本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領域，尤其涉及一種水域環(huán)境監(jiān)測飛行器及其監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

水是人類賴以生存和發(fā)展的不可或缺的重要物質(zhì)資源之一，但近年來隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及工業(yè)化、城市化進程的加快，人類單純追求經(jīng)濟利益的活動使江河湖泊正遭受著嚴重污染，水生態(tài)系統(tǒng)受到不同程度的破壞，藻類大量繁殖，水體透明度下降，水生植物逐漸消亡，污染嚴重的湖泊還會出現(xiàn)水體發(fā)黑或出現(xiàn)水華。水環(huán)境污染已影響到人們生活的方方面面，而人們?nèi)找嬖鰪姷沫h(huán)保意識對水資源保護提出了更高的要求，因此，控源截污，加強環(huán)境監(jiān)測能力，提升江河湖泊管理水平以維護河湖健康生命，保障水資源可持續(xù)利用是一項緊迫的重要任務。

現(xiàn)階段，常用的水域監(jiān)測手段有：人工采樣、實驗室分析法，遙感監(jiān)測技術(shù)、水生物監(jiān)測水質(zhì)技術(shù)、無人機航拍等。這些監(jiān)測方法各有優(yōu)缺點，其中對于人工采樣、實驗室分析法，存在數(shù)據(jù)采集慢、監(jiān)測過程繁瑣以及勞動強度大等問題；遙感技術(shù)存在探測精度低、費用高等問題；水生物監(jiān)測，僅能反應測試站點附近的水質(zhì)情況；無人機航拍，具有靈活、機動性能，但只能從視覺角度進行環(huán)境監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述不足，提供一種水域環(huán)境監(jiān)測飛行器及其監(jiān)測方法。

為解決上問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種水域環(huán)境監(jiān)測飛行器，包括飛行器主體，所述飛行器主體自帶姿態(tài)傳感器和數(shù)字羅盤，所述飛行器主體的上部設置有控制模塊和無線傳輸模塊，所述飛行器主體的下部設置有環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊和防水攝像頭，所述飛行器主體的下部還安裝有浮板；所述姿態(tài)傳感器、數(shù)字羅盤、無線傳輸模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊和防水攝像頭均與控制模塊相連，所述防水攝像頭與無線傳輸模塊相連；所述飛行器主體上還裝有氣壓計，所述氣壓計與控制模塊相連。

進一步的，所述無線傳輸模塊由無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、無線影音傳輸模塊以及無線通訊模塊組成，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和無線通訊模塊均與控制模塊相連，所述無線影音傳輸模塊與防水攝像頭相連。

進一步的，所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊包括水溫傳感器、酸堿度傳感器和溶解氧傳感器。

進一步的，所述控制模塊和無線傳輸模塊設置在防水密封艙中，所述防水密封艙固定在飛行器主體的上部。

進一步的，所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊與防水攝像頭通過伸縮桿與飛行器主體相連。

進一步的，還包括支架，所述浮板通過支架與飛行器主體的下端相連。

進一步的，所述防水攝像頭的鏡頭周圍裝有LED燈，所述LED燈與控制模塊相連。

利用上述的水域環(huán)境監(jiān)測飛行器進行水域監(jiān)測的方法，該水域監(jiān)測方法具體為：

(1)當飛行器在水域上方飛行時，防水攝像頭對水面進行實時圖像采集，并通過無線影音傳輸模塊傳回地面控制中心；

(2)當飛行器飛至指定水域后，其降落于水面并滑水飛行，環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊與防水攝像頭浸沒水中，防水攝像頭進行實時水下圖像采集，并通過無線影音傳輸模塊將圖像傳回控制中心，同時水溫傳感器、酸堿度傳感器和溶解氧傳感器進行水質(zhì)數(shù)據(jù)采集，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳回控制中心。

本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明通過將環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊、防水攝像頭、無線傳輸模塊、浮板與四旋翼飛行器相結(jié)合，并利用輕質(zhì)的密封艙進行電子設備的防水處理，負載結(jié)構(gòu)的拉伸與壓縮，實現(xiàn)了水面、水下全方位立體水域環(huán)境監(jiān)測。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、控制方便，能夠高效、靈活、經(jīng)濟的實現(xiàn)水域環(huán)境的監(jiān)測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明著陸在地面上的示意圖；

圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖；

圖中：飛行器主體1、浮板2、支架3、環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊與防水攝像頭4、伸縮桿5、密封艙6。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明不僅局限于次。

如圖1-3所示，本發(fā)明提供一種水域環(huán)境監(jiān)測飛行器，包括飛行器主體1(包括螺旋槳、無刷直流電機、電調(diào))，所述飛行器主體1自帶姿態(tài)傳感器和數(shù)字羅盤，所述飛行器主體1的上部設置有控制模塊和無線傳輸模塊，所述飛行器主體1的下部設置有環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊和防水攝像頭4，所述飛行器主體1的下部還安裝有浮板2；所述姿態(tài)傳感器、數(shù)字羅盤、無線傳輸模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊和防水攝像頭均與控制模塊相連，所述防水攝像頭與無線傳輸模塊相連；所述飛行器主體上還裝有氣壓計，所述氣壓計與控制模塊相連；所述控制模塊為微控制器(MCU)，可以采用富士通公司MB9B120M型號的產(chǎn)品，但不限于此；MCU通過I2C總線與姿態(tài)傳感器、氣壓計、數(shù)字羅盤相連；姿態(tài)傳感器包括三軸加速度計、三軸陀螺儀，可以采用MPU6050型號芯片，但不限于此；氣壓計可以采用MS5611型號芯片，但不限于此；數(shù)字羅盤可以采用HMC5883L型號芯片，但不限于此；經(jīng)過姿態(tài)解算，MCU利用飛行控制算法通過電調(diào)對飛行器的無刷直流電機進行實時控制，并通過無線通信模塊接收地面控制中心傳送的脈沖位置信號(PPM)不斷調(diào)整姿態(tài)與飛行路線，實現(xiàn)靈活地水域監(jiān)測。

進一步的，所述無線傳輸模塊由無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、無線影音傳輸模塊以及無線通訊模塊組成，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和無線通訊模塊均與控制模塊相連，所述無線影音傳輸模塊與防水攝像頭相連；其中無線影音傳輸模塊用于防水攝像頭圖像的傳輸，可以采用ANTEMA品牌的2.4G無線傳輸模塊，但不限于此；無線環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸模塊用于水溫傳感器、酸堿度傳感器、溶解氧傳感器測得的水質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸，可以采用通信頻段為433MHz的CC1101模塊，但不限于此；無線通信模塊用于地面控制中心對飛行器的遙控通信，可以采用NRF2401無線模塊，但不限于此。

進一步的，所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊包括水溫傳感器、酸堿度傳感器和溶解氧傳感器；其中水溫傳感器與MCU的普通IO口相連，可以采用已經(jīng)密封好的DS18b20水溫探頭，但不限于此；酸堿度傳感器和溶解氧傳感器與MCU的ADC口連接，其中酸堿度傳感器可以采用帶溫度補償?shù)腜H值采集傳感器，溶解氧傳感器可采用DO傳感器，但不限于此；MCU獲取環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)打包并配上報頭和報尾組成完整的數(shù)據(jù)包，利用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳回地面控制中心。

進一步的，所述控制模塊和無線傳輸模塊設置在防水密封艙中，所述防水密封艙6固定在飛行器主體1的上部，所述防水密封艙6是由輕質(zhì)防水材料制成。

進一步的，所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊與防水攝像頭通過伸縮桿5與飛行器主體1相連；還包括支架3，所述浮板2通過支架3與飛行器主體1的下端相連；當飛行器在水面滑水飛行時，浮板2為整個飛行器提供一定浮力，降低系統(tǒng)能耗，在重力作用下，處于整個系統(tǒng)的最底部并低于浮板的位置；當飛行器在地面著陸時，伸縮桿5壓縮，將環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊與攝像頭收縮到與浮板2等高的位置，保證飛行器可以平穩(wěn)?？吭诘孛嫔?。

進一步的，所述防水攝像頭的鏡頭周圍裝有LED燈，所述LED燈與控制模塊相連，便于飛行器滑水飛行時防水攝像頭對水下弱光環(huán)境的拍攝，防水攝像頭的模式通過MCU控制，即對水面拍攝時，LED燈滅，對水下環(huán)境拍攝時，LED燈亮。

如圖3所示，水域環(huán)境監(jiān)測飛行器的工作模式主要分為兩種：

(1)水面監(jiān)測：當飛行器在水域上方飛行時，防水攝像頭對水面進行實時圖像采集，并通過無線影音傳輸模塊傳回地面控制中心；

(2)水下監(jiān)測：當飛行器飛至指定水域后，其降落于水面并滑水飛行，環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊與防水攝像頭浸沒水中，防水攝像頭進行實時水下圖像采集，并通過無線影音傳輸模塊將圖像傳回控制中心，同時水溫傳感器、酸堿度傳感器和溶解氧傳感器進行水質(zhì)數(shù)據(jù)采集，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳回控制中心。

本發(fā)明通過將環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊、防水攝像頭、無線傳輸模塊、浮板與飛行器相結(jié)合，并利用輕質(zhì)的密封艙進行電子設備的防水處理以及負載結(jié)構(gòu)的拉伸與壓縮，實現(xiàn)了水面、水下全方位立體水域環(huán)境監(jiān)測。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、控制方便，能夠高效、靈活、經(jīng)濟的實現(xiàn)水域環(huán)境的監(jiān)測，適用于環(huán)境監(jiān)測領域。