CN112815926A - 基于云平台的水利河道远程监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请旨在提供基于云平台的水利河道远程监控系统及方法，其系统包括用于采集雨量数据、河道的水流速和水质数据的采集设备，采集设备电性连接有控制器，控制器与云平台无线连接，还包括用于使采集设备漂浮于河道上的漂浮设备，漂浮设备上设置有用于驱动采集设备和控制采集设备移动方向的驱动组件，驱动组件的输入端与控制器的输出端电性连接，采集设备上还设置有用于自身定位的定位设备，定位设备的输出端与控制器电性连接，云平台响应于定位设备的反馈信号，控制漂浮设备定向移动。解决了现有的水利河道监控时水质的检测点是固定的，难以更换检测位置的问题，本申请具有提高水质数据检测准确性的效果。

Description

基于云平台的水利河道远程监控系统及方法

技术领域

本申请涉及河道水体监测技术领域，尤其是涉及基于云平台的水利河道远程监控系统及方法。

背景技术

目前，水利河道监测是通过前端采集设备对河道的水文、雨量、流速、水质等数据进行实时监测，再经传输设备实时传输至云平台进行统计、分析和处理，以建立水利河道的实时监控，对监控区域内的雨情水情信息进行自动监测，动态掌握监控区域内的水资源变化及利用情况，实现最大限度的调度使用效率。

由于水利河道的监测区域面积较大，而水质监测装置是固定式的，使得检测点位难以均匀覆盖水利河道的监测区域，每个点位只检测该点位置处的水质，检测范围固定，难以更换检测位置，影响了水质数据的准确性，使得水利河道的水质检测精确度不高，无法反应水利河道的真实水质情况。

针对上述中的相关技术，申请人认为存在有现有的水利河道监控时，水质的检测点是固定的，难以更换检测位置，影响了水质数据准确性的缺陷。

发明内容

为了提高水质数据的检测准确性，本申请提供了基于云平台的水利河道远程监控系统及方法。

本申请目的一是提供基于云平台的水利河道远程监控系统，具有提高水质数据检测准确性的特点。

本申请的上述申请目的一是通过以下技术方案得以实现的：

基于云平台的水利河道远程监控系统，包括用于采集雨量数据、河道的水流速和水质数据的采集设备，所述采集设备电性连接有控制器，所述控制器与云平台无线连接，还包括用于使采集设备漂浮于河道上的漂浮设备，所述漂浮设备上设置有用于驱动采集设备和控制采集设备移动方向的驱动组件，所述驱动组件的输入端与所述控制器的输出端电性连接，所述采集设备上还设置有用于自身定位的定位设备，所述定位设备的输出端与所述控制器电性连接，所述云平台响应于所述定位设备的反馈信号，控制所述漂浮设备定向移动。

通过采用上述技术方案，定位设备向控制器反馈采集设备的位置信息，位置信息经控制器传输至云平台上，云平台响应于定位设备的反馈信号，经控制器控制驱动组件，使得漂浮设备定向移动，实现驱动采集设备和控制采集设备移动方向的目的；使采集设备采集雨量数据、河道的水流速和水质数据，经控制器传输至云平台，使得管理人员通过云平台进行实时监测；进而水质的检测点可根据实际情况进行移动更换，提高了水质数据的检测准确性。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述驱动组件包括发动机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、传动杆、第三锥齿轮、第四锥齿轮、螺旋桨、蜗轮和蜗杆，所述发动机固定在所述漂浮设备上，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮垂直啮合，所述第三锥齿轮和所述第四锥齿轮垂直啮合，所述发动机驱动所述第一锥齿轮转动，所述传动杆固定连接在所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮之间，所述螺旋桨与所述第四锥齿轮固定连接，所述传动杆外转动套设有转向筒，所述蜗轮的轴心方向位置与所述转向筒的端部固定连接，所述螺旋桨转动连接于所述转向筒上，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述蜗杆连接有第一电机，所述第一电机的输出轴与所述蜗杆的端部固定连接。

通过采用上述技术方案，启动发动机，发动机驱动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮带动啮合的第二锥齿轮转动，第二锥齿轮带动相互固定的传动杆转动，传动杆带动相互固定的第三锥齿轮转动；第三锥齿轮带动啮合的第四锥齿轮转动，第四锥齿轮带动相互固定的螺旋桨转动，以将发动机的转动功率转化为推进力，驱动漂浮设备带动采集设备移动；启动第一电机，第一电机的输出轴转动，带动相互固定的蜗杆转动，蜗杆带动啮合的涡轮转动，涡轮带动相互固定的转向筒转动，转向筒带动螺旋桨转动，控制螺旋桨的转动方向，进而控制漂浮设备的移动方向，实现采集设备移动方向的调整。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述云平台内运行有用于控制所述发动机转速和所述第一电机转速的路径计算模块，所述云平台接收所述定位设备的反馈信号，所述路径计算模块响应于所述定位设备的反馈信号，向所述驱动组件输出控制指令。

通过采用上述技术方案，云平台接收定位设备的反馈信号，路径计算模块响应于定位设备的反馈信号，向驱动组件输出控制指令，以控制发动机转速和第一电机转速，控制漂浮设备定向移动。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述漂浮设备上还设置有用于将太阳能转换为电能并进行供电的供电组件，所述供电组件与所述采集设备、所述驱动组件和所述定位设备电性连接。

通过采用上述技术方案，供电组件将太阳能转换为电能，并为采集设备、驱动组件和定位设备进行供电以实现正常工作，节能环保。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述漂浮设备的底部设置有用于使采集设备停留在河道上的锚组件。

通过采用上述技术方案，锚组件使得采集设备停留在河道上，以固定采集设备的位置，使得采集设备的检测点稳固可靠，采集的数据更具代表性。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述锚组件包括船锚、锚链、定向轮和第二电机，所述船锚与所述锚链固定连接，所述锚链收卷在所述定向轮上，所述第二电机固定在所述定向轮的轴心方向上且与所述控制器电性连接。

通过采用上述技术方案，经控制器控制第二电机启动，以带动相互固定的定向轮转动，使得定向轮上的锚链收卷或展开，实现船锚朝河道底部运动至钩在污泥中或收卷至定向轮上的目的。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述漂浮设备的底部开设有收纳仓，所述锚组件收纳于所述收纳仓内，所述收纳仓正对河道的一面开口设置，所述漂浮设备内水平转动连接有丝杆，所述丝杆上螺纹连接有封盖收纳仓开口的盖板，所述丝杆的端部固定连接有第三电机，所述第三电机与所述控制器电性连接。

通过采用上述技术方案，当锚组件收纳于收纳仓内时，经控制器控制第三电机启动，使第三电机的输出轴带动丝杆转动，进而螺纹连接于丝杆上的盖板沿丝杆的长度方向滑动，直至盖板封盖收纳仓开口，使得锚组件封藏在漂浮设备内；当锚组件需要伸出漂浮设备外时，经控制器控制第三电机启动，使第三电机的输出轴带动丝杆反向转动，使盖板沿丝杆的长度方向滑动，直至盖板与收纳仓开口分离，锚组件能经开口伸出至漂浮设备外。

本申请目的二是提供水利河道远程监控方法，具有提高水质数据检测准确性的特点。

本申请的上述申请目的二是通过以下技术方案得以实现的：

水利河道远程监控方法，基于上述的基于云平台的水利河道远程监控系统，

获取所述定位设备的信号，根据所述采集设备的当前位置和设定的目标位置，进行路径计算，获取移动方向和移动距离信息；

所述驱动组件包括发动机和第一电机，根据移动方向和移动距离信息，控制所述发动机转速和所述第一电机转速，使所述驱动组件驱动所述漂浮设备定向移动至目标位置处；

获取所述采集设备采集的数据信息；

实时监控水利河道的情况。

通过采用上述技术方案，定位设备向控制器反馈采集设备的位置信息，位置信息经控制器传输至云平台上，云平台响应于定位设备的反馈信号，经控制器控制发动机转速和第一电机转速，使得漂浮设备定向移动，实现驱动采集设备和控制采集设备移动方向的目的；使采集设备采集雨量数据、河道的水流速和水质数据，经控制器传输至云平台，使得管理人员通过云平台进行实时监测；进而水质的检测点可根据实际情况进行移动更换，提高了水质数据的检测准确性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.基于云平台的水利河道远程监控系统的水质检测点可根据实际情况进行移动更换，提高了水质数据的检测准确性；

2.驱动组件将发动机的转动功率转化为推进力，驱动漂浮设备带动采集设备移动；通过蜗轮蜗杆控制螺旋桨的转动方向，控制漂浮设备的移动方向，实现采集设备移动方向的调整；

3.锚组件使得采集设备停留在河道上，以固定采集设备的位置，使得采集设备的检测点稳固可靠，采集的数据更具代表性。

附图说明

图1是本申请其中一实施例基于云平台的水利河道远程监控系统的结构框图。

图2是漂浮设备、采集设备、驱动组件和供电组件的位置关系示意图。

图3是锚组件、盖板、丝杆、导向条和导向槽的结构示意图。

图4是船锚伸出于收纳仓外的状态示意图。

图5是驱动螺旋桨转动的结构示意图。

图6是调整螺旋桨方向的结构示意图。

附图标记说明：1、漂浮设备；2、采集设备；3、驱动组件；31、发动机；32、第一锥齿轮；33、第二锥齿轮；34、传动杆；35、第三锥齿轮；36、第四锥齿轮；37、螺旋桨；38、蜗轮；39、蜗杆；40、第一电机；41、转向筒；4、太阳能电池板；5、锚组件；51、船锚；52、锚链；53、定向轮；54、第二电机；6、收纳仓；7、盖板；8、丝杆；9、第三电机；10、导向条；11、导向槽；12、指示灯。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。

参照图1，本申请实施例提供基于云平台的水利河道远程监控系统，包括用于采集雨量数据、河道的水流速和水质数据的采集设备2，采集设备2可以为雨量传感器、流速传感器、多参数水质传感器、气象传感器和营养盐传感器。采集设备2电性连接有控制器，控制器可以为C51单片机，控制器与云平台无线通讯连接。C51单片机的esp8266wifi模块与云平台进行数据交互,实现上传和下传数据。通过在C51单片机上设置调试串口的收发程序，然后启用C51单片机的esp8266wifi模块，选择EDP协议并做移植，使用AT指令进行串口通讯，实现向云平台发送数据和接收数据。

参照图2，水利河道远程监控系统还包括用于使采集设备2漂浮于河道上的漂浮设备1，漂浮设备1可以为浮标体。本实施例中，浮标体呈锥形。浮标体的顶部固定安装有指示灯12。采集设备2固定安装于浮标体的底部。

漂浮设备1的下部中空设置且漂浮设备1的底部还开设有收纳仓6，收纳仓6与采集设备2错开设置，收纳仓6正对河道的一面开口设置，本实施例中，开口可以为矩形。

参照图2和图3，收纳仓6内设置有用于使采集设备2停留在河道上的锚组件5，锚组件5可收纳于收纳仓6内。锚组件5包括船锚51、锚链52、定向轮53和第二电机54，锚链52的一端与船锚51固定连接，另一端固定于定向轮53的轴心方向上，锚链52收卷在定向轮53上，第二电机54固定在定向轮53的轴心方向上且与控制器电性连接。

当需要漂浮设备1移动时，使控制器向第二电机54输入控制信号，控制第二电机54的输出轴转动，带动定向轮53转动，以使锚链52收卷在定向轮53上，进而船锚51收卷至定向轮53的底部，与河道底部的污泥分离。

当需要漂浮设备1停下时，使控制器向第二电机54输入控制信号，控制第二电机54的输出轴反向转动，带动定向轮53反向转动，以使锚链52展开，进而带动船锚51下沉，直至插入河道底部的污泥中。

收纳仓6的开口位置封闭有盖板7。

参照图3，漂浮设备1内底部沿平行于开口的边长方向上水平转动连接有丝杆8，丝杆8的长度大于平行的开口边长的长度，盖板7螺纹连接于丝杆8上，丝杆8的端部固定连接有第三电机9，第三电机9固定安装在漂浮设备1内，第三电机9与控制器电性连接。

参照图2，当锚组件5收纳于收纳仓6内时，经控制器控制第三电机9启动，使第三电机9的输出轴带动丝杆8转动，进而螺纹连接于丝杆8上的盖板7沿丝杆8的长度方向滑动，直至盖板7封盖收纳仓6开口，使得锚组件5封藏在漂浮设备1内。

参照图4，当锚组件5需要伸出漂浮设备1外时，经控制器控制第三电机9启动，使第三电机9的输出轴带动丝杆8反向转动，使盖板7沿丝杆8的长度方向滑动，直至盖板7与收纳仓6开口分离，锚组件5能经开口伸出至漂浮设备1外。

参照图3，漂浮设备1内底部上沿平行于开口的边长方向上还固定有导向条10，导向条10有两根且分别位于开口的两侧位置，导向条10与丝杆8平行，盖板7的底部开设有与导向条10一一对应的导向槽11，导向槽11的槽口正对导向条10且与导向条10滑动配合。

漂浮设备1上还固定安装有用于自身定位的定位设备，定位设备可以为陀螺仪，定位设备的输出端与控制器电性连接，云平台响应于定位设备的反馈信号，控制漂浮设备1定向移动。

参照图2和图4，漂浮设备1的侧面下部位置设置有用于驱动和控制采集设备2移动的驱动组件3。

驱动组件3包括发动机31、第一锥齿轮32、第二锥齿轮33、传动杆34、第三锥齿轮35、第四锥齿轮36、螺旋桨37、蜗轮38和蜗杆39，发动机31固定安装在漂浮设备1上，发动机31的输入端与控制器的输出端电性连接。

参照图5，第一锥齿轮32竖直设置，第一锥齿轮32垂直啮合于第二锥齿轮33，第二锥齿轮33与第三锥齿轮35相对设置，第三锥齿轮35垂直啮合于第四锥齿轮36，发动机31水平设置，发动机31的输出轴与第一锥齿轮32的轴心方向固定连接，传动杆34的一端与第二锥齿轮33的轴心方向固定连接，另一端与第三锥齿轮35的轴心方向固定连接，螺旋桨37的轴固定在第四锥齿轮36的轴心方向上。

启动发动机31，发动机31驱动第一锥齿轮32转动，第一锥齿轮32带动啮合的第二锥齿轮33转动，第二锥齿轮33带动相互固定的传动杆34转动，传动杆34带动相互固定的第三锥齿轮35转动，第三锥齿轮35带动啮合的第四锥齿轮36转动，第四锥齿轮36带动相互固定的螺旋桨37转动，以将发动机31的转动功率转化为推进力，驱动漂浮设备1带动采集设备2移动。

参照图6，传动杆34穿过蜗轮38的轴心方向位置并与第二锥齿轮33的轴心方向固定连接，蜗杆39水平设置且与蜗轮38啮合，蜗轮38的轴心方向位置还固定连接有竖直设置的转向筒41，转向筒41转动连接在漂浮设备1上，转向筒41中空设置，传动杆34、第三锥齿轮35、第四锥齿轮36转动连接于转向筒41内，螺旋桨37转动连接于转向筒41上。蜗杆39连接有第一电机40，第一电机40固定安装在漂浮设备1上，第一电机40的输出轴与蜗杆39的端部固定连接。第一电机40的输入端与控制器的输出端电性连接。

启动第一电机40，第一电机40的输出轴转动，带动相互固定的蜗杆39转动，蜗杆39带动啮合的涡轮转动，涡轮带动相互固定的转向筒转动，转向筒带动螺旋桨37转动，控制螺旋桨37的转动方向，进而控制漂浮设备1的移动方向，实现采集设备2移动方向的调整。

参照图1和图2，漂浮设备1上还设置有用于将太阳能转换为电能并进行供电的供电组件，供电组件包括太阳能电池板4和用于存储转换的电能的蓄电池组，本实施例中，太阳能电池板4的数量可以为两块，两块太阳能电池板4相背设置且斜向上固定在漂浮设备1的上部位置，太阳能电池板4的输出端与采集设备2的电源端、发动机31的电源端、第一电机40的电源端、第二电机54的电源端、第三电机9的电源端、指示灯12的电源端和定位设备的电源端电性连接。

本申请实施例还提供水利河道远程监控方法，所述方法的主要步骤描述如下。

云平台通过控制器获取定位设备的信号，根据采集设备2的当前位置和设定的目标位置，进行路径计算，获取采集设置的移动方向和移动距离信息。

具体地，云平台内运行有用于计算输出驱动组件3移动速度的路径计算模块，路径计算模块包括PID控制器，PID控制器基于PID算法，通过获取的采样设备的位置信息和已知水利河道的目标位置信息，在过程控制中，按偏差的比例、积分和微分进行控制，云平台接收定位设备的反馈信号，路径计算模块响应于定位设备的反馈信号，根据设定的移动方向和移动距离信息，经微控制器向驱动组件3的发动机31和第一电机40输出控制信号，控制发动机31转速和第一电机40转速，使驱动组件3驱动漂浮设备1定向移动至目标位置处。

经控制器实时获取采集设备2采集的数据信息。

在云平台上实时监控水利河道的情况。将获取的原始数据在云平台内进行统计计算并保存，使计算结果自动更新显示于云平台上，同时，云平台和卫星遥感相结合，以形成整体水质分布图显示于云平台上，便于管理人员直观观察数据，分析水利河道的生态变化情况。

进而基于云平台的水利河道远程监控系统及方法的水质检测点可根据实际情况进行移动更换，提高了检测数据的检测结果准确性。

Claims (8)

1.基于云平台的水利河道远程监控系统，包括用于采集雨量数据、河道的水流速和水质数据的采集设备(2)，所述采集设备(2)电性连接有控制器，所述控制器与云平台无线连接，其特征在于，还包括用于使采集设备(2)漂浮于河道上的漂浮设备(1)，所述漂浮设备(1)上设置有用于驱动采集设备(2)和控制采集设备(2)移动方向的驱动组件(3)，所述驱动组件(3)的输入端与所述控制器的输出端电性连接，所述采集设备(2)上还设置有用于自身定位的定位设备，所述定位设备的输出端与所述控制器电性连接，所述云平台响应于所述定位设备的反馈信号，控制所述漂浮设备(1)定向移动。

2.根据权利要求1所述的基于云平台的水利河道远程监控系统，其特征在于，所述驱动组件(3)包括发动机(31)、第一锥齿轮(32)、第二锥齿轮(33)、传动杆(34)、第三锥齿轮(35)、第四锥齿轮(36)、螺旋桨(37)、蜗轮(38)和蜗杆(39)，所述发动机(31)固定在所述漂浮设备(1)上，所述第一锥齿轮(32)和所述第二锥齿轮(33)垂直啮合，所述第三锥齿轮(35)和所述第四锥齿轮(36)垂直啮合，所述发动机(31)驱动所述第一锥齿轮(32)转动，所述传动杆(34)固定连接在所述第二锥齿轮(33)和所述第三锥齿轮(35)之间，所述螺旋桨(37)与所述第四锥齿轮(36)固定连接，所述传动杆(34)外转动套设有转向筒(41)，所述蜗轮(38)的轴心方向位置与所述转向筒(41)的端部固定连接，所述螺旋桨(37)转动连接于所述转向筒(41)上，所述蜗杆(39)与所述蜗轮(38)啮合，所述蜗杆(39)连接有第一电机(40)，所述第一电机(40)的输出轴与所述蜗杆(39)的端部固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于云平台的水利河道远程监控系统，其特征在于，所述云平台内运行有用于控制所述发动机(31)转速和所述第一电机(40)转速的路径计算模块，所述云平台接收所述定位设备的反馈信号，所述路径计算模块响应于所述定位设备的反馈信号，向所述驱动组件(3)输出控制指令。

4.根据权利要求1所述的基于云平台的水利河道远程监控系统，其特征在于，所述漂浮设备(1)上还设置有用于将太阳能转换为电能并进行供电的供电组件，所述供电组件与所述采集设备(2)、所述驱动组件(3)和所述定位设备电性连接。

5.根据权利要求1所述的基于云平台的水利河道远程监控系统，其特征在于，所述漂浮设备(1)的底部设置有用于使采集设备(2)停留在河道上的锚组件(5)。

6.根据权利要求5所述的基于云平台的水利河道远程监控系统，其特征在于，所述锚组件(5)包括船锚(51)、锚链(52)、定向轮(53)和第二电机(54)，所述船锚(51)与所述锚链(52)固定连接，所述锚链(52)收卷在所述定向轮(53)上，所述第二电机(54)固定在所述定向轮(53)的轴心方向上且与所述控制器电性连接。

7.根据权利要求5所述的基于云平台的水利河道远程监控系统，其特征在于，所述漂浮设备(1)的底部开设有收纳仓(6)，所述锚组件(5)收纳于所述收纳仓(6)内，所述收纳仓(6)正对河道的一面开口设置，所述漂浮设备(1)内水平转动连接有丝杆(8)，所述丝杆(8)上螺纹连接有封盖收纳仓(6)开口的盖板(7)，所述丝杆(8)的端部固定连接有第三电机(9)，所述第三电机(9)与所述控制器电性连接。

8.水利河道远程监控方法，基于权利要求1-7任一项所述的基于云平台的水利河道远程监控系统，其特征在于，

获取所述定位设备的信号，根据所述采集设备(2)的当前位置和设定的目标位置，进行路径计算，获取移动方向和移动距离信息；

所述驱动组件(3)包括发动机(31)和第一电机(40)，根据移动方向和移动距离信息，控制所述发动机(31)转速和所述第一电机(40)转速，使所述驱动组件(3)驱动所述漂浮设备(1)定向移动至目标位置处；

获取所述采集设备(2)采集的数据信息；

实时监控水利河道的情况。

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