本發(fā)明的技術(shù)方案涉及水體監(jiān)測系統(tǒng)，具體地說是一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

近年來，各類水體污染嚴重，人類對水資源的過度利用也是越來越多，造成各類水體的水位和水質(zhì)變化嚴重，對于這些水位、水質(zhì)數(shù)據(jù)的測量是相關(guān)研究的重要數(shù)據(jù)來源，但是目前這些數(shù)據(jù)的采集大多是依靠人工監(jiān)測完成，這些作業(yè)過程勞動強度大，獲得的數(shù)據(jù)密度低。CN104459070B公開了一種淺水水域用水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備搭載平臺，其通過設(shè)置一個漂流的浮動平臺來監(jiān)測相關(guān)水體參數(shù)，但是該技術(shù)不能夠針對地下水體進行定點測量，而且測量水深的方法是通過測量水底地面信息來反應(yīng)水位信息，這種方法不科學(xué)，由于不準確。CN205506813U公開了一種水體監(jiān)測裝置，其通過設(shè)置在兩端的傳感器測量水位信息，由于其無法權(quán)衡測量角度是否垂直，將帶來較大誤差，另外，僅依靠太陽能電池板供電難以長期驅(qū)動電機連續(xù)工作。

總之，現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品不能很好的解決水體監(jiān)測的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)及其方法，能夠進行水體水位和水質(zhì)的監(jiān)測作業(yè)，且可以適應(yīng)于長期野外作業(yè)和城市路面下方作業(yè)，同時能夠自動的將數(shù)據(jù)無線發(fā)送回監(jiān)測中心，并按照中心指令選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送方式，具備電量報警功能。

本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的方法是一種水體監(jiān)測方法包括：水位測量方法、數(shù)據(jù)監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)發(fā)送方法、電源補償方法、水質(zhì)探頭和排污管的設(shè)置方法以及數(shù)據(jù)編碼方法；其中水位測量方法是通過在水面上設(shè)置浮標再通過水位探頭直接測量與浮漂的距離來反映水位信息，最大程度的避免了水位波動以及水面反射、折射帶來的測量誤差；數(shù)據(jù)監(jiān)測方法是每隔一定時間自動監(jiān)測一次水體數(shù)據(jù)并做存儲與運算；數(shù)據(jù)發(fā)送方法分為兩種無線發(fā)射模式和一種有線發(fā)送模式，其中兩種無線發(fā)送模式中一種是普通發(fā)送模式、一種是全數(shù)據(jù)發(fā)送模式，普通發(fā)送模式先將每日同類參數(shù)進行加權(quán)平均的計算以及最值計算，按要求編碼后發(fā)送回中心，一日一發(fā)，以減少全數(shù)據(jù)發(fā)送帶來的電源消耗，全數(shù)據(jù)發(fā)送模式是指將采集到的數(shù)據(jù)按要求編碼后存儲，半日一次匯總，匯總后立即進行發(fā)送，系統(tǒng)僅當(dāng)接到中心發(fā)送的全數(shù)據(jù)發(fā)送指令后才進行全數(shù)據(jù)發(fā)送，有線發(fā)送模式是通過數(shù)據(jù)電源接口將全部數(shù)據(jù)發(fā)送至對接的設(shè)備；電源補償方式共有三種，包括太陽能充電補償、水流發(fā)電補償、外置電源補償；水質(zhì)探頭和排污管的設(shè)置方法是水質(zhì)探頭設(shè)置在排污管的上游，避免因排污管帶來的干擾；數(shù)據(jù)編碼方法分為三種：一種是普通發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法，第二種是全數(shù)據(jù)發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法，第三種是有線發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法，其中普通發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法為：日期、水位平均值、水位最高值、水位最低值、溶解氧平均值、溶解氧最高值、溶解氧最低值、電導(dǎo)率平均值、電導(dǎo)率最高值、電導(dǎo)率最低值、PH平均值、PH最低值、PH最高值、硝酸根平均值、硝酸根最高值、硝酸根最低值、電源余量，全數(shù)據(jù)發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法為：日期、時間、當(dāng)前水位值、當(dāng)前溶解氧的值、當(dāng)前電導(dǎo)率值、當(dāng)前PH值、當(dāng)前硝酸根數(shù)值、電源余量，有線發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法為：日期、時間、該時間的水位值、該時間溶解氧的值、該時間電導(dǎo)率值、該時間的PH值、該時間硝酸根數(shù)的值。

上述一種水體監(jiān)測方法，所述每隔一定時間是指間隔時間為1小時的整數(shù)倍。

本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案還包括一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括機器人本體和監(jiān)測井；監(jiān)測井包括：井口立壁、密封墊、鉸鏈、透明蓋板、待測水體其中井口立壁下側(cè)直通待測水體，井口立壁上面設(shè)置有透明蓋板，透明蓋板上設(shè)置有凹槽，透明蓋板與井口立壁通過鉸鏈連接，恰好將監(jiān)測井的上口封閉，在透明蓋板與井口立壁之間還設(shè)置有密封墊，用以密封井口；機器人本體包括：“W”形防護罩、排污管、機器人機架、微型發(fā)電機、“V”形葉輪、通孔、電源、水位探頭、水質(zhì)探頭、浮標、控制系統(tǒng)、支撐桿、無線收發(fā)模塊、天線、太陽能電池板、數(shù)據(jù)電源接口其中機器人機架附著在井口立壁位于待測水體上方，支撐桿垂直設(shè)置機器人機架中央上側(cè)，支撐桿的下端與機器人機架固定連接，支撐桿的上端與“W”形防護罩固定連接，“W”形防護罩的邊緣與井口立壁緊密接觸，“W”形防護罩的右側(cè)凹陷最深處設(shè)置有排污管，排污管直通待測水體21最底部，機器人機架右側(cè)下方設(shè)置有微型發(fā)電機，微型發(fā)電機的下方連接有“V”形葉輪，“V”形葉輪直接伸入到待測水體內(nèi)部，機器人機架右側(cè)上方設(shè)置有電源，電源通過電纜分別與控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)電源接口、太陽能電池板、微型發(fā)電機相連接，機器人機架左側(cè)下方固定有水質(zhì)探頭，水質(zhì)探頭直接深入待測水體，用以監(jiān)測水質(zhì)，浮標漂浮在待測水體的水面上位于機器人機架的正下方，浮標兩側(cè)分別設(shè)置有通孔，用以通過水質(zhì)探頭和“V”形葉輪，同時，浮標也依賴通孔進行固定，避免浮標飄走和大角度翻轉(zhuǎn)，引起數(shù)據(jù)不準確，水位探頭設(shè)置在機器人機架下側(cè)中間的位置，水位探頭通過測量浮標的距離反映水位信息，控制系統(tǒng)位于機器人機架左側(cè)上方，無線收發(fā)模塊安裝在井口立壁上位于靠近井口左側(cè)的位置，無線收發(fā)模塊一端與控制系統(tǒng)連接另一端與天線連接，天線安裝在透明蓋板上的凹槽內(nèi)與外界連通，太陽能電池板緊貼在透明蓋板的下方，數(shù)據(jù)電源接口設(shè)置在井口立壁上靠近進口右側(cè)的位置，數(shù)據(jù)電源接口通過電纜與控制系統(tǒng)和電源連接。

上述一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)，所述所述天線上表面與透明蓋板上表面平齊。

上述一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)，所述水質(zhì)探頭用來測定溶解氧、電導(dǎo)率、PH、硝酸根的參數(shù)。

上述一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)及其方法，所用部件是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，均通過公知的途徑獲得。所述部件的連接方法是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所能掌握的。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)及其方法的突出特點和顯著進步是：

(1)本發(fā)明通過自動化控制技術(shù)實現(xiàn)了水體數(shù)據(jù)的自動監(jiān)測和數(shù)據(jù)發(fā)送，提高采集效率，減輕了工作人員的勞動強度。

(2)本發(fā)明設(shè)置有三種電源補償方式，當(dāng)陽光充足雨水不足時，可以利用太陽能對電源系統(tǒng)充電，當(dāng)遇到陰雨天時，陽光不足，但是雨水充足會加速水體流動，水體流動帶動微型發(fā)電機發(fā)電，對電源進行充電，系統(tǒng)會將電源信息發(fā)送至中心，當(dāng)系統(tǒng)長期高負荷工作或者陽光雨水都不充足導(dǎo)致電源不足時，可以人工外接電源進行充電。三種電源補償方式互為彌補，可實現(xiàn)設(shè)備在野外長期不間斷工作。

(3)本發(fā)明設(shè)置有三種數(shù)據(jù)發(fā)送方式，無線普通發(fā)送模式、無線全數(shù)據(jù)發(fā)送模式和有線發(fā)送模式，無線普通發(fā)送模式僅僅每日發(fā)送一次數(shù)據(jù)，用以節(jié)約電能資源，無線全數(shù)據(jù)發(fā)送模式可以全面發(fā)送所測的數(shù)據(jù)，可以檢測出規(guī)律性數(shù)據(jù)變化，輔助發(fā)現(xiàn)人為污染等情況，如夜間排污等，有線發(fā)送模式可以通過數(shù)據(jù)電源接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至對接設(shè)備，三種發(fā)送方式各有優(yōu)點，相互彌補，使本發(fā)明的數(shù)據(jù)發(fā)送方式適應(yīng)于各種作業(yè)條件。

(4)本發(fā)明設(shè)置有排污管，及時排出因密封不嚴流入的雜物，避免損壞機器人系統(tǒng)，而且排污管設(shè)置在水質(zhì)探頭的下游，避免因排污帶來的探測干擾。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1為本發(fā)明一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖。

圖中，1.井口立壁，2.W形防護罩，3.排污管，4.機器人機架，5.微型發(fā)電機，6.V形葉輪，7.通孔，8.電源，9.水位探頭，10.水質(zhì)探頭，11.浮標，12.控制系統(tǒng)，13.支撐桿，14.無線收發(fā)模塊，15.密封墊，16.鉸鏈，17.天線，18.透明蓋板，19.太陽能電池板，20.數(shù)據(jù)電源接口，21.待測水體，22.水體流向。

具體實施方式

本發(fā)明一種水體監(jiān)測方法包括：水位測量方法、數(shù)據(jù)監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)發(fā)送方法、電源補償方法、水質(zhì)探頭和排污管的設(shè)置方法以及數(shù)據(jù)編碼方法。

優(yōu)選的水位測量方法是通過在水面上設(shè)置浮標再通過水位探頭直接測量與浮漂的距離來反映水位信息，最大程度的避免了水位波動以及水面反射、折射帶來的測量誤差；數(shù)據(jù)監(jiān)測方法是每隔一定時間自動監(jiān)測一次水體數(shù)據(jù)并做存儲與運算；數(shù)據(jù)發(fā)送方法分為兩種無線發(fā)射模式和一種有線發(fā)送模式，其中兩種無線發(fā)送模式中一種是普通發(fā)送模式、一種是全數(shù)據(jù)發(fā)送模式，普通發(fā)送模式先將每日同類參數(shù)進行加權(quán)平均的計算以及最值計算，并僅將每日最高值、最低值以及平均值發(fā)送回中心，一日一發(fā)，以減少全數(shù)據(jù)發(fā)送帶來的電源消耗，全數(shù)據(jù)發(fā)送模式是指將采集到的數(shù)據(jù)按要求編碼后存儲，半日一次匯總，匯總后立即進行發(fā)送，系統(tǒng)僅當(dāng)接到中心發(fā)送的全數(shù)據(jù)發(fā)送指令后才進行全數(shù)據(jù)發(fā)送，有線發(fā)送模式是通過數(shù)據(jù)電源接口將全部數(shù)據(jù)發(fā)送至對接的設(shè)備；電源補償方式共有三種，包括太陽能充電補償、水流發(fā)電補償、外置電源補償；水質(zhì)探頭和排污管的設(shè)置方法是水質(zhì)探頭設(shè)置在排污管的上游，避免因排污管帶來的干擾。數(shù)據(jù)編碼方法分為三種：一種是普通發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法，第二種是全數(shù)據(jù)發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法，第三種是有線發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法，其中普通發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法為：日期、水位平均值、水位最高值、水位最低值、溶解氧平均值、溶解氧最高值、溶解氧最低值、電導(dǎo)率平均值、電導(dǎo)率最高值、電導(dǎo)率最低值、PH平均值、PH最低值、PH最高值、硝酸根平均值、硝酸根最高值、硝酸根最低值、電源余量，全數(shù)據(jù)發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法為：日期、時間、當(dāng)前水位值、當(dāng)前溶解氧的值、當(dāng)前電導(dǎo)率值、當(dāng)前PH值、當(dāng)前硝酸根數(shù)值、電源余量，有線發(fā)送模式下的數(shù)據(jù)編碼方法為：日期、時間、該時間的水位值、該時間溶解氧的值、該時間電導(dǎo)率值、該時間的PH值、該時間硝酸根數(shù)的值，因為有線發(fā)送不涉及電源續(xù)航能力問題，所以該模式下不再發(fā)送電源余量數(shù)據(jù)，上述數(shù)據(jù)測量每隔一定時間是指間隔1小時的整數(shù)倍。

圖1所示實施例表明，本發(fā)明一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)包括包括機器人本體和監(jiān)測井；監(jiān)測井包括：井口立壁1、密封墊15、鉸鏈16、透明蓋板18、待測水體21其中井口立壁1下側(cè)直通待測水體2，井口立壁1上面設(shè)置有透明蓋板18，透明蓋板18上設(shè)置有凹槽，透明蓋板18與井口立壁1通過鉸鏈16連接，恰好將監(jiān)測井的上口封閉，在透明蓋板18與井口立壁1之間還設(shè)置有密封墊15，用以密封井口；機器人本體包括：“W”形防護罩2、排污管3、機器人機架4、微型發(fā)電機5、“V”形葉輪6、通孔7、電源8、水位探頭9、水質(zhì)探頭10、浮標11、控制系統(tǒng)12、支撐桿13、無線收發(fā)模塊14、天線17、太陽能電池板19、數(shù)據(jù)電源接口20其中機器人機架4附著在井口立壁1位于待測水體2上方，支撐桿13垂直設(shè)置機器人機架4中央上側(cè)，支撐桿13的下端與機器人機架4固定連接，支撐桿13的上端與“W”形防護罩2固定連接，“W”形防護罩2的邊緣與井口立壁1緊密接觸，“W”形防護罩2的右側(cè)凹陷最深處設(shè)置有排污管3，排污管3直通待測水體21最底部，機器人機架4右側(cè)下方設(shè)置有微型發(fā)電機5，微型發(fā)電機5的下方連接有“V”形葉輪6，“V”形葉輪6直接伸入到待測水體21內(nèi)部，機器人機架4右側(cè)上方設(shè)置有電源8，電源8通過電纜分別與控制系統(tǒng)12、數(shù)據(jù)電源接口20、太陽能電池板19、微型發(fā)電機5相連接，機器人機架4左側(cè)下方固定有水質(zhì)探頭10，水質(zhì)探頭10直接深入待測水體21，用以監(jiān)測水質(zhì)，浮標11漂浮在待測水體21的水面上位于機器人機架4的正下方，浮標11兩側(cè)分別設(shè)置有通孔7，用以通過水質(zhì)探頭10和“V”形葉輪6，同時，浮標11也依賴通孔進行固定，避免浮標11飄走和大角度翻轉(zhuǎn)，引起數(shù)據(jù)不準確，水位探頭9設(shè)置在機器人機架4下側(cè)中間的位置，水位探頭9通過測量浮標11的距離反映水位信息，控制系統(tǒng)12位于機器人機架4左側(cè)上方，無線收發(fā)模塊14安裝在井口立壁1上位于靠近井口左側(cè)的位置，無線收發(fā)模塊14一端與控制系統(tǒng)12連接另一端與天線17連接，天線17安裝在透明蓋板18上的凹槽內(nèi)與外界連通，太陽能電池板19緊貼在透明蓋板18的下方，數(shù)據(jù)電源接口20設(shè)置在井口立壁1上靠近進口右側(cè)的位置，數(shù)據(jù)電源接口20通過電纜與控制系統(tǒng)12和電源8連接。

實施例1

按照上述圖1所示，制得一種水體監(jiān)測機器人系統(tǒng)，其中天線17上表面與透明蓋板18上表面平齊，水質(zhì)探頭10用來測定溶解氧、電導(dǎo)率、PH、硝酸根的參數(shù)。

下面以將以一次水體監(jiān)測為例。

第一步，監(jiān)測數(shù)據(jù)

機器人啟動，機器人自檢，判斷是否到達監(jiān)測時間，不到達進行等待，到達后進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

第二步，數(shù)據(jù)處理

將數(shù)據(jù)按照普通發(fā)送模式、全數(shù)據(jù)發(fā)送模式、有線發(fā)送模式進行各自運算和對應(yīng)編碼存儲。之后進行等待并返回第一步。

第三步，數(shù)據(jù)發(fā)送

判斷目前的數(shù)據(jù)發(fā)送模式，如是普通發(fā)送模式，等待時間到達設(shè)定時間(如0點)，將對應(yīng)編碼好的數(shù)據(jù)(1組)發(fā)送至中心，如果是全數(shù)據(jù)模式，等待時間到達設(shè)定時間(如0點和12點)，將對應(yīng)編碼好的數(shù)據(jù)(12組)發(fā)送至中心，如果是有線發(fā)送模式，立即將全部的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)電源接口。