CN116026627A - 一种组合式采样系统及其采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式采样系统及其采样方法，属于环境监测设备技术领域，包括用于对地表之上指定位置进行采样的采样单元一、用于对水体进行采样的采样单元二和用于对地表内部进行采样的采样单元三，采样单元二和采样单元三均与采样单元一通讯连接，采样单元一接收并储存采样单元二和采样单元三的采样数据。本发明能够实现多环境要素(空气、声、水、土壤等)多位置集成化、自动化采样，提高了适用范围，适用于不同的工作环境。

Description

一种组合式采样系统及其采样方法

技术领域

本发明涉及一种组合式采样系统及其采样方法，属于环境监测设备技术领域。

背景技术

随着科学技术的进步，现代化工业得到了快速的发展，但它是以牺牲环境为代价的。现在环境问题变得日益突出，人们居住的环境开始恶化，工业革命发展至今，已有两百多年的历史，它让世界经济得到了迅猛的发展，让人类文明得以巨大的进步，然而同时它也给世界带来了严重的工业污染，带来了一系列的环境问题，如何在人类文明的发展过程中保护好环境，已经成为人们所关注的焦点。

随着环境污染越来越严重，在环境保护工作中，环境监测起着举足轻重的作用。采样作为基础工作，其水平直接影响到监测结果的准确性，并且环境监测工作涉及到多个环节，如采样、过程保护、实验等，这些环节当中任何一个环节出现误差都会影响到监测结果，而检测结果可以直接反映环境的质量情况，也可以为决策部门的工作开展提供参考。因此，做好采样工作对后续工作的有序开展极为重要。

但是目前现有的监测系统功能不够全面，通常只能对单一地点进行采样，功能较为单一，在针对不同位置进行采样时，需要使用多辆采样车进行搭载不同的采样设备，效率低，且准备时间长，操作麻烦，因此急需进行改进。

公开号为CN112362401A的中国发明专利中公开的一种全自动地下水采样车及使用方法，包括第一支撑架、第二支撑架、压缩气体进入管和水样出水管，所述第一支撑架和第二支撑架之间分别固定安装有第一安装横杆和第二安装横杆，所述第一安装横杆和第二安装横杆之间中央位置处固定安装有安装支架，所述安装支架和第二支撑架之间固定安装有小型发电机，所述第一支撑架的外部左端边沿处固定安装有气囊泵。

上述参考例能够对地下水进行采样，但是其功能较为单一，无法实现多地点的参数采样，因此急需进行改进。

发明内容

为了克服现有的采样装置功能单一、只能对单一参数进行采样等缺点，本发明设计了一种组合式采样系统及其采样方法，其能够实现多要素环境多位置的采样，提高了适用范围，适用于不同的工作环境。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

技术方案一

一种组合式采样系统，包括用于对地表之上指定位置进行采样的采样单元一、用于对水体进行采样的采样单元二和用于对地表内部进行采样的采样单元三，采样单元二和采样单元三均与采样单元一通讯连接，采样单元一接收并储存采样单元二和采样单元三的采样数据。

进一步地，所述采样单元一包括移动采样车，移动采样车内设置有车厢一，车厢一内设置有用于处理和存储采样数据并发送控制指令的核心控制单元、用于提供电能的供电模块、用于对地面之上一定高度位置进行采样的若干采样无人机和用于对地面指定位置进行采样的若干采样机器人，各采样无人机和各采样机器人均与核心控制单元通讯连接。

进一步地，所述车厢一内还设置有用于给采样机器人和采样无人机充电的充电箱，且所述充电箱与供电模块电连接，所述充电箱包括若干个一端开口设置的网格箱，采样机器人和采样无人机均一一对应的设置在各网格箱内。

进一步地，所述网格箱外部固定有指示灯，所述网格箱内部设置有垫板，所述垫板靠近网格箱开口的一端与网格箱内部底端铰接，垫板另一端倾斜向上且末端一体连接有水平的压板，压板底端固定有滑柱一，滑柱一外套设有第一回位弹簧，所述第一回位弹簧两端分别与压板底端和网格箱内部底端连接，网格箱内部底端还设置有与所述滑柱一相适应的第一卡接腔，第一卡接腔底端设置有与指示灯电连接的按钮一。

进一步地，所述网格箱内设置有夹紧组件，所述夹紧组件包括对称设置在网格箱两内侧壁上的夹紧单元；所述夹紧单元包括夹紧板，夹紧板与网格箱内侧壁之间滑动连接有至少一根滑杆，所述滑杆上套接有压紧弹簧，压紧弹簧两端分别与夹紧板和网格箱的内侧壁固定连接；夹紧板固定滑杆的一侧设置有永磁体，网格箱内侧壁上嵌设有与永磁体磁吸连接的电磁块，电磁块通过按钮二控制磁力的大小。

进一步地，所述压板底端固定有滑柱二，滑柱二外套设有第二回位弹簧，所述第二回位弹簧两端分别与压板底端和网格箱内部底端连接，网格箱内部底端还设置有与所述滑柱二相适应的第二卡接腔，按钮二设置在第二卡接腔内部。

进一步地，所述采样机器人包括壳体，还包括：设置在壳体内的控制模块：与核心控制单元通讯连接，用于接收和传输数据并用于发送控制指令；设置在壳体外的防护模块：与控制模块电连接，用于对壳体进行保护；设置在壳体底端的移动模块：与控制模块电连接，用于驱动壳体移动；设置在壳体表面的接口模块：与控制模块电连接，包括若干个与各种采样器连接的对接槽，用于连接采样器进行采样；设置在壳体顶端的机械臂模块：与控制模块电连接，用于启动各采样器的开关按钮。

进一步地，所述采样无人机包括与核心控制单元通讯连接的无人机本体、用于对无人机本体进行定位的GPS定位器和用于拍摄无人机本体周边图像信息的图像采集装置。

进一步地，所述移动采样车内还设置有车厢二，所述采样单元二包括两栖采样船，两栖采样船设置在车厢二内；所述采样单元三包括打桩采样车，打桩采样车与车厢二末端可拆卸连接。

技术方案二

一种基于技术方案一中的多位置采样系统的采样方法，包括如下步骤：

S1：将移动采样车行驶至指定的采样区域附近；

S2：核心控制单元根据监测方案编辑控制指令；

S3：将采样设备安装好采样器，所述采样设备为采样无人机、采样机器人、两栖采样船或打桩采样车中的一种或多种；

S4：核心控制单元向采样设备发送控制指令，其中，控制指令包括采样点坐标、采样因子、采样时间和采样频次；

S5：采样设备根据控制指令移动至采样区域内的采样点并完成采样；

S6：采样完成后，采样设备返回。

与现有技术相比本发明有以下特点和有益效果：

1、本发明通过采样单元一、采样单元二和采样单元三的设置，分别对地表以及地表之上位置、水体和地表内部进行采样，大大拓宽了采样系统的使用范围，并且采样单元二和采样单元三均与采样单元一通讯连接，实现采样信息的汇总，方便快捷。

2、本发明通过充电箱以及网格箱的设置，方便对设备进行充电以及分类，使得设备在不工作时始终能够处于满电状态，便于应对突发的采样工作，并且能够随时将设备回收进行充电，有效延长了采样的工作时间，保证了采样工作的顺利进行。

3、本发明通过垫板、压板以及回位弹簧的设置，在网格箱内放入设备时，压板下压能够触发按钮一或按钮二，进而实现夹紧组件对设备进行限位，同时也能够通过指示灯起到该网格已在使用的警示作用，进一步保证了安全性和使用便利性；通过夹紧组件的设置，方便对设备进行限位，在移动采样车行驶的过程中能够保证设备的位置，防止脱离网格箱，进一步提高安全性。

附图说明

图1是本发明的连接框图；

图2是本发明的连接示意图；

图3是本发明网格箱的侧视剖视图；

图4是本发明网格箱的主视图；

图5是图4的A处的局部放大示意图；

图6是图3的B处的局部放大示意图；

图7是本发明采样机器人的模块连接图。

其中附图标记为：1、移动采样车；101、供电模块；102、核心控制单元；103、采样无人机；104、采样机器人；1041、控制模块；1042、防护模块；1043、移动模块；1044、接口模块；1045、机械臂模块；105、气象采集模块；106、车厢一；107、车厢二；2、两栖采样船；3、打桩采样车；4、充电箱；401、网格箱；402、垫板；403、指示灯；404、滑接腔；405、滑槽；406、第一卡接腔；407、第一回位弹簧；408、滑柱一；409、压板；410、滑柱二；411、第二卡接腔；412、第二回位弹簧；5、夹紧组件；501、电磁块；502、压紧弹簧；503、夹紧板；504、永磁体；505、滑杆；506、滑块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。

如图1至图7所示，一种组合式采样系统，包括用于对地表之上指定位置进行采样的采样单元一、用于对水体进行采样的采样单元二和用于对地表内部进行采样的采样单元三，采样单元二和采样单元三均与采样单元一通讯连接，采样单元一接收并储存采样单元二和采样单元三的采样数据。

从上述描述中可知，本发明的有益效果在于：通过采样单元一、采样单元二和采样单元三的设置，分别对地表以及地表之上位置、水体和地表内部进行采样，大大拓宽了采样系统的使用范围，并且采样单元二和采样单元三均与采样单元一通讯连接，实现采样信息的汇总，方便快捷。

进一步地，如图2所示，采样单元一包括移动采样车1，移动采样车1内设置有车厢一106，车厢一106内设置有用于处理和存储采样数据并发送控制指令的核心控制单元102、用于提供电能的供电模块101、用于对地面之上一定高度位置进行采样的若干采样无人机103和用于对地面指定位置进行采样的若干采样机器人104，各采样无人机103和各采样机器人104均与核心控制单元102通讯连接。

特别的，本实施例中，移动采样车1上搭载有与核心控制单元102电连接的气象采集模块105，用于采集取样区域的气象条件；移动采样车1上还搭载有采样样品保存模块，用于存放采样样品。

从上述描述中可知，通过移动采样车1的设置方便移动，同时也方便搭载采样器以及其他所需部件，方便运输，并通过设置核心控制单元102，方便对采样无人机103和采样机器人104进行控制，实现地面以及地面上方空中的位置进行采样，拓宽采样范围。

进一步地，如图2至图6所示，车厢一106内还设置有用于给采样机器人104和采样无人机103充电的充电箱4，且充电箱4与供电模块101电连接，充电箱4包括若干个一端开口设置的网格箱401，采样机器人104和采样无人机103均一一对应的设置在各网格箱401内。

从上述描述中可知，通过充电箱4以及网格箱401的设置，方便对设备进行充电以及分类，使得设备在不工作时始终能够处于满电状态，便于应对突发的采样工作，并且能够随时将设备回收进行充电，有效延长了采样的工作时间，保证了采样工作的顺利进行。

进一步地，网格箱401外部固定有指示灯403，网格箱401内部设置有垫板402，垫板402靠近网格箱401开口的一端与网格箱401内部底端铰接，垫板402另一端倾斜向上且末端一体连接有水平的压板409，压板409底端固定有滑柱一408，滑柱一408外套设有第一回位弹簧407，第一回位弹簧407两端分别与压板409底端和网格箱401内部底端连接，网格箱401内部底端还设置有与滑柱一408相适应的第一卡接腔406，第一卡接腔406底端设置有与指示灯403电连接的按钮一。

从上述描述中可知，当设备放入网格箱401进行充电时，垫板402在设备重力的作用下下压，进而带动压板409向下压，进而使得滑柱一408向下运动按压按钮一，从而使得指示灯403打开，进而能够警示工作人员该网格箱401内已经有设备在充电；而当取出网格箱401内的设备时，压板409又在第一回位弹簧407的作用下回位，滑柱一408松开按钮一，使得指示灯403熄灭，网格箱401处于可使用状态。

进一步地，网格箱401内设置有夹紧组件5，夹紧组件5包括对称设置在网格箱401两内侧壁上的夹紧单元；夹紧单元包括夹紧板503，夹紧板503与网格箱401内侧壁之间滑动连接有至少一根滑杆505，滑杆505上套接有压紧弹簧502，压紧弹簧502两端分别与夹紧板503和网格箱401的内侧壁固定连接；夹紧板503固定滑杆505的一侧设置有永磁体504，网格箱401内侧壁上嵌设有与永磁体504磁吸连接的电磁块501，电磁块501通过按钮二控制磁力的大小。

本实施例中，如图5所示，夹紧板503内侧壁内设置有滑接腔404，滑接腔404两侧设置有滑槽405，滑杆505滑动伸入滑接腔404的一端设置有与所述滑槽405相适应的滑块506，滑杆505滑动卡在滑接腔404内。

进一步地，压板409底端固定有滑柱二410，滑柱二410外套设有第二回位弹簧412，第二回位弹簧412两端分别与压板409底端和网格箱401内部底端连接，网格箱401内部底端还设置有与滑柱二410相适应的第二卡接腔411，按钮二设置在第二卡接腔411内部。

从上述描述中可知，当按钮二未被按压时，电磁块501始终处于通电状态，进而使得电磁块501有磁力能够吸附永磁体504，进而将夹紧板503吸住，夹紧组件5处于松开状态，当设备放入网格箱401进行充电时，垫板402在设备重力的作用下下压，进而带动压板409向下压，进而使得滑柱二410向下运动按压按钮二，从而使得电磁块501断电失去磁力，从而使得两块夹紧板503在弹簧的作用下夹紧垫板402上方的设备；而当取出网格箱401内的设备时，压板409又在第二回位弹簧412的作用下回位，滑柱二410松开按钮二，电磁块501重新吸附永磁体504松开设备，通过夹紧组件5的设置，方便对放入网格箱401内的设备进行限位，防止设备在颠簸时跑出网格箱401，提高了使用的便利性，并且在本实施例中，将按钮一和按钮二同时设置在网格箱401内部，既能够实现指示灯403亮起，又能够对设备实现夹紧，进一步提高了使用的便利性和安全性。

特别的，夹紧板503的具体结构可根据设备的形状做相应的调整，本实施例中仅以矩形板为例，用于夹紧呈矩形设置的采样机器人104。

进一步地，如图7所示，采样机器人104包括壳体，还包括：

设置在壳体内的控制模块1041：与核心控制单元102通讯连接，用于接收和传输数据并用于发送控制指令；

设置在壳体外的防护模块1042：与控制模块1041电连接，用于对壳体进行保护；

设置在壳体底端的移动模块1043：与控制模块1041电连接，用于驱动壳体移动；

设置在壳体表面的接口模块1044：与控制模块1041电连接，包括若干个与各种采样器连接的对接槽，用于连接采样器进行采样，本实施例中，分别设置有噪声分贝仪、振动仪、电磁辐射仪、辐射剂量仪、气体颗粒物、SO2采样器NOx采样器以及挥发性有机物采样器的对接槽；

设置在壳体顶端的机械臂模块1045：与控制模块1041电连接，用于启动各采样器的开关按钮。

特别的，本实施例中，采样机器人104还包括用于充电的太阳能充电模块和用于照明的照明模块，白天夜晚均能够使用。

从上述描述中可知，通过采样机器人104的设置，方便对地面各处进行采样，且移动方便、安全可靠。

进一步地，采样无人机103包括与核心控制单元102通讯连接的无人机本体、用于对无人机本体进行定位的GPS定位器和用于拍摄无人机本体周边图像信息的图像采集装置。

特别的，本实施例中，采样无人机103上搭载有噪声监测设备、辐射监测设备和气体采样器，方便采样无人机103对指定位置进行采样。

从上述描述中可知，通过采样无人机103的设置，方便对空中的位置进行采样，通过采样无人机103搭载不同的采样器，进而实现采样。

进一步地，移动采样车1内还设置有车厢二107，采样单元二包括两栖采样船2，两栖采样船2设置在车厢二107内；采样单元三包括打桩采样车3，打桩采样车3与车厢二107末端可拆卸连接，本实施例中，打桩采样车3可自主驾驶，并且搭载有钻杆，能钻入地下，地下一定深处处的水样或者泥土进行采样，进一步提高了本装置的适用范围。

从上述描述中可知，两栖采样船2用于对河流进行采样，两栖采样船2可配备若干个标准水样采样器以及流速计、pH值计和溶解氧检测设备。

一种组合式采样系统的采样方法，以采样机器人104为例进行采样，包括如下步骤：

S1：将移动采样车1行驶至指定的采样区域附近；

S2：核心控制单元102根据监测方案编辑控制指令；

S3：将采样机器人104从网格箱401内取出并安装好采样器；

S4：核心控制单元102向采样机器人104发送控制指令，其中，控制指令包括采样点坐标、采样因子、采样时间和采样频次；

S5：采样机器人104根据控制指令移动至采样区域内的采样点并完成采样，具体的，该过程包括采样机器人104反馈自身的位置信息，核心控制单元102判断该位置是否符合采样标准，如果不符合则重新控制采样机器人104移动，

直到位置合适为止；

S6：采样完成后，采样设备返回。

本发明的工作原理：本发明通过采样单元一、采样单元二和采样单元三的设置，分别对地表以及地表之上位置、水体和地表内部进行采样，大大拓宽了采样系统的使用范围，并且采样单元二和采样单元三均与采样单元一通讯连接，实现采样信息的汇总，方便快捷；通过充电箱4以及网格箱401的设置，方便对设备进行充电以及分类，使得设备在不工作时始终能够处于满电状态，便于应对突发的采样工作，并且能够随时将设备回收进行充电，有效延长了采样的工作时间，保证了采样工作的顺利进行；通过垫板402、压板409以及回位弹簧的设置，在网格箱401内放入设备时，压板409下压能够触发按钮一或按钮二，进而实现夹紧组件5对设备进行限位，同时也能够通过指示灯403起到该网格已在使用的警示作用，进一步保证了安全性和使用便利性；通过夹紧组件的设置，方便对设备进行限位，在移动采样车1行驶的过程中能够保证设备的位置，防止脱离网格箱401，进一步提高安全性。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种组合式采样系统，其特征在于：包括用于对地表之上指定位置进行采样的采样单元一、用于对水体进行采样的采样单元二和用于对地表内部进行采样的采样单元三，采样单元二和采样单元三均与采样单元一通讯连接，采样单元一接收并储存采样单元二和采样单元三的采样数据。

2.根据权利要求1所述的一种组合式采样系统，其特征在于：所述采样单元一包括移动采样车(1)，移动采样车(1)内设置有车厢一(106)，车厢一(106)内设置有用于处理和存储采样数据并发送控制指令的核心控制单元(102)、用于提供电能的供电模块(101)、用于对地面之上一定高度位置进行采样的若干采样无人机(103)和用于对地面指定位置进行采样的若干采样机器人(104)，各采样无人机(103)和各采样机器人(104)均与核心控制单元(102)通讯连接。

3.根据权利要求2所述的一种组合式采样系统，其特征在于：所述车厢一(106)内还设置有用于给采样机器人(104)和采样无人机(103)充电的充电箱(4)，且所述充电箱(4)与供电模块(101)电连接，所述充电箱(4)包括若干个一端开口设置的网格箱(401)，采样机器人(104)和采样无人机(103)均一一对应的设置在各网格箱(401)内。

4.根据权利要求3所述的一种组合式采样系统，其特征在于：所述网格箱(401)外部固定有指示灯(403)，所述网格箱(401)内部设置有垫板(402)，所述垫板(402)靠近网格箱(401)开口的一端与网格箱(401)内部底端铰接，垫板(402)另一端倾斜向上且末端一体连接有水平的压板(409)，压板(409)底端固定有滑柱一(408)，滑柱一(408)外套设有第一回位弹簧(407)，所述第一回位弹簧(407)两端分别与压板(409)底端和网格箱(401)内部底端连接，网格箱(401)内部底端还设置有与所述滑柱一(408)相适应的第一卡接腔(406)，第一卡接腔(406)底端设置有与指示灯(403)电连接的按钮一。

5.根据权利要求5所述的一种组合式采样系统，其特征在于：所述网格箱(401)内设置有夹紧组件(5)，所述夹紧组件(5)包括对称设置在网格箱(401)两内侧壁上的夹紧单元；所述夹紧单元包括夹紧板(503)，夹紧板(503)与网格箱(401)内侧壁之间滑动连接有至少一根滑杆(505)，所述滑杆(505)上套接有压紧弹簧(502)，压紧弹簧(502)两端分别与夹紧板(503)和网格箱(401)的内侧壁固定连接；夹紧板(503)固定滑杆(505)的一侧设置有永磁体(504)，网格箱(401)内侧壁上嵌设有与永磁体(504)磁吸连接的电磁块(501)，电磁块(501)通过按钮二控制磁力的大小。

6.根据权利要求5所述的一种组合式采样系统，其特征在于：所述压板(409)底端固定有滑柱二(410)，滑柱二(410)外套设有第二回位弹簧(412)，所述第二回位弹簧(412)两端分别与压板(409)底端和网格箱(401)内部底端连接，网格箱(401)内部底端还设置有与所述滑柱二(410)相适应的第二卡接腔(411)，按钮二设置在第二卡接腔(411)内部。

7.根据权利要求3所述的一种组合式采样系统，其特征在于：所述采样机器人(104)包括壳体，还包括：

设置在壳体内的控制模块(1041)：与核心控制单元(102)通讯连接，用于接收和传输数据并用于发送控制指令；

设置在壳体外的防护模块(1042)：与控制模块(1041)电连接，用于对壳体进行保护；

设置在壳体底端的移动模块(1043)：与控制模块(1041)电连接，用于驱动壳体移动；

设置在壳体表面的接口模块(1044)：与控制模块(1041)电连接，包括若干个与各种采样器连接的对接槽，用于连接采样器进行采样；

设置在壳体顶端的机械臂模块(1045)：与控制模块(1041)电连接，用于启动各采样器的开关按钮。

8.根据权利要求3所述的一种组合式采样系统，其特征在于：所述采样无人机(103)包括与核心控制单元(102)通讯连接的无人机本体、用于对无人机本体进行定位的GPS定位器和用于拍摄无人机本体周边图像信息的图像采集装置。

9.根据权利要求2所述的一种组合式采样系统，其特征在于：所述移动采样车(1)内还设置有车厢二(107)，所述采样单元二包括两栖采样船(2)，两栖采样船(2)设置在车厢二(107)内；所述采样单元三包括打桩采样车(3)，打桩采样车(3)与车厢二(107)末端可拆卸连接。

10.一种基于权利要求1-9所述的组合式采样系统的采样方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：将移动采样车(1)行驶至指定的采样区域附近；

S2：核心控制单元(102)根据监测方案编辑控制指令；

S3：将采样设备安装好采样器，所述采样设备为采样无人机(103)、采样机器人(104)、两栖采样船(2)或打桩采样车(3)中的一种或多种；

S4：核心控制单元(102)向采样设备发送控制指令，其中，控制指令包括采样点坐标、采样因子、采样时间和采样频次；

S5：采样设备根据控制指令移动至采样区域内的采样点并完成采样；

S6：采样完成后，采样设备返回。

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