一種基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)，包括多旋翼無人機(jī)、升降裝置和水樣采集裝置；升降裝置安裝在多旋翼無人機(jī)上，水樣采集裝置與升降裝置連接；多旋翼無人機(jī)上設(shè)置有無線接收器、控制器、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、攝像頭和無線發(fā)射器，導(dǎo)航定位系統(tǒng)與無線接收器連接，無線接收器、無線發(fā)射器、攝像頭、升降裝置和水樣采集裝置均與控制器連接。該系統(tǒng)采用飛行方式進(jìn)入采樣區(qū)域，機(jī)動(dòng)靈活，避免了因河道水草茂盛、水深較淺、采樣環(huán)境復(fù)雜等問題導(dǎo)致的采樣設(shè)備無法進(jìn)入的問題；可以高效準(zhǔn)確的進(jìn)行樣品的采集，減少人工勞動(dòng)；采樣過程同步視頻監(jiān)控，工作人員可以對(duì)采樣過程進(jìn)行全過程的控制。
【專利說明】一種基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種通過多旋翼無人機(jī)對(duì)河流湖泊進(jìn)行水樣采集的系統(tǒng)，屬于水質(zhì)監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段，我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)主要包括在線監(jiān)測(cè)和人工監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)是依靠建立固定的在線監(jiān)測(cè)站，進(jìn)行實(shí)時(shí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，成本較高，且無法在大范圍廣泛應(yīng)用；而人工監(jiān)測(cè)作為主要的監(jiān)測(cè)方式，主要是依靠大量的現(xiàn)場(chǎng)采樣，在實(shí)驗(yàn)室人工進(jìn)行水質(zhì)的測(cè)定，具備靈活性高、可操作范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的人工采樣方法主要是通過駕駛船或快艇等駛?cè)氩蓸訁^(qū)域，進(jìn)行人工采樣，采用該方法成本高、效率低，且由于采樣環(huán)境多樣，造成人工采樣的不方便。
[0003]近年來，為解決人工采樣效率低、受環(huán)境影響大等問題，出現(xiàn)了一批無人采樣的設(shè)備，例如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102407925B公布的《一種無人采樣艇》，該裝置包括船體、采樣分析系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)等，可以方便快捷的進(jìn)行樣品的采集，且其可折疊的船體結(jié)構(gòu)方便運(yùn)輸、攜帶。CN101592649A公布的《一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置》也是一種智能的采樣設(shè)備，該設(shè)備集成了無線通訊模塊、采樣分析模塊和導(dǎo)航模塊等，可以進(jìn)行多用途的水質(zhì)采樣分析。但是上述采樣設(shè)備因其自身?xiàng)l件限制，受采樣點(diǎn)周圍的環(huán)境影響較大，在草型湖泊以及河道情況較為復(fù)雜的地方，往往會(huì)因?yàn)樗菝?、河道水深較淺等原因無法正常到達(dá)采樣地點(diǎn)，影響水樣的采集。
[0004]因此，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)水樣采集裝置而言，如何克服受采樣環(huán)境影響大、效率低等問題，目前尚是一個(gè)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有的水樣采集設(shè)備存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理、采樣準(zhǔn)確、智能高效的基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可使工作人員遠(yuǎn)程控制采樣工作，并且通過裝置自帶的視頻系統(tǒng)，可以將采樣點(diǎn)周圍環(huán)境以視頻形式同步發(fā)送至遠(yuǎn)程控制端，有效避免了因受采樣環(huán)境的影響導(dǎo)致裝置無法正常使用的問題。
[0006]本實(shí)用新型的基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)，采用以下技術(shù)方案:
[0007]該系統(tǒng)，包括多旋翼無人機(jī)、升降裝置和水樣采集裝置；升降裝置安裝在多旋翼無人機(jī)上，水樣采集裝置與升降裝置連接；多旋翼無人機(jī)上設(shè)置有無線接收器、控制器、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、攝像頭和無線發(fā)射器，導(dǎo)航定位系統(tǒng)與無線接收器連接，無線接收器、無線發(fā)射器、攝像頭、升降裝置和水樣采集裝置均與控制器連接。
[0008]所述水樣采集裝置，包括采樣瓶、抽水泵、排水管、取水泵、取水電動(dòng)閥、取水管、反沖管、反沖電動(dòng)閥和氣泵，采樣瓶與升降裝置連接，排水管上連接有抽水泵，排水管的一端伸入采樣瓶的底部，取水管上連接有取水泵和取水電動(dòng)閥，取水管的一端伸入采樣瓶，取水管上還設(shè)置有反沖管，反沖管上連接有反沖電動(dòng)閥和氣泵，抽水泵、取水泵、取水電動(dòng)閥、反沖電動(dòng)閥和氣泵均與控制器連接。
[0009]所述排水管和取水管的外端設(shè)有濾網(wǎng)，用以阻隔雜物進(jìn)入水樣采集裝置。
[0010]所述升降裝置可以采用小型的電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)。
[0011]采樣時(shí)，通過無線遠(yuǎn)程控制將采樣點(diǎn)位定位坐標(biāo)通過無線接收器傳遞給導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GPS、北斗或其它導(dǎo)航定位系統(tǒng))，控制多旋翼無人機(jī)飛向目標(biāo)區(qū)域，同時(shí)開啟攝像頭進(jìn)行同步視頻監(jiān)控。無人機(jī)懸停在水面上方，通過遠(yuǎn)程控制發(fā)出采樣信息，并通過無線接收器將信號(hào)傳遞給控制器，控制器控制升降裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，使水樣采集裝置下降，并控制水樣采集裝置中的取水管伸入水中，進(jìn)行采樣。攝像頭的視頻信息通過控制器和無線發(fā)射器傳回地面。
[0012]本實(shí)用新型采用飛行方式進(jìn)入采樣區(qū)域，機(jī)動(dòng)靈活，避免了因河道水草茂盛、水深較淺、采樣環(huán)境復(fù)雜等問題導(dǎo)致的采樣設(shè)備無法進(jìn)入的問題；可以高效準(zhǔn)確的進(jìn)行樣品的采集，減少人工勞動(dòng)；采樣過程同步視頻監(jiān)控，工作人員可以對(duì)采樣過程進(jìn)行全過程的控制；可對(duì)水樣采集裝置進(jìn)行反沖，減少管道內(nèi)殘留的水樣對(duì)取樣的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型中水樣采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中:1、多旋翼無人機(jī)，2、遠(yuǎn)程控制器，3、無線接收器，4、控制器，5、GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，6、升降裝置，7、水樣采集裝置，8、攝像頭，9、無線發(fā)射器，10、采樣瓶，11、繩索，12、抽水泵，13、排水管，14、取水泵，15、取水電動(dòng)閥，16、取水管，17、反沖管，18、反沖電動(dòng)閥，19、氣泵。

【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)主要包括多旋翼無人機(jī)1、升降裝置6和水樣采集裝置7。升降裝置6安裝在多旋翼無人機(jī)1上，水樣采集裝置7通過繩索11與升降裝置6連接。多旋翼無人機(jī)1上設(shè)置有無線接收器3、控制器4、GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)5 (或采用其它導(dǎo)航系統(tǒng))、攝像頭8和無線發(fā)射器9。GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)5與無線接收器3連接。無線接收器3、無線發(fā)射器9和攝像頭8均與控制器4連接。升降裝置6和水樣采集裝置7上的電動(dòng)部件也均與控制器4連接。遠(yuǎn)程控制器2與控制器4通過無線接收器3實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。升降裝置6可以采用小型的電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)(微型電動(dòng)葫蘆)。
[0017]圖2給出了水樣采集裝置7的結(jié)構(gòu)，包括采樣瓶10、抽水泵12、排水管13、取水泵14、取水電動(dòng)閥15、取水管16、反沖管17、反沖電動(dòng)閥18和氣泵19。采樣瓶10通過繩索11與升降裝置6連接。排水管13上連接有抽水泵12，排水管13的一端伸入采樣瓶10的底部，另一端外露。取水管16上連接有取水泵14和取水電動(dòng)閥15，取水管16的一端伸入采樣瓶10的底部，另一端外露。取水管16上還設(shè)置有反沖管17,反沖管17上連接有反沖電動(dòng)閥18和氣泵19。抽水泵12、取水泵14、取水電動(dòng)閥15、反沖電動(dòng)閥18和氣泵19等電動(dòng)部件均與控制器4連接。在排水管13和取水管16的外端設(shè)有濾網(wǎng)，用以阻隔雜物進(jìn)入水樣采集裝置7。
[0018]上述系統(tǒng)的運(yùn)行過程如下所述。
[0019]采樣工作開始時(shí)，采樣人員通過遠(yuǎn)程控制器2進(jìn)行遙控，遠(yuǎn)程控制器2可以采用現(xiàn)有通用技術(shù)。無線接收器3和無線發(fā)射器9與遠(yuǎn)程控制器2通過無線通訊連接。通過遠(yuǎn)程控制器2輸入采樣點(diǎn)位GPS坐標(biāo)，位于多旋翼無人機(jī)1內(nèi)部的無線接收器3接收信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)5，控制多旋翼無人機(jī)1飛向目標(biāo)區(qū)域。并同時(shí)開啟攝像頭8，視頻信息反饋給控制器4，再通過無線發(fā)射器9將信號(hào)傳回遠(yuǎn)程控制器2。無人機(jī)到達(dá)目標(biāo)區(qū)域后，懸停在水面上方，遠(yuǎn)程控制器2發(fā)出采樣信息，無線接收器3接收信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給控制器4，當(dāng)控制器4收到采樣信息后，控制升降裝置6運(yùn)轉(zhuǎn)，使水樣采集裝置7下降，水樣采集裝置7中的取水管16伸入水中，進(jìn)行采樣。
[0020]首先對(duì)采樣瓶10進(jìn)行兩次潤(rùn)洗，而后采樣。首先啟動(dòng)取水泵14和取水電動(dòng)閥15，將水樣抽進(jìn)采樣瓶10，進(jìn)行潤(rùn)洗程序。通過取水泵14的流量和取水時(shí)間控制潤(rùn)洗水樣的體積，當(dāng)采樣瓶10裝滿水樣后，排水管13上的抽水泵12開始工作，將采樣瓶10的水樣抽出，達(dá)到潤(rùn)洗效果，當(dāng)潤(rùn)洗兩次過后，進(jìn)行正常取水。水樣通過取水泵14進(jìn)入采樣瓶。當(dāng)取水管16堵塞時(shí)，關(guān)閉取水電動(dòng)閥15，打開反沖管17上的反沖電動(dòng)閥18，氣泵19通過反沖管17對(duì)取水管16外端的濾網(wǎng)進(jìn)行反沖，以清通取水管。采樣結(jié)束后，取水泵14停止取水，中央處理器4控制升降裝置6反向運(yùn)轉(zhuǎn)，使水樣采集裝置7升起。
[0021]工作人員通過遠(yuǎn)程控制器2輸入命令，選擇返回或前往下個(gè)點(diǎn)位。
[0022]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]1、采用飛行方式進(jìn)入采樣區(qū)域，機(jī)動(dòng)、靈活，避免了因河道水草茂盛、水深較淺、采樣環(huán)境復(fù)雜等問題導(dǎo)致的采樣設(shè)備無法進(jìn)入的問題。
[0024]2、可以高效、準(zhǔn)確的進(jìn)行樣品的采集，減少人工勞動(dòng)。
[0025]3、采樣過程同步視頻監(jiān)控，工作人員可以對(duì)采樣過程進(jìn)行全過程的控制。
[0026]4、水樣采集裝置7帶有沖洗功能，減少管道內(nèi)殘留的水樣對(duì)取樣的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)，包括多旋翼無人機(jī)、升降裝置和水樣采集裝置；其特征是:升降裝置安裝在多旋翼無人機(jī)上，水樣采集裝置與升降裝置連接；多旋翼無人機(jī)上設(shè)置有無線接收器、控制器、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、攝像頭和無線發(fā)射器，導(dǎo)航定位系統(tǒng)與無線接收器連接，無線接收器、無線發(fā)射器、攝像頭、升降裝置和水樣采集裝置均與控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)，其特征是:所述水樣采集裝置，包括采樣瓶、抽水泵、排水管、取水泵、取水電動(dòng)閥、取水管、反沖管、反沖電動(dòng)閥和氣泵，采樣瓶與升降裝置連接，排水管上連接有抽水泵，排水管的一端伸入采樣瓶的底部，取水管上連接有取水泵和取水電動(dòng)閥，取水管的一端伸入采樣瓶，取水管上還設(shè)置有反沖管，反沖管上連接有反沖電動(dòng)閥和氣泵，抽水泵、取水泵、取水電動(dòng)閥、反沖電動(dòng)閥和氣泵均與控制器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多旋翼無人機(jī)的河流湖泊水樣自動(dòng)控制采集系統(tǒng)，其特征是:所述排水管和取水管的外端設(shè)有濾網(wǎng)。
【文檔編號(hào)】G01N1/14GK204085945SQ201420439772
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】孫麗風(fēng), 張志斌, 畢學(xué)軍, 劉長(zhǎng)青 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)