一种可远程遥控自导航水质采样分析装置.pdf

一种可远程遥控自导航水质采样分析装置属于环境保护中水质监测、采样、分析系统集成领域，特别涉及自导航行驶、水质采样分析检测技术。其包括载体[1]、无线通信模块[2]、采样分析模块[3]、环境传感器模块[4]、远程监控平台[5]、自导航系统[6]、控制模块[7]等部分。本发明具有对水质采样全过程的远程监控、自动采集、分样保存、自动记录相关信息等特点，同时具有快速、精确的获得时间和空间信息的优点，而且装置的水质分析模块可在第一时间获取到部分水质分析结果，从而可大幅提高水质现场采样的准确性、真实性、及时性、智能性及监测效率，降低采样风险和成本，对水域水质监测有着重要意义。

1.  一种可远程遥控自导航水质采样分析装置，其特征在于，其包括：载体[1]、无线通信模块[2]、采样分析模块[3]、环境传感器模块[4]、远程监控平台[5]、自导航系统[6]和控制模块[7]。

2.  按照权利要求1所述的一种可远程遥控自导航水质采样分析装置，其特征在于，
所述的载体[1]包含动力源、外观结构、平衡翼。
所述动力源的功能是为装置的行驶推进器[C1]提供驱动力、为装置内装载的其他模块[C2]提供工作电力。
所述行驶推进器[C1]为两个或多个带螺旋桨的电动马达，可同时工作或单独工作，在其中某个失效时还可以确保装置有足够的行驶动力。
所述外观结构为以船型作为装置整体外观结构。其流线型结构可提高装置在水中的稳定性，并减少水对装置的阻力。
所述平衡翼为装置的附加外置结构，以提高装置在水中的平衡性、安全性。

3.  按照权利要求1所述的一种可远程遥控自导航水质采样分析装置，其特征在于，
所述的无线通信模块[2]采用无线电双向通信方式，静态通信距离大于等于800米。

4.  按照权利要求1所述的一种可远程遥控自导航水质采样分析装置，其特征在于，
所述的采样分析模块[3]包含采样水泵[A1]、水深控制结构[A3]、水质分析装置[A4]和样品仓[A5]。
所述采样水泵[A1]是扬程大于10米，流量大于等于2L/min的潜水泵。
所述样品仓[A5]可存放多个容量为2L样品袋，同时配备分样结构[A2]，可把不同采样水深所采集的样品分别存放到不同的样品袋中。
所述水深控制结构[A3]可自由控制采样水泵的水深位置，最大深度可达8米。
所述水质分析装置[A4]使用的测量方法为红外分光光度法、采用电化学传感器的测量方式、采用半导体传感器的测量方式中的一种或多种方式的组合。该水质分析装置可快速在线测量样品中的多种参数，如：溶解氧、PH值、电导率等。

5.  按照权利要求1所述的一种可远程遥控自导航水质采样分析装置，其特征在于，
所述的环境传感器模块[4]包含水下水温测量模块、水深测量模块、水下水流速度测量模块、水面风速测量模块。
所述水下水温测量模块采用红外测温方式，利用红外测温传感器感知采样泵所处水深的水温。
所述水深测量模块采用声纳测距原理，利用超声波传感器测量水深。
所述水下水流速度测量模块使用水平传感器，利用水流所产生的加速度倾斜角来感知不同的水流速度。
所述水面风速测量模块使用风力流量传感器进行水面风速测量。

6.  按照权利要求1所述的一种可远程遥控自导航水质采样分析装置，其特征在于，
所述的远程监控平台[5]包含监控设定及显示模块、监控模块上的配套软件、装置前端所配备的全角度视频监视器[B1]。
所述监控设定及显示模块为整个采样过程进行功能性设定、显示，可为电脑PC机、工控机、智能手机或专门的遥控装置，供采样人员监控使用。
所述全角度视频监视器[B1]为可自由旋转的摄像装置，根据需要可实现任意角度的视角调整，借此观测水面以上或水面以下的环境状况。
所述配套软件为监控设定及显示模块上的应用软件，可方便地移植到其他平台上进行工作。

7.  按照权利要求1所述的一种可远程遥控自导航水质采样分析装置，其特征在于，
所述的自导航系统[6]包含GPS定位模块、配套GPS地图。
所述GPS定位模块是定位误差小于10m并可实时传输定位信息的GPS接收器。
所述配套GPS地图为PC平台、工控机、智能手机或专门的遥控装置上的可实时显示GPS接收器在地图上的坐标位置的地图，并可以设置目标采样点，控制采样装置自动航行到目标采样点的电子软件。软件可以很方便地移植到其他平台上工作。

8.  按照权利要求1所述的一种可远程遥控自导航水质采样分析装置，其特征在于，
所述的控制模块[7]包含推进器控制部分、采样控制部分。
所述推进器控制部分有装置的行驶、停止、转向控制，装置的自导航控制。
所述采样控制部分有采样泵的放下、回收控制，采样泵的工作、停止控制，样品分类存储结构控制，样品分析控制。
所述样品分类存储结构控制是装置进行采样时，利用分样结构对各采样袋存储通道的进行开、关的切换控制。

一种可远程遥控自导航水质采样分析装置
【技术领域】
本发明属于环境保护中水域水质监测、采样、分析系统集成领域，特别涉及自导航行驶、水质采样分析检测技术。
【背景技术】
目前，国内外的水域水质监测以固定自动监测站为主、移动监测辅助之。但是，固定自动监测站的造价之高直接导致了我国大流域范围内的固定自动监测站数量较少，并且其只能定点监测的特性使得很难在特定区域进行有针对性的实时水质监测。而现有的移动监测船尺寸大，在大多数情况下只能在特定的江流湖泊内进行巡回监测，无法便捷地实现对其他任意水域的水质进行检测，这就在很大程度上制约了移动监测优势的发挥。
水域水样采集方法基本为传统手工方式，大都采用人工步桥或乘船到水中采集样品，这些手段存在费用高、采样随意性大、人身不安全、采样效率低下等问题。
现有的仪器要么属于纯采样类，要么属于纯分析类，而对于某些带有采样功能的分析仪器，其移动性、性价比也是非常有限的。至今，国内外还未有集规范采样、实时分析、方便在各类水域中自导航移动、带有便携式监控平台、完全智能化控制于一体的水域水质采样分析装置。
【发明内容】
本发明在于解决现有技术的不足，而提出一种结构合理、采样准确、智能化高、监测效率高的可远程遥控自导航水质采样分析装置。该装置集成了GPS卫星定位导航模块、无线通信模块、水质采样分析模块、环境信息采集与处理系统等，通过相应的测量模块采集水体各项指标和相应的地理信息、环境因素，并实时发送给远程监控平台，从而获得实时的水质分析的部分测试数据。
本发明的关键在于装置内含有下述部分：采样部分、检测部分和监控部分。
所述采样部分含有采样水泵[A1]、分样结构[A2]和样品仓[A5]。分样结构[A2]一侧设有与采样水泵的出水端连接的进水管，另一端有多根出水管连接至样品仓[A5]中的各个样品袋，两端之间由多路电磁阀进行连接，通过微型控制系统来控制其开、关的切换。同时出水口上附带了一个取样小管，从该小管流出的水供水质分析装置[A4]进行检测。
所述检测部分含有一个用于检测各样品袋中水的相关指标的水质分析装置[A4]、一个用于检测装置所在位置地理信息的GPS定位模块、一个用于检测当前采样水深水温的红外测温传感器、一个用于检测当前水下水流速度的水平传感器、一个用于探测实际采样水深的超声波传感器和一个用于探测当前水面上风速状况的风速测量模块。
其中水质分析装置[A4]使用的测量方法可以是红外分光光度法、电化学传感器测量方式和半导体传感器测量方式中的一种或多种方式的组合，分析装置可快速在线测量样品中的多种参数，如：溶解氧、PH值、电导率等。
所述监控部分含有一个微型控制系统、一个全角度视频监视器[B1]和相关配套软件。其中全角度视频监视器[B1]实时拍摄装置周围的环境状况，同时微型控制系统把拍摄到的信息状况和水质分析仪得出的数据信息通过无线通信模块发送到远程监控平台，利用平台上的相关配套软件可以实时观测到装置周围的状况以及各个水质的分析结果。
试验证明，本发明可在较少投资的基础上获得较为精准的水质检测数据，而又由于测量周期短，可快速提供初步的检测结果，对较早发现水质异常变化、水域监测有着重要影响。同时由于具有成本较低、体积尺寸较小，方便在任意水域下进行采样分析等特点，为各种检测机构提供了便利，具有广阔的运用前景。
【附图说明】
图1为一种可远程遥控自导航水质采样分析装置系统结构示意图。
图2为系统工作流程框图。
【具体实施方式】
一种可远程遥控自导航水质采样分析装置的结构如图1所示，它包含载体[1]、无线通信模块[2]、采样分析模块[3]、环境传感器模块[4]、远程监控平台[5]、自导航系统[6]和控制模块[7]。
进行水质采样分析时将装置放入江、河或湖泊所需要检测的水域中，人在陆地上打开监控平台上的相关软件，在GPS地图上按照采样要求设定采样点坐标，在发出工作指令后，装置即会自导航到对应的坐标位置。利用配备的全角度视频监视器[B1]，装置会自行避开在行进过程中遇到的障碍物。在发出工作指令后也可以在监控平台上开打环境监测画面，以便观测装置周围的实际环境状况。监控平台同时保留了手工遥控功能，当采用此功能时，自导航系统将会被关闭，此时，可以通过环境监测画面观察并利用相关的按键控制其行驶。
装置到达采样点后，随即进行采样点环境信息采集，同时把水深信息、水流速度信息、风速信息等反馈给监控平台。此时装置根据所探测得的水深信息进行采样水层分析，以便进行采样深度控制、采样次数控制。
在水层分析结束后装置则按照所分析所得结果把采样泵的吸水管放入到对应深度中进行采样，同时环境传感器也会重新测量环境信息，再次反馈给监控平台。
装置在采样时，其微型控制系统会控制分样结构上的电磁阀关闭其他采样袋的通道，只留出一个采样袋的通道，使得采样泵将样品存放到对应的采样袋上。当进行多次采样时，微型控制系统控制电磁阀依次打开所需要使用的采样袋通道，其他通道均处于关闭状态。在采样结束后立即将此通道关闭，确保不会出现样品溢出或混合上其他采样袋上的样品。
装置在接收到确认指令后会自动完成采样、分析操作，无须人工操作。采样完成后装置则把采样管道收回并自行返回到原来的出发位置或目标位置。