CN113009100A - 一种基站式无人机流域水环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水环境监测领域，尤其涉及一种基站式无人机流域水环境监测系统，包括依次通信连接的控制平台、至少一个基站和无人机；控制平台用于监控基站的运行状况、确定指定流域内监测信息并将监测信息发送至基站；基站用于根据监测信息发送监测指令至多台无人机、接收每台无人机反馈的水质监测信息并将水质监测信息发送至控制平台；每台无人机均用于根据监测指令飞行至采样点后分析指定流域水环境并水质取样。本发明提出的一种基站式无人机流域水环境监测系统，解决了现有的方法存在监测效率不高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水环境监测领域，尤其涉及一种基站式无人机流域水环境监测系统。
背景技术
流域水环境具有涉及范围广，上下游之间污染物流动量大，污染源种类多等因素，流域监测难度大。水质监测的传统方法中，需要工作人员到实地采样，同时要求携带监测设备指定地点抽取水样，然后使用仪器检测水质或将水质样品带回实验室分析。该方法测量流域的范围较小、效率底、灵活性较低、恶劣的检测环境危害人体健康。
发明内容
本发明提出一种基站式无人机流域水环境监测系统，以解决现有的方法存在监测效率不高的问题。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种基站式无人机流域水环境监测系统，包括依次通信连接的控制平台、至少一个基站和无人机；
控制平台被配置为：监控基站的运行状况；确定指定流域内监测信息并将监测信息发送至基站，其中所述监测信息包括采样点的数量、位置以及监测任务；
所述基站被配置为：根据所述监测信息发送监测指令至多台无人机，其中无人机的数量与采样点的数量相同；接收每台无人机反馈的水质监测信息并将监测信息发送至控制平台；
每台所述无人机均被配置为：根据监测指令飞行至采样点后分析指定流域水环境并水质取样。
优选的是，所述无人机包括中央控制模块、动力模块、能源模块、传感器模块、第一通讯模块、检测模块、有机玻璃采水器、测距模块和摄像模块，所述动力模块、能源模块、传感器模块、通讯模块、检测模块、有机玻璃采水器、测距模块和摄像模块均与所述中央控制模块连接；
所述动力模块用于驱动无人机的飞行；所述传感器模块用于读取传感器部件的传感数据；所述第一通讯模块用于接收基站发送的监测指令并将水质监测信息反馈至基站；所述检测模块用于将分析得到的水质监测信息反馈至中央控制模块，所述水质监测信息包括PH值、溶解氧数据、电导量、浊度数据和温度数据；所述有机玻璃采水器用于水质的采集；测距模块用于无人机航行过程中躲避障碍物；摄像模块用于获取实时监测影像。
优选的是，所述无人机为多旋翼型无人机。
优选的是，所述能源模块为锂电池组。
优选的是，所述传感器部件包括GPS、加速计、磁罗盘，所述检测模块为水质检测仪。
优选的是，所述通讯模块采用轻量级Mavlink协议。
优选的是，基站包括主控模块、电源模块、第二通讯模块、第三通讯模块和无人机起降平台，所述电源模块、第二通讯模块、第三通讯模块和无人机起降平台均与主控模块连接；
所述主控模块用于监控基站运行状态，控制无人机起降平台；所述电源模块用于为基站提供电能；第三通讯模块与控制平台通讯连接；所述无人机起降平台包括起降坪和无人机库；所述第二通讯模块与第一通讯模块连接，用于向第一通讯模块发送监测指令，并接收无人机反馈的水质监测信息。
优选的是，控制平台包括大屏显示、监控中心、第四通讯模块和应急指挥车，监控中心用于确定所有无人机的监测任务、监控所有基站的运行状况；大屏显示展示用于显示基站信息和水质监测信息，应急指挥车用于基站监测范围内突发流域水质污染事件。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明集水质取样和监测于一体，具有流域水环境在线监测及污染溯源的功能。采用无人机、基站和控制平台组成流域水环境监测系统，降低人为采样的风险，减少地面固定监测站点数量，降低了建设和维护成本，提高了数据获取的便捷性和经济性。具有污染溯源能力，为流域水污染治理提供数据支撑。
附图说明
图1为本发明水环境监测系统的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
实施例1：如图1所示，一种基站式无人机流域水环境监测系统，包括多架无人机、基站、控制平台。无人机与基站相连，基站与控制平台相连。无人机的个数与流域内采样点的个数相同，每架无人机对应一个采样点。由于流域水环境具有涉及范围广，上下游之间污染物流动量大，污染源种类多等因素，流域监测难度大。在监测时采用多架无人机多点同时取样和监测，能够提高监测效率。
无人机为多旋翼，无人机包括中央控制模块、动力模块、能源模块、传感器模块、第一通讯模块、检测模块、测距模块和摄像模块。中央控制模块搭载运算快、稳定、功耗低的处理器，可以接入多种监测类传感器，并能产生多路信息输出，适合无人机复杂系统的控制。在动力模块中，飞行控制命令通过处理器传输信号至电调器，电调器将指令信号转换为电流信号，无人机上面电机的转速就是根据通过的电流大小控制，中央控制模块输出指令到动力模块从而实现驱动无人机的功能。能源模块为锂电池组，对电池的电压电流检测并通过SOC估算，可以提高无人机的安全性和稳定性。传感器模块读取GPS、加速计、磁罗盘等传感器部件数据，并将数据传输至处理器处理，提供处理器控制飞行的数据依据。第一通讯模块采用轻量级Mavlink协议，该协议优点是可以被遥控接收器、飞控程序、计算机、手机APP程序使用。在检测模块中，处理器通过电缆与水质检测仪器通信，水质检测仪器对探头传输的PH值、溶解氧、电导量、浊度、温度等数据进行分析及记录得到水质监测信息，并将记录的水质监测信息反馈至主控处理器。同时配置了有机玻璃采水器，将采集点的水质一起储存带回。测距模块用于无人机航行过程中躲避障碍物，避免误撞；摄像模块用于获取实时监测影像，用于远程控制平台调整航迹路线。
基站包括主控模块、电源模块、第二通讯模块、第三通讯模块和无人机起降平台，主要用于无人机存放、起降、充电和维护等工作。其中电源模块、基站通信模块、无人机起降平台、无线通信模块分别与主控模块相连接。基站主控模块用于监控基站运行状态，控制无人机起降平台；电源模块为基站提供电能；第二通讯模块与控制平台通讯；无人机起降平台包括起降坪和无人机库；第三通信模块与无人机无线通讯，第三通信模块向无人机的第一通讯模块发送指令，接收无人机发送的高度、位置、影像、水质监测数据等信息。
控制平台包括大屏显示、监控中心、第四通讯模块和应急指挥车，监控中心规划所有无人机监测任务、监控基站的运行状况，大屏显示用于显示基站信息和监测水质参数数值，应急指挥车主要用于基站监测范围内突发流域水质污染事件，应急指挥车到污染地点开展更加详细的监测，迅速查找污染来源，防治污染进一步扩大，为制定详细的治理方案提供有效的数据支撑。
控制平台确定流域水环境内采样点的个数、位置以及无人机的监测任务，监测任务包括水质采样及水质的检测，并通过第四通讯模块监测信息发送至基站，基站根据接收到的监测任务以及采样点的个数、位置后，指派相对应的无人机去执行监测任务，无人机的中央控制模块收到监测指令后飞行至采样点，控制水质检测仪器对探头传输的PH值、溶解氧、电导量、浊度、温度等数据进行分析及记录，并将水质监测信息反馈至基站，基站再将水质监测信息反馈至控制平台。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基站式无人机流域水环境监测系统，其特征在于：包括依次通信连接的控制平台、至少一个基站和无人机；
控制平台被配置为：监控基站的运行状况；确定指定流域内监测信息并将监测信息发送至基站，其中所述监测信息包括采样点的数量、位置以及监测任务；
所述基站被配置为：根据所述监测信息发送监测指令至无人机，其中无人机的数量与采样点的数量相同；接收每台无人机反馈的水质监测信息并将水质监测信息发送至控制平台；
每台所述无人机均被配置为：根据监测指令飞行至采样点后分析指定流域水环境并储存水质。
2.根据权利要求1所述一种基站式无人机流域水环境监测系统，其特征在于：所述无人机包括中央控制模块、动力模块、能源模块、传感器模块、第一通讯模块、检测模块、有机玻璃采水器、测距模块和摄像模块，所述动力模块、能源模块、传感器模块、通讯模块、检测模块、有机玻璃采水器、测距模块和摄像模块均与所述中央控制模块连接；
所述动力模块用于驱动无人机的飞行；所述传感器模块用于读取传感器部件的传感数据；所述第一通讯模块用于接收基站发送的监测指令并将水质监测信息反馈至基站；所述检测模块用于将分析得到的水质监测信息反馈至中央控制模块，所述水质监测信息包括PH值、溶解氧数据、电导量、浊度数据和温度数据；所述有机玻璃采水器用于水质的采集；测距模块用于无人机航行过程中躲避障碍物；摄像模块用于获取实时监测影像。
3.根据权利要求2所述一种基站式无人机流域水环境监测系统，其特征在于：所述无人机为多旋翼型无人机。
4.根据权利要求3所述一种基站式无人机流域水环境监测系统，其特征在于：所述能源模块为锂电池组。
5.根据权利要求4所述一种基站式无人机流域水环境监测系统，其特征在于：所述传感器部件包括GPS、加速计、磁罗盘，所述检测模块为水质检测仪。
6.根据权利要求5所述一种基站式无人机流域水环境监测系统，其特征在于：所述通讯模块采用轻量级Mavlink协议。
7.根据权利要求2所述一种基站式无人机流域水环境监测系统，其特征在于：基站包括主控模块、电源模块、第二通讯模块、第三通讯模块和无人机起降平台，所述电源模块、第二通讯模块、第三通讯模块和无人机起降平台均与主控模块连接；
所述主控模块用于监控基站运行状态，控制无人机起降平台；所述电源模块用于为基站提供电能；第三通讯模块与控制平台通讯连接；所述无人机起降平台包括起降坪和无人机库；所述第二通讯模块与第一通讯模块连接，用于向第一通讯模块发送监测指令，并接收无人机反馈的水质监测信息。
8.根据权利要求1所述一种基站式无人机流域水环境监测系统，其特征在于：控制平台包括大屏显示、监控中心、第四通讯模块和应急指挥车，监控中心用于确定所有无人机的监测任务、监控所有基站的运行状况；大屏显示用于显示基站信息和水质监测信息，应急指挥车用于基站监测范围内突发流域水质污染事件。
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