CN220996720U - 一种用于污染物溯源的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于污染物溯源的装置，包括船坞机构和无人值守船机构。无人值守船机构包括：两艘简易船和两个螺旋桨；支撑架，同时与简易船固定连接；GPS模块装置，安装在支撑架上，与支撑架上的控制器电性连接；电导电极，安装在简易船上，与控制器电性连接；绕卷架，固定在支撑架上；绕卷辊，转动连接在绕卷架上；支撑架上设有电机；电机与控制器电性连接；绕卷辊上绕卷有线缆，线缆的一端连接有水下机器人机构，另一端连接有电池，电池通过线缆给水下机器人机构供电，水下机器人机构与控制器电性连接。该装置可以对水面以下污染物的形态进行拍照，不仅能获得污染物的坐标，还能获得污染物的水下形态。

Description

一种用于污染物溯源的装置

技术领域

本实用新型属于污染物溯源技术领域，具体涉及一种用于污染物溯源的装置。

背景技术

污染物溯源定义为对环境污染的来源进行追踪和定位，以确定污染源的位置和范围。

授权公告号CN103969415B公开了一种移动式水污染数据采集系统，包括船舶、中央服务器、安装在船舶上的水污染检测模块和GPRS模块。该采集系统的船舶移动过程中，利用GPRS模块采集船舶的位置，然后再利用水质检测传感器采集水质数据，将船舶的位置和水质检测传感器监测的数据共同传输给中央服务器，可以获知流域与水质时空分布图。

该系统只能依靠GPRS模块获知污染物的大致位置，即污染物的坐标。但是，由于GPRS模块不能获知该污染物在水下的深度情况，所以溯源结果不够准确；更加不能获知污染物在水下的具体形态。

实用新型内容

本实用新型的一种用于污染物溯源的装置，其能够获知污染物的位置，更能获知污染物在水下的具体形态。

为了实现上述目的，本实用新型的一种用于污染物溯源的装置，包括船坞机构和无人值守船机构，无人值守船机构包括：两艘简易船，沿X方向并列设置，X方向为水平方向；

两个螺旋桨，分别安装在两个简易船上，两个螺旋桨沿X方向并列设置；两个螺旋桨处于两个简易船沿Y方向的一端，Y方向为水平方向且垂直于X方向；螺旋桨的轴线沿Y方向；

支撑架，同时与两个简易船固定连接；

GPS模块装置，安装在支撑架上，与支撑架上的控制器电性连接；

电导电极，安装在简易船上，与控制器电性连接；

绕卷架，固定在支撑架上；

绕卷辊，转动连接在绕卷架上；支撑架上设有用于使绕卷辊转动的电机；电机与控制器电性连接；

绕卷辊上绕卷有线缆，线缆的一端自由端连接有水下机器人机构，另一端自由端连接有电池，电池设置在支撑架上，电池给无人值守船机构上的用电设备供电，电池通过线缆给水下机器人机构供电，水下机器人机构通过线缆与控制器电性连接。

进一步地，所述船坞机构包括：

固定桩，共两个，轴线沿竖向设置，固定桩的下端插入到水底；固定桩的上端伸出水面；

限位环，有多个，分别套设在固定桩上，能沿固定桩的轴线移动；

充电箱，同时与多个限位环固定连接；

两个红外发射二极管，处于送电线圈的两侧，位于充电箱的外壁；支撑架上安装有用于接收红外发射二极管光信号的两个红外接收器；

浮筒，固定在充电箱上，浮筒和充电箱作为整体能在浮筒的浮力下浮于水面上；送电线圈和红外发射二极管均处于水面上。

船坞可以给无人值守船作为一个停靠，在无人值守船执行完任务后，可以有一个切确的位置可以供人寻找无人值守船。

进一步地，所述控制器电性连接有5G通讯模块，控制器通过5G通讯模块与地面基站连接；水下机器人机构包括摄像系统，摄像系统通过线缆与控制器电性连接。

摄像系统拍摄的图像通过电缆传输给控制器，再通过5G通讯模块远程发送给地面基站，供地面基站的人员实时查看水下的污染物形态。如果没有5G通讯模块，操作人员就需要到船坞机构位置，将读取机构插入到控制器的端口再手动读取水下的污染物形态，操作起来没有直接采用5G通讯模块方便。

进一步地，所述船坞机构还包括：

送电线圈，安装于充电箱中，处于充电箱的侧壁；送电线圈处于两个红外发射二极管之间；

受电线圈，用于接收送电线圈的电力，受电线圈安装在支撑架上，受电线圈与电池连接。

通过设置送电线圈和受电线圈，可以让无人值守船机构在船坞机构附近停靠时实现充电，让无人值守船机构在非工作状态时，能保持电量充足。如果没有送电线圈和受电线圈，每次无人值守船机构使用一段时间后，操作人员将会去船坞机构附近给每个无人值守船机构充电，十分地不方便。

进一步地，所述充电箱的上表壁开设有敞口，充电箱的上表壁固定有太阳能板，太阳能板的电线通过敞口与送电线圈电性连接。

将敞口设置在充电箱的上端，敞口就不容易靠近水面，水面上溅起的水就不容易通过敞口进入到充电箱中，更加不容易影响充电箱内部电气的正常运行。

进一步地，所述固定桩的上端固定有防脱块，防脱块的尺寸大于限位环的内径。

可以避免充电箱充固定桩上脱落，导致出现无人值守船机构无法充电的情况。

进一步地，所述支撑架上开设有对接孔，线缆穿过对接孔，水下机器人机构的上表壁固定有穿入到对接孔的对接头，对接头位于靠近线缆的位置。

水下机器人机构的对接头插入到对接孔中时，此时线缆还处于未放卷的情况。该情况下，由于线缆未放卷，所以对接头始终处于对接孔中，由于线缆是柔性的，所以难以完全限制水下机器人机构的位置，因此水下机器人机构可以在一定地范围内移动，但是由于需保持对接头处于对接孔中，所以水下机器人机构的移动范围有限，仅限于对接孔，因此起到限位作用。

进一步地，所述水下机器人机构的上表壁固定有用于缓冲的防撞条。

有益效果：

1、本方案设置了无人值守船机构，无人值守船机构具备水下机器人，能够通过线缆的放卷，使水下机器人到达水面以下，再利用水下机器人自带的摄像系统，对水下的污染物形态进行拍摄，获得污染物水下的图像并上传给控制器，由控制器通过5G通讯模块发送给地面基站。相比于现有技术，不仅仅能获得污染物的坐标，还能获得污染物水下的形态。

2、设置了船坞机构，船坞机构的送电线圈与无人值守船机构的受电线圈，在电磁感应原理下，实现强耦合式充电，保证了无人值守船机构具有足够的电量完成溯源任务。

3、设置了太阳能板，利用太阳能板将太阳能转换为送电线圈的电能，实现给无人值守船机构的受电线圈充电。

附图说明

图1是本装置整体的结构示意图。

图2是固定桩与限位环的结构示意图。

图3是船坞机构的结构示意图。

图4是无人值守船机构的结构示意图。

1、船坞机构；11、固定桩；12、限位环；13、防脱块；14、充电箱；15、送电线圈；16、红外发射二极管；17、浮筒；18、太阳能板；2、无人值守船机构；21、无人船机构；211、简易船；212、螺旋桨；213、支撑架；214、GPS模块装置；215、电导电极；216、绕卷架；217、绕卷辊；218、线缆；219、电机；2110、对接孔；22、水下机器人机构；221、摄像系统；222、对接头；223、防撞条。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

见图1和图2，一种用于污染物溯源的装置，包括船坞机构1和无人值守船机构2，其中，船坞机构1包括：

固定桩11，本实施例中，固定桩11共有两个，固定桩11的轴线沿竖向设置；固定桩11的下端插在水底并保持与水底固定，固定桩11的上端伸出水面。

限位环12，本实施例中，每个固定桩11上共有两个限位环12。两个限位环12分别对应地套设在固定桩11上，限位环12能沿固定桩11的轴线移动。

防脱块13，本实施例中，防脱块13共有两个，分别固定在两个固定桩11的顶端。防脱块13的尺寸大于限位环12的内径，所以限位环12不能从固定桩11的顶端脱离固定桩11。

充电箱14，同时与多个限位环12固定连接，充电箱14与限位环12作为整体能沿固定桩11的轴线移动。充电箱14中安装有强耦合式送电线圈15，送电线圈15位于充电箱14的内侧面。前述无人值守船机构2安装有与送电线圈15对应的受电线圈。当无人值守船机构2的受电线圈主动靠近充电箱14的外壁，并使受电线圈与送电线圈15相互靠近到约0.5cm时，尽管受电线圈与送电线圈15两者不接触，也能依靠电磁感应原理，实现送电线圈15给受电线圈充电的目的。受电线圈充电也就是能给无人值守船机构2充电。本实施例中，为了保证无人值守船机构2能始终保持受电线圈与送电线圈15靠近，无人值守船机构2上还安装有磁铁，与铁制的充电箱14存在磁吸力，避免无人值守船机构2充电过程中受波浪而随意移动，充电后，依靠无人值守船机构2自身驱动力驶离送电线圈15，无人值守船机构2依靠自身驱动力脱离磁铁的磁力束缚。

见图3，充电箱14的上表壁安装有太阳能板18，充电箱14的上表壁设有一个敞口，太阳能板18的电线穿过充电箱14的上表壁的敞口，并通过对应的电力转化模块（如：直流转交流模块、电压调整模块）与送电线圈15电性连接，太阳能板18发的电转化为交流电后供给送电线圈15，送电线圈15在交流电的电磁感应作用下，给受电线圈输电。

两个红外发射二极管16，安装在送电线圈15附近，本实施例中位于送电线圈15的左右两侧，且红外发射二极管16位于充电箱14的外侧。无人值守船机构2的受电线圈附近安装有与发射二极管一一对应的两个红外接收器。两个红外发射二极管16在空气中的发射距离为3.5m，发射广角为40度，两个红外发射二极管16信号区域部分重叠。不同的充电箱14上的红外发射二极管16的编码方式不同，不同的无人值守船机构2只能与对应的充电箱14对接实现充电。无人值守船机构2能依靠两个红外发射二极管16和两个红外接收器，实现送电线圈15与受电线圈定位，属于现有技术。

浮筒17，固定在充电箱14外表壁上，浮筒17和充电箱14作为整体，能在浮筒17的浮力下浮于水面上。让前述送电线圈15和红外发射二极管16能处于水面上。

无人值守船机构2包括无人船机构21和水下机器人机构22。其中，无人船机构21包括：

两艘简易船211，两艘简易船211沿图4中X方向并列设置，X方向为水平方向。简易船211可以直接购买获得。

两个螺旋桨212，分别安装在两个简易船211沿Y方向的一端，Y方向沿水平方向且垂直于X方向；两个螺旋桨212沿X方向并列设置，螺旋桨212的轴线沿Y方向。

支撑架213，同时固定在两艘简易船211的上表壁。两艘简易船211和支撑架213组成一个整体。支撑架213上安装有控制器，前述红外接收器与控制器电性连接；支撑架213上还固定有电池，电池给控制器供电。前述受电线圈、磁铁和红外接收器均安装在支撑架213上，受电线圈与电池电性连接。控制器与两个螺旋桨212电性连接，用于分别控制两个螺旋桨212转动。受电线圈接收的电量，会存储到电池中。

GPS模块装置214，安装在支撑架213上，与控制器电性连接。控制器能根据GPS模块装置214获知无人船机构21所在的坐标位置，即能获得污染物的具体位置。

其中一个简易船211上安装有电导电极215，型号为INLAB710 ELECTRODE。电导电极215处于水面以下，电导电极215与控制器电性连接，电导电极215用于监测水的电导率数据，并传输给控制器。

支撑架213上表壁固定有绕卷架216，绕卷架216上转动连接有绕卷辊217，绕卷辊217上缠绕有线缆218。线缆218的中部绕卷在绕卷辊217上，线缆218的一端自由端与电池连接，另一端自由端与水下机器人机构22连接。注意，线缆218与电池连接的一端有较多的线缆218余量，该部分余量的线缆218的长度约3米，该部分余量的线缆218不绕卷在绕卷辊217上。放卷时，该部分余量逐渐地绕卷在绕卷辊217上，所以线缆218与电池连接的一端并不会被拉扯。

支撑架213上安装有电机219，电机219的非转轴端固定在支撑架213上，电机219的转轴与绕卷辊217固定连接，电机219的转轴与绕卷辊217的轴线重合，电机219用于带动绕卷辊217相对于绕卷架216转动。电机219与前述控制器电性连接，由前述控制器控制其正转或者反转，实现线缆218的收卷和放卷。控制器控制电机219，使绕卷辊217放卷和收卷转动的圈数是设定的，如放卷和收卷的圈数均为Q。

支撑架213上表壁向下贯穿开设有对接孔2110，线缆218与水下机器人连接的一端穿过对接孔2110。

见图4，水下机器人机构22包括：水下机器人，型号为R-20Li锂电版小型观测级水下机器人；其自带照明系统和摄像系统221，水下机器人通过线缆218与电池连接。由电池通过线缆218供电给水下机器人工作。线缆218中还具有使摄像系统221与控制器电性连接的导线，摄像系统221与控制器通过有线的方式电性连接，摄像系统221拍摄的图片，通过有线的方式传输给控制器。控制器上电性连接有5G通讯模块，包括但不限于使用型号为GM800的5G通讯模块，控制器将摄像系统221拍摄的图像通过5G通讯模块远程传输给地面基站，供人获知所拍摄的污染位置水下的具体形态。前述电池给无人值守船机构2上所有的用电设备供电。

水下机器人的上表壁固定有一个对接头222，对接头222处于靠近线缆218的位置，当绕卷辊217收卷到末端时，对接头222能插入到对接孔2110中，对接孔2110设计的尺寸要远大于对接头222的尺寸，同时还要小于水下机器人的尺寸，即，需要对接头222插入到对接孔2110中，这样，即使水下机器人连同对接头222能够相对于支撑架213移动，但是由于对接头222受制于对接孔2110，移动范围也是仅限位对接孔2110的尺寸范围。另外，在水下机器人的上表壁固定有防撞条223，当绕卷辊217收卷到末端时，防撞条223会与支撑架213的下表壁撞击，防撞条223可以对该撞击力进行缓冲，防止水下机器人损坏。

通过该无人值守船进行污染物溯源的过程：

S1：初始状态时，无人值守船机构2的受电线圈会与船坞机构1上的送电线圈15强耦合，无人值守船机构2处于充电状态。充电大于90%时充电完成，充电完成后，无人值守船机构2处于船坞机构1附近，电导电极215监测该船坞附近水体的电导率，并将电导率数据传输给控制器。控制器监测到电导率数值超过阈值R，则控制器分别控制两个螺旋桨212转动。

无人值守船机构2依靠螺旋桨212移动远离送电线圈15，螺旋桨212产生的驱动力克服磁体吸力，无人值守船机构2沿河道，从下游往上游迂回行进。因为河道在卫星地图上的形状是确定的，包括河道的上、下游坐标和河道宽度，而且无人值守船机构2因为搭载了GPS模块装置214，所以无人值守船机构2所在河道的位置也是明确的，所以只需根据设定好的程序，就可以通过控制器控制无人值守船机构2的移动。

S2：无人值守船机构2向上游行进的过程中，电导电极215按设定时间间隔T不断地监测水体的电导率，并将各位置点的电导率数据和与之对应的位置坐标传输给控制器，控制器记录这些数据。

S3：当控制器监测到电导电极215监测的水体的电导率低于阈值R时，控制器控制无人值守船机构2停止继续向上游行进。控制器在记录的电导率数据和与之对应的位置坐标数据中，选出电导率最大时的位置坐标，电导率最大的位置坐标，也就代表着污染物所在位置坐标。在控制器的控制下，无人值守船机构2返回到该位置坐标。

S4：到达该位置坐标后，控制器控制绕卷辊217放卷，同时，水下机器人向水中游去。水下机器人会不断拍摄水下四周的图像，随着放卷的长度增加，水下机器人也不断地拍摄更深地水下四周图像，水下机器人将采集的图像数据传输给控制器，制器再通过其搭载的5G通讯模块，将图像数据传输给地面基站，由人根据图像获知水下污染物形态等信息。直到控制器通过电机219使绕卷辊217放卷到设定的圈数阈值Q，此时水下机器人达到最大深度。然后，控制器通过电机219使绕卷辊217收卷到设定的圈数阈值Q，对接头222插入到对接孔2110中，受对接孔2110的限制，对接头222和水下机器人作为整体，只能在对接孔2110所限制的范围内小范围移动，此时，水下机器人收卷完成。

S5：控制器根据无人值守船机构2此时的坐标，以及对应的船坞机构1的坐标（已知），结合河道的位置信息，控制螺旋桨212转动，并将无人值守船机构2向船坞机构1驶去。直至无人值守船机构2与船坞机构1处于3.5米以内。

S6：两个红外接收器不断接收来自于两个红外发射二极管16发出光信号强度，并将光信号强度传输给控制器，控制器根据光信号判断出红外接收器与红外发射二极管16的距离与角度，控制器不断地控制两个螺旋桨212转动，直至红外接收器与红外发射二极管16靠近在设定地阈值范围内。红外接收器和红外发射二极管16处于设定的阈值范围内，则意味着送电线圈15与受电线圈也在设定的范围0.5cm内。如果无人值守船机构2的电量低于20%，无人值守船机构2进入充电模式，送电线圈15通过电磁感应原理，给受电线圈充电，受电线圈再将电力传输给电池，达到给无人船电池充电的目的，否则不充电。循环S1-S6。

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)

1.一种用于污染物溯源的装置，其特征在于，包括船坞机构(1)和无人值守船机构(2)，无人值守船机构(2)包括：

两艘简易船(211)，并列设置，每艘简易船(211)上安装有螺旋桨(212)；

支撑架(213)，同时与两个简易船(211)固定连接；

GPS模块装置(214)，安装在支撑架(213)上，与支撑架(213)上的控制器电性连接；

电导电极(215)，安装在简易船(211)上，与控制器电性连接；

绕卷架(216)，固定在支撑架(213)上；

绕卷辊(217)，转动连接在绕卷架(216)上；支撑架(213)上设有用于使绕卷辊(217)转动的电机(219)；电机(219)与控制器电性连接；

绕卷辊(217)上绕卷有线缆(218)，线缆(218)的一端连接有水下机器人机构(22)，另一端与绕卷辊(217)固定后与电池连接，电池设置在支撑架(213)上，电池给无人值守船机构(2)上的用电设备供电，电池通过线缆(218)给水下机器人机构(22)供电，水下机器人机构(22)通过线缆(218)与控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于污染物溯源的装置，其特征在于，所述船坞机构(1)包括：

固定桩(11)，共两个，沿竖向设置，固定桩(11)的下端插入到水底；固定桩(11)的上端伸出水面；

限位环(12)，有多个，分别套设在固定桩(11)上，能沿固定桩(11)的高度方向移动；

充电箱(14)，同时与多个限位环(12)固定连接；

送电线圈(15)，安装于充电箱(14)中，处于充电箱(14)的侧壁；

两个红外发射二极管(16)，送电线圈(15)处于两个红外发射二极管(16)之间；处于送电线圈(15)的两侧，位于充电箱(14)的外壁；支撑架(213)上安装有用于接收红外发射二极管(16)光信号的两个红外接收器；

浮筒(17)，固定在充电箱(14)上，浮筒(17)和充电箱(14)作为整体能在浮筒(17)的浮力下浮于水面上；送电线圈(15)和红外发射二极管(16)均处于水面上。

3.根据权利要求1所述的一种用于污染物溯源的装置，其特征在于，所述控制器电性连接有5G通讯模块，控制器通过5G通讯模块与地面基站进行通信；水下机器人机构(22)包括摄像系统(221)，摄像系统(221)通过线缆(218)与控制器电性连接。

4.根据权利要求2所述的一种用于污染物溯源的装置，其特征在于，所述船坞机构(1)还包括：受电线圈，用于接收送电线圈(15)的电力，受电线圈安装在支撑架(213)上，受电线圈与电池连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于污染物溯源的装置，其特征在于，所述充电箱(14)的上表壁开设有敞口，充电箱(14)的上表壁固定有太阳能板(18)，太阳能板(18)的电线通过敞口与送电线圈(15)电性连接。

6.根据权利要求4所述的一种用于污染物溯源的装置，其特征在于，所述固定桩(11)的上端固定有防脱块(13)，防脱块(13)的尺寸大于限位环(12)的内径。

7.根据权利要求4所述的一种用于污染物溯源的装置，其特征在于，所述支撑架(213)上开设有对接孔(2110)，线缆(218)穿过对接孔(2110)，水下机器人机构(22)的上表壁固定有穿入到对接孔(2110)的对接头(222)，对接头(222)位于靠近线缆(218)的位置。

8.根据权利要求4所述的一种用于污染物溯源的装置，其特征在于，所述水下机器人机构(22)的上表壁固定有用于缓冲的防撞条(223)。