CN114013580A - 一种带有无人船的全流域水质监测系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有无人船的全流域水质监测系统及其控制方法，涉及水质监测技术领域，它包括船载体、设置在船载体上的水质监测装置以及设置在船载体与所水质监测装置之间的、用于带动水质监测装置伸缩运动的升降机构；升降机构包括：驱动装置、与驱动装置连接的传动件及与传动件传动连接的升降结构，该传动件在驱动装置的驱动下，能够带动升降结构竖直运动；升降结构远离驱动装置的一端固定有用于供水质监测装置装配的安装部，安装部包括连接块及防护架，水质监测装置安装于连接块与防护架之间；从而使得水质监测装置不仅可以监测浅水区，还可以监测深水区，加强水质监测装置的监测效果；且加强了升降机构能够平稳升降的效果。

Description

一种带有无人船的全流域水质监测系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域，具体是一种带有无人船的全流域水质监测系统及其控制方法。

背景技术

随着工业化和城市化的高速发展，全国性水环境污染日益严重，很多地方已经出现严重的水质性缺水。随着人们对水环境保护意识和要求的提高，对区域湖泊及流域水环境的关注程度愈发强烈。

水质监测是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程，水质监测对整个水环境保护、水污染控制以及维护水环境健康方面都起着至关重要的作用。而近年来广泛应用的水质固定自动站，虽然可以做到时间维度的全覆盖，但空间覆盖极其有限，无法反映整体水环境状况。近年来，国家对发展立体化环境监测、智能环保及环境大数据等方面作出了一系列的顶层规划，明确提出要加快便携、快速、自动监测仪器设备的研发与推广应用。水环境监测领域急需发展智能化的监测手段，提升监测科技水平。

如今的水质监测大多是通过载人电动船载工作人员到需要监测的水域上方，然后再通过水质监测设备对水域进行水质监测，但是通过该种方法不仅需要浪费过多的人力物力，且一些较偏远的水域载人电动船无法达到。然而市面上出现了一种利用无人船技术与水质监测设备进行配合使用；通过无人船内部含有蓄电池组供电给无人船动力系统进行供能，且无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人，使得与水质监测设备与配合使用后，可以自动行驶到需要监测的水域进行水质监测，这样不仅可以节省大量人力物力，且可以监测一些较偏远的水域。

但是现有的水质监测无人船基本是将水质监测设备进行固定，使其受到一定的监测局限，导致检测过程中水质监测设备只能监测浅水区的水质，这样可能会造成水质监测结果偏差过大；且由于现有的水质监测无人船的船身较小，对蓄电池组的置放空间具有一定的限制，导致水质监测无人船的续航时间不够长，使得水质监测无人船难以对较长的监测路线进行监测，导致水质监测无人船的实用性不高；因而有必要针对这类带有无人船的全流域水质监测系统进行研究和改进；为了解决上述问题，故提出本申请的构思。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有无人船的全流域水质监测系统，以解决现有技术存在的上述缺陷中的至少一种。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种带有无人船的全流域水质监测系统，它包括：

船载体、设置在所述船载体上的水质监测装置以及设置在所述船载体与所水质监测装置之间的、用于带动所述水质监测装置伸缩运动的升降机构；

所述升降机构包括：驱动装置、与所述驱动装置连接的传动件及与所述传动件传动连接的升降结构，该传动件在所述驱动装置的驱动下，能够带动所述升降结构竖直运动；

所述升降结构远离所述驱动装置的一端固定有用于供所述水质监测装置装配的安装部，所述安装部包括连接块及防护架，所述水质监测装置安装于所述连接块与所述防护架之间。

本发明的进一步改进，所述船载体上具有用于防护所述驱动装置的防护结构，所述防护结构包括围设于所述驱动装置周围的防护罩及盖设在所述防护罩上密封盖。

本发明的进一步改进，所述防护罩为中空的防护罩，所述防护罩包括设置其内侧周围的凸起的外沿部及设于在该外沿部上的、并靠近所述防护罩的内侧壁一端的凹槽；

所述密封盖一侧周围具有用于与所述凹槽卡合的凸块，该凸块位于靠近所述密封盖的边缘，另一侧周围具有台阶部，且该台阶部靠近所述密封盖的边缘；当所述密封盖的凸块与所述防护罩的凹槽卡合后形成灌胶槽，该灌胶槽位于所述密封盖与所述防护罩之间。

本发明的进一步改进，所述船载体一侧具有用于供所述升降机构装配的安装结构；所述安装结构包括用于供所述升降机构容纳的容置腔、开设在所述容置腔内侧壁的导向槽及与所述导向槽相连通的滑槽。

本发明的进一步改进，所述升降机构还包括固定在升降结构两侧的连接杆及固定在所述连接杆端部的滑块；所述连接杆和所述滑块分别与所述导向槽和所述滑槽滑动连接。

本发明的进一步改进，所述升降结构包括与所述传动件传动连接的升降块及与所述升降块固定的至少两个升降杆，所述升降杆位于所述升降块与所述安装部之间。

本发明的进一步改进，所述船载体内部开设有放置腔，所述放置腔内部设置有蓄电池，所述船载体顶部设置有呈倾斜的太阳能板，所述太阳能板通过导线与所述蓄电池连接。

本发明的进一步改进，所述船载体还包括设置在放置腔内部的控制单元及与该控制单元连接的无线通信单元，所述蓄电池分别与控制单元及所述无线通信单元电连接。

本发明的进一步改进，该全流域水质监测系统还包括后台控制基站，所述后台控制基站包括用于存储无线通信单元传输的数据的数据存储模块、与所述无线通信单元通信连接的通讯模块以及用于分析水质检测数据的数据处理模块。

本发明的另一目的是提供一种带有无人船的全流域水质监测系统的控制方法，其方法包括如下步骤：

S1、后台控制基站规划无人船自动航行路线，到达指定地点后，发出作业指令至控制单元开始作业；

S2、控制单元通过后台控制基站的通讯模块将信号传递给该全流域水质监测系统的无线通信单元；

S3、无线通信单元在接收到信号后，会通过控制单元向水质监测装置发出指令并根据指令作出相应的执行，对水质进行检测；

并且将水质检测数据传送至后台控制基站进行水质数据分析；

S4、通过无线通信单元将检测数据上传至后台控制基站，后台控制基站的数据处理模块经过数据分析后，将数据上传至云端。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

该种带有无人船的全流域水质监测系统，它包括：船载体、设置在所述船载体上的水质监测装置以及设置在所述船载体与所水质监测装置之间的、用于带动所述水质监测装置伸缩运动的升降机构；所述升降机构包括：驱动装置、与所述驱动装置连接的传动件及与所述传动件传动连接的升降结构，该传动件在所述驱动装置的驱动下，能够带动所述升降结构竖直运动；所述升降结构远离所述驱动装置的一端固定有用于供所述水质监测装置装配的安装部，所述安装部包括连接块及防护架，所述水质监测装置安装于所述连接块与所述防护架之间；通过上述设计，使得水质监测装置不仅可以监测浅水区，还可以监测深水区，从而加强水质监测装置的监测效果，且增进了灵活性；其次，通过升降结构与安装结构的配合，加强了升降机构能够平稳升降的效果；再次，通过多块太阳能板将太阳能转换为电能为蓄电池进行蓄电，从而延长船载体的续航时间和保证船载体内用电部件的正常使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体剖面结构示意图；

图3为本发明的侧面剖面结构示意图；

图4为本发明的升降块立体结构示意图；

图5为本发明的安装结构立体结构示意图；

图6为本发明的防护结构爆炸结构示意图；

图7为本发明的密封盖立体结构示意图；

图8为本发明的密封盖与防护罩的组合使用状态结构示意图；

图9为本发明全流域水质监测系统的控制方法的控制原理图。

图中：1、船载体；102、放置腔；103、蓄电池；2、防护结构；201、防护罩；202、密封盖；203、外沿部；204、凹槽；205、凸块；206、台阶部；207、灌胶槽；3、安装结构；301、容置腔；302、导向槽；303、滑槽；304、内侧壁；305、阻挡部；4、配重腔；401、配重块；5、升降机构；501、驱动装置；502、传动件；503、升降结构；5031、升降块；5032、升降杆；504、连接杆；505、滑块；6、安装部；601、连接块；602、防护架；7、水质监测装置；8、太阳能板；9、GPS定位器；10、数据存储器；11、数据传输口；12、控制单元；13、无线通信单元；14、后台控制基站；141、数据存储模块；142、通讯模块；143、数据处理模块；15、动力部。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合具体实施例对本发明作更详细的描述，但本发明的实施方式不限于此，实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于未特别注明的工艺参数或条件，可参照常规技术进行。

请参阅图1-图5所示，本具体实施方式采用的技术方案是：一种带有无人船的全流域水质监测系统，它包括：船载体1、设置在船载体1上的水质监测装置7以及设置在船载体1与所水质监测装置7之间的、用于带动水质监测装置7伸缩运动的升降机构5；升降机构5包括：驱动装置501、与驱动装置501连接的传动件502及与传动件502传动连接的升降结构503，该传动件502在驱动装置501的驱动下，能够带动升降结构503竖直运动；升降结构503远离驱动装置501的一端固定有用于供水质监测装置7装配的安装部6，安装部6包括连接块601及防护架602，水质监测装置7安装于连接块601与防护架602之间；而水质监测装置7可以为UV-COD传感器。

具体的，该防护架602包括底板及与垂直分布在底板边缘的若干固定柱，该固定柱围设在水质监测装置7外侧周围，且该固定柱的一端与底板固定，另一端与连接块601固定，其中，该水质监测装置7可以固定在连接块601上；从而通过防护架602，能够避免外界物体对水质监测装置7的配置，以起到防护的效果。

船载体1一侧具有用于供升降机构5装配的安装结构3；安装结构3包括用于供升降机构5容纳的容置腔301，然而，该升降机构5初始状态下位于容置腔301的内侧，能够起到一定的保护作用，以防止船载体1上岸时，避免于底面接触碰撞的情况；开设在容置腔301内侧壁304的导向槽302及与导向槽302相连通的滑槽303；升降机构5还包括固定在升降结构503两侧的连接杆504及固定在连接杆504端部的滑块505；连接杆504和滑块505分别与导向槽302和滑槽303滑动连接；具体的，该导向槽302一方面，能够起到导向作用，另一方面，具备定位的效果，便于了连接杆504的定位安装。

另外，导向槽302的端部具有用于限位的阻挡部305，且防护结构2的防护罩201底部具有底板，从而在底板及阻挡部305的作用下，能够使得连接杆504限位在防护结构2的底板与阻挡部305之间滑动。

升降结构503包括与传动件502传动连接的升降块5031及与升降块5031固定的至少两个升降杆5032，升降杆5032位于升降块5031与安装部6之间，且该升降杆5032的两端分别与升降块5031及连接块601固定，且该升降杆5032位于传动件502外侧；该传动件502可以为螺纹丝杆，该升降块5031可以为螺母块，然而，在启动驱动装置501时，该驱动装置501能够驱动传动件502转动，将其回转运动转化为直线运动，从而带动升降块5031的竖直运动。

船载体1内部开设有放置腔102，放置腔102内部设置有蓄电池103，船载体1顶部设置有呈倾斜的太阳能板8，太阳能板8通过导线与蓄电池103连接；当船载体1在行驶时，可以通过太阳能板8将太阳能转换为电能为蓄电池103进行蓄电，从而保证蓄电池103有足够的电量，以及延长船载体1的续航时间和保证船载体1内用电部件的正常使用。

优选地，该太阳能板8的材质可以采用多晶硅材料制成，多晶硅材料具有良好的光电转换率，可以在船载体1行驶时，通过太阳能板8将太阳光通过光电效应直接把光能转化成电能为蓄电池103进行蓄电，从而延长船载体1的续航时间；另外，对于太阳能板8来说，可以选用光电转化率可以达到24％的单晶硅材料，可以选用光电转换率只有16％的多晶硅材料，而单晶硅材料的相较于同比例的多晶硅材料而言，制作成本较高，导致单晶硅材料大多不能普遍的应用于现有的太阳能板8的制作中，而多晶硅材料不仅制作成本相较于单晶硅材料较为偏移，且光电转换率只有16％也足以应用于太阳能板8的使用；然而，可以根据用户的需求来制定所需的材料，如，多晶硅材料或单晶硅材料。

请参阅图6-图8所示，该船载体1上具有用于防护驱动装置501的防护结构2，且该驱动装置501固定在防护结构2内，该防护结构2固定在安装结构3的上方，防护结构2包括围设于驱动装置501周围的防护罩201及盖设在防护罩201上密封盖202，该防护罩201呈长方体状；且防护罩201为中空的防护罩201，防护罩201包括设置其内侧周围的凸起的外沿部203及设于在该外沿部203上的、并靠近防护罩201的内侧壁304一端的凹槽204；密封盖202一侧周围具有用于与凹槽204卡合的凸块205，该凸块205位于靠近密封盖202的边缘，另一侧周围具有台阶部206，且该台阶部206靠近密封盖202的边缘；

然而，通过采用防护罩201和密封盖202的配合使用，方便了驱动装置501的安装，且当密封盖202的凸块205与防护罩201的凹槽204卡合后形成灌胶槽207，用于灌胶密封，从而进一步提升了密封性，从而能够有效地防止水从密封盖202进入到防护罩201内，提高了驱动装置501的使用寿命；具体的，该灌胶槽207位于密封盖202与防护罩201之间；其中，外沿部203与凹槽204组合形成L形状。台阶部206呈L形状。

请参阅图2所示，进一步的，船载体1内部开设有配重腔4，配重腔4内部设置有配重块401，该配重块401位于远离安装结构3的一端，由于船载体1动力部15设置在船尾，位于位于安装结构3一侧，通过在配重腔4内设置有配重块401，使得船载体1在水面上行走时，能够增进船载体1的平衡性。

请参阅图9所示，该船载体1还包括设置在放置腔102内部的控制单元12及与该控制单元12连接的无线通信单元13，蓄电池103分别与控制单元12及无线通信单元13电连接；该全流域水质监测系统还包括后台控制基站14，后台控制基站14包括用于存储无线通信单元13传输的数据的数据存储模块141、与无线通信单元13通信连接的通讯模块142以及用于分析水质检测数据的数据处理模块143，从而大大提高了全流域水质检测效率。

请参阅图9所示，该种带有无人船的全流域水质监测系统的控制方法，其方法包括如下步骤：

S1、后台控制基站14规划无人船自动航行路线，到达指定地点后，发出作业指令至控制单元12开始作业；

S2、控制单元12通过后台控制基站14的通讯模块142将信号传递给该全流域水质监测系统的无线通信单元13；

S3、无线通信单元13在接收到信号后，会通过控制单元12向水质监测装置7发出指令并根据指令作出相应的执行，对水质进行检测；

并且将水质检测数据传送至后台控制基站14进行水质数据分析；

S4、通过无线通信单元13将检测数据上传至后台控制基站14，后台控制基站14的数据处理模块143经过数据分析后，将数据上传至云端。

此外，船载体1还包括设置在放置腔102内部设置有GPS定位器9、数据存储器10以及设置在船载体1一侧的数据传输口11，而蓄电池103分别与太阳能板8、GPS定位器9、数据存储器10、数据传输口11电连接，当进行水质监测时，可以利用无线基站和卫星遥感对船载体1的监测路线进行规划和布点，再通过GPS定位器9进行定位配合船载体1能够按照规定的监测路线和布点进行监测，且水质监测装置7监测的水质情况的数值会存储到数据存储器10内，需要说明的是，无线基站技术及卫星遥感技术是本领域技术人员所熟知的技术，再此不再赘述。

进一步的，蓄电池103与水质监测装置7电连接，水质监测装置7的信号输出端与数据存储器10的信号接收端通信连接，当使用水质监测装置7时，通过蓄电池103供能给水质监测装置7，然后将监测的水质情况的数值存储到数据存储器10内，当船载体1监测完毕返航后，可以通过数据传输口11将数据存储器10内的存储的数据进行转移查看。

在本实施例中，当需要对水质监测装置7进行升降时，可以通过蓄电池103供能给驱动装置501驱动传动件502旋转，使得在传动件502转动的作用下，带动升降块5031上下滑动，升降块5031通过升降杆5032带动连接块601和水质监测装置7上下升降，使得水质监测装置7可以监测浅水区和深水区的水质，从而加强了准确性，且防护架602可以防止水质监测装置7受到物体撞击，以及可以避免一些杂质直接覆盖在水质监测装置7上影响检测结果；并且在升降块5031升降的同时，滑块505通过连接杆504也会随着升降块5031的升降在滑槽303内上下滑动，从而保证升降块5031升降时能够平稳升降。

在具体使用过程中，首先通过无线基站和卫星遥感对船载体1的监测路线进行规划和布点，通过船载体1自动行驶至需要监测的水域中，并通过GPS定位器9进行定位配合船载体1能够按照规定的监测路线和布点进行监测，再通过蓄电池103供能给驱动装置501驱动传动件502旋转，在传动件502的作用下，使得升降块5031上下滑动，且升降块5031通过升降杆5032带动连接块601和水质监测装置7上下升降；同时，滑块505通过连接杆504也会随着升降块5031的升降在滑槽303内上下滑动，从而保证升降块5031升降时能够平稳升降；并且使得水质监测装置7可以分别监测浅水区和深水区的水质，从而加强水质监测装置7的监测效果。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。其中，可拆卸安装的方式有多种，例如，可以通过插接与卡扣相配合的方式，又例如，通过螺栓连接的方式等。

以上结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有无人船的全流域水质监测系统，其特征在于，它包括：

船载体(1)、设置在所述船载体(1)上的水质监测装置(7)以及设置在所述船载体(1)与所水质监测装置(7)之间的、用于带动所述水质监测装置(7)伸缩运动的升降机构(5)；

所述升降机构(5)包括：驱动装置(501)、与所述驱动装置(501)连接的传动件(502)及与所述传动件(502)传动连接的升降结构(503)，该传动件(502)在所述驱动装置(501)的驱动下，能够带动所述升降结构(503)竖直运动；

所述升降结构(503)远离所述驱动装置(501)的一端固定有用于供所述水质监测装置(7)装配的安装部(6)，所述安装部(6)包括连接块(601)及防护架(602)，所述水质监测装置(7)安装于所述连接块(601)与所述防护架(602)之间。

2.根据权利要求1所述的带有无人船的全流域水质监测系统，其特征在于，所述船载体(1)上具有用于防护所述驱动装置(501)的防护结构(2)，所述防护结构(2)包括围设于所述驱动装置(501)周围的防护罩(201)及盖设在所述防护罩(201)上密封盖(202)。

3.根据权利要求2所述的带有无人船的全流域水质监测系统，其特征在于，所述防护罩(201)为中空的防护罩(201)，所述防护罩(201)包括设置其内侧周围的凸起的外沿部(203)及设于在该外沿部(203)上的、并靠近所述防护罩(201)的内侧壁(304)一端的凹槽(204)；

所述密封盖(202)一侧周围具有用于与所述凹槽(204)卡合的凸块(205)，该凸块(205)位于靠近所述密封盖(202)的边缘，另一侧周围具有台阶部(206)，且该台阶部(206)靠近所述密封盖(202)的边缘；

当所述密封盖(202)的凸块(205)与所述防护罩(201)的凹槽(204)卡合后形成灌胶槽(207)，该灌胶槽(207)位于所述密封盖(202)与所述防护罩(201)之间。

4.根据权利要求1所述的带有无人船的全流域水质监测系统，其特征在于，所述船载体(1)一侧具有用于供所述升降机构(5)装配的安装结构(3)；所述安装结构(3)包括用于供所述升降机构(5)容纳的容置腔(301)、开设在所述容置腔(301)内侧壁(304)的导向槽(302)及与所述导向槽(302)相连通的滑槽(303)。

5.根据权利要求4所述的带有无人船的全流域水质监测系统，其特征在于，所述升降机构(5)还包括固定在升降结构(503)两侧的连接杆(504)及固定在所述连接杆(504)端部的滑块(505)；所述连接杆(504)和所述滑块(505)分别与所述导向槽(302)和所述滑槽(303)滑动连接。

6.根据权利要求1所述的带有无人船的全流域水质监测系统，其特征在于，所述升降结构(503)包括与所述传动件(502)传动连接的升降块(5031)及与所述升降块(5031)固定的至少两个升降杆(5032)，所述升降杆(5032)位于所述升降块(5031)与所述安装部(6)之间。

7.根据权利要求1所述的带有无人船的全流域水质监测系统，其特征在于，所述船载体(1)内部开设有放置腔(102)，所述放置腔(102)内部设置有蓄电池(103)，所述船载体(1)顶部设置有呈倾斜的太阳能板(8)，所述太阳能板(8)通过导线与所述蓄电池(103)连接。

8.根据权利要求7所述的带有无人船的全流域水质监测系统，其特征在于，所述船载体(1)还包括设置在放置腔(102)内部的控制单元(12)及与该控制单元(12)连接的无线通信单元(13)，所述蓄电池(103)分别与控制单元(12)及所述无线通信单元(13)电连接。

9.根据权利要求8所述的带有无人船的全流域水质监测系统，其特征在于，该全流域水质监测系统还包括后台控制基站(14)，所述后台控制基站(14)包括用于存储无线通信单元(13)传输的数据的数据存储模块(141)、与所述无线通信单元(13)通信连接的通讯模块(142)以及用于分析水质检测数据的数据处理模块(143)。

10.一种带有无人船的全流域水质监测系统的控制方法，其方法包括如下步骤：

S1、后台控制基站(14)规划无人船自动航行路线，到达指定地点后，发出作业指令至控制单元(12)开始作业；

S2、控制单元(12)通过后台控制基站(14)的通讯模块(142)将信号传递给该全流域水质监测系统的无线通信单元(13)；

S3、无线通信单元(13)在接收到信号后，会通过控制单元(12)向水质监测装置(7)发出指令并根据指令作出相应的执行，对水质进行检测；

并且将水质检测数据传送至后台控制基站(14)进行水质数据分析；

S4、通过无线通信单元(13)将检测数据上传至后台控制基站(14)，后台控制基站(14)的数据处理模块(143)经过数据分析后，将数据上传至云端。

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