CN112623118B - 一种矿山生态塘水位和污染情况监测器及其使用方法 - Google Patents

一种矿山生态塘水位和污染情况监测器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种矿山生态塘水位和污染情况监测器及其使用方法，包括浮球、飘板、直管和监测盒，浮球固连在飘板顶部，浮球外径大于飘板外径，直管固连在飘板底部，直管轴线与飘板轴线重合，监测盒固连在直管底部，监测盒上开设有若干个孔，所述孔内插接有一体式水位、水温、水质传感器，其中飘板与浮球相接端两侧固连有线管，线管伸出飘板外，线管内穿有数据线，所述数据线一端穿过直管与一体式水位、水温、水质传感器相连，所述数据线另一端与监控系统相连，本发明具有受外界生物侵扰破坏的概率降低，可长时间实时监测生态塘水位以及污染状况的优点。

Description

一种矿山生态塘水位和污染情况监测器及其使用方法
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种矿山生态塘水位和污染情况监测器及其使用方法。
背景技术
对矿井周围的地表生态塘进行水位观测为了防止由于水位上涨和水位数据掌握不清导致事故发生，同时生态塘靠近矿井的话，矿井产生的矿渣等废料容易流入生态塘造成污染，其中最为严重的则是酸碱度的污染，因此对生态塘进行污染情况进行监测也十分必要。
但是分布在广袤草原上的生态塘，具有分布广泛且深度不易探知的情况，现有的监测方法仅是在岸边取水样进行酸碱度测试，同时采用直接向塘内抛入水位传感器进行水位监测，因生态塘面积较大，则无法大面积地投放水位传感器对水位进行全面的测算，导致现有的监测方式还需人为根据过去的生态塘涨幅数据进行当下水位的判断，通过人为的判断难免会出现误判的情况，进而影响监测精度。
因此，针对以上不足，需要提供一种矿山生态塘水位和污染情况监测器及其使用方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的监测方式局限性较高，还需人为判断，监测精度低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种矿山生态塘水位和污染情况监测器，包括浮球、飘板、直管和监测盒，浮球固连在飘板顶部，浮球外径大于飘板外径，直管固连在飘板底部，直管轴线与飘板轴线重合，监测盒固连在直管底部，监测盒上开设有若干个孔，所述孔内插接有一体式水位、水温、水质传感器，其中飘板与浮球相接端两侧固连有线管，线管伸出飘板外，线管内穿有数据线，所述数据线一端穿过直管与一体式水位、水温、水质值传感器相连，所述数据线另一端与监控系统相连。
作为对本发明的进一步说明，优选地，监测盒外套接有钢制网笼状的护罩，护罩固连在直管上。
作为对本发明的进一步说明，优选地，护罩底部固连有配重块，配重块重量大于监测盒的总重。
作为对本发明的进一步说明，优选地，浮球包括外罩球和内罩球，内罩球位于外罩球内，外罩球和内罩球之间的空间以及内罩球内部均填充有氢气。
作为对本发明的进一步说明，优选地，内罩球内的氢气中混有氮气，氮气含量不高于10％。
作为对本发明的进一步说明，优选地，内罩球内插接有支撑杆，支撑杆中部中空且与直管相通；支撑杆顶部固连有GPS芯片和内侧气压计，支撑杆一侧固连有外侧气压计，外侧气压计伸入外罩球内。
作为对本发明的进一步说明，优选地，外罩球顶部固连有环形的吊环。
本发明还提供一种矿山生态塘水位和污染情况监测器的使用方法，包括以下步骤：
Ⅰ.在岸上建立监测站，并在监测站内架设监控系统；同时在生态塘周围岸边建设数据分站，随后将各个监测器通过线管连接成网状；
Ⅱ.通过多架底部带有挂钩的无人机，利用挂钩钩连吊环将监测器起吊，此时将网状的多个监测器移至生态塘中心位置的上方；
Ⅲ.通过遥控器控制多架无人机同时下移，直至监测盒完全沉入水面下，最后无人机转移飞行方向与吊环分离，使监测器自动下移至飘板浮于水面上；
Ⅳ.通过数据分站向监测器内传感器进行供电，数据分站开始接收传感器的监测数据；数据分站收集数据后，通过无线传输的方式向监控系统进行数据传输；
Ⅴ.数据分站将数据进行汇总后通过无线传输的方式反馈到监控系统，由监控系统通过数据进行判断水位高低以及污染状况，待监测周期完毕后，由无人机再将网状的监测器吊回存放。
作为对本发明的进一步说明，优选地，数据分站数量小于等于五个，而且无人机吊装位置为网状的监测器四周以及中部。
作为对本发明的进一步说明，优选地，网状或单组的监测器分布面积应为生态塘面积的八分之一至四分之一之间；线管长度不大于30m。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明通过设计新式的监测器，可长时间投放在生态塘内，以对该生态塘进行长时间的监测，同时结合无人机可将监测器进行大范围大规模的投放，且投放位置更为趋于生态塘中部，进而能够获取更为准确的数据，则后续对生态塘的水位及污染情况能够有更为准确地判断。另外投放方式简单方便，无需人为坐船进行各类传感器的投放，节省铺设时间。
附图说明
图1是本发明的单个监测器外形效果图；
图2是本发明的仰视图；
图3是本发明的剖面图。
图中：1、浮球；11、外罩球；12、内罩球；13、支撑杆；14、连接管；15、GPS芯片；16、内侧气压计；17、外侧气压计；18、吊环；2、飘板；3、直管；4、监测盒；5、护罩；51、配重块；6、线管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。
一种矿山生态塘水位和污染情况监测器，结合图1、图2，包括浮球1、飘板2、直管3和监测盒4，浮球1固连在飘板2顶部，浮球1外径大于飘板2外径，直管3固连在飘板2底部，直管3轴线与飘板2轴线重合，监测盒4固连在直管3底部，监测盒4上开设有两到三个个孔，所述孔内插接有一体式水位、水温、水质传感器，一般可选用WAY-4T投入式液位+温度一体化变送器，该变送器还具有检测水质(PH)值的功能，进而可以连带进行水污染的检测。
结合图1、图3，浮球1包括外罩球11和内罩球12，外罩球11和内罩球12均为白色、蓝色或其他冷色调的橡胶制成的球状体，内罩球12位于外罩球11内，外罩球11和内罩球12之间的空间以及内罩球12内部均填充有氢气，其中内罩球12内的氢气中混有氮气，氮气含量不高于10％；设置双层的浮球1，可避免鸟类在捕食时将浮球1啄破或抓破导致单层的浮球完全失效，并且采用白色或蓝色的橡胶既能避免浮球1吸热过多导致浮球1爆炸，又可混淆鸟类的视线，避免鸟类以浮球1为目标进行破坏，保障浮球1的使用寿命。即使在外罩球11在风化或者被鸟类戳破时，内罩球12还可继续进行监测器的牵引工作，避免监测器完全沉入生态塘内而无法回收的问题。并且外罩球11在破裂后，根据橡胶的弹性贴附到内罩球12上，还能起到保护内罩球12的作用，同时内罩球12内填充氮气，可降低内罩球12内燃爆炸的概率，提高浮球1的使用寿命。外罩球11顶部固连有环形的吊环18，吊环18为塑料材质且体积较大，便于无人机吊装。
结合图1、图2，飘板2为塑料圆形盘，设置飘板2不仅能增大监测器与水面的接触面积，又能起到隔离水面和浮球1的作用，避免生态塘内的鱼类啃咬浮球1，进一步提高浮球1的使用寿命。直管3为不锈钢圆柱管，直观3内可以穿入电源线以及数据线，监测盒4也为不锈钢材质，既能避免水腐蚀，又能避免鱼类啃咬，提高监测器的使用寿命。监测盒外套接有钢制网笼状的护罩5，护罩5固连在直管3上，既能使水流入到水位传感器处，用于监测水位，又能避免鱼类啃咬到各类传感器。护罩5底部固连有配重块51，配重块51重量大于监测盒4的总重，设置配重块51以保持监测器重心能够竖直向下，避免直管3偏转导致监测盒4上浮影响对水位监测。
结合图1、图3，飘板2与浮球1相接端两侧固连有线管6，线管6为内置钢丝网的软管，线管6伸出飘板2外，线管6内穿有数据线，所述数据线一端穿过直管2与一体式水位、水温、水质传感器相连，所述数据线另一端与岸上的监控系统相连，多个监测器之间也可通过线管6连接成网状，则后续投放时无需出动和监测器数量相同的无人机，减少投放时的成本。
结合图1、图3，内罩球12内插接有塑料制成的蘑菇状支撑杆13，支撑杆13中部中空且与直管3相通；支撑杆13顶部固连有GPS芯片15和内侧气压计16，支撑杆13一侧固连有外侧气压计17，外侧气压计17伸入外罩球11内，支撑杆13上固连有连接管14，连接管14连通支撑杆13和线管6，设置支撑杆13用于安装GPS芯片15、内侧气压计16和外侧气压计17，GPS芯片15、内侧气压计16和外侧气压计17也与线管6内的电源线和数据线相连，设置GPS芯片15不仅能够定位各个监测器的位置，还能对各个监测器进行独一无二的编号，当内侧气压计16或外侧气压计17监测到的数值直线下降，说明外罩球11或内罩球12出现破裂导致气体流失，此时电信号通过线管6内的数据线反馈到监控系统，则由监控系统找出漏气的监测器编号，并查到该检测器的位置，通过无人机飞到该区域，利用无人机上的摄像头进行进一步判断，如果该浮球1破裂并不影响周围监测器的漂浮，则不对该检测器进行回收，如果很明确发现网状的监测器分布面积减小而且有部分检测器已被拖入塘内，则再排出多架无人机将监测器捞出进行维修更换。
本发明还提供一种矿山生态塘水位和污染情况监测器的使用方法，包括以下步骤：
Ⅰ.在岸上建立监测站，并在监测站内架设监控系统；同时在生态塘周围岸边建设数据分站(或将数据分站集成到飘板2上)，数据分站数量小于等于五个，即分布在生态塘的四个方位，剩余一个分布在数据分站相距最远之间的岸边，起到过渡作用，随后将各个监测器通过线管6连接成网状，网状的监测器分布面积应为生态塘面积的八分之一至四分之一之间，最大程度上减少监测器的使用又能最大程度上保证监测精度；同时相邻的监测器之间线管6长度不大于30m，避免线管6太长导致线管6下沉将监测器距离拉近，保证监测器分布面积尽可能广泛；
Ⅱ.通过多架底部带有挂钩的多轴旋翼无人机，利用挂钩钩连吊环18将监测器起吊，无人机吊装位置为网状的监测器四周以及中部，无人机的使用数量根据监测器的分布面积确定，一般不少于五架，此时将网状的多个监测器移至生态塘中心位置的上方；
Ⅲ.通过遥控器控制多架无人机同时下移，直至监测盒完全沉入水面下，最后无人机转移飞行方向与吊环18分离，使监测器自动下移至飘板浮于水面上；
Ⅳ.铺设完毕后通过数据分站向监测器内各个传感器进行供电，数据分站开始接收各个传感器的监测数据；并且在数据分站旁也架设水位传感器，用于和塘内的传感器配合，用于监测水位上涨时溢流到岸边的水，保证对水位高度有更为准确地判断；
或者直接将数据分站加装到监测器上，并在数据分站内加装JA.15.4AH型锂离子电池，使每个监测器形成独立运作的个体，当单个出现损伤时，无需将整个网状监测器均打捞起，保证其他监测器的正常工作。同时JA.15.4AH型锂离子电池能够满足传感器和无线传输设备将近两年的使用时间，实用性较强，且草原冬季较冷，则整个监测周期仅为6-7个月，则该电池完成可以替代有线供电，节省数据线和电线的购置以及布置成本；
Ⅴ.数据分站将数据进行汇总后通过无线传输的方式反馈到监控系统，由监控系统通过数据进行判断水位高低以及酸碱度的污染状况，待监测周期完毕后，由无人机再将网状的监测器吊回存放。
采用上述方式，不仅监测范围大，而且监测时间更长，监测数据通过时间的积累虽然庞大，但是能够更为综合的进行分析，保证对水位及污染状况进行准确地判断，同时使用无人机进行大面积监测器的铺设，省时省力，而且无人机投放数量也不多，大大降低投放成本，同时监测器因具有较高的结构强度以及耐用性，则监测器可多次回收利用，还有些降低设备的购置成本，十分实用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种矿山生态塘水位和污染情况监测器，其特征在于：包括浮球(1)、飘板(2)、直管(3)和监测盒(4)，浮球(1)固连在飘板(2)顶部，浮球(1)外径大于飘板(2)外径，浮球(1)包括外罩球(11)和内罩球(12)，内罩球(12)位于外罩球(11)内，外罩球(11)和内罩球(12)之间的空间以及内罩球(12)内部均填充有氢气；内罩球(12)内的氢气中混有氮气，氮气含量不高于10％；内罩球(12)内插接有支撑杆(13)，支撑杆(13)中部中空且与直管(3)相通；支撑杆(13)顶部固连有GPS芯片(15)和内侧气压计(16)，支撑杆(13)一侧固连有外侧气压计(17)，外侧气压计(17)伸入外罩球(11)内；外罩球(11)顶部固连有环形的吊环(18)；直管(3)固连在飘板(2)底部，直管(3)轴线与飘板(2)轴线重合，监测盒(4)固连在直管(3)底部，监测盒(4)上开设有若干个孔，所述孔内插接有一体式水位、水温、水质值传感器，监测盒(4)外套接有钢制网笼状的护罩(5)，护罩(5)固连在直管(3)上；护罩(5)底部固连有配重块(51)，配重块(51)重量大于监测盒(4)的总重；其中飘板(2)与浮球(1)相接端两侧固连有线管(6)，线管(6)伸出飘板(2)外，线管(6)内穿有数据线，所述数据线一端穿过直管(3)一体式水位、水温、水质传感器相连，所述数据线另一端与监控系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种矿山生态塘水位和污染情况监测器的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，
Ⅰ.在岸上建立监测站，并在监测站内架设监控系统；同时在生态塘周围岸边建设数据分站，随后将各个监测器通过线管(6)连接成网状；
Ⅱ.通过多架底部带有挂钩的无人机，利用挂钩钩连吊环(18)将监测器起吊，此时将网状的多个监测器移至生态塘中心位置的上方；
Ⅲ.通过遥控器控制多架无人机同时下移，直至监测盒(4)完全沉入水面下，最后无人机转移飞行方向与吊环(18)分离，使监测器自动下移至飘板(2)浮于水面上；
Ⅳ.通过数据分站向监测器内传感器进行供电，数据分站开始接收传感器的监测数据；数据分站收集数据后，通过无线传输的方式向监控系统进行数据传输；
Ⅴ.数据分站将数据进行汇总后通过无线传输的方式反馈到监控系统，由监控系统通过数据进行判断水位高低以及污染状况，待监测周期完毕后，由无人机再将网状的监测器吊回存放。
3.根据权利要求2所述的一种矿山生态塘水位和污染情况监测器的使用方法，其特征在于：或将数据分站加装到监测器上，撤销线管(6)使数据线直接与数据分站相连，数据分站内设有锂离子电池。
4.根据权利要求3所述的一种矿山生态塘水位和污染情况监测器的使用方法，其特征在于：网状或单组的监测器分布面积应为生态塘面积的八分之一至四分之一之间；线管(6)长度不大于30m。
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