CN210882533U

CN210882533U - 一种巡航式水质监测船

Info

Publication number: CN210882533U
Application number: CN201921644611.4U
Authority: CN
Inventors: 平阳; 王一罡; 胡雁翔; 孙利鑫; 王明
Original assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Current assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2029-09-29

Abstract

本实用新型涉及水体环境检测技术领域，提供一种巡航式水质监测船，包括船体结构以及布置在船体结构上的巡航避障系统、动力系统和水质数据采集系统，巡航避障系统与动力系统连接，用于船体结构巡航时避开障碍物，水质数据采集系统用于采集水质参数，巡航避障系统包括雷达装置和声呐装置，雷达装置和声呐装置均安装在船体结构的前部，声呐装置位于水平面以下，雷达装置位于水平面以上。本实用新型提供的巡航式水质监测船，通过同时设置雷达装置和声呐装置，能够实现巡航避障系统的精确避障，从而能够为船体结构沿着预设巡航轨迹航行是提供辅助导航，防止监测船体与水面漂浮物以及水中悬浮物碰撞而造成损坏，有效提升船体结构在巡航过程中的安全性。

Description

一种巡航式水质监测船

技术领域

本实用新型涉及水体环境检测技术领域，更具体地，涉及一种巡航式水质监测船。

背景技术

随着对信息化、自动化技术研究的不断深入，物联网和大数据在各个领域的应用层出不穷，针对水环境监测和检测领域而言，对现代化设备的需求也越来越强烈。众所周知，无论是饮用水、农业用水，还是工业用水，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均起着至关重要的作用。因此，对于水环境的有效监测与分析，可为水体污染物分布、污染物溯源、污染途径分析等方面，提供准确的数据基础和及时的预警预报。

目前，对大面积水源的水环境监测主要利用无人船进行巡航监测，现有的监测船主要利用红外技术为船体航行过程中提供避障，单一的红外避障技术对于水中的悬浮物的探测精度有限，监测船在航行过程中容易出现碰触而导致螺旋桨损坏，甚至可能对整个船体造成损坏。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种巡航式水质监测船，以解决或部分解决现有的监测船体结构仅无法对障碍物实现全面精确探测的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，根据本实用新型实施例提供一种巡航式水质监测船，包括船体结构以及布置在所述船体结构上的巡航避障系统、动力系统和水质数据采集系统，所述巡航避障系统与所述动力系统连接，用于所述船体结构巡航时避开障碍物，所述水质数据采集系统用于采集水质参数，所述巡航避障系统包括雷达装置和声呐装置，所述雷达装置和所述声呐装置均安装在所述船体结构的前部，所述声呐装置位于待监测水域的水平面以下，所述雷达装置位于待监测水域的水平面以上。

进一步地，所述动力系统包括微控制器，所述雷达装置和声呐装置均与所述微控制器电连接。

进一步地，所述船体结构上还布置有定位导航系统，所述定位导航系统用于为所述船体结构巡航式提供导航和坐标定位，所述定位导航系统与所述微控制器连接。

进一步地，所述动力系统还包括：A/D转换器、控制电路、第一电动机、第二电动机、传动装置和螺旋桨；

所述A/D转换器的一端与所述微控制器连接，所述A/D转换器的另一端与所述控制电路连接；

所述第一电动机和第二电动机均与所述控制电路连接；

所述传动装置的一端与所述第二电动机的输出轴连接，所述传动装置的另一端与所述螺旋桨连接，用于带动所述螺旋桨角度的偏转；

所述第一电动机与所述螺旋桨连接，用于推进所述船体结构行进。

进一步地，所述水质数据采集系统包括：PH值传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浑浊度传感器、水温传感器和数据采集器；

所述PH值传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浑浊度传感器、水温传感器均与所述数据采集器连接，所述数据采集器与微控制器电连接。

进一步地，所述巡航式水质监测船还包括电源组件，所述电源组件分别与所述微控制器、A/D转换器以及控制电路电连接。

进一步地，所述电源组件包括蓄电池组和太阳能板，所述蓄电池组安装在所述船体结构的内部，且分别与所述微控制器、A/D转换器以及控制电路电连接；所述太阳能板安装在所述船体结构的顶部，用于为所述蓄电池组充电。

进一步地，所述船体结构包括船只外壳，所述船只外壳上预先开设有巡航避障系统卡槽、动力系统卡槽、定位导航系统舱和水质数据采集系统卡槽，所述巡航避障系统、动力系统、定位导航系统水质数据采集系统与所述巡航避障系统卡槽、动力系统卡槽和水质数据采集系统卡槽一一对应卡接。

(三)有益效果

本实用新型实施例提供的巡航式水质监测船，通过同时设置雷达装置和声呐装置，能够实现巡航避障系统的精确避障，从而能够为船体结构沿着预设巡航轨迹航行是提供辅助导航，防止监测船体与水面漂浮物以及水中悬浮物碰撞而造成损坏，有效提升了船体结构在巡航过程中的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中巡航式水质监测船的内部连接示意图；

图2为本实用新型实施例中巡航式水质监测船的结构示意图；

图中：

1、船体结构；2、巡航避障系统；3、水质数据采集系统；4、微控制器；5、电源组件；6、动力系统；7、定位导航系统；8、上位机管理系统；21、雷达装置；22、声呐装置；31、PH值传感器；32、溶解氧传感器；33、氨氮传感器；34、浑浊度传感器；35、水温传感器；36、数据采集器；51、蓄电池组；52、太阳能板；53、电源电路；61、A/D转换器；62、控制电路；63、第一电动机；64、第二电动机；65、传动装置；66、螺旋桨；71、GPS模块；72、通讯模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参考图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种巡航式水质监测船，包括：船体结构1、巡航避障系统2、水质数据采集系统3、微控制器4、电源组件5、动力系统6和定位导航系统7。

其中，定位导航系统7、巡航避障系统2、动力系统6以及水质数据采集系统3均与微控制器4电连接，电源组件5用于为动力系统6和微控制器4供电。微控制器4采用现有常用的单片机即可，如MSP430系列或Cortex m系列。

定位导航系统7用于为船体结构1的巡航提供导航和坐标，可在上位机管理系统8中设置巡航轨迹指令并下发至定位导航系统7。巡航避障系统2用于检测障碍物并驱动船体结构1发生偏转，从而绕开障碍物。

为了实现巡航避障系统2能够全面精准地探测船体结构1在行进方向上的障碍物，巡航避障系统2内部同时布置有雷达装置21和声呐装置22，雷达装置21和声呐装置22均安装在船体结构1的前部，且声呐装置22位于待监测水域的水平面以下，雷达装置21位于待监测水域的水平面以上。

具体地，雷达装置21采用毫米波雷达传感器，连接微控制器4，用于探测船只行进方向的障碍物，可实现对水面漂浮物的自动识别及躲避障碍。声呐装置22采用单晶声呐传感器，连接微控制器4，用于探测水下地形及悬浮的障碍物，可实现对水中悬浮障碍物的自动躲避。

上述实施例提供的巡航式水质监测船，通过同时设置雷达装置和声呐装置，能够实现巡航避障系统的精确避障，从而能够为船体结构沿着预设巡航轨迹航行是提供辅助导航，防止监测船体与水面漂浮物以及水中悬浮物碰撞，有利于提高水质监测船的使用寿命。

在上述实施例的基础上中，进一步地，定位导航系统7主要包括GPS模块71和通讯模块72，用于为所述船体结构提供坐标值定位和导航。

GPS模块71采用双模高精度GPS模组，GPS模块71与通讯模块72连接，微控制器4通过通讯模块72与外部的上位机管理系统8连接，用于船只的定位。本实施例中的通讯模块可以采用4G通讯模块，采用迁入式LTE模组，连接GPS模块，用于数据信号和控制指令的无线传输。

在上述实施例的基础上中，进一步地，动力系统6用于为所述船体结构提供巡航动力，具体包括：A/D转换器61、控制电路62、第一电动机63、第二电动机64、传动装置65和螺旋桨66。

具体地，A/D转换器61用于连接微控制器4和控制电路62，将微控制器的数字信号转换为控制电路可识别的模拟信号，用于控制电路62接收微控制器4的指令。

控制电路62连接第一电动机63和第二电动机64，用于控制第一电动机63和第二电动机64的转速和转向，进而控制船体结构1行进的速度和方向。

第一电动机63连接控制电路62和螺旋桨66，由控制电路62驱动第一电动机63，进而带动螺旋桨66转动，为船体结构1提供巡航动力。

第二电动机64连接控制电路62和传动装置65，由控制电路62驱动第二电动机64工作，从而带动传动装置65按圆弧轨迹移动。

传动装置65连接第二电动机64和螺旋桨66，在第二电动机64的驱动下，带动螺旋桨66角度的偏转，为船体结构1提供巡航转向。

螺旋桨66连接第一电动机63和传动装置65，用于推进船体结构1行进。

进一步地，水质数据采集系统3主要包括PH值传感器31、溶解氧传感器32、氨氮传感器33、浑浊度传感器34、水温传感器35和数据采集器36。

具体地，PH值传感器31，支持RS485协议，连接数据采集器，用于水体PH值的测定。

溶解氧传感器32，支持RS485协议，连接数据采集器，用于水体溶解氧含量的测定。

氨氮传感器33，支持RS485协议，连接数据采集器，用于水体氨氮含量的测定。

浑浊度传感器34，支持RS485协议，连接数据采集器，用于水体浑浊度的测定。

水温传感器35，支持RS485协议，连接数据采集器，用于水体温度的测定。

数据采集器36作为数据采集和传输的核心部件，支持RS485协议，一方面通过4G通讯模块与上位机管理系统8通信连接，用于，接收和上传水质监测指令；另一方面与PH值传感器31、溶解氧传感器32、氨氮传感器33、浑浊度传感器34和水温传感器35连接，用于水质监测参数的数据采集和传输。

进一步地，巡航式水质监测船体还包括电源组件5，电源组件5分别与微控制器4、A/D转换器61以及控制电路62电连接。

其中，电源组件5具体包括：蓄电池组51、太阳能板52和电源电路53。蓄电池组51为小型蓄电池串联，连接太阳能板52，可储存太阳能板52产生的电能，蓄电池组51通过电源电路53与控制电路62电连接，为第一电动机63和第二电动机64提供动力来源。

太阳能板52为可拼接式太阳能板，连接蓄电池组51，可为蓄电池组51充电。电源电路53连接在微控制器4、A/D转换器61和控制电路62，为各电子器件提供继电保护。

在上述实施例中，船体结构1作为水上巡航的载体，为相关硬件设备提供安装卡槽和结构支撑。船体结构1包括船只外壳以及预先布置在船只外壳上的定位导航系统舱、巡航避障系统卡槽、动力系统卡槽、水质数据采集系统卡槽、电源组件舱和支架。船只外壳的主体结构为金属材料，卡槽为塑料材料。

具体地，船只外壳分为底板、侧板、甲板和密封圈。底板和侧板为硬金属材料，具有防腐、耐磨等特性，两者无缝连接，为船只及船载设备提供稳定的浮力。甲板位于底板和侧板结构的上方，与侧板上边缘完全契合，且上表面有反光涂层，为船载设备提供隔热、防水保护。密封圈为软橡胶材料，为船只的密闭性和安全性提供保护，且包含多种尺寸规格，以适合不同位置的密封需要。

定位导航系统舱位于底板和侧板内侧，为定位导航系统7提供放置空间。巡航避障系统卡槽为耐热塑料，位于船只前方侧板外侧，用于固定巡航避障系统22；其中，雷达卡槽上水上部分，声呐卡槽在水下部分。

动力系统卡槽为耐热塑料，位于底板和侧板内侧的偏后位置，为动力系统6提供放置空间，用于固定动力设备，且利用密封圈保证与底板连接处的密封。

水质数据采集系统卡槽为耐热塑料，位于底板和侧板内侧，为水质数据采集系统3提供放置空间，用于固定采集设备，且利用密封圈保证与底板连接处的密封。电源组件舱位于底板和侧板内侧，为电源组件5提供放置空间。支架为硬金属材料，位于甲板上表面，用于固定太阳能板52。

上述实施例提供的巡航式水质监测船，船采用雷达和声呐相结合的感应设置，保证了对水面漂浮物和浅水域物体的有效避让，有效提升了船只在巡航过程中的安全性。

船体结构采用组件方式集成，船载的设备和装置均可安装和拆卸，其信号传输、网络传输等模块均采用主流行业标准，使其具备更好的可维护性和扩展性。

水质监测传感器不仅限于PH值传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浑浊度传感器和水温传感器，只要符合RS485通用协议且传感器卡槽空间足够均可以接入系统。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种巡航式水质监测船，包括船体结构以及布置在所述船体结构上的巡航避障系统、动力系统和水质数据采集系统，所述巡航避障系统与所述动力系统连接，用于所述船体结构巡航时避开障碍物，所述水质数据采集系统用于采集水质参数，其特征在于，

所述巡航避障系统包括雷达装置和声呐装置，所述雷达装置和所述声呐装置均安装在所述船体结构的前部，所述声呐装置位于待监测水域的水平面以下，所述雷达装置位于待监测水域的水平面以上。

2.根据权利要求1所述的巡航式水质监测船，其特征在于，所述动力系统包括微控制器，所述雷达装置和声呐装置均与所述微控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的巡航式水质监测船，其特征在于，所述船体结构上还布置有定位导航系统，所述定位导航系统用于为所述船体结构巡航式提供导航和坐标定位，所述定位导航系统与所述微控制器连接。

4.根据权利要求2所述的巡航式水质监测船，其特征在于，所述动力系统还包括：A/D转换器、控制电路、第一电动机、第二电动机、传动装置和螺旋桨；

所述第一电动机和第二电动机均与所述控制电路连接；

5.根据权利要求1所述的巡航式水质监测船，其特征在于，所述水质数据采集系统包括：PH值传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浑浊度传感器、水温传感器和数据采集器；

6.根据权利要求4所述的巡航式水质监测船，其特征在于，还包括电源组件，所述电源组件分别与所述微控制器、A/D转换器以及控制电路电连接。

7.根据权利要求6所述的巡航式水质监测船，其特征在于，所述电源组件包括蓄电池组和太阳能板，所述蓄电池组安装在所述船体结构的内部，且分别与所述微控制器、A/D转换器以及控制电路电连接；所述太阳能板安装在所述船体结构的顶部，用于为所述蓄电池组充电。

8.根据权利要求3所述的巡航式水质监测船，其特征在于，所述船体结构包括船只外壳，所述船只外壳上预先开设有巡航避障系统卡槽、动力系统卡槽、定位导航系统舱和水质数据采集系统卡槽；

所述巡航避障系统、动力系统、定位导航系统水质数据采集系统与所述巡航避障系统卡槽、动力系统卡槽和水质数据采集系统卡槽一一对应卡接。