CN113624930A - 一种黑臭水体分析评价系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种黑臭水体分析评价系统及方法。其中，黑臭水体分析评价系统包括远程控制器和无人机飞行编队，无人机飞行编队包括无人机主机和若干无人机跟随机，无人机主机和无人机跟随机上均设有中控模块以及与其电性连接的电源模块、电机模块、无线通讯模块、定高模块、定位模块和拍摄模块，无线通讯模块还与远程控制器无线连接，每一无人机跟随机上搭载均设有采样吊舱，且采样吊舱与无线通讯模块无线连接。本发明通过无人机编队对水体进行预先探测，判别待测水体需要进行采样的区域，再通过无人机编队进行针对采样，采样精准且全面；通过无人机主机带领无人机跟随机按照预设队形飞行，单位时间内覆盖面积更大，采样效率更高。

Description

一种黑臭水体分析评价系统及方法
技术领域
本发明涉及环境污染监测技术领域，尤其涉及一种黑臭水体分析评价系统及方法。
背景技术
黑臭水体产生原因主要包括以下几个方面：点源污染，即排放口直排、污废水合流制管道雨季溢流、分流制雨水管道初期雨水或旱流水、非常规水源补水等；面源污染，即降水所携带的污染负荷、城乡结合部地区分散式畜禽养殖废水的污染等；内源污染，即底泥污染、生物体污染、漂浮物、悬浮物、岸边垃圾、未清理的水生植物、水华藻类等；其他污染，即城镇污水厂尾水超标、工业企业事故排放、秋季落叶等。对于黑臭水体的治理调查工作，现有做法是人工采样或人工辅助机器采样，但无论何种采样方式，采样点的位置选择都是凭经验判断，对于大型水域而言，在有限的人力物力条件下，采样点的位置很难覆盖全面，因此无法做到精准、全面采样，这将直接影响治理调查工作的准确度。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种黑臭水体分析评价系统及方法，采样精准且全面，采样效率更高。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种黑臭水体分析评价系统，包括远程控制器和无人机飞行编队，无人机飞行编队包括无人机主机和若干无人机跟随机，无人机主机和无人机跟随机上均设有中控模块、电源模块、电机模块、无线通讯模块、定高模块、定位模块和拍摄模块，电源模块、电机模块、无线通讯模块、定高模块、定位模块和拍摄模块均与中控模块电性连接，无线通讯模块还与远程控制器无线连接，每一无人机跟随机上均搭载设有采样吊舱，且采样吊舱与无线通讯模块无线连接。
进一步的，所述采样吊舱为胶囊状，采样吊舱由上至下依次分为舱顶、舱身和舱底，舱顶顶部与升降绳下端连接，舱顶底部设有凸起部，舱身顶部设有与舱顶底部所设凸起部相匹配的凹槽部，凸起部与凹槽部为螺纹连接，舱身内部为空腔结构，凹槽部的底面上设有贯穿至舱身内部的取样孔，取样孔中设有密封盖，舱底中设有取样水泵和电源模块，取样水泵与电源模块连接，舱底外壁上设有进样槽，进样槽通过管道与取样水泵连通，取样水泵通过管道与舱身内部连通。
进一步的，所述舱底底部设有检测槽，检测槽中设有液体传感器，液体传感器与电源模块连接，通过液体传感器检测采样吊舱是否进入水下，进而通过卷线卷线电机控制采样吊舱下降的深度。
进一步的，所述检测槽中还设有温度传感器，温度传感器与电源模块连接，通过温度传感器检测待测水体的温度变化。
进一步的，所述进样槽槽口处设有过滤网，通过过滤网过滤杂物，从而保护取样水泵。
其中，一种黑臭水体分析评价方法，包括以下步骤：
S1、通过远程控制器发出指令，控制无人机主机飞出，对待测水体进行俯瞰扫描，以获取待测水体的轮廓，随后飞回；
S2、根据步骤S1获取的待测水体的轮廓，自动或手动选择无人机跟随机的数量和无人机飞行编队的队形；
S3、通过远程控制器发出指令，控制无人机主机和无人机跟随机飞出，无人机主机带领无人机跟随机按照预先选择的队形飞行，无人机跟随机对待测水体进行俯瞰扫描，以获取待测水体的区域图像，随后飞回；
S4、在远程控制器中对各个无人机跟随机传回的待测水体的区域图像进行去重和拼接处理，整合成一幅完整的待测水域图像；
S5、对步骤S4获取的的待测水域图像进行色域分析，按照不同色域值进行分区，并根据色域值分区，判断待测水体需要进行采样的区域；
S6、根据步骤S5的判断结果，自动或手动选择无人机跟随机的数量和无人机飞行编队的队形；
S7、通过远程控制器发出指令，控制无人机主机和无人机跟随机再次飞出，无人机主机带领无人机跟随机按照预先选择的队形飞行，无人机跟随机通过采样吊舱对待测水体需要进行采样的区域进行采样，随后飞回；
S8、对步骤S7获取的样品进行分析、分级，将分级结果导入远程控制器，标记至待测水域图像的对应区域，获得待测水体的污染评级图。
进一步的，所述无人机编队的队形包括一字型和多圆环形，一字型队形用于对长条形水体进行采样，多圆环形用于对块状水体进行采样。
进一步的，步骤S1中，无人机主机的飞行高度大于50m。
进一步的，步骤S3中，无人机跟随机的飞行高度小于30m。
进一步的，步骤S7中，无人机跟随机的飞行高度小于15m。
本发明的有益效果为：
本发明通过无人机编队对水体进行预先探测，判别待测水体需要进行采样的区域，再通过无人机编队进行针对采样，采样精准且全面；通过无人机主机带领无人机跟随机按照预设队形飞行，单位时间内覆盖面积更大，采样效率更高；将吊舱设计为胶囊状，可以避免吊舱被水草等外物阻碍，利于吊舱在复杂的河道水体中进出水体，同时，吊舱采用分段式设计，采集完成后，取下原舱身保存，换上新舱身即可进行后续取样，既方便保存样品和转移样品，又提高了野外采集作业的效率。
附图说明
附图1为本发明黑臭水体分析评价系统的结构示意图；
附图2为本发明无人机跟随机的结构示意图；
附图3为本发明采样吊舱的结构示意图；
附图4为本发明刮环的结构示意图。
标注说明：1、机翼，2、无人机机体，3、起落架，4、卷线电机，5、卷线盘，6、升降绳，7、采样吊舱，8、支架，9、刮环，10、舱顶，11、舱身，12、舱底，13、凸起部，14、凹槽部，15、取样孔，16、密封盖，17、进样槽，18、过滤网，19、取样水泵，20、电源模块，21、检测槽，22、液体传感器，23、温度传感器，24、刷毛。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
请参阅图1-2所示，一种黑臭水体分析评价系统，包括远程控制器和无人机飞行编队，无人机飞行编队包括无人机主机和若干无人机跟随机，无人机主机和无人机跟随机上均设有中控模块、电源模块、电机模块、无线通讯模块、定高模块、定位模块和拍摄模块，电源模块、电机模块、无线通讯模块、定高模块、定位模块和拍摄模块均与中控模块电性连接，无线通讯模块还与远程控制器无线连接，每一无人机跟随机上均搭载设有采样吊舱7，且采样吊舱7与无线通讯模块无线连接。
请参阅图2所示，无人机主机和无人机跟随机均包括无人机机体2、设置在无人机机体2顶部的机翼1以及设置在无人机机体2底部的起落架3。无人机跟随机的起落架3上设有升降机构，升降机构包括卷线电机4、卷线盘5和升降绳6，卷线电机4设置在无人机机体2底部所设起落架3上，卷线盘5设置在卷线电机4的输出轴上，升降绳6上端与卷线盘5固定连接并卷绕设置在卷线盘5上，升降绳6下端与采样吊舱7连接。卷线电机4的工作指令来自无人机机体2，获得工作指令后，卷线电机4驱动卷线盘5转动，使升降绳6在卷线盘5上卷绕，带动采样吊舱7升降。
上述技术方案，起落架3上设有用于清洁升降绳6的刮除机构，刮除机构包括支架8和刮环9，刮环9通过支架8水平设置在卷线电机4下方，升降绳6穿过刮环9。当升降绳6相对刮环9运动时，将刮除升降绳6上的浮藻等异物，对升降绳6进行自动清洁。优选的是，所述刮环9中沿其内环面周向均匀设有若干刷毛24，形成环向毛刷结构，毛刷结构可以避免升降绳6与刮环9内壁接触，减少升降绳6的磨损。
请参阅图3所示，采样吊舱7为胶囊状，采样吊舱7由上至下依次分为舱顶10、舱身11和舱底12。舱顶10顶部与升降绳6下端连接，舱顶10底部设有凸起部13，舱身11顶部设有与舱顶10底部所设凸起部13相匹配的凹槽部14，凸起部13与凹槽部14为螺纹连接，也就是说，舱顶10与舱身11为螺纹连接。舱身11内部为空腔结构，凹槽部14的底面上设有贯穿至舱身11内部的取样孔15，取样孔15中设有密封盖16，密封盖16上设有密封垫(图中未示出)。暂存样品时，将舱身11(含舱身11和舱底12)倒置放置即可；收集样品时，打开密封盖16，将舱身11内部的水体倒出至容器中即可。舱底12中设有取样水泵19和电源模块20，取样水泵19与电源模块20连接，舱底12外壁上设有进样槽17，进样槽17通过管道与取样水泵19连通，取样水泵19通过管道与舱身11内部连通。取样水泵19的工作指令来自于无人机机体2，获得工作指令后，取样水泵19从进样槽17泵水至舱身11内部，实现水体采样。
上述技术方案，所述进样槽17槽口处设有过滤网18，通过过滤网18过滤杂物，从而保护取样水泵19。需要说明的是，过滤网18不可以过密，以免取样不完全。
上述技术方案，舱底12底部设有检测槽21，检测槽21中设有液体传感器22，液体传感器22与电源模块20连接，通过液体传感器22检测采样吊舱7是否进入水下，进而通过卷线电机4控制采样吊舱7下降的深度。在更进一步的实施例中，所述检测槽21中还设有温度传感器23，温度传感器23与电源模块20连接，通过温度传感器23检测待测水体的温度。
本发明将采样吊舱7设计为胶囊状，可以避免采样吊舱7被水草等外物阻碍，利于采样吊舱7在复杂的河道水体中进出水体，同时，采样吊舱7采用分段式设计，采集完成后，取下原舱身11(含舱身11和舱底12)保存，换上新舱身11(含舱身11和舱底12)即可进行后续取样，既方便保存样品和转移样品，又提高了野外采集作业的效率。
实施例2：
请参阅图1-2所示，一种黑臭水体分析评价方法，包括以下步骤：
S1、通过远程控制器发出指令，控制无人机主机飞出，对待测水体进行俯瞰扫描(功能实现元件为拍摄模块)，以获取待测水体的轮廓，随后飞回。步骤S1中，无人机主机的飞行高度大于50m，保证全面覆盖待测水体。
S2、根据步骤S1获取的待测水体的轮廓，自动或手动选择无人机跟随机的数量和无人机飞行编队的队形(功能实现元件为远程控制器)。其中，无人机编队的队形包括一字型和多圆环形，一字型队形用于对长条形水体进行采样，多圆环形用于对块状水体进行采样。
S3、通过远程控制器发出指令，控制无人机主机和无人机跟随机飞出，无人机主机带领无人机跟随机按照预先选择的队形飞行，无人机跟随机对待测水体进行俯瞰扫描(功能实现元件为拍摄模块)，以获取待测水体的区域图像，随后飞回。步骤S3中，无人机跟随机的飞行高度小于30m，保证所获取待测水体图像的清晰度。
S4、在远程控制器中对各个无人机跟随机传回的待测水体的区域图像进行去重和拼接处理，整合成一幅完整的待测水域图像(功能实现元件为远程控制器)。
S5、对步骤S4获取的的待测水域图像进行色域分析，按照不同色域值进行分区，并根据色域值分区，判断待测水体需要进行采样的区域(功能实现元件为远程控制器)。
S6、根据步骤S5的判断结果，自动或手动选择无人机跟随机的数量和无人机飞行编队的队形(功能实现元件为远程控制器)。
S7、通过远程控制器发出指令，控制无人机主机和无人机跟随机再次飞出，无人机主机带领无人机跟随机按照预先选择的队形飞行，无人机跟随机通过采样吊舱7对待测水体需要进行采样的区域进行采样，随后飞回。步骤S7中，无人机跟随机的飞行高度小于15m，保证采样吊舱7正常进出待测水体。
S8、对步骤S7获取的样品进行分析、分级，将分级结果导入远程控制器，标记至待测水域图像的对应区域，获得待测水体的污染评级图。
本发明通过无人机编队对水体进行预先探测，判别待测水体需要进行采样的区域，再通过无人机编队进行针对采样，采样精准且全面；通过无人机主机带领无人机跟随机按照预设队形飞行，单位时间内覆盖面积更大，采样效率更高。
当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种黑臭水体分析评价系统，其特征在于：包括远程控制器和无人机飞行编队，无人机飞行编队包括无人机主机和若干无人机跟随机，无人机主机和无人机跟随机上均设有中控模块、电源模块、电机模块、无线通讯模块、定高模块、定位模块和拍摄模块，电源模块、电机模块、无线通讯模块、定高模块、定位模块和拍摄模块均与中控模块电性连接，无线通讯模块还与远程控制器无线连接，每一无人机跟随机上均搭载设有采样吊舱，且采样吊舱与无线通讯模块无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种黑臭水体分析评价系统，其特征在于：所述采样吊舱为胶囊状，采样吊舱由上至下依次分为舱顶、舱身和舱底，舱顶顶部与升降绳下端连接，舱顶底部设有凸起部，舱身顶部设有与舱顶底部所设凸起部相匹配的凹槽部，凸起部与凹槽部为螺纹连接，舱身内部为空腔结构，凹槽部的底面上设有贯穿至舱身内部的取样孔，取样孔中设有密封盖，舱底中设有取样水泵和电源模块，取样水泵与电源模块连接，舱底外壁上设有进样槽，进样槽通过管道与取样水泵连通，取样水泵通过管道与舱身内部连通。
3.根据权利要求2所述的一种黑臭水体分析评价系统，其特征在于：所述舱底底部设有检测槽，检测槽中设有液体传感器，液体传感器与电源模块连接，通过液体传感器检测采样吊舱是否进入水下，进而通过卷线卷线电机控制采样吊舱下降的深度。
4.根据权利要求3所述的一种黑臭水体分析评价系统，其特征在于：所述检测槽中还设有温度传感器，温度传感器与电源模块连接，通过温度传感器检测待测水体的温度变化。
5.根据权利要求2所述的一种黑臭水体分析评价系统，其特征在于：所述进样槽槽口处设有过滤网，通过过滤网过滤杂物，从而保护取样水泵。
6.一种黑臭水体分析评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过远程控制器发出指令，控制无人机主机飞出，对待测水体进行俯瞰扫描，以获取待测水体的轮廓，随后飞回；
S2、根据步骤S1获取的待测水体的轮廓，自动或手动选择无人机跟随机的数量和无人机飞行编队的队形；
S3、通过远程控制器发出指令，控制无人机主机和无人机跟随机飞出，无人机主机带领无人机跟随机按照预先选择的队形飞行，无人机跟随机对待测水体进行俯瞰扫描，以获取待测水体的区域图像，随后飞回；
S4、在远程控制器中对各个无人机跟随机传回的待测水体的区域图像进行去重和拼接处理，整合成一幅完整的待测水域图像；
S5、对步骤S4获取的的待测水域图像进行色域分析，按照不同色域值进行分区，并根据色域值分区，判断待测水体需要进行采样的区域；
S6、根据步骤S5的判断结果，自动或手动选择无人机跟随机的数量和无人机飞行编队的队形；
S7、通过远程控制器发出指令，控制无人机主机和无人机跟随机再次飞出，无人机主机带领无人机跟随机按照预先选择的队形飞行，无人机跟随机通过采样吊舱对待测水体需要进行采样的区域进行采样，随后飞回；
S8、对步骤S7获取的样品进行分析、分级，将分级结果导入远程控制器，标记至待测水域图像的对应区域，获得待测水体的污染评级图。
7.根据权利要求6所述的一种黑臭水体分析评价方法，其特征在于：所述无人机编队的队形包括一字型和多圆环形，一字型队形用于对长条形水体进行采样，多圆环形用于对块状水体进行采样。
8.根据权利要求6所述的一种黑臭水体分析评价方法，其特征在于：步骤S1中，无人机主机的飞行高度大于50m。
9.根据权利要求6所述的一种黑臭水体分析评价方法，其特征在于：步骤S3中，无人机跟随机的飞行高度小于30m。
10.根据权利要求6所述的一种黑臭水体分析评价方法，其特征在于：步骤S7中，无人机跟随机的飞行高度小于15m。
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