CN213022480U - 一种基于两栖无人机的多点同深度水质取样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于两栖无人机的多点同深度水质取样系统，包括水空两栖无人机、水质取样装置和地面控制端；水质取样装置包括控制器、至少2个继电器、至少2个抽水泵、至少2个导水管、至少2个液体取样袋、引流分配管、吸水管和水管收放装置；控制器分别与继电器和水管收放装置电连接，继电器与抽水泵一一对应电连接，吸水管缠绕于水管收放装置上，引流分配管的分支管与抽水泵连接，抽水泵通过导水管与液体取样袋连接。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：可以对多个指定水域进行相同深度的水质采样，位置和深度都可控，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多点同深度水质取样系统

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多点同深度水质取样系统。

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多点同深度水质取样系统。

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多点同深度水质取样系统，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飞到下一个指定地点或返航；水质取样装置包括控制器、至少2个继电器、至少2个抽水泵、至少2个导水管、至少2个液体取样袋、引流分配管、吸水管和水管收放装置；引流分配管包括一个总管和至少2个连接在其上的分支管，控制器分别与继电器和水管收放装置电连接，继电器与抽水泵一一对应电连接，吸水管缠绕于水管收放装置上，其吸水端为自由端，其输出端与总管连通，分支管与抽水泵连接，抽水泵与导水管一一对应电连接，导水管与液体取样袋一一对应连通。

继电器的数量为5个，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，5个分支管分别并联在总管上。

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并悬停在水面上空，操控人员用遥控器给控制器发送遥控指令，完成水样采样工作。

控制器接受下放吸水管的指令后，控制水管收放装置的舵机转动，下放吸水管到预设水深位置，控制器接受到采样指令后，通过继电器打开抽水泵，对水体进行取样，采样结束后，断开继电器，抽水泵停止工作，控制器接受到回收指令后，水管收放装置回收吸水管。

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：可以对多个指定水域进行相同深度的水质采样，位置和深度都可控，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。利用多旋翼水空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多点同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多点同深度水质取样系统的工作流程图。

其中，1.控制器、2.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.引流分配管、8.吸水管、9.水质取样装置、10.水空两栖无人机、11. 地面站、12.遥控器。

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、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、引流分配管7、吸水管8、水质取样装置9、水空两栖无人机10、地面站11和遥控器12。

如图1所示，一种基于两栖无人机的多点同深度水质取样系统，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飞到下一个指定地点或返航。

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，水质取样装置包括1个控制器、5个继电器、5个抽水泵、5个导水管、5个液体取样袋、1个引流分配管、1个吸水管和1个水管收放装置；引流分配管，包括一个总管和5个连接在其上的分支管，控制器分别与继电器和水管收放装置电连接，控制器与继电器、抽水泵相连接，以控制抽水泵的启动与关闭，对水体进行取样，控制器与水管收发装置直接相连，控制吸水管的下放以及回收，继电器与抽水泵一一对应电连接，分支管与抽水泵连接，抽水泵与导水管一一对应电连接，导水管与液体取样袋一一对应连通，吸水管缠绕于水管收放装置上，其吸水端为自由端，其输出端与总管连通，吸水管缠绕在水管收放装置内转轮上；水管收放装置的电机转动带动相连的转轮旋转，从而实现吸水管的下放或回收；吸水管末端配有金属重物，使得水管容易下沉至水下。

图3是基于两栖无人机的多点同深度水质取样系统工作原理图和工作流程图。操控人员在地面端通过遥控器控制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机身经纬度数据，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，控制吸水管下沉到预定水深位置，如1m；操控人员发送采样指令给控制器，控制器通过继电器打开抽水泵中的一个，抽水泵开始工作，对水质进行取样；等待采样结束，断开该继电器，其对应抽水泵停止工作；操控人员发送回收吸水管指令给控制器，控制器控制水管收放装置回收吸水管；操控人员根据作业要求控制水空两栖无人机去下一个采集点，重复上述操作，再次进行水体采样；全部采集完成后，操控人员控制水空两栖无人机返航。

在具体实施案例中，多点单深度多点水质取样，单个架次可最多进行5个不同地点同一深度的水质取样，前提是5个地点不能相距太远，遥控器与5个地点之间不能有遮挡影响通信链路。每个地点可吸取500毫升水体，如每个深度取水量有变，可根据需求设计液体取样袋的容量，以满足抽水体积要求。通过控制器控制多个继电器，无人机到达指定地点后，悬停控制1m或者直接停泊在水上，下放吸水管至指定的深度，开启水泵，则可吸取该深度的水体。一般可以做到采样1-5m深的水体，如需更深，则可更换更大功率的抽水泵以满足需求。一般60秒内可以完成单个地点的取样；而后两栖无人机解锁起飞，前往下一个地点，重复上述工作，直至5个地点的同一深度水体均取回。

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 (8)

1.一种基于两栖无人机的多点同深度水质取样系统，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飞到下一个指定地点或返航；水质取样装置包括控制器、至少2个继电器、至少2个抽水泵、至少2个导水管、至少2个液体取样袋、引流分配管、吸水管和水管收放装置；引流分配管包括一个总管和至少2个连接在其上的分支管，控制器分别与继电器和水管收放装置电连接，继电器与抽水泵一一对应电连接，吸水管缠绕于水管收放装置上，其吸水端为自由端，其输出端与总管连通，分支管与抽水泵连接，抽水泵与导水管一一对应电连接，导水管与液体取样袋一一对应连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于两栖无人机的多点同深度水质取样系统，其特征在于：继电器的数量为5个，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，5个分支管分别并联在总管上。

3.根据权利要求1所述的一种基于两栖无人机的多点同深度水质取样系统，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多点同深度水质取样系统，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多点同深度水质取样系统，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并悬停在水面上空，操控人员用遥控器给控制器发送遥控指令，完成水样采样工作。

6.根据权利要求5所述的一种基于两栖无人机的多点同深度水质取样系统，其特征在于：控制器接受下放吸水管的指令后，控制水管收放装置的舵机转动，下放吸水管到预设水深位置，控制器接受到采样指令后，通过继电器打开抽水泵，对水体进行取样，采样结束后，断开继电器，抽水泵停止工作，控制器接受到回收指令后，水管收放装置回收吸水管。

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

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

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