CN213022479U - 一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，包括水空两栖无人机、水质取样装置和地面控制端；水质取样装置包括1个控制器、至少2个抽水继电器、至少2个抽水泵、至少2个导水管、至少2个液体取样袋、至少2个吸水管和至少2个水管收放装置；另设一个排污继电器、排污泵、排污管和排污冗余袋。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：能够同时对同一地点不同深度的水质进行取样，采样位置和深度都非常精准，具有结构简洁、操作简便等优点，实用性较强，能够突破地形环境的限制，实现指定水域，精确位置的水质取样作业。

Description

一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，涉及一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统。

背景技术

随着经济快速发展，我国环境污染也越来越严重，环境保护成为共识，对水资源的监测就显得尤为重要。目前我国的水质监测领域主要依靠人工检测、浮标检测、卫星遥感和无人船采样，传统人工监测方法周期长、成本高、机动性差、效率低、精度低，还需要消耗大量人力物力；卫星遥感影像获取周期长，分辨率不高，易受天气影响，延时严重；新出现的无人船采样则容易受地形环境的限制，无法实现水质取样，急需一种能够突破地形环境的限制，可以实现指定水域，精确位置的水质取样作业，使得水质取样工作更为高效简洁的水质取样装置。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，而提供一种能够突破地形环境的限制，可以实现指定水域，精确位置的水质取样作业，使得水质取样工作更为高效简洁的基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，包括水空两栖无人机、水质取样装置和地面控制端；水质取样装置挂载于水空两栖无人机下方，地面控制端远程控制水空两栖无人机飞到指定地点、控制水质取样装置完成水样采集工作、采集完成后再控制水空两栖无人机返航；水质取样装置包括1个控制器、至少2个抽水继电器、至少2个抽水泵、至少2个导水管、至少2个液体取样袋、至少2个吸水管和至少2个水管收放装置；控制器分别与抽水继电器和水管收放装置电连接，抽水继电器与抽水泵一一对应电连接，吸水管一一对应缠绕于水管收放装置上，其吸水端为自由端，其输出端与抽水泵一一对应连接，抽水泵与导水管一一对应连接，导水管与液体取样袋一一对应连通，另设一个排污继电器、排污泵、排污管和排污冗余袋，控制器与排污继电器电连接，排污继电器与排污泵电连接，排污泵通过水管与排污冗余袋连通，排污管包括一个汇总管和至少2个并联在其上的分支管，分支管分别与导水管一一对应连接，汇总管与排污泵连接。

抽水继电器的数量为4个，抽水继电器的数量、抽水泵的数量、导水管的数量、液体取样袋的数量和分支管的数量均一致。

水空两栖无人机配备有GPS定位系统、图像采集模块和水面定高模块；GPS定位系统用于采集并向地面控制端回传位置信息，图像采集模块用于采集并向地面控制端回传周围环境的图像数据，水面定高模块用于采集并向地面控制端回传高度数据。

图像采集模块通过变焦相机拍摄静态图像，水面定高模块通过激光雷达实时测算出无人机与水平面之间的高度差。

地面控制端包括遥控器和地面站，地面站上设有图像显示界面，图像显示界面用于显示水空两栖无人机回传的图像数据，地面站用于接收并处理水空两栖无人机回传的数据、并下发控制指令，控制无人机飞行到指定的取样水域，悬停在水面上空或停留在水面上，操控人员用遥控器给控制器发送取样指令，进行水质采样。

控制器接收到水质采样指令后，分别控制水管收放装置的舵机转动，下放各吸水管至预设的水深位置，通过抽水继电器打开抽水泵，对水体进行取样，采样结束后，通过抽水继电器关闭抽水泵，再控制水管收放装置回收吸水管。

预设延迟时间，控制器延迟打开排污继电器，通过排污继电器打开排污泵，通过排污管将各液体取样袋中多余的水排进排污冗余袋中，预设排污继电器启动排污泵时间，当时间到达时，控制器关闭排污继电器。

吸水管的自由端设有配重块。

液体取样袋容积为500ml-2L。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：能够同时对同一地点不同深度的水质进行取样，采样位置和深度都非常精准，具有结构简洁、操作简便等优点，实用性较强，能够突破地形环境的限制，实现指定水域，精确位置的水质取样作业，取样完成后由科研人员对该水样进行水质化验，取代传统的人工水取样方式，提高了水质取样的效率，便于推广使用，有很高的经济价值。

此外，多旋翼式的水空两栖无人机具有结构简单，易于控制，能够实现一键起飞、垂直起降、自由悬停和水面航行等功能，能够到达人类无法到达的地方，因此被广泛应用于各种科研应用领域，如污染监测、气象探测、样本采集等。利用多旋翼两栖无人机进行水质检测作为一种新型的监测手段，是对传统水质监测方式的有力补充，具备机动性强、造价成本低、效率高和环境适应性强等特点。

附图说明

图1是本实用新型的基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统的结构示意图；

图2是水质取样装置的结构示意图；

图3是基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统的工作流程图。

其中，1.控制器、2.抽水继电器、3.液体取样袋、4.导水管、5.抽水泵、6.水管收放装置、7.吸水管、8.排污继电器、9.排污泵、10.排污管、11.排污冗余袋、12.遥控器、13.地面站、14.水空两栖无人机、15.水质取样装置。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

图中包括以下部件：控制器1、抽水继电器2、液体取样袋3、导水管4、抽水泵5、水管收放装置6、吸水管7、排污继电器8、排污泵9、排污管10、排污冗余袋11、遥控器12、地面站13、水空两栖无人机14和水质取样装置15。

如图1所示，一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，包括水空两栖无人机、水质取样装置和地面控制端；水质取样装置挂载于水空两栖无人机下方，地面控制端远程控制水空两栖无人机飞到指定地点、控制水质取样装置完成水样采集工作、采集完成后再控制水空两栖无人机返航；水空两栖无人机配备有GPS定位系统、图像采集模块和水面定高模块；GPS定位系统用于采集并向地面控制端回传位置信息，图像采集模块用于采集并向地面控制端回传周围环境的图像数据，水面定高模块用于采集并向地面控制端回传高度数据。图像采集模块通过变焦相机拍摄静态图像，水面定高模块通过激光雷达实时测算出无人机与水平面之间的高度差。

地面控制端，包括遥控器和地面站。地面站上设有图像显示界面，图像显示界面用于显示水空两栖无人机回传的图像数据，地面站用于接收并处理水空两栖无人机回传的数据、并下发控制指令，控制无人机飞行到指定的取样水域，悬停在水面上空或停留在水面上，操控人员用遥控器给控制器发送取样指令，进行水质采样。

如图2所示，水体取样装置，包括1个控制器、4个抽水继电器、4个抽水泵、4个导水管、4个液体取样袋、4个水管收放装置和4个吸水管；另外还包括1个排污继电器、1个排污泵、1个排污管、1个排污冗余袋，4个水质取样袋容量均为500ml，排污冗余袋的容量是2L；控制器分别与抽水继电器和水管收放装置电连接，抽水继电器与抽水泵一一对应电连接，吸水管一一对应缠绕于水管收放装置上，其吸水端为自由端，吸水管的自由端设有配重块，其输出端与抽水泵一一对应连接，抽水泵与导水管一一对应连接，导水管与液体取样袋一一对应连通。

控制器与水管收放装置直接相连，控制吸水管的下放以及回收，抽水继电器与抽水泵电连接，以控制抽水泵的启动与关闭，排污继电器与排污泵电连接，以控制排污泵的启动与关闭，对水体水质进行取样；水质取样袋和抽水泵之间用较短的导水管连接；抽水泵的另一端与吸水管连接， 1个水管收放装置对应1个吸水管，吸水管缠绕在水管收放装置内的转轮上；水管收放装置的电机转动带动与其相连的转轮旋转，从而实现吸水管的下放或回收，在控制器的控制下，可将吸水管下沉到不同水深位置；四个吸水管的末端分别配有金属重物，使得吸水管下沉至水下；由于抽水深度不同，深度越深，所需压力越大，使得抽水泵抽取同量的水体的时间不同，反过来抽水泵工作相同时间，采样深度浅的抽水泵抽取的水体越多；为了确保采样深度较深的点能够采样足够的量，设计了容量为2L排污冗余袋对采样深度较浅的抽水泵抽取的多余水体进行存储，预设延迟时间，控制器先打开抽水继电器，进行水质采样，延迟时间的到达后，再打开排污继电器，通过排污继电器打开排污泵，通过排污管将各液体取样袋中多余的水排进排污冗余袋中，预设排污继电器启动排污泵时间，当时间到达时，控制器关闭排污继电器。

图3是基于两栖无人机的单点多深度水体取样系统的工作流程图。操控人员在地面端通过遥控器控制所述水空两栖无人机起飞作业，通过无人机搭载的GPS定位系统、云台相机和测高模块返回的图像数据和高度数据，地面操控人员可通过图传接受显示设备实时的掌握周围环境，以保障水空两栖无人机的稳定控制以及作业的安全性。操控人员通过地面控制端显示的水空两栖无人机经纬度数据，控制水空两栖无人机飞行到指定的取样水域；水空两栖无人机到达指定地点后，操控人员根据采样点附近具体工作环境，选择悬停在一定高度或者停留在水面；操控人员发送下放吸水管指令给控制器，控制器控制水管收放装置的电机转动，控制对应的四路吸水管下沉到预定的不同的水下采样深度：如1m、2m、3m和4m；操控人员发送采样指令给控制器，控制器通过抽水继电器打开采样通道相对应的抽水泵，抽水泵开始工作，对水质进行取样，抽水泵工作一段时间后，大容量的排污冗余袋也通过其对应的排污泵将多余的水体抽取存储；等待采样深度最深的采样通道结束采样，约60s，断开抽水继电器，停止抽水泵工作，断开排污继电器，停止排污泵工作。操控人员发送回收吸水管的指令给控制器，控制器控制水管收放装置将四路吸水管回收；操控人员解锁水空两栖无人机，水空两栖无人机返航。

在具体实施案例中，单点多深度水体取样，可最多同时进行4种深度的水体取样，每个深度可吸取500毫升水体，如每个深度取水量有变，可根据需求，也可重新设置液体取样袋的容量，以满足抽水体积要求。水空两栖无人机到达指定地点后，操控人员根据具体工作环境选择悬停在指定高度或者停泊水上，控制器通过控制多个抽水继电器，在吸水管下沉到指定的不同深度后，开启抽水泵，可同时吸取不同深度的水体。正常可以做到吸取5米水深的水体，经过大量测试，一般60秒内可以完成全部的不同深度的取样。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，其特征在于：包括水空两栖无人机、水质取样装置和地面控制端；水质取样装置挂载于水空两栖无人机下方，地面控制端远程控制水空两栖无人机飞到指定地点、控制水质取样装置完成水样采集工作、采集完成后再控制水空两栖无人机返航；水质取样装置包括1个控制器、至少2个抽水继电器、至少2个抽水泵、至少2个导水管、至少2个液体取样袋、至少2个吸水管和至少2个水管收放装置；控制器分别与抽水继电器和水管收放装置电连接，抽水继电器与抽水泵一一对应电连接，吸水管一一对应缠绕于水管收放装置上，其吸水端为自由端，其输出端与抽水泵一一对应连接，抽水泵与导水管一一对应连接，导水管与液体取样袋一一对应连通，另设一个排污继电器、排污泵、排污管和排污冗余袋，控制器与排污继电器电连接，排污继电器与排污泵电连接，排污泵通过水管与排污冗余袋连通，排污管包括一个汇总管和至少2个并联在其上的分支管，分支管分别与导水管一一对应连接，汇总管与排污泵连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，其特征在于：抽水继电器的数量为4个，抽水继电器的数量、抽水泵的数量、导水管的数量、液体取样袋的数量和分支管的数量均一致。

3.根据权利要求1所述的一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，其特征在于：水空两栖无人机配备有GPS定位系统、图像采集模块和水面定高模块；GPS定位系统用于采集并向地面控制端回传位置信息，图像采集模块用于采集并向地面控制端回传周围环境的图像数据，水面定高模块用于采集并向地面控制端回传高度数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，其特征在于：图像采集模块通过变焦相机拍摄静态图像，水面定高模块通过激光雷达实时测算出无人机与水平面之间的高度差。

5.根据权利要求1所述的一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，其特征在于：地面控制端包括遥控器和地面站，地面站上设有图像显示界面，图像显示界面用于显示水空两栖无人机回传的图像数据，地面站用于接收并处理水空两栖无人机回传的数据、并下发控制指令，控制无人机飞行到指定的取样水域，悬停在水面上空或停留在水面上，操控人员用遥控器给控制器发送取样指令，进行水质采样。

6.根据权利要求5所述的一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，其特征在于：控制器接收到水质采样指令后，分别控制水管收放装置的舵机转动，下放各吸水管至预设的水深位置，控制器通过抽水继电器打开抽水泵，对水体进行取样，采样结束后，通过抽水继电器关闭抽水泵，再控制水管收放装置回收吸水管。

7.根据权利要求6所述的一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，其特征在于：预设延迟时间，控制器延迟打开排污继电器，通过排污继电器打开排污泵，通过排污管将各液体取样袋中多余的水排进排污冗余袋中，预设排污继电器启动排污泵时间，当时间到达时，控制器关闭排污继电器。

8.根据权利要求1所述的一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，其特征在于：吸水管的自由端设有配重块。

9.根据权利要求1所述的一种基于两栖无人机的单点多深度水质取样系统，其特征在于：液体取样袋容积为500ml-2L。

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