾顺次螺纹连接，然后将采样盒31顶部螺纹连接在顶部固定装置32上，然后将所有防水电磁阀313的接线连接于无人机11的控制装置111。

S240、在最后一个采样盒31底部螺纹连接安装吊钩331并安装悬吊锤332。

将底部固定装置33螺纹连接在最底部的采样盒31的螺纹连接槽315中，然后将悬吊锤332钩设在安装吊钩331上，即可启动无人机11进行采样测量。

S300、遥控无人机11移动至采样点位置，控制防水电磁阀313打开，进行采样；

遥控无人机11飞行至预定的坐标点，然后无人机11控制绞盘21下放，在采样装置3移动至液面以下0.5米处时打开防水电磁阀313，水进入采样盒31中，然后控制防水电磁阀313关闭。无人机11驱动绞盘21收紧，然后移动至另一采样点，重复上述操作再次进行采样。

S400、采样完成之后遥控无人机11飞回岸边对采样装置3中的水样进行分析。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高检测精确度的水质检测系统，其特征在于：包括飞行装置(1)、悬挂在在飞行装置(1)底部的收放装置(2)和安装在收放装置(2)底部的采样装置(3)；所述飞行装置(1)包括无人机(11)和控制装置(111)，所述控制装置(111)无线连接有用于遥控无人机(11)操作的遥控终端(12)；所述采样装置(3)包括多个采样盒(31)，每一所述采样盒(31)顶部侧壁设置有进水管(312)，所述进水管(312)上安装有用于控制是否进水的防水电磁阀(313)，所述防水电磁阀(313)连接控制装置(111)以控制进水管(312)通断。

2.根据权利要求1所述的提高检测精确度的水质检测系统，其特征在于：所述进水管(312)靠近采样盒(31)的一端螺纹连接有出水管(311)，所述出水管(311)一体成型于采样盒(31)上，所述防水电磁阀(313)为常闭型电磁阀。

3.根据权利要求2所述的提高检测精确度的水质检测系统，其特征在于：所述收放装置(2)包括安装在无人机(11)底部的绞盘(21)、安装在搅拌上的悬吊绳(22)以及设置在悬吊绳(22)远离绞盘(21)一端的锁扣(23)；所述采样装置(3)还包括安装在采样盒(31)顶部的顶部固定装置(32)，所述顶部固定装置(32)顶面中心位置设置有悬挂吊钩(321)，所述锁扣(23)钩设在安装吊钩(331)上。

4.根据权利要求3所述的提高检测精确度的水质检测系统，其特征在于：每一所述采样盒(31)顶部设置有外螺纹(314)，底部设置有用于与另一采样盒(31)螺纹连接的螺纹连接槽(315)。

5.根据权利要求4所述的提高检测精确度的水质检测系统，其特征在于：所述采样装置(3)还包括用于安装在螺纹连接槽(315)中的底部固定装置(33)，所述底部固定装置(33)底面中心位置设置有安装吊钩(331)，所述底部固定装置(33)与采样盒(31)底部螺纹连接，所述安装吊钩(331)上钩设有悬吊锤(332)。

6.根据权利要求1所述的提高检测精确度的水质检测系统，其特征在于：所述无人机(11)底部安装有视频云台(13)，所述视频云台(13)连接于控制装置(111)以将视频数据传输给遥控终端(12)；所述遥控终端(12)设置有采样点规划模块(14)，所述采样点规划模块(14)用于根据水面的面积规划采样点。

7.根据权利要求6所述的提高检测精确度的水质检测系统，其特征在于：所述采样点规划模块(14)包括图像识别模块(141)、面积计算模块(142)、采样区域生成模块(143)以及采样点随机生成模块(144)；

所述图像识别模块(141)内编辑有图像识别算法以用于识别水面边界；

所述面积计算模块(142)连接于图像识别模块(141)以根据无人机(11)飞行轨迹计算水面面积；

所述采样区域生成模块(143)连接与面积计算模块(142)以根据水面面积选择采样区域；

所述采样点随机生成模块(144)连接于采样区域生成模块(143)以根据采样区域随机生成采样点坐标。

8.根据权利要求7所述的提高检测精确度的水质检测方法，其特征在于，包括：

遥控无人机(11)对水面面积进行测量，并生成采样点坐标；

将采样装置(3)安装在收放装置(2)上，然后将悬吊锤(332)安装在采样盒(31)底部；

遥控无人机(11)移动至采样点位置，控制防水电磁阀(313)打开，进行采样；以及，

采样完成之后遥控无人机(11)飞回岸边对采样装置(3)中的水样进行分析。

9.根据权利要求8所述的提高检测精确度的水质检测方法，其特征在于：所述遥控无人机(11)对水面面积进行测量，并生成采样点坐标包括：

遥控无人机(11)环绕水面飞行一周，对水面边缘进行拍摄视频；

无人机(11)在飞行的同时将视频数据传输给采样点规划模块(14)；

采样点规划模块(14)通过数据识别模块识别出水面的边线；

面积计算模块(142)根据水面的边线以及无人飞行的轨迹计算水面面积；

采样区域生成模块(143)根据国家标准自动生成采样区域的坐标值范围；以及，

采样点随机生成模块(144)在坐标值范围中随机选取坐标值作为采样点坐标。

10.根据权利要求8所述的提高检测精确度的水质检测方法，其特征在于：所述将采样装置(3)安装在收放装置(2)上包括：

将悬吊绳(22)上的锁扣(23)扣在悬挂吊钩(321)上；

根据采样点数量以及无人机(11)的载重量确定采样盒(31)的数量；

在悬挂吊钩(321)底部螺纹连接采样盒(31)；以及，

在最后一个采样盒(31)底部螺纹连接安装吊钩(331)并安装悬吊锤(332)。

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