一种水生态监测装置及监测方法
阅读说明：本技术 一种水生态监测装置及监测方法 (Water ecology monitoring device and monitoring method ) 是由 李涛 文威 王坎 易亮 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水生态监测装置及监测方法,包括可拆卸连接的上壳体和下壳体,所述上壳体或下壳体内设有控制模块以及与所述控制模块连接的电源模块、通信模块、定位模块和存储模块；所述通信模块用于监测装置与后台监测终端无线通信连接；所述上壳体外部设有气囊,所述上壳体内部设有充放气装置,所述充放气装置与气囊的进气口、出气口连通；所述下壳体侧壁设有驱动装置；所述下壳体侧壁设有内凹的检测腔体,所述检测腔体与外部连通,所述检测腔体侧壁设有用于检测水体质量的检测器件；所述下壳体底部设有水深测量器件；所述充放气装置、驱动装置、检测器件、水深测量器件分别与控制模块连接。(The invention discloses a water ecology monitoring device and a monitoring method, wherein the water ecology monitoring device comprises an upper shell and a lower shell which are detachably connected, wherein a control module, a power module, a communication module, a positioning module and a storage module which are connected with the control module are arranged in the upper shell or the lower shell; the communication module is used for the wireless communication connection between the monitoring device and the background monitoring terminal; an air bag is arranged outside the upper shell, an inflation and deflation device is arranged inside the upper shell, and the inflation and deflation device is communicated with an air inlet and an air outlet of the air bag; the side wall of the lower shell is provided with a driving device; the side wall of the lower shell is provided with an inwards concave detection cavity which is communicated with the outside, and the side wall of the detection cavity is provided with a detection device for detecting the water quality; a water depth measuring device is arranged at the bottom of the lower shell; the air charging and discharging device, the driving device, the detection device and the water depth measuring device are respectively connected with the control module.)
技术领域
本发明属于水质检测技术领域，具体涉及一种水生态监测装置及监测方法。
背景技术
随着经济的发展，国家越来越重视对环境的保护，尤其是对水土资源的保护，保护环境己经成为一项经济发展的基本要求，为了监督、治理水污染，定期的水质检测是测量水体中污染物种类、浓度及变化趋势的必要手段，根据检测结果判断水体是否受到污染。为了说明水质，要在规定的时间、地点或特定的时间间隔内测定水的某些参数，如无机物、溶解矿物质或化学药品、溶解气体、溶解有机物、悬浮物及底部沉积物的浓度。
污水，通常指受一定污染的、来自生活和生产的排出水，污水主要有生活污水、工业废水和初期雨水，污水的主要污染物有病原体污染物、耗氧污染物、植物营养物和有毒污染物等。随着社会的发展，城市为了提高经济收入都在向工业化发展，但是伴随着人们生活质量的提高，环境正在受到损害，很多河流、湖泊都被污染。
随着河流、湖泊污水问题越来越严重，大大影响正常的城市生活用水，因此河流、湖泊污水治理迫不容缓，在污水治理的过程中实时对河流、湖泊污水进行监测是重中之重，但是现有的监测装置携带不便，使用麻烦，大大影响了污水监测的便利性。
公开号为CN112684132A的中国专利公开了一种河道污水生态监测装置及其监测方法，涉及污水监测技术领域，解决了现有的监测装置携带不便，使用麻烦，大大影响了污水监测的便利性的问题。包括两相互拼接的壳体，壳体上设有凹槽和进水通槽，凹槽底部设有若干高于水面的出水孔，出水孔处设有控制其启闭的电磁阀；壳体上设有用于将壳体下方的水从进水通槽内导入凹槽中的进水模块，两壳体上一个设有酸碱度检测器，另一个设有水质检测器，分别对其上凹槽中的水质进行检测；两壳体拼接处通过弹性带连接；所述壳体外周设有一圈浮圈。通过采用两个半壳体的方式进行拼接，达到了能够在不用时快速的拆卸监测装置的壳体，增强其便携性的效果。
该专利的监测装置虽然可以提高便携性，但使用起来仍然不方便，需要通过牵引绳人工拉动监测装置在水中移动来监测不同位置的水体质量，且无法监测同一个位置不同深度的水体质量，监测数据不全面。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种水生态监测装置及监测方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种水生态监测装置，包括可拆卸连接的上壳体和下壳体，所述上壳体或下壳体内设有控制模块以及与所述控制模块连接的电源模块、通信模块、定位模块和存储模块；所述通信模块用于监测装置与后台监测终端无线通信连接；所述上壳体外部设有气囊，所述上壳体内部设有充放气装置，所述充放气装置与气囊的进气口、出气口连通；所述下壳体侧壁设有驱动装置；所述下壳体侧壁设有内凹的检测腔体，所述检测腔体与外部连通，所述检测腔体侧壁设有用于检测水体质量的检测器件；所述下壳体底部设有水深测量器件；所述充放气装置、驱动装置、检测器件、水深测量器件分别与控制模块连接。
具体地，所述充放气装置包括高压储气罐和低压储气罐，所述高压储气罐的出口与气囊的进气口连通，所述低压储气罐的入口与气囊的出气口连通，所述高压储气罐的入口与低压储气罐的出口通过连通管连通，所述连通管中段设有抽真空泵；所述高压储气罐的出口设有第一电磁阀，所述低压储气罐的入口设有第二电磁阀，所述高压储气罐的入口设有第三电磁阀，所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、抽真空泵分别与控制模块连接。所述高压储气罐用于对气囊进行加压，从而增大气囊的体积，增大浮力，使监测装置在水中上浮；所述低压储气罐用于对气囊进行泄压，从而减小气囊的体积，减小浮力，使监测装置在水中下沉。
具体地，所述驱动装置设有两个，分别安装在下壳体相对的两侧壁面上；所述驱动装置包括驱动电机和螺旋桨；所述螺旋桨安装在驱动电机的输出轴上，且位于下壳体外部；所述驱动电机与控制模块连接，且位于下壳体内部。所述监测装置的前进、后退、加速、减速通过控制两个驱动电机同速正转、反转来实现，所述监测装置的左转、右转通过控制两个驱动电机差速转动来实现。
具体地，所述检测器件包括浊度传感器、PH值传感器和电导率传感器，分别用于检测水体的浊度、PH值和电导率，便于评价水体的质量。
具体地，所述水深测量器件包括第一声呐探头，所述第一声呐探头的检测端竖直朝下，所述第一声呐探头用于检测壳体当前所处位置的水深数据。
优选地，所述下壳体的侧壁沿周向均匀设有多个第二声呐探头，所述第二声呐探头的检测端水平朝外；所述第二声呐探头用于检测壳体周围的障碍物，从而为监测装置在水中的移动提供避障数据。
具体地，所述上壳体、下壳体为半球形结构，且上壳体与下壳体通过法兰件密封连接，便于拆卸维护；壳体采用球形结构更美观，且漂浮更稳定。
具体地，所述下壳体底部设有配重块，防止监测装置在水中倾翻，提升装置的稳定性。
与上述监测装置相对应的，本发明还提供了一种水生态监测方法，包括以下步骤：
S1，采集待监测水域的边界位置信息；
S2，根据所述边界位置信息构建待监测水域的静态地图；
S3，将监测装置放入待监测水域，通过控制模块控制充放气装置给气囊充气，使监测装置漂浮于水面；
S4，在静态地图上选取目标位置并设定监测点的水位深度，控制模块根据监测装置当前的位置信息和目标位置信息进行路径规划；
S5，根据路径规划结果，驱动装置驱动监测装置移动到目标位置；
S6，根据设定的水位深度，通过充放气装置控制气囊放气，使监测装置下沉至设定的水位深度；
S7，通过检测器件检测当前位置的水样质量，将检测结果及当前位置信息保存到存储模块并回传至后台监测终端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明的监测装置可以自动监测不同目标水域的水体质量，无需人工来移动监测装置，降低了监测人员的劳动强度，提高了监测效率；(2)本发明的监测装置通过充放气装置调节气囊的体积，从而改变浮力，实现装置在水中上浮、下沉，可以根据需求监测不同深度的水体质量，提高水体监测的全面性和准确性。
附图说明
图1为本发明实施例1一种水生态监测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1一种水生态监测装置的功能模块连接结构示意框图；
图3为本发明实施例2一种水生态监测方法的流程示意图；
图4为本发明实施例2中某湖泊水域的静态地图示意图；
图中：1、上壳体；2、下壳体；3、气囊；4、腔体；5、高压储气罐；6、低压储气罐；7、连通管；8、抽真空泵；9、第一电磁阀；10、第二电磁阀；11、第三电磁阀；12、驱动电机；13、螺旋桨；14、浊度传感器；15、PH值传感器；16、电导率传感器；17、第一声呐探头；18、第二声呐探头；19、法兰件；20、配重块。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1、2所示，本实施例提供了一种水生态监测装置，包括可拆卸连接的上壳体1和下壳体2，所述上壳体1或下壳体2内设有控制模块以及与所述控制模块连接的电源模块、通信模块、定位模块和存储模块；所述通信模块用于监测装置与后台监测终端无线通信连接；所述上壳体1外部设有气囊3，所述上壳体1内部设有充放气装置，所述充放气装置与气囊3的进气口、出气口连通；所述下壳体2侧壁设有驱动装置；所述下壳体2侧壁设有内凹的检测腔体4，所述检测腔体4与外部连通，所述检测腔体4侧壁设有用于检测水体质量的检测器件；所述下壳体2底部设有水深测量器件；所述充放气装置、驱动装置、检测器件、水深测量器件分别与控制模块连接。
本实施例中，所述控制模块采用单片机实现；所述通信模块采用RS485通信模块，传输距离远、稳定性强；所述定位模块采用GPS定位模块或北斗定位模块。
具体地，所述充放气装置包括高压储气罐5和低压储气罐6，所述高压储气罐5的出口与气囊3的进气口连通，所述低压储气罐6的入口与气囊3的出气口连通，所述高压储气罐5的入口与低压储气罐6的出口通过连通管7连通，所述连通管7中段设有抽真空泵8；所述高压储气罐5的出口设有第一电磁阀9，所述低压储气罐6的入口设有第二电磁阀10，所述高压储气罐5的入口设有第三电磁阀11，所述第一电磁阀9、第二电磁阀10、第三电磁阀11、抽真空泵8分别与控制模块连接。所述高压储气罐5用于对气囊3进行加压，从而增大气囊3的体积，增大浮力，使监测装置在水中上浮；所述低压储气罐6用于对气囊3进行泄压，从而减小气囊3的体积，减小浮力，使监测装置在水中下沉。
本实施例的充放气装置工作原理如下：
当需要给气囊3充气时，控制模块控制第二电磁阀10、第三电磁阀11关闭，开启第一电磁阀9，由于高压储气罐5内的气压高于气囊3内的气压，高压储气罐5内的气体会充入气囊3内扩充气囊3的体积，直至气囊3内的气压达到预设值(所述气囊3内部设有气压传感器)，关闭第一电磁阀9；当需要给气囊3放气时，控制模块控制第一电磁阀9关闭，开启第二电磁阀10、第三电磁阀11和抽真空泵8，由于低压储气罐6内的气压低于气囊3内的气压，气囊3内的气体会充入低压储气罐6内缩小气囊3的体积，直至气囊3内的气压达到预设值，关闭第二电磁阀10、第三电磁阀11和抽真空泵8。
具体地，所述驱动装置设有两个，分别安装在下壳体2相对的两侧壁面上；所述驱动装置包括驱动电机12和螺旋桨13；所述螺旋桨13安装在驱动电机12的输出轴上，且位于下壳体2外部；所述驱动电机12与控制模块连接，且位于下壳体2内部。所述监测装置的前进、后退、加速、减速通过控制两个驱动电机同速正转、反转来实现，所述监测装置的左转、右转通过控制两个驱动电机差速转动来实现。当监测装置需要左转时，左侧驱动电机的转速小于右侧驱动电机的转速；同样地，当监测装置需要右转时，右侧驱动电机的转速小于左侧驱动电机的转速；转向角度越大，转速差值越大。
具体地，所述检测器件包括浊度传感器14、PH值传感器15和电导率传感器16，分别用于检测水体的浊度、PH值和电导率，便于评价水体的质量。
具体地，所述水深测量器件包括第一声呐探头17，所述第一声呐探头17的检测端竖直朝下，所述第一声呐探头17用于检测壳体当前所处位置的水深数据。
优选地，所述下壳体2的侧壁沿周向均匀设有4个第二声呐探头18，所述第二声呐探头18的检测端水平朝外；所述第二声呐探头18用于检测壳体周围的障碍物，从而为监测装置在水中的移动提供避障数据。
具体地，所述上壳体1、下壳体2为半球形结构，且上壳体1与下壳体2通过法兰件19密封连接，便于拆卸维护；壳体采用球形结构更美观，且漂浮更稳定。
具体地，所述下壳体2底部设有配重块20，防止监测装置在水中倾翻，提升装置的稳定性。
实施例2
如图2所示，本实施例提供了一种水生态监测方法，包括以下步骤：
S1，采集某湖泊水域边界上的多个目标点(如图4所示，本实施例采集了15个目标点)的位置信息(经纬度数据)，并将多个目标点串联起来拟合成一个闭合的边界，可以得到该边界上任何一点的位置信息；
S2，根据所述边界的位置信息构建该湖泊水域的静态地图，并根据实际需求对所述静态地图进行区域划分，得到A区、B区、C区、D区、E区、F区、G区这七个区域，获取各区域的边界位置信息；
S3，将监测装置放入湖泊某区域内(假设为A区)，通过控制模块控制充放气装置给气囊3充气，使监测装置漂浮于水面；
S4，在静态地图上选取待监测的某区域(如E区)，并设定监测点的水位深度(如1.5米～3米深)，控制模块根据监测装置当前的位置信息(即A区)和目标位置信息(即E区)进行路径规划；
S5，根据路径规划结果，驱动装置驱动监测装置移动到目标位置；移动过程中，定位模块实时监测装置的位置信息(经纬度数据)，当监测装置进入目标位置(即E区的边界范围内)，则控制驱动装置停止工作；
S6，根据设定的水位深度，通过充放气装置控制气囊3放气，使监测装置下沉至设定的水位深度；再控制气囊3充气，使监测装置悬停在设定的水位深度范围内；
S7，通过检测器件检测当前位置的水样质量，将检测结果及当前位置信息保存到存储模块并回传至后台监测终端。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。