CN112964844A - 一种城市水体移动在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
发明涉及水环境监测技术领域，尤其是一种城市水体移动在线监测系统。其包括无人船平台、岸基通信基站和岸基控制终端，所述岸基控制终端和岸基通信基站通过无线信号实现连接，岸基通信基站和无人船平台通过无线信号实现连接，岸基控制终端的控制信号通过岸基通信基站无线传输到无人船平台上对无人船平台进行控制。本发明集成自主航行无人船和自主作业任务系统，通过岸基控制终端能够远程操控无人船到达指定水域开展水质监测，检测结果能够无线传输至岸基，实现了无人化的移动在线监测，同时系统采用模块化设计，使用灵活方便，适用于城市水体复杂多样的特点，能够大大提升城市水体监测的效率。
Description
技术领域
本发明涉及水环境监测技术领域，尤其是一种城市水体移动在线监测系统。
背景技术
随着我国经济的快速发展和城市化水平的不断提高，工农业废水和生活污水的排放量逐年增加，而污水处理率并没有同步增加，大量污水排入城市河流，严重影响了城市河流的水质，对城市居民的身体健康和城市生态安全也构成了严重威胁。
水环境监测是城市河道水体综合治理必不可少的组成部分，特别是在水资源越来越紧张的今天。对城市水域实施监测，可以及时掌握城市水域变化状况，对维护城市水域生态格局具有重要意义。
目前，城市河道水质监测方法主要以物理化学监测技术为主，传统的城市水体监测手段主要依靠布设的监测站点，利用人工或者半自动的监测手段来获取站点上的水资源信息，但这种方法需要投入的成本高、耗时长、覆盖水域也有限，不能满足城市水体监测监管的要求。而近年来逐步得到应用的遥感监测技术，主要应用于城市区域大中尺度的水环境监测，不能适应城市河道水域环境复杂多样的特点。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种城市水体移动在线监测系统，采用搭载自动水质检测系统的无人船，通过岸基远程遥控无人船到达指定水域，自动开展水样采集及对水样进行检测分析，分析后的水质数据能够无线传输至岸基，从而实现了无人化的移动在线监测，且在较短的时间内即能够完成全作业流程；同时，无人船系统体积小、重量轻、吃水浅且方便转运，能够实现对城市河道水域的全覆盖，水质监测效率得到大大提高。
本发明所采用的技术方案如下：
一种城市水体移动在线监测系统，包括无人船平台、岸基通信基站和岸基控制终端，所述岸基控制终端和岸基通信基站通过无线信号实现连接，岸基通信基站和无人船平台通过无线信号实现连接，岸基控制终端的控制信号通过岸基通信基站无线传输到无人船平台上对无人船平台进行控制；
所述无人船平台包括无人船体，所述无人船体底部设有航行驱动模块，无人船体尾部设有两套转舵模块，无人船体内设有作业载荷模块，作业载荷模块包括采样装置、溢流池、水样分析仪器和废液池；所述采样装置包括蠕动泵和吸水管，蠕动泵进水端连接吸水管，吸水管位于无人船体艏部，蠕动泵出水端通过管路连接溢流池进水端，所述溢流池进水端设置在顶部，溢流池出水端设置在底部，溢流池出水端通过管路连接水样分析仪器，溢流池溢流端通过管路连接废液池进水端；所述无人船体内设有电源模块，无人船体内设有自主航行控制模块，自主航行控制模块包括工控机、PLC控制单元、图传电台和配电模块，工控机为无人船平台航行和任务规划提供计算决策，PLC控制单元能够实现采样装置和水样分析仪器的自动控制，配电模块和电源模块连接，通过配电模块将电源模块的电力分配给无人船体内各个用电设备。
进一步的，岸基控制终端包括遥控手柄和便携式控制箱，遥控手柄和便携式控制箱通过无线信号实现连接，遥控手柄通过岸基通信基站能够对无人船平台进行遥控控制，便携式控制箱通过岸基通信基站能够对无人船平台进行航行控制、任务管理、状态监测及数据存储。
进一步的，航行驱动模块包括无刷直流电机和导管螺旋桨，无刷直流电机的驱动端连接导管螺旋桨。
进一步的，水样分析仪器包括一台水体有机物分析仪、一台水体有机污染监测仪和两台在线标定仪，水体有机物分析仪、水体有机污染监测仪和两台在线标定仪分别通过管路连接溢流池出水端。
进一步的，电源模块包括全船推进动力电池组和全船供电电池组，全船推进动力电池组和全船供电电池组沿着船体宽度方向分布设置
进一步的，全船推进动力电池组采用两组48V锂电池组为全船提供推进动力，全船供电电池组采用一组24V锂电池组为全船用电设备供电。
进一步的，无人船体顶部设有毫米波雷达、组合惯导、高清摄像云台和船载天线，毫米波雷达为无人船平台的避障提供障碍物感知信息，组合惯导为无人船平台提供实时位置信息和姿态信息，图传电台利用船载天线实现无人船平台与岸基控制终端之间的指令和数据的无线传输，高清摄像云台用于对无人船周围水上环境的监测。
本发明的有益效果如下：
本发明集成自主航行无人船和自主作业任务系统，通过岸基控制终端能够远程操控无人船到达指定水域开展水质监测，检测结果能够无线传输至岸基，实现了无人化的移动在线监测，同时系统采用模块化设计，使用灵活方便，适用于城市水体复杂多样的特点，能够大大提升城市水体监测的效率。
附图说明
图1为本发明立体图。
图2为本发明主视图。
图3为本发明作业载荷模块控制原理图。
图4为本发明的控制原理图。
其中：100、无人船平台；110、无人船体；120、电源模块；130、自主航行控制模块；131、毫米波雷达；132、组合惯导；133、高清摄像云台；134、船载天线；140、作业载荷模块；141、溢流池；142、废液池；143、蠕动泵；144、吸水管；145、水体有机物分析仪；146、水体有机污染监测仪；147、在线标定仪；150、航行驱动模块；151、无刷直流电机；152、导管螺旋桨；180、转舵模块；200、岸基通信基站；300、岸基控制终端；310、遥控手柄；320、便携式控制箱。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本发明主要包括无人船平台100、岸基通信基站200和岸基控制终端300，岸基控制终端300和岸基通信基站200通过无线信号实现连接，岸基通信基站200和无人船平台100通过无线信号实现连接，岸基控制终端300的控制信号通过岸基通信基站200无线传输到无人船平台100上对无人船平台100进行控制。
如图4所示，岸基控制终端300包括遥控手柄310和便携式控制箱320，遥控手柄310和便携式控制箱320通过无线信号实现连接，遥控手柄310通过岸基通信基站200能够对无人船平台100进行遥控控制，便携式控制箱320通过岸基通信基站200能够对无人船平台100进行航行控制、任务管理、状态监测及数据存储。
如图1和图2所示，无人船平台100包括无人船体110，无人船体110采用复合材料制作，无人船体110底部设有航行驱动模块150，航行驱动模块150包括无刷直流电机151和导管螺旋桨152，无刷直流电机151的驱动端连接导管螺旋桨152。无刷直流电机151工作时能够带动导管螺旋桨152转动，从而驱动无人船体110前进。无人船体110尾部设有两套转舵模块180，转舵模块180能够为无人船体110提供转向能力。
如图2和图3所示，无人船体110内设有作业载荷模块140，作业载荷模块140包括采样装置、溢流池141、水样分析仪器和废液池142。
如图3所示的实施例中，采样装置包括蠕动泵143和吸水管144，蠕动泵143进水端连接吸水管144，吸水管144位于无人船体110艏部，从而保证所采集的水样不受无人船航行波的影响。蠕动泵143出水端通过管路连接溢流池141进水端。
如图3所示，溢流池141进水端设置在顶部，溢流池141出水端设置在底部。溢流池141出水端通过管路连接水样分析仪器。溢流池141溢流端通过管路连接废液池142进水端。
如图3所示的实施例中，水样分析仪器包括一台水体有机物分析仪145、一台水体有机污染监测仪146和两台在线标定仪147，水体有机物分析仪145、水体有机污染监测仪146和两台在线标定仪147分别通过管路连接溢流池141出水端。
如图2所示，无人船体110内设有电源模块120，电源模块120包括全船推进动力电池组121和全船供电电池组122，全船推进动力电池组121和全船供电电池组122沿着船体宽度方向分布设置，全船推进动力电池组121采用两组48V锂电池组为全船提供推进动力，全船供电电池组122采用一组24V锂电池组为全船用电设备供电。
如图1和图2所示，无人船体110内设有自主航行控制模块130，自主航行控制模块130包括工控机、PLC控制单元、图传电台和配电模块，无人船体110顶部设有毫米波雷达131、组合惯导132、高清摄像云台133和船载天线134，工控机为无人船平台100航行和任务规划提供计算决策，毫米波雷达131为无人船平台100的避障提供障碍物感知信息，组合惯导132为无人船平台100提供实时位置信息和姿态信息，图传电台利用船载天线134实现无人船平台100与岸基控制终端之间的指令和数据的无线传输，高清摄像云台133用于对无人船周围水上环境的监测。PLC控制单元能够实现采样装置和水样分析仪器的自动控制。配电模块和电源模块120连接，通过配电模块将电源模块120的电力分配给无人船体110内各个用电设备。
本发明作业流程如下：通过便携式控制箱320远程控制无人船平台100航行至作业水域，无人船平台100接收到作业指令后按预定路线开始航行规划和作业；到达第一个检测点后，采样装置开始自动采水并将采集的水样输送至溢流池141内，再通过溢流池141分别输送至水样分析仪器，水样分析仪器快速对水样进行检测分析，分析后的数据传输至无人船平台100的自主航行控制模块130，并在自主航行控制模块130的工控机内进行数据融合处理，处理后的水质检测数据通过无线通信传输至便携式控制箱320，在便携式控制箱320内进行数据实时展示和检查，第一个检测点作业结束，依次进行后续检测点的作业。
本发明涉及的城市水体移动在线监测系统集成自主航行无人船和自主作业任务系统，通过岸基控制终端能够远程操控无人船到达指定水域开展水质监测，检测结果能够无线传输至岸基，从而实现对城市水环境中的生物源有机污染指标进行无人化的移动在线监测；同时该系统采用模块化设计，使用灵活方便，对复杂多样的城市水域适应能力强，能够实现对城市河道水域的全覆盖，大大提升城市水体监测的效率，有助于增强城市水环境的整治与监管水平。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (7)
1.一种城市水体移动在线监测系统，包括无人船平台(100)、岸基通信基站(200)和岸基控制终端(300)，其特征在于：所述岸基控制终端(300)和岸基通信基站(200)通过无线信号实现连接，岸基通信基站(200)和无人船平台(100)通过无线信号实现连接，岸基控制终端(300)的控制信号通过岸基通信基站(200)无线传输到无人船平台(100)上对无人船平台(100)进行控制；
所述无人船平台(100)包括无人船体(110)，所述无人船体(110)底部设有航行驱动模块(150)，无人船体(110)尾部设有两套转舵模块(180)，无人船体(110)内设有作业载荷模块(140)，作业载荷模块(140)包括采样装置、溢流池(141)、水样分析仪器和废液池(142)；所述采样装置包括蠕动泵(143)和吸水管(144)，蠕动泵(143)进水端连接吸水管(144)，吸水管(144)位于无人船体(110)艏部，蠕动泵(143)出水端通过管路连接溢流池(141)进水端，所述溢流池(141)进水端设置在顶部，溢流池(141)出水端设置在底部，溢流池(141)出水端通过管路连接水样分析仪器，溢流池(141)溢流端通过管路连接废液池(142)进水端；所述无人船体(110)内设有电源模块(120)，无人船体(110)内设有自主航行控制模块(130)，自主航行控制模块(130)包括工控机、PLC控制单元、图传电台和配电模块，工控机为无人船平台(100)航行和任务规划提供计算决策，PLC控制单元能够实现采样装置和水样分析仪器的自动控制，配电模块和电源模块(120)连接，通过配电模块将电源模块(120)的电力分配给无人船体(110)内各个用电设备。
2.如权利要求1所述的一种城市水体移动在线监测系统，其特征在于：所述岸基控制终端(300)包括遥控手柄(310)和便携式控制箱(320)，遥控手柄(310)和便携式控制箱(320)通过无线信号实现连接，遥控手柄(310)通过岸基通信基站(200)能够对无人船平台(100)进行遥控控制，便携式控制箱(320)通过岸基通信基站(200)能够对无人船平台(100)进行航行控制、任务管理、状态监测及数据存储。
3.如权利要求1所述的一种城市水体移动在线监测系统，其特征在于：所述航行驱动模块(150)包括无刷直流电机(151)和导管螺旋桨(152)，无刷直流电机(151)的驱动端连接导管螺旋桨(152)。
4.如权利要求1所述的一种城市水体移动在线监测系统，其特征在于：所述水样分析仪器包括一台水体有机物分析仪(145)、一台水体有机污染监测仪(146)和两台在线标定仪(147)，水体有机物分析仪(145)、水体有机污染监测仪(146)和两台在线标定仪(147)分别通过管路连接溢流池(141)出水端。
5.如权利要求1所述的一种城市水体移动在线监测系统，其特征在于：所述电源模块(120)包括全船推进动力电池组(121)和全船供电电池组(122)，全船推进动力电池组(121)和全船供电电池组(122)沿着船体宽度方向分布设置。
6.如权利要求5所述的一种城市水体移动在线监测系统，其特征在于：所述全船推进动力电池组(121)采用两组48V锂电池组为全船提供推进动力，全船供电电池组(122)采用一组24V锂电池组为全船用电设备供电。
7.如权利要求1所述的一种城市水体移动在线监测系统，其特征在于：所述无人船体(110)顶部设有毫米波雷达(131)、组合惯导(132)、高清摄像云台(133)和船载天线(134)，毫米波雷达(131)为无人船平台(100)的避障提供障碍物感知信息，组合惯导(132)为无人船平台(100)提供实时位置信息和姿态信息，图传电台利用船载天线(134)实现无人船平台(100)与岸基控制终端之间的指令和数据的无线传输，高清摄像云台(133)用于对无人船周围水上环境的监测。
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