CN206171740U - 一种用于水质监测的智能巡航船 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水质监测领域。本实用新型的目的是提供一种高自动化的用于水质监测的智能巡航船。采用的技术方案是：一种用于水质监测的智能巡航船，包括船体、设置在船体上的控制主机及设置在船体上并由控制主机控制的推进机构、检测机构、智能导向机构、采样取证机构。所述推进机构、检测机构、智能导向机构、采样取证机构均由位于船体内部的蓄电池供电。所述控制主机与水质监测中心通讯连接。本实用新型能够实现水域的自动巡航，对监测到的水质数据进行综合分析处理，实现了对水质异常点的实时定位。同时可将异常信息及时反馈至水质监测中心，并对异常点进行水样采集留证，具有极高的自动化水平。

Description

一种用于水质监测的智能巡航船

技术领域

本实用新型属于水质监测领域，具体涉及一种用于水质监测的智能巡航船。

背景技术

地表水域污染目前是环保的重要问题，相应水域断面达标是各地方政府环保工作的主要目标。但是地表水域广阔，定点的水质监测站难以对较大的水域面积的空间变化进行较为详细的了解，这样给水域水质的变化机理研究带来很多实际困难。同时，很多水域出现污水偷排现象，靠人力巡查难以开展，特别是晚上时间。所以，对较大水域进行水质变动信息的掌握不仅有利于水域治理潜在规律的掌握，也有利于污水偷排现象的观测。

目前，现有技术中也出现了一些能对水质变动信息进行检测的方案，但这些方案均存在一定的缺陷。如专利CN 102818884 A公开的“一种违规排污口的定位方法”，其河道巡航的设备为鱼形机器人，但其没有形成智能移动功能，这样不能在相应水域进行智能巡航，那么就很难对潜在的排污点进行排查。同时，该专利所述移动监测部件内置正常水质最低标准参数。实际情况，水域任何水质数据可能存在一天的昼夜差、四季的季节差等变化情况，不存在固定的最低标准参数，如果在检测时不综合具体的温度、湿度等参数，而只能通过检测值与标准参数进行对比，常常出现误检测的情况。专利CN 102700695发明的“河道违规排污侦测机器鱼”，其使用水质传感器对排污口进行精确定位，实际上河道的排污口不是固定的，需要通过一系列参数的综合分析去确定排污口，而传感器只能测定一些数据，所以该发明不能侦测到违规的排污口。

同时，由于现有的水质检测设备均不具备现场取样留证的功能，即使发现排污口，也只是简单的将数据反馈至监控中心，导致后期在对违规企业进行处罚时缺乏必要的凭证，为执法部门带来极大的不便。另外，现有的用于水质检测的移动设备，其动力均来自于蓄电池存储的电能，而不能对风能、太阳能进行合理的利用，造成巡航船的连续工作时间较短，无法进行持续巡航。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高自动化的用于水质监测的智能巡航船。

为实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于水质监测的智能巡航船，包括船体、设置在船体上的控制主机及设置在船体上并由控制主机控制的推进机构、检测机构、智能导向机构、采样取证机构。所述推进机构、检测机构、智能导向机构、采样取证机构均由位于船体内部的蓄电池供电。所述控制主机与水质监测中心通讯连接。

优选的，所述检测机构包括设置在船体上的暂存箱和位于暂存箱内的水质检测仪器。所述船体底部设置进水口和排水口，所述进水口和排水口分别通过管路与暂存箱连通，所述暂存箱与进水口之间的管路上设置第一水泵，暂存箱与排水口之间的管路上设置第二水泵。所述第一水泵和第二水泵的信号输入端分别与控制主机的信号输出端连接。

优选的，所述智能导向机构包括设置在船体上的GPS接收机和设置在船体上的探测雷达，所述GPS接收机和探测雷达的信号输出端分别与控制主机的信号输入端连接。

优选的，所述采样取证机构包括多个设置在船体上的采样盒，所述采样盒分别通过管路与暂存箱连通，所述采样盒与暂存箱之间的管路上设置第三水泵，所述第三水泵的信号输入端与控制主机的信号输出端连接。所述采样取证机构还包括设置在船体上的摄像机，所述摄像机的信号输入端和信号输出端分别与控制主机的信号输出端和信号输入端连接。

优选的，所述暂存箱和采样盒之间的管路由主干管路和多根与主干管路连通的分支管路构成，所述主干管路上设置第三水泵，所述每一根分支管路上均设置一个电磁阀，所述电磁阀的信号输入端与控制主机的信号输出端连接。

优选的，所述船体上还设置有信号接收器和信号发射器，所述信号接收器的信号输出端与控制主机的信号输入端连接，所述信号发射器的信号输入端与控制主机的信号输出端连接。所述船体上还设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池电性连接。

优选的，所述检测机构还包括设置在船体上的温湿度传感器。所述温湿度传感器的信号输出端与控制主机的信号输入端连接。

优选的，所述推进机构包括设置在船体上并由控制主机控制的螺旋推进器、方向舵和风力自适应组件。所述风力自适应组件包括设置在船体甲板上的旋转平台和固定在旋转平台上的风帆。所述旋转平台由第一步进电机驱动，所述第一步进电机的信号输入端与控制主机的信号输出端连接。所述风力自适应组件还包括设置在船体上的风向风速仪，所述风向风速仪的信号输出端与控制主机的信号输入端连接。

优选的，所述风帆包括固定设置在旋转平台上的空心立柱，所述空心立柱的外侧壁上固定设置两组导向杆组且两组导向杆组以空心立柱为中心对称分布，每组导向杆组分别由一根沿空心立柱径向延伸的上导向杆和一根与上导向杆平行的下导向杆构成。所述每组导向杆组上适配一个滑动条，所述滑动条的上端和下端分别设置导向孔并通过导向孔套设在上导向杆和下导向杆上。所述上导向杆和下导向杆上分别套设螺旋弹簧，所述螺旋弹簧位于滑动条与空心立柱之间。所述空心立柱内部设置第二步进电机和由第二步进电机驱动的卷轴，所述第二步进电机的信号输入端与控制主机的信号输出端连接。所述上导向杆和下导向杆之间的空心立柱侧壁上设置贯穿空心立柱内外表面的开口。帆布的一端与滑动条固接，另一端穿过开口与卷轴固接。

优选的，所述上导向杆和下导向杆远离空心立柱的一端固定设置限位块。所述摄像机固定设置在空心立柱的顶端。

本实用新型的有益效果集中体现在，能够实现水域的自动巡航，对监测到的水质数据进行综合分析处理，实现了对水质异常点的实时定位。同时可将异常信息及时反馈至水质监测中心，并对异常点进行水样采集留证，具有极高的自动化水平。具体来说，本实用新型在使用过程中，推进机构用于对船体进行推进，智能导向机构用于对船体的行径路线进行导航。使用者可直接在控制主机内预设巡航路线或通过控制中心实时发布巡航路线，在导向机构和推进机构的配合下实现船体的智能巡航。检测机构用于对水质信息进行检测，并将检测的信息传输至控制主机，从而对水质信息进行综合分析处理，便于准确快速的确定水质异常点。在检测机构检测到水质异常点后，采样取证机构可对水样进行采集留证，一方面实现了检测信息的可追溯，另一方面也便于后期执法工作的展开。因此，本实用新型具备高自动化水平，智能化程度极高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为帆布的安装示意图；

图3为图2中所示结构帆布缩回时的结构示意图；

图4为本实用新型的控制原理图。

具体实施方式

结合图1-4所示的一种用于水质监测的智能巡航船，包括船体1、设置在船体1上的控制主机8及设置在船体1上并由控制主机8控制的推进机构、检测机构、智能导向机构、采样取证机构。所述推进机构、检测机构、智能导向机构、采样取证机构均由位于船体1内部的蓄电池2供电。所述控制主机8与水质监测中心通讯连接。本实用新型在使用过程中，推进机构用于对船体1进行推进，智能导向机构用于对船体1的行径路线进行导航。使用者可直接在控制主机8内预设巡航路线或通过控制中心实时发布巡航路线，在导向机构和推进机构的配合下实现船体1的智能巡航。检测机构用于对水质信息进行检测，并将检测的信息传输至控制主机8，从而对水质信息进行综合分析处理，便于准确快速的确定水质异常点。在检测机构检测到水质异常点后，采样取证机构可对水样进行采集留证，一方面实现了检测信息的可追溯，另一方面也便于后期执法工作的展开。因此，本实用新型具备高自动化水平，智能化程度极高。

本实用新型的检测机构在对水质进行监测时主要分为两种情况，一种是检测机构直接伸入水体中对水质进行检测，这种情况下检测机构通常是直接搭载在船体1上的各种检测探头，探头直接伸入水域的水体中进行检测。另一种情况是在定点巡航的状态下，检测机构对每个检测点进行检测，例如：在巡航中，每隔50米、100米等进行一次检测，这种情况下，所述检测机构通常包括设置在船体1上的暂存箱18和位于暂存箱18内的水质检测仪器。所述船体1底部设置进水口和排水口，所述进水口和排水口分别通过管路与暂存箱18连通，所述暂存箱18与进水口之间的管路上设置第一水泵20，暂存箱18与排水口之间的管路上设置第二水泵21。这样一来，通过第一水泵20先将检测点的水抽入暂存箱18再进行检测，这就避免了船体1在持续移动的过程中，检测探头长时间受到由水产生的阻力后容易受损的情况。使得本实用新型的使用寿命大大的提高。水质检测仪器对暂存箱18内的水进行检测，暂存箱18内的水相对静止，避免了水流冲击等不稳定因素造成的检测失准。所述第一水泵20和第二水泵21的信号输入端分别与控制主机8的信号输出端连接，第一水泵20和第二水泵21受控于控制主机8。水质检测仪器将采集到的信息反馈至控制主机8，由控制主机8对数据进行综合分析处理，根据预设在控制主机8内的分析模型分析后判断是否为水质异常点。

本实用新型一般通过GPS定位系统进行导航，所述智能导向机构包括设置在船体1上的GPS接收机23和设置在船体1上的探测雷达24，所述GPS接收机23和探测雷达24的信号输出端分别与控制主机8的信号输入端连接。控制主机8根据GPS接收机反馈的定位信息确定本实用新型的位置，并据此控制推进机构带动船体1进行巡航。探测雷达24可探测周围船只、障碍物等，在推进机构的配合下实现智能避让功能。探测雷达24通常设置在船体1上较高的位置，从而提高其覆盖面。

本实用新型的采样取证机构可以是设置在暂存箱18下方的多个采样盒25，采样盒25与暂存箱18之间相互连通并设置阀门，当检测到水体异常时，阀门打开将暂存箱18中的水排入采样盒25内进行保存即可。为了提高采样的精确度、实现多个样本的收集。更好的做法还可以是所述采样取证机构包括多个设置在船体1上的采样盒25，所述采样盒25分别通过管路与暂存箱18连通，所述采样盒25与暂存箱18之间的管路上设置第三水泵26，所述第三水泵26的信号输入端与控制主机8的信号输出端连接。更好的做法还可以是，所述采样取证机构还包括设置在船体1上的摄像机27，所述摄像机27的信号输入端和信号输出端分别与控制主机8的信号输出端和信号输入端连接。当检测到水质异常时，控制器8控制第三水泵26启动，将暂存箱18中的样本抽入采样盒中进行储存留证，与此同时，摄像机27对现场进行拍摄。

本实用新型可为每个采样盒25配置一个第三水泵26，但出于成本、船体1载重负荷的考虑，更好的做法是，所述暂存箱18和采样盒25之间的管路由主干管路和多根与主干管路连通的分支管路构成，所述主干管路上设置第三水泵26，所述每一根分支管路上均设置一个电磁阀，所述电磁阀的信号输入端与控制主机8的信号输出端连接。这样一来，只要打开相应的电磁阀，就可将样本抽取至相应的采样盒25中进行储存，一方面降低了设备成本，另一方面也便于样本的综合管理。使用者可为每个采样盒25及其对应的电磁阀进行编号，便于采样信息的储存和追溯。

本实用新型的船体1通常通过集成在控制主机8内部的发射器和接收器实现与水质监测中心通讯连接，但为了提高本实用新型的环境适应性，更好的做法是，所述船体1上还设置有信号接收器28和信号发射器29，所述信号接收器28的信号输出端与控制主机8的信号输入端连接，所述信号发射器29的信号输入端与控制主机8的信号输出端连接。信号接收器28和信号发射器29用于将本实用新型的监测信息发送至监控中心或接受监控中心发出的控制信号。在正常情况下本实用新型通过集成在控制主机8内部的发射器和接收器利用移动、联通、电信等运营商网络进行数据交换，但在各运营商网络无法覆盖的场合，便可通过信号接收器28和信号发射器29进行信号传输，从而提高了环境适应性。同时信号接收器28可接收遥控器的控制信号，实现现场人工遥控操作。信号发射器29可向现场的用户端反馈数据。从而实现自主持续巡航、监控中心控制下进行巡航、现场人工遥控操作下进行巡航三种巡航方式。

更好的做法是船体1上设置有太阳能电池板，太阳能电池板与蓄电池2电性连接，从而提高本实用新型的持续巡航能力。所述船体1上还设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池2电性连接。另外，所述检测机构还包括设置在船体1上的温湿度传感器22。所述温湿度传感器22的信号输出端与控制主机8的信号输入端连接。温湿度传感器22用于采集环境温度、湿度参数，与水质信息相配合，实现数据的多元化、立体化，使分析结果更加的客观、准确。例如：本实用新型的控制主机8内置有多套水质分析模型，每套水质分析模型针对该水域一个季节的水质进行分析，在温湿度传感器22探测到温湿度信息后，控制主机8可选择对应的水质分析模型以进行自适应调节。

本实用新型所述的推进机构既可以由常规的螺旋推进器3配合方向舵3构成。为提高持续巡航的能力，更好的做法是推进机构包括设置在船体1上的由控制主机8控制的螺旋推进器3、方向舵4和风力自适应组件，螺旋推进器3为本实用新型提供前进的推动力，方向舵4用于控制本实用新型的前进方向，为了使本实用新型运动更加的灵活，所述螺旋推进器3和方向舵4的数量可以是两个，也就是船体1的前端和后端各设置一个螺旋推进器3和方向舵4，前端的螺旋推进器3和方向舵4用于控制船体1后退，后端的螺旋推进器3和方向舵4用于控制船体1前进。

所述风力自适应组件包括设置在船体1甲板上的旋转平台5和固定在旋转平台上的风帆，所述旋转平台5由第一步进电机7驱动，所述第一步进电机7的信号输入端与控制主机8的信号输出端连接，第一步进电机7受控于控制主机8。所述风力自适应组件还包括设置在船体1上的风向风速仪16，所述风向风速仪16的信号输出端与控制主机8的信号输入端连接。风向风速仪16用于检测风向和风速并反馈至控制主机8，控制主机8根据事实的风向和风速调整风帆的角度，从而最大化的对风力进行利用。更好的做法是，所述风帆包括固定设置在旋转平台5上的空心立柱6，所述空心立柱6的外侧壁上固定设置两组导向杆组且两组导向杆组以空心立柱6为中心对称分布，每组导向杆组分别由一根沿空心立柱6径向延伸的上导向杆9和一根与上导向杆9平行的下导向杆10构成。所述每组导向杆组上适配一个滑动条11，所述滑动条11的上端和下端分别设置导向孔并通过导向孔套设在上导向杆9和下导向杆10上。所述上导向杆9和下导向杆10上分别套设螺旋弹簧12，所述螺旋弹簧12位于滑动条11与空心立柱6之间。所述空心立柱6内部设置第二步进电机13和由第二步进电机13驱动的卷轴14，所述第二步进电机13的信号输入端与控制主机8的信号输出端连接，第二步进电机13受控于控制主机8。所述上导向杆9和下导向杆10之间的空心立柱6侧壁上设置贯穿空心立柱6内外表面的开口，开口的长度与帆布15相配合，帆布15可从开口处缩回空心立柱6内或伸出空心立柱6外。帆布15的一端与滑动条11固接，另一端穿过开口与卷轴14固接。

在使用过程中，风向风速仪16能对实时的风向、风速进行检测并反馈至控制主机8，当风向与本实用新型的行进方向相反时为顺风航行，如图2所示，此时帆布15为打开的状态，控制主机8控制第一步进电机7旋转将帆布15的角度调整至与风向相适应，然后再综合风速的大小，控制主机8控制螺旋推进器3的转速。风速较大时，螺旋推进器3可小功率低转速运转，风速较小时，螺旋推进器3可大功率高转速运转。而当风向与本实用新型的行进方向一致时为逆风航行，如图3所示，此时控制主机8控制第二步进电机13正转，第二步进电机13带动卷轴14转动从而将帆布15卷起，帆布15在缩回空心立柱6的过程中，滑动条11压缩螺旋弹簧12，使螺旋弹簧12蓄力。当需要展开帆布15时，控制主机8又控制第二步进电机13反转，依靠螺旋弹簧12的弹力将帆布15展开。因此，本实用新型能够根据实时的风向和风速进行帆布的自动调节，智能化水平极高。为避免滑动条11滑出导向杆组，如图2所示，更好的做法是所述上导向杆9和下导向杆10远离空心立柱6的一端固定设置限位块17。为了便于摄像机27角度的调节，更好的做法还可以是，所述摄像机27固定设置在空心立柱6的顶端。这样一来，空心立柱6还可作为摄像机27的云台使用，提高了其利用率，也增大了摄像机27的拍摄角度。

Claims (10)

1.一种用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：包括船体(1)、设置在船体(1)上的控制主机(8)及设置在船体(1)上并由控制主机(8)控制的推进机构、检测机构、智能导向机构、采样取证机构；所述推进机构、检测机构、智能导向机构、采样取证机构均由位于船体(1)内部的蓄电池(2)供电；所述控制主机(8)与水质监测中心通讯连接。

2.根据权利要求1所述的用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：所述检测机构包括设置在船体(1)上的暂存箱(18)和位于暂存箱(18)内的水质检测仪器；所述船体(1)底部设置进水口和排水口，所述进水口和排水口分别通过管路与暂存箱(18)连通，所述暂存箱(18)与进水口之间的管路上设置第一水泵(20)，暂存箱(18)与排水口之间的管路上设置第二水泵(21)；所述第一水泵(20)和第二水泵(21)的信号输入端分别与控制主机(8)的信号输出端连接。

3.根据权利要求2所述的用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：所述智能导向机构包括设置在船体(1)上的GPS接收机(23)和设置在船体(1)上的探测雷达(24)，所述GPS接收机(23)和探测雷达(24)的信号输出端分别与控制主机(8)的信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：所述采样取证机构包括多个设置在船体(1)上的采样盒(25)，所述采样盒(25)分别通过管路与暂存箱(18)连通，所述采样盒(25)与暂存箱(18)之间的管路上设置第三水泵(26)，所述第三水泵(26)的信号输入端与控制主机(8)的信号输出端连接；所述采样取证机构还包括设置在船体(1)上的摄像机(27)，所述摄像机(27)的信号输入端和信号输出端分别与控制主机(8)的信号输出端和信号输入端连接。

5.根据权利要求4所述的用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：所述暂存箱(18)和采样盒(25)之间的管路由主干管路和多根与主干管路连通的分支管路构成，所述主干管路上设置第三水泵(26)，所述每一根分支管路上均设置一个电磁阀，所述电磁阀的信号输入端与控制主机(8)的信号输出端连接。

6.根据权利要求5所述的用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：所述船体(1)上还设置有信号接收器(28)和信号发射器(29)，所述信号接收器(28)的信号输出端与控制主机(8)的信号输入端连接，所述信号发射器(29)的信号输入端与控制主机(8)的信号输出端连接；所述船体(1)上还设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池(2)电性连接。

7.根据权利要求6所述的用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：所述检测机构还包括设置在船体(1)上的温湿度传感器(22)；所述温湿度传感器(22)的信号输出端与控制主机(8)的信号输入端连接。

8.根据权利要求7所述的用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：所述推进机构包括设置在船体(1)上并由控制主机(8)控制的螺旋推进器(3)、方向舵(4)和风力自适应组件；所述风力自适应组件包括设置在船体(1)甲板上的旋转平台(5)和固定在旋转平台上的风帆；所述旋转平台(5)由第一步进电机(7)驱动，所述第一步进电机(7)的信号输入端与控制主机(8)的信号输出端连接；所述风力自适应组件还包括设置在船体(1)上的风向风速仪(16)，所述风向风速仪(16)的信号输出端与控制主机(8)的信号输入端连接。

9.根据权利要求8所述的用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：所述风帆包括固定设置在旋转平台(5)上的空心立柱(6)，所述空心立柱(6)的外侧壁上固定设置两组导向杆组且两组导向杆组以空心立柱(6)为中心对称分布，每组导向杆组分别由一根沿空心立柱(6)径向延伸的上导向杆(9)和一根与上导向杆(9)平行的下导向杆(10)构成；所述每组导向杆组上适配一个滑动条(11)，所述滑动条(11)的上端和下端分别设置导向孔并通过导向孔套设在上导向杆(9)和下导向杆(10)上；所述上导向杆(9)和下导向杆(10)上分别套设螺旋弹簧(12)，所述螺旋弹簧(12)位于滑动条(11)与空心立柱(6)之间；所述空心立柱(6)内部设置第二步进电机(13)和由第二步进电机(13)驱动的卷轴(14)，所述第二步进电机(13)的信号输入端与控制主机(8)的信号输出端连接；所述上导向杆(9)和下导向杆(10)之间的空心立柱(6)侧壁上设置贯穿空心立柱(6)内外表面的开口；帆布(15)的一端与滑动条(11)固接，另一端穿过开口与卷轴(14)固接。

10.根据权利要求9所述的用于水质监测的智能巡航船，其特征在于：所述上导向杆(9)和下导向杆(10)远离空心立柱(6)的一端固定设置限位块(17)；所述摄像机(27)固定设置在空心立柱(6)的顶端。