本發(fā)明涉及水質(zhì)監(jiān)測，尤其是涉及一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺。

背景技術(shù)：

1、對入侵物種進行快速準(zhǔn)確的檢測是實現(xiàn)早期入侵預(yù)警和防控的關(guān)鍵。環(huán)境dna技術(shù)因其成本低、靈敏度高、快速高效、對生態(tài)環(huán)境沒有入侵性等優(yōu)點已成為于海洋、江河湖泊中環(huán)境中檢測入侵生物的重要手段。用于環(huán)境dna提取的水樣采集是檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時對水環(huán)境數(shù)據(jù)的全面獲取也是生物入侵機制研究的先決條件。目前海洋、江河湖泊中環(huán)境dna水樣獲取和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集時采樣人員需依賴船舶到達采樣點，面臨水樣采集成本高且存在安全隱患、水樣采集和水參數(shù)獲取程序復(fù)雜繁瑣、人為誤差大且樣品易交叉污染等問題。。

2、目前的水環(huán)境監(jiān)測方法包括傳統(tǒng)人工監(jiān)測和自動監(jiān)測，傳統(tǒng)人工存在工作量大、周期長、成本高的問題，自動監(jiān)測越來越成為水環(huán)境監(jiān)測的主流方式，主要的包括自動站定點監(jiān)測和走航自動監(jiān)測，自動監(jiān)測站存在成本高、監(jiān)測范圍小不能完整反應(yīng)水體的整體環(huán)境狀況的缺點；而走航監(jiān)測雖然可以有效提高水環(huán)境監(jiān)測的時效性和監(jiān)測范圍，但仍然存在設(shè)備功能單一化、監(jiān)測數(shù)據(jù)不完善、缺少水環(huán)境樣本采集能力、缺少水下環(huán)境觀測能力以及轉(zhuǎn)場不變等問題。

3、故亟需一種不依賴于船舶載具的且兼具水面、水下樣本采集以及綜合環(huán)境參數(shù)功能的水上多功能平臺以應(yīng)對以上問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，解決了目前海洋、江河湖泊中環(huán)境中監(jiān)測入侵生物環(huán)境dna時，水樣采集由于依賴人員搭載船舶載具而面臨的水樣采集成本高且存在安全隱患、水樣采集和水參數(shù)獲取程序復(fù)雜繁瑣、人為誤差大且樣品易交叉污染等問題。該平臺同時兼具水環(huán)境數(shù)據(jù)綜合采集和傳輸能力，實現(xiàn)了水面、水下水樣自動化采樣和水環(huán)境參數(shù)綜合采集的系統(tǒng)集成。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，包括水面載具、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和岸基控制系統(tǒng)，所述水面載具用于離岸自航行、視覺環(huán)境感知、定位和水樣采集、收集；

3、所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)用于水樣采集、水環(huán)境數(shù)據(jù)收集和水下影像資料錄制；所述通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)用于無線網(wǎng)絡(luò)、實時通訊和數(shù)據(jù)傳輸；所述岸基控制系統(tǒng)用于對平臺進行遠程無線控制。

4、優(yōu)選的，所述水面載具搭載有供電模塊、推進模塊、視覺環(huán)境感知模塊、北斗定位模塊、水樣采集及儲存模塊。

5、優(yōu)選的，所述供電模塊用于為水上工作平臺供電；所述北斗定位模塊用于對平臺的位置進行定位，并更新、記錄平臺航行路徑；所述視覺環(huán)境感知模塊用于感知平臺的水面工作環(huán)境、航向和水面障礙物，以及觀察水下環(huán)境，并實時采集水下視頻畫面；所述水樣采集及儲存模塊用于控制采集水環(huán)境中水樣時的采水流速、采水功率、采水深度、采樣次數(shù)和水樣體積。

6、優(yōu)選的，所述水面載具掛載所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)包括采集深度控制模塊、多參數(shù)水環(huán)境傳感器模塊、水下影像采集模塊、水下照明模塊和水樣采集計量模塊。

7、優(yōu)選的，所述采集深度控制模塊用于控制水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的作業(yè)深度；所述多參數(shù)環(huán)境傳感器模塊用于測量水環(huán)境中的相應(yīng)水質(zhì)參數(shù)；所述水下影像采集模塊、所述水下照明模塊用于拍攝水下環(huán)境影像資料，并在拍攝過程中按需補充照明；所述水樣采集計量模塊用于控制水樣采集的流速和水量。

8、優(yōu)選的，所述多參數(shù)環(huán)境傳感器模塊包括溶解氧傳感器、ph傳感器、溫度傳感器、濁度傳感器、葉綠素含量傳感器和鹽度傳感器。

9、優(yōu)選的，所述通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括無線網(wǎng)橋和通信模塊，所述無線網(wǎng)橋和通信模塊用于平臺與岸基控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、通訊，所述通信模塊選用4g/5g通信模塊，并內(nèi)嵌tcp/ip協(xié)議棧。

10、優(yōu)選的，所述岸基控制系統(tǒng)包括桌面操作系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、顯示器和供電系統(tǒng)，所述桌面操作系統(tǒng)用于信息展示、系統(tǒng)控制和圖像處理，所述顯示器用于展示包括傳感器數(shù)值、當(dāng)前平臺狀態(tài)和供電系統(tǒng)信息，所述主控系統(tǒng)用于平臺移動控制、深度控制和采水控制。

11、優(yōu)選的，所述岸基控制系統(tǒng)用于遠程無線控制平臺的行進方向和航速、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的作業(yè)深度，水樣采集的流速和體積，岸基控制系統(tǒng)還用于信息展示，包括傳感器數(shù)值、當(dāng)前平臺狀態(tài)和供電系統(tǒng)信息，水面及水下工作環(huán)境。

12、因此，本發(fā)明采用上述一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，有益效果如下：

13、(1)本發(fā)明具備岸基控制的自航行能力，可以同時實現(xiàn)不依賴于船舶載具的離岸水面及水下遠距離水樣的自動采集，各種所需的水環(huán)境綜合參數(shù)檢測以及水面、水下影像資料的記錄、傳輸。

14、(2)本發(fā)明解決了當(dāng)前海洋、江河湖泊中環(huán)境中監(jiān)測入侵生物環(huán)境dna時，傳統(tǒng)水樣采集由于依賴人員搭載船舶載具而面臨的水樣采集成本高且存在安全隱患、水樣采集和水參數(shù)獲取程序復(fù)雜繁瑣、人為誤差大且樣品易交叉污染等問題。而本發(fā)明提供的平臺能夠同時兼具水環(huán)境數(shù)據(jù)綜合采集和傳輸能力，實現(xiàn)了水面、水下水樣自動化采樣和水環(huán)境參數(shù)綜合采集的系統(tǒng)集成。

15、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，其特征在于：包括水面載具、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和岸基控制系統(tǒng)，所述水面載具用于離岸自航行、視覺環(huán)境感知、定位和水樣采集、收集；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，其特征在于：所述水面載具搭載有供電模塊、推進模塊、視覺環(huán)境感知模塊、北斗定位模塊、水樣采集及儲存模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，其特征在于：所述供電模塊用于為水上工作平臺供電；所述北斗定位模塊用于對平臺的位置進行定位，并更新、記錄平臺航行路徑；所述視覺環(huán)境感知模塊用于感知平臺的水面工作環(huán)境、航向和水面障礙物，以及觀察水下環(huán)境，并實時采集水下視頻畫面；所述水樣采集及儲存模塊用于控制采集水環(huán)境中水樣時的采水流速、采水功率、采水深度、采樣次數(shù)和水樣體積。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，其特征在于：所述水面載具掛載所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)包括采集深度控制模塊、多參數(shù)水環(huán)境傳感器模塊、水下影像采集模塊、水下照明模塊和水樣采集計量模塊。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，其特征在于：所述采集深度控制模塊用于控制水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的作業(yè)深度；所述多參數(shù)環(huán)境傳感器模塊用于測量水環(huán)境中的相應(yīng)水質(zhì)參數(shù)；所述水下影像采集模塊、所述水下照明模塊用于拍攝水下環(huán)境影像資料，并在拍攝過程中按需補充照明；所述水樣采集計量模塊用于控制水樣采集的流速和水量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，其特征在于：所述多參數(shù)環(huán)境傳感器模塊包括溶解氧傳感器、ph傳感器、溫度傳感器、濁度傳感器、葉綠素含量傳感器和鹽度傳感器。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，其特征在于：所述通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括無線網(wǎng)橋和通信模塊，所述無線網(wǎng)橋用于平臺與所述岸基控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和通訊，具體包括實時視頻、傳感器數(shù)據(jù)、控制指令的數(shù)據(jù)傳輸和通訊，所述通信模塊選用4g/5g通信模塊，并內(nèi)嵌tcp/ip協(xié)議棧。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，其特征在于：所述岸基控制系統(tǒng)包括桌面操作系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、顯示器和供電系統(tǒng)，所述桌面操作系統(tǒng)用于信息展示、系統(tǒng)控制和圖像處理，所述顯示器用于展示包括傳感器數(shù)值、當(dāng)前平臺狀態(tài)和供電系統(tǒng)信息，所述主控系統(tǒng)用于平臺移動控制、深度控制和采水控制。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，其特征在于：所述岸基控制系統(tǒng)用于遠程無線控制平臺的行進方向和航速、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的作業(yè)深度，水樣采集的流速和體積，岸基控制系統(tǒng)還用于信息展示，包括傳感器數(shù)值、當(dāng)前平臺狀態(tài)和供電系統(tǒng)信息，水面及水下工作環(huán)境。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，包括水面載具、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和岸基控制系統(tǒng)，所述水面載具用于離岸自航行、視覺環(huán)境感知、定位和水樣采集、收集；所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)用于水樣采集、水環(huán)境數(shù)據(jù)收集和水下影像資料錄制；所述通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)用于實時通訊和數(shù)據(jù)傳輸；所述岸基控制系統(tǒng)用于對平臺進行遠程無線控制。本發(fā)明采用上述的一種離岸水樣自動采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺，可實現(xiàn)遠距離遙控水樣自動采集、各種水環(huán)境參數(shù)檢測及影像資料的記錄，解決了目前海洋、江河湖泊中環(huán)境DNA水樣獲取和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集時依賴人搭載船舶載具成本高、安全性差和作業(yè)流程復(fù)雜的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：董波,王瑋,李晨虹,郝常翔
受保護的技術(shù)使用者：中國海洋大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18