发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能自主检测和巡检用机器人系统,解决的技术问题包括:
如何实现对检测的水体区域进行检测和巡检的问题,以及检测和巡检的效果不佳的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种多功能自主检测和巡检用机器人系统,包括水质检测模块和防爆机器人,防爆机器人的上端靠近中间的位置连接有轨道,防爆机器人的前端靠近一侧的位置安装有四合一气体探头和温湿度探头,温湿度探头位于四合一气体探头的上方,防爆机器人的前端靠近另一侧的位置安装有摄像头和两组LED灯,两组LED灯位于摄像头的下方;水质检测模块安装在防爆机器人的下端靠近一侧的位置;
水质检测模块包含分析仪,所述分析仪的内部靠近一侧的位置固定安装有第一电池板、分析管和第一连接管,所述分析管位于第一电池板和第一连接管之间的位置,所述分析仪的内部靠近另一侧的位置固定安装有第二电池板、隔离导管和第二连接管,所述隔离导管位于第二电池板和第二连接管之间的位置,所述第二电池板位于第二连接管的一侧,所述分析仪的外表面靠近中间的位置镶嵌有固定透环;
所述第一连接管的下端固定安装有马达,所述固定透环的内部设置有收纳环,所述第一连接管靠近收纳环的一侧安装有第一清洁刷,所述第二连接管靠近收纳环的一侧安装有第二清洁刷,所述隔离导管的内部靠近第二电池板的一侧安装有灯头,所述分析仪的外表面靠近上方的位置镶嵌有夹环,所述分析仪的一侧靠近上方的位置安装有连接座;
所述分析仪呈正三棱柱形,所述分析管的内部设置有准直镜和透镜,所述固定透环的外表面设置有若干个透孔。
作为本发明的进一步改进方案:水质检测模块包含水样采集单元、数据处理单元、水样分析单元和传输单元;
所述水样采集单元用于通过分析仪采集待检测水体的数据信息,该数据信息包含水质检测光谱信息,将数据信息传输至数据处理单元进行处理,得到数据处理信息;将数据处理信息发送至水样分析单元进行分析,得到数据分析信息;
所述水样分析单元具体的步骤包括:
步骤一:接收数据处理信息;
步骤二:利用光谱平衡计算式获取光谱平衡值,该光谱平衡计算式为:
其中,HGPi表示为光谱平衡值,α表示为预设的光谱平衡系数,SPi0表示为预设的光谱平衡标准值,SPHi表示为水体光谱划分数据;
步骤三:将光谱平衡值与预设的标准光谱平衡阈值范围进行对比,若光谱平衡值低于预设的标准光谱平衡阈值范围,则生成第一光谱分析数据;若光谱平衡值属于预设的标准光谱平衡阈值范围,则生成第二光谱分析数据;若光谱平衡值高于预设的标准光谱平衡阈值范围,则生成第三光谱分析数据;其中,第一光谱分析数据表示水体质量低于预设的标准水质质量范围,检测的水体质量差;第二光谱分析数据表示水体质量属于预设的标准水质质量范围,检测的水体质量合格;第三光谱分析数据表示水体质量高于预设的标准水质质量范围,检测的水体质量优;
步骤四:将第一光谱分析数据、第二光谱分析数据和第三光谱分析数据组合,得到数据分析信息;
步骤五:利用传输单元将数据分析信息发送至显示预处理单元;
所述传输单元用于传输数据。
作为本发明的进一步改进方案:将数据信息传输至数据处理单元进行处理,得到数据处理信息,具体的步骤包括:
S31:接收数据信息,并将数据信息中的水质检测光谱信息标记为水质检测光谱数据,并将水质检测光谱数据设定为SPi,i=1,2,3...n;
S32:将水质检测光谱数据根据预设的时间划分段进行划分,得到水体光谱划分数据,并将水体光谱划分数据设定为SPHi,i=1,2,3...n;
S33:将水质检测光谱数据和水体光谱划分数据组合,得到数据处理信息。
作为本发明的进一步改进方案:所述防爆机器人内设置有显示预处理单元和巡检单元,所述显示预处理单元用于接收数据分析信息并对检测水体的结果进行预处理;
所述巡检单元用于采集检测水域周围的环境信息并进行巡检;包括:通过摄像头对检测的水域进行摄像得到视频信息,通过温湿度探头采集检测水域上方空间内的温度信息和湿度信息,通过四合一气体探头采集和检测水域周围的氧气、甲烷、氨气、硫化氢四种气体信息。
作为本发明的进一步改进方案:所述显示预处理单元用于接收数据分析信息并对检测水体的结果进行预处理,具体的步骤包括:
S51:获取数据分析信息中的第一光谱分析数据,将第一光谱分析数据进行二进制转化,得到第一光谱转化数据;
S52:获取数据分析信息中的第二光谱分析数据,将第二光谱分析数据进行二进制转化,得到第二光谱转化数据;
S53:获取数据分析信息中的第三光谱分析数据,将第三光谱分析数据进行二进制转化,得到第三光谱转化数据;
S54:将第一光谱转化数据、第二光谱转化数据和第三光谱转化数据根据时间段进行排序组合,得到光谱转化排序数据;
S55:将光谱转化排序数据进行视频格式转化,得到光谱视频排序数据;
S56:利用光谱视频排序数据获取检测水体的检测结果。
作为本发明的进一步改进方案:将光谱转化排序数据进行视频格式转化,得到光谱视频排序数据,其中,视频格式转化通过视频转化控件代码实现。
本发明的有益效果:
本发明公开的各个方发面,水质检测模块可以安装在防爆机器人上,水质检测模块还可以安装在非防爆机器人上,通过设置的水样采集单元、数据处理单元、水样分析单元、传输单元、显示预处理单元以及巡检单元的配合使用,可以实现对检测的水体区域进行检测和巡检;
利用水样采集单元采集检测水体的数据信息,该数据信息包含水质检测光谱信息,将数据信息传输至数据处理单元进行处理,得到数据处理信息;将数据处理信息发送至水样分析单元进行分析,得到数据分析信息;利用显示预处理单元接收数据分析信息并对检测水体的结果进行预处理;利用传输单元传输数据;达到对检测的水体区域进行检测和巡检的目的,以及提高检测和巡检效果的目的;
利用巡检单元采集检测水域周围的环境信息并进行巡检;包括:通过摄像头对检测的水域进行摄像得到视频信息,通过温湿度探头采集检测水域上方空间内的温度信息和湿度信息,通过四合一气体探头采集和检测水域周围的氧气、甲烷、氨气、硫化氢四种气体信息;
水样采集单元包含分析仪,分析仪可以实现无化学试药紫外到可见光全光谱分析,水质检测模块可以测量一种或多种水质参数,包括氨氮、硝氮、亚硝氮、总氮、总磷、正磷酸盐、苯系物、硫化物、臭氧、叶绿素a、蓝绿藻、溶解有机物、UV254、COD、TOC、BOD、DOC、CODMn等等,以及对色度、浊度、悬浮物、透明度进行检测,并且可以原位在线连续监测,无需外部取样泵或管路,分析仪的外壳为IP68强固型全密封防水外壳,设置的第一清洁刷和第二清洁刷可以自动清洁防止玷污,分析仪的数据传输基于标准Modbus RTU通讯协议。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4所示,一种多功能自主检测和巡检用机器人系统,包括水质检测模块和防爆机器人100,防爆机器人100的上端靠近中间的位置连接有轨道500,防爆机器人100的前端靠近一侧的位置安装有四合一气体探头200和温湿度探头,温湿度探头位于四合一气体探头200的上方,防爆机器人100的前端靠近另一侧的位置安装有摄像头300和两组LED灯400,两组LED灯400位于摄像头 300的下方;水质检测模块安装在防爆机器人100的下端靠近一侧的位置;
水质检测模块包含分析仪1,所述分析仪1的内部靠近一侧的位置固定安装有第一电池板5、分析管7和第一连接管8,所述分析管7位于第一电池板5和第一连接管8之间的位置,所述分析仪1的内部靠近另一侧的位置固定安装有第二电池板6、隔离导管10和第二连接管12,所述隔离导管10位于第二电池板6和第二连接管12之间的位置,所述第二电池板6位于第二连接管12的一侧,所述分析仪1的外表面靠近中间的位置镶嵌有固定透环2;
所述第一连接管8的下端固定安装有马达9,所述固定透环2的内部设置有收纳环,所述第一连接管8靠近收纳环的一侧安装有第一清洁刷13,所述第二连接管12靠近收纳环的一侧安装有第二清洁刷14,所述隔离导管10的内部靠近第二电池板6的一侧安装有灯头11,所述分析仪1的外表面靠近上方的位置镶嵌有夹环4,所述分析仪1的一侧靠近上方的位置安装有连接座3;
所述分析仪1呈正三棱柱形,所述分析管7的内部设置有准直镜和透镜,所述固定透环2的外表面设置有若干个透孔。
实施例2
如图1-4所示,一种多功能自主检测和巡检用机器人系统,包括水质检测模块和非防爆机器人101,非防爆机器人101的上端靠近中间的位置连接有轨道 500,非防爆机器人101的前端靠近一侧的位置安装有四合一气体探头200和温湿度探头,温湿度探头位于四合一气体探头200的上方,非防爆机器人101的前端靠近另一侧的位置安装有摄像头300和两组LED灯400,两组LED灯400位于摄像头300的下方;水质检测模块安装在非防爆机器人101的下端靠近一侧的位置;
水质检测模块包含分析仪1,所述分析仪1的内部靠近一侧的位置固定安装有第一电池板5、分析管7和第一连接管8,所述分析管7位于第一电池板5和第一连接管8之间的位置,所述分析仪1的内部靠近另一侧的位置固定安装有第二电池板6、隔离导管10和第二连接管12,所述隔离导管10位于第二电池板6和第二连接管12之间的位置,所述第二电池板6位于第二连接管12的一侧,所述分析仪1的外表面靠近中间的位置镶嵌有固定透环2;
所述第一连接管8的下端固定安装有马达9,所述固定透环2的内部设置有收纳环,所述第一连接管8靠近收纳环的一侧安装有第一清洁刷13,所述第二连接管12靠近收纳环的一侧安装有第二清洁刷14,所述隔离导管10的内部靠近第二电池板6的一侧安装有灯头11,所述分析仪1的外表面靠近上方的位置镶嵌有夹环4,所述分析仪1的一侧靠近上方的位置安装有连接座3;
所述分析仪1呈正三棱柱形,所述分析管7的内部设置有准直镜和透镜,所述固定透环2的外表面设置有若干个透孔。
水质检测模块包含水样采集单元、数据处理单元、水样分析单元和传输单元;
所述水样采集单元用于通过分析仪1采集待检测水体的数据信息,该数据信息包含水质检测光谱信息,将数据信息传输至数据处理单元进行处理,得到数据处理信息;将数据处理信息发送至水样分析单元进行分析,得到数据分析信息;
所述水样分析单元具体的步骤包括:
步骤一:接收数据处理信息;
步骤二:利用光谱平衡计算式获取光谱平衡值,该光谱平衡计算式为:
其中,HGPi表示为光谱平衡值,α表示为预设的光谱平衡系数,SPi0表示为预设的光谱平衡标准值,SPHi表示为水体光谱划分数据;
步骤三:将光谱平衡值与预设的标准光谱平衡阈值范围进行对比,若光谱平衡值低于预设的标准光谱平衡阈值范围,则生成第一光谱分析数据;若光谱平衡值属于预设的标准光谱平衡阈值范围,则生成第二光谱分析数据;若光谱平衡值高于预设的标准光谱平衡阈值范围,则生成第三光谱分析数据;其中,第一光谱分析数据表示水体质量低于预设的标准水质质量范围,检测的水体质量差;第二光谱分析数据表示水体质量属于预设的标准水质质量范围,检测的水体质量合格;第三光谱分析数据表示水体质量高于预设的标准水质质量范围,检测的水体质量优;
步骤四:将第一光谱分析数据、第二光谱分析数据和第三光谱分析数据组合,得到数据分析信息;
步骤五:利用传输单元将数据分析信息发送至显示预处理单元;
所述传输单元用于传输数据。
将数据信息传输至数据处理单元进行处理,得到数据处理信息,具体的步骤包括:
接收数据信息,并将数据信息中的水质检测光谱信息标记为水质检测光谱数据,并将水质检测光谱数据设定为SPi,i=1,2,3...n;
将水质检测光谱数据根据预设的时间划分段进行划分,得到水体光谱划分数据,并将水体光谱划分数据设定为SPHi,i=1,2,3...n;
将水质检测光谱数据和水体光谱划分数据组合,得到数据处理信息。
所述防爆机器人100和非防爆机器人101内均设置有显示预处理单元和巡检单元,所述显示预处理单元用于接收数据分析信息并对检测水体的结果进行预处理;
所述巡检单元用于采集检测水域周围的环境信息并进行巡检;包括:通过摄像头300对检测的水域进行摄像得到视频信息,通过温湿度探头采集检测水域上方空间内的温度信息和湿度信息,通过四合一气体探头200采集和检测水域周围的氧气、甲烷、氨气、硫化氢四种气体信息。
所述显示预处理单元用于接收数据分析信息并对检测水体的结果进行预处理,具体的步骤包括:
获取数据分析信息中的第一光谱分析数据,将第一光谱分析数据进行二进制转化,得到第一光谱转化数据;
获取数据分析信息中的第二光谱分析数据,将第二光谱分析数据进行二进制转化,得到第二光谱转化数据;
获取数据分析信息中的第三光谱分析数据,将第三光谱分析数据进行二进制转化,得到第三光谱转化数据;
将第一光谱转化数据、第二光谱转化数据和第三光谱转化数据根据时间段进行排序组合,得到光谱转化排序数据;
将光谱转化排序数据进行视频格式转化,得到光谱视频排序数据;
利用光谱视频排序数据获取检测水体的检测结果。
将光谱转化排序数据进行视频格式转化,得到光谱视频排序数据,其中,视频格式转化通过视频转化控件代码实现;
本发明的工作原理:本发明实施例中,水质检测模块安装在防爆机器人100 上,通过设置的水样采集单元、数据处理单元、水样分析单元、传输单元、显示预处理单元以及巡检单元的配合使用,可以实现对检测的水体区域进行检测和巡检;
利用水样采集单元采集检测水体的数据信息,该数据信息包含水质检测光谱信息,将数据信息传输至数据处理单元进行处理,得到数据处理信息;将数据处理信息发送至水样分析单元进行分析,得到数据分析信息;利用显示预处理单元接收数据分析信息并对检测水体的结果进行预处理;利用传输单元传输数据;达到对检测的水体区域进行检测和巡检的目的,以及提高检测和巡检效果的目的;
利用巡检单元采集检测水域周围的环境信息并进行巡检;包括:通过摄像头300对检测的水域进行摄像得到视频信息,通过温湿度探头采集检测水域上方空间内的温度信息和湿度信息,通过四合一气体探头200采集和检测水域周围的氧气、甲烷、氨气、硫化氢四种气体信息;
防爆机器人100和非防爆机器人101需要采集巡检环境中多种数据,并保证数据精度,同时要解决在运动过程中的数据采集实时性传输;对视频信息分析时,图像的位置信息需要精度非常高,否则将会导致图像对比分析失败,本发明中的机器人CPU采用基于ARM架构芯片作为主控制芯片,采用12位精度AD 转换芯片,提高连续采样速率,并通过视频处理算法进行处理,保证数据采集误差小于0.5%,其中,对视频信息中的图像处理可以通过公开号CN204090048U 中公开的系统实现;
分析仪1可以为浸没式光谱分析仪,可以实现无化学试药紫外到可见光全光谱分析,水质检测模块可以测量一种或多种水质参数,包括氨氮、硝氮、亚硝氮、总氮、总磷、正磷酸盐、苯系物、硫化物、臭氧、叶绿素a、蓝绿藻、溶解有机物、UV254、COD、TOC、BOD、DOC、CODMn等等,以及对色度、浊度、悬浮物、透明度进行检测,并且可以原位在线连续监测,无需外部取样泵或管路,分析仪1的外壳为IP68强固型全密封防水外壳,设置的第一清洁刷13和第二清洁刷14可以自动清洁防止玷污,分析仪的数据传输基于标准Modbus RTU通讯协议。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示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、以及特定的方位构造和操作,因此,不能理解为对本发明的限制。此外,“第一”、“第二”仅由于描述目的,且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接连接,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。