一种用于水体排污暗管监测无人艇及其监测方法
阅读说明：本技术 一种用于水体排污暗管监测无人艇及其监测方法 (Unmanned ship for monitoring water body pollution discharge concealed pipe and monitoring method thereof ) 是由 崔云华 于 2021-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于水体排污暗管监测无人艇及其监测方法,包括艇体、水质采样监测系统、排污暗管排查系统和通信系统,所述采样监测系统包括载荷舱,所述艇体艇尾设置载荷舱,所述载荷舱内通过升降机构连接自动分瓶采样装置,所述排污暗管排查系统固定安装于所述艇体前端的平台上,所述水质采样监测系统以及排污暗管排查系统通过所述通信系统联系显控基站。该发明采用电能为动力的小型无人艇作为载体,搭载功能完善的自动分瓶采样监测装置,简化了无人艇本身的结构,简化了取样监测的步骤,内置水质监测装置,能够快速的获取数据,提高了效率。(The invention discloses a water body sewage drainage concealed pipe monitoring unmanned ship and a monitoring method thereof. The invention adopts a small unmanned boat taking electric energy as power as a carrier, carries an automatic bottle-dividing sampling monitoring device with complete functions, simplifies the structure of the unmanned boat, simplifies the steps of sampling monitoring, is internally provided with a water quality monitoring device, can quickly acquire data, and improves the efficiency.)
技术领域
本发明设计无人艇领域，特别是一种用于水体排污暗管监测无人艇及其监测方法。
背景技术
水质监测，是监视和测定水体中污染物的种类，各类污染物浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。监视范围十分广泛，包括未被污染或已被污染的天然水及各种各样的工业排水等，随着雨水冲刷，城市建设的变化，使得一些排污管逐渐被遮盖，变成排污暗管，长期得不到治理，对水体造成严重的污染，而这些排污暗管一般隐藏于水底很难被发现，所以监测起来效率极低。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于水体排污暗管监测无人艇及其监测方法，有效提高了排污暗管排查的效率。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种用于水体排污暗管监测无人艇及其监测方法，包括艇体、水质采样监测系统、排污暗管排查系统和通信系统，所述采样监测系统包括载荷舱，所述艇体艇尾设置载荷舱，所述载荷舱内通过升降机构连接自动分瓶采样装置，所述排污暗管排查系统固定安装于所述艇体前端的平台上，所述水质采样监测系统以及排污暗管排查系统通过所述通信系统通信连接于显控基站。
进一步地，所述自动分瓶采样装置包括隔水壳体、自动分瓶装置和排空冲洗装置，所述隔水壳体的上端盖连接于所述升降机构，所述隔水壳体的上端盖上设置有取样口，所述取样口通过所述自动分瓶装置内腔连接于多个容积等差设置的试管，所述自动分瓶装置固定设置于所述隔水壳体的上端盖内，所述自动分瓶装置内腔底部设置排空冲洗装置，所述排空冲洗装置的冲洗喷头组件设置于所述自动分瓶装置内腔内，所述试管和所述排空冲洗装置位于所述隔水壳体内。
进一步地，所述自动分瓶装置包括升降取样瓶，所述升降取样瓶滑动设置于所述隔水壳体的上端盖中心的过渡槽内，所述升降取样瓶通过升降结构控制升降，所述升降取样瓶侧壁上端开设一圈进水口，所述升降取样瓶侧壁下端对应于所述试管环绕设置多个分液口，所述过渡槽内侧壁底部对应于所述分液口设置多个过渡通道，所述分液口与所述过渡通道之间转动设置环形单孔隔板，所述环形单孔隔板通过动力装置驱动转动，所述过渡通道通过短软管连接于所述试管的进水口，所述试管竖直固定于所述隔水壳体的上端盖的下底面；
所述过渡槽内侧壁上开设竖直滑槽，所述升降取样瓶外侧壁上对应设置限位滑块，所述限位滑块通过所述升降结构驱动滑动设置于所述竖直滑槽内；
进一步地，所述短软管倾斜设置，所述短软管连接于所述试管的一端高于所述短软管连接于所述过渡通道的一端，所述升降取样瓶内腔底面设置环形集水凹槽，所述环形集水凹槽最低处设置排水口，所述排水口连接于所述排空冲洗装置。
进一步地，所述排空冲洗装置包括排空结构和冲洗结构，所述排空结构包括等水转盘，所述等水转盘的上端面贴合于所述排水口，所述等水转盘上对应于所述排水口等间距环绕设置等水槽，所述等水槽通过软管连通于排水腔，所述排水腔底端通过单向水泵连通于所述隔水壳体外界。
进一步地，所述冲洗结构包括过滤装置和冲洗喷头组件，所述过滤装置通过抽水泵连接于所述排水腔，所述过滤装置通过提水泵连接竖直导管，所述竖直导管的顶端设置所述冲洗喷头组件；
所述冲洗喷头组件包括防水罩，升降支架和摆动喷头，所述防水罩竖直固定于所述升降取样瓶内腔底面，所述防水罩支撑所述升降支架顶端的密封盖，所述升降支架中部直杆竖直固定于所述密封盖下方，所述直杆底端设置滑块，所述滑块滑动设置于所述竖直导管顶端的压力腔内；
所述密封盖下方环绕所述升降支架设置多个所述摆动喷头，所述摆动喷头通过软管连通于所述压力腔，所述压力腔连通于所述竖直导管。
进一步地，所述试管的进水口处设置试管塞，所述试管塞的底面一侧设置水样入口，所述试管塞的内部设置蓄水腔，所述短软管通过所述蓄水腔连通于所述水样入口；所述蓄水腔内设置转换开关，所述转换开关位于所述水样入口处，所述蓄水腔顶面设置增压管道，所述增压管道连通于所述试管塞底端的环形喷腔，所述环形喷腔内转动设置转动喷头；所述转动喷头为环形块状，所述转动喷头的端面上环绕设置多组倾斜通孔；所述转动喷头为环形块状，所述转动喷头的端面上环绕设置多组倾斜通孔；
所述转换开关包括电磁铁和金属球，所述电磁铁为环状环绕设置于所述增压管道入口处，所述电磁铁位于所述水样入口的正上方，所述水样入口为漏斗状，所述水样入口上支撑所述金属球。
进一步地，所述试管塞上固定设置水质检测装置。
进一步地，所述排污暗管排查系统包括红外摄像头和声纳探测器，所述红外摄像头和声纳探测器固定安装于所述艇体前端的平台上。
进一步地，所述监测方法包括以下步骤：
第一步骤，由显控基站编辑至少三条采样路线，所述无人艇由编辑航线自动航行，通过所述红外摄像头拍摄获取航线周围水域污染分布情况，根据所述污染分布情况自动规划水质监测采样点；
第二步骤，所述无人艇航行至水质监测采样点，所述自动分瓶采样装置自动下放至水下一定深度，所述升降取样瓶上升，所述取样口打开，所述水样通过所述进水口进入所述升降取样瓶内，当达到一定水量，所述升降取样瓶下降，使得所述分液口对应到通往所述试管的过渡通道，所述环形单孔隔板转动，自动将单孔对应到相应试管的过渡通道，所述水样通过分液口穿过所述单孔，通过所述过渡通道再经过所述短软管进入所述试管，通过所述水质检测装置监测并记录数据；
第三步骤，转动所述等水转盘，使得所述等水槽对应到排水口，使得所述升降取样瓶内多余的样液排空，多余的样液通过软管汇集于所述排水腔内暂存，同时所述试管内监测后的水样同样通过软管汇集于所述排水腔内暂存，所述排水腔定时通过单向水泵排一次水；
第四步骤，通过抽水泵抽取所述排水腔内暂存水样，通过所述过滤装置过滤获得用于冲洗的冲洗液，所述冲洗液通过所述提水泵沿所述竖直导管提升至压力腔，推动所述升降支架上升，使得所述摆动喷头探出所述防水罩，所述冲洗液通过软管输送至所述摆动喷头，由所述摆动喷头，由所述摆动喷头上下摆动对所述升降取样瓶内壁进行冲洗；
同时所述冲洗液通过分液口穿过所述单孔，通过所述过渡通道再经过所述短软管，进入所述试管塞内，通过增压管道进入环形喷腔由转动喷头喷出，对所述试管内壁进行冲洗；
冲洗过后的冲洗液由软管汇集于所述排水腔内；
第五步骤，自动调节所述自动分瓶采样装置在水下的深度，重复上述采样监测以及冲洗步骤，多次记录数据，由软件自动生成水质参数空间变化图；
第六步骤，分析所述水质参数空间变化图，自动筛选排污暗管疑点位置；
第七步骤，在所述排污暗管疑点位置通过声纳探测器扫描，自动生成排污暗管疑点位置区域水下影像；
第八步骤，通过观测影像，排查并记录排污暗管的位置及数量。
有益效果：本发明的一种用于水体排污暗管监测无人艇及其监测方法，采用电能为动力的小型无人艇作为载体，搭载功能完善的自动分瓶采样监测装置，简化了无人艇本身的结构，简化了取样监测的步骤，内置水质监测装置，能够快速的获取数据，提高了效率。
附图说明
附图1为一种用于水体排污暗管监测无人艇的结构图；
附图2为动分瓶采样装置的结构图；
附图3为自动分瓶装置的结构图；
附图4为环形集水凹槽位置结构图；
附图5为排空冲洗装置的结构图；
附图6为冲洗结构的结构图；
附图7为试管塞的结构图；
附图8为转动喷头的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1所述的一种用于水体排污暗管监测无人艇及其监测方法，包括艇体1、水质采样监测系统2、排污暗管排查系统3和通信系统4，所述采样监测系统包括载荷舱5，所述艇体1艇尾设置载荷舱5，所述载荷舱5内通过升降机构连接自动分瓶采样装置6，所述排污暗管排查系统3固定安装于所述艇体1前端的平台上，所述水质采样监测系统2以及排污暗管排查系统3通过所述通信系统4通信连接于显控基站，采用电能为动力的小型无人艇作为载体，搭载功能完善的自动分瓶采样监测装置，简化了无人艇本身的结构，简化了取样监测的步骤，内置水质监测装置，能够快速的获取数据，提高了效率。。
如附图2所述自动分瓶采样装置6包括隔水壳体6-1、自动分瓶装置9和排空冲洗装置10，所述隔水壳体6-1的上端盖连接于所述升降机构，所述隔水壳体6-1的上端盖上设置有取样口11，所述取样口11通过所述自动分瓶装置9内腔连接于多个容积等差设置的试管12，所述自动分瓶装置9固定设置于所述隔水壳体6-1的上端盖内，所述自动分瓶装置9内腔底部设置排空冲洗装置10，所述排空冲洗装置10的冲洗喷头组件19设置于所述自动分瓶装置9内腔内，所述试管12和所述排空冲洗装置10位于所述隔水壳体6-1内，通过自动分瓶装置能够实现每次取样于对应容积的瓶号一一对应，用于作为软件绘制水质参数空间变化图的数据依据，且每次取样后对公共区域以及试管内进行多次的冲洗，避免水样相互污染或影响。
如附图2、3所述自动分瓶装置9包括升降取样瓶13，所述升降取样瓶13滑动设置于所述隔水壳体6-1的上端盖中心的过渡槽6-2内，所述升降取样瓶13通过升降结构控制升降，所述升降取样瓶13侧壁上端开设一圈进水口13-1，所述升降取样瓶13侧壁下端对应于所述试管12环绕设置多个分液口13-2，所述过渡槽6-2内侧壁底部对应于所述分液口13-2设置多个过渡通道13-3，所述分液口13-2与所述过渡通道13-3之间转动设置环形单孔隔板13-7，所述环形单孔隔板13-7通过动力装置驱动转动，所述过渡通道13-3通过短软管13-4连接于所述试管12的进水口，所述试管12竖直固定于所述隔水壳体6-1的上端盖的下底面。
所述过渡槽6-2内侧壁上开设竖直滑槽6-3，所述升降取样瓶13外侧壁上对应设置限位滑块6-4，所述限位滑块6-4通过所述升降结构驱动滑动设置于所述竖直滑槽6-3内，通过限位滑块的限制，使得所述升降取样瓶13只能在所述竖直滑槽6-3内上下滑动，能够确保所述分液口13-2能与所述过渡通道13-3一一对应，确保每次采样结束后与瓶号对应无误，软件就能自动生成采样监测报告；
如附图4所述短软管13-4倾斜设置，所述短软管13-4连接于所述试管12的一端高于所述短软管13-4连接于所述过渡通道13-3的一端，所述升降取样瓶13内腔底面设置环形集水凹槽13-5，所述环形集水凹槽13-5最低处设置排水口13-6，所述排水口13-6连接于所述排空冲洗装置10，倾斜软管有助于将管道内多余的样液排空，排至所述升降取样瓶13内，由其底部的环形集水凹槽汇集残存的样液，最后通过所述排空冲洗装置10排空。
如附图5所述排空冲洗装置10包括排空结构14和冲洗结构15，所述排空结构14包括等水转盘16，所述等水转盘16的上端面贴合于所述排水口13-6，所述等水转盘16上对应于所述排水口13-6等间距环绕设置等水槽17，所述等水槽17通过软管连通于排水腔18，所述排水腔18底端通过单向水泵连通于所述隔水壳体6-1外界，通过等水转盘转动来控制所述排水口的开关，排水时，将所述等水槽转动对应到所述排水口，所述水样进入等水槽通过软管汇集于所述排水腔，当排水腔内水量超过一定量时，通过单向水泵进行一次适量的排水。
如附图6所述冲洗结构15包括过滤装置15-1和竖直导管15-2，所述过滤装置15-1通过抽水泵连接于所述排水腔18，所述过滤装置15-1通过提水泵连接竖直导管15-2，所述竖直导管15-2的顶端设置所述冲洗喷头组件19，自带过滤装置，能够从工作环境中直接获取原水来制造用于冲洗的冲洗液，避免了装载大型水箱来携带冲洗液；
所述冲洗喷头组件19包括防水罩19-1，升降支架19-2和摆动喷头19-3，所述防水罩19-1竖直固定于所述升降取样瓶13内腔底面，所述防水罩19-1支撑所述升降支架19-2顶端的密封盖19-4，所述升降支架19-2中部直杆竖直固定于所述密封盖19-4下方，所述直杆底端设置滑块19-5，所述滑块19-5滑动设置于所述竖直导管15-2顶端的压力腔15-3内，使得冲洗喷头组件不工作时藏于所述防水罩内，工作时，由升降支架上升，使其摆动喷头能够探出，防止喷头暴露于水样中，受到侵蚀；
所述密封盖19-4下方环绕所述升降支架19-2设置多个所述摆动喷头19-3，所述摆动喷头19-3通过软管连通于所述压力腔15-3，所述压力腔15-3连通于所述竖直导管15-2，冲洗液从所述竖直导管进入所述压力腔内，由于软管于压力腔连接处被所述滑块挡住，导致冲洗液不能喷出，从而使得水压增大，推动所述滑块上移，使得所述摆动喷头探出的同时冲洗液能够从摆动喷头喷出。
如附图7所述试管12的进水口处设置试管塞20，所述试管塞20的底面一侧设置水样入口20-2，所述试管塞20的内部设置蓄水腔20-1，所述短软管13-4通过所述蓄水腔20-1连通于所述水样入口20-2；所述蓄水腔20-1内设置转换开关20-3，所述转换开关20-3位于所述水样入口20-2处，所述蓄水腔20-1顶面设置增压管道20-4，所述增压管道20-4连通于所述试管塞20底端的环形喷腔20-5，所述环形喷腔内转动设置转动喷头20-6，通过转换开关切换取样和冲洗时两种不同的进水方式，当取样时，所述转换开关打开，所述水样由所述蓄水腔下底面的水样入口直接进入所述试管内，当冲洗时，所述转换开关关闭，使得水样入口关闭，所述冲洗液在所述蓄水腔内积蓄，通过所述蓄水腔顶面设置的增压管道流入所述环形喷腔，由转动喷头喷入试管内；
如附图8所述转动喷头20-6为环形块状，所述转动喷头20-6的端面上环绕设置多组倾斜通孔20-7，当具有一定压力的水流穿过所述倾斜通孔，由于在水平面上的分力都沿切线方向指向同一侧，从而使得转动喷头在所述环形喷腔内转动，使得喷出的冲洗液以螺旋状的形态冲洗试管内壁，具有良好的冲洗效果；
所述转换开关20-3包括电磁铁20-8和金属球20-9，所述电磁铁20-8为环状环绕设置于所述增压管道20-4入口处，所述电磁铁20-8位于所述水样入口20-2的正上方，所述水样入口20-2为漏斗状，所述水样入口20-2上支撑所述金属球20-9，当取样时，所述电磁铁通电，吸附所述金属球堵住所述增压管道的入口，所述水样由所述蓄水腔下底面的水样入口直接进入所述试管内，当冲洗时，所述电磁铁断电，所述金属球掉落，使得水样入口被金属球堵住，所述冲洗液在所述蓄水腔内积蓄，通过所述蓄水腔顶面设置的增压管道流入所述环形喷腔，由转动喷头喷入试管内。
所述试管塞20上固定设置水质检测装置21，将水质检测装置内置于所述试管内，能够快速的获取数据，提高了效率。
如附图1所述排污暗管排查系统3包括红外摄像头7和声纳探测器8，所述红外摄像头7和声纳探测器8固定安装于所述艇体1前端的平台上，采用红外摄像头，使得无人艇在夜间或光线暗淡的环境下也能工作；
通过所述红外摄像头7拍摄获取航线周围水域污染分布情况，根据所述污染分布情况自动规划水质监测采样点，根据采样监测数据由软件自动生成水质参数空间变化图，分析所述水质参数空间变化图，自动筛选排污暗管疑点位置；在所述排污暗管疑点位置通过声纳探测器8扫描，自动生成排污暗管疑点位置区域水下影像；通过观测影像，排查并记录排污暗管的位置及数量。
所述监测方法包括以下步骤：
第一步骤，由显控基站编辑至少三条采样路线，所述无人艇由编辑航线自动航行，通过所述红外摄像头7拍摄获取航线周围水域污染分布情况，根据所述污染分布情况自动规划水质监测采样点；
第二步骤，所述无人艇航行至水质监测采样点，所述自动分瓶采样装置6自动下放至水下一定深度，所述升降取样瓶13上升，所述取样口11打开，所述水样通过所述进水口13-1进入所述升降取样瓶13内，当达到一定水量，所述升降取样瓶13下降，使得所述分液口13-2对应到通往所述试管12的过渡通道13-3，所述环形单孔隔板13-7转动，自动将单孔对应到相应试管12的过渡通道13-3，所述水样通过分液口13-2穿过所述单孔，通过所述过渡通道13-3再经过所述短软管13-4进入所述试管12，通过所述水质检测装置21监测并记录数据；
第三步骤，转动所述等水转盘16，使得所述等水槽17对应到排水口13-6，使得所述升降取样瓶13内多余的样液排空，多余的样液通过软管汇集于所述排水腔18内暂存，同时所述试管12内监测后的水样同样通过软管汇集于所述排水腔11内暂存，所述排水腔定时通过单向水泵排一次水；
第四步骤，通过抽水泵抽取所述排水腔18内暂存水样，通过所述过滤装置15-1过滤获得用于冲洗的冲洗液，所述冲洗液通过所述提水泵沿所述竖直导管15-2提升至压力腔15-3，推动所述升降支架19-2上升，使得所述摆动喷头19-3探出所述防水罩19-1，所述冲洗液通过软管输送至所述摆动喷头19-3，由所述摆动喷头19-3，由所述摆动喷头19-3上下摆动对所述升降取样瓶13内壁进行冲洗；
同时所述冲洗液通过分液口13-2穿过所述单孔，通过所述过渡通道13-3再经过所述短软管13-4，进入所述试管塞20内，通过增压管道20-4进入环形喷腔20-5由转动喷头20-6喷出，对所述试管12内壁进行冲洗；
冲洗过后的冲洗液由软管汇集于所述排水腔18内；
第五步骤，自动调节所述自动分瓶采样装置6在水下的深度，重复上述采样监测以及冲洗步骤，多次记录数据，由软件自动生成水质参数空间变化图；
第六步骤，分析所述水质参数空间变化图，自动筛选排污暗管疑点位置；
第七步骤，在所述排污暗管疑点位置通过声纳探测器8扫描，自动生成排污暗管疑点位置区域水下影像；
第八步骤，通过观测影像，排查并记录排污暗管的位置及数量。
以上所描述的是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员而言，不脱离本发明的原理还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰还视为本发明的保护范围。