[发明专利]一种用于煤矿沉陷区水资源监测的新型水域测量机器人

说明书

一种用于煤矿沉陷区水资源监测的新型水域测量机器人，它由地面基准站、遥控器和测量机器人三大部分组成。地面基准站与测量机器人之间通过GPS、捷联惯性导航进行信号、数据传输和自动控制；遥控器在复杂水域对测量机器人进行控制。在根据沉陷水域的复杂程度划分的开阔水域和漂浮障碍物水域中，测量机器人工作状态分别是水上和水下。本发明是一种考虑矿区沉陷水域复杂环境，将GPS技术、捷联惯性导航技术、声波测深技术、试剂法检测水质技术相结合的多功能测量机器人，具有体积小、易运输的优点。通过设定机器人的航线和工作状态可获得矿区特殊水域环境下的包括水深、水下地形、水质等多种水资源数据，为矿区水资源合理利用提供一种良好的监测平台。

技术领域

本发明涉及一种用于煤矿沉陷区水资源监测的新型水域测量机器人，它是一种用于沉陷水域等复杂水域水资源的水深、库容和水质监测的多功能水下机器人，它整合了GPS技术、捷联惯性导航技术、声波测深技术、离子探头检测水质技术的功能，以矿区沉陷水域水深和水体质量检测为主，属于机器人领域。

背景技术

随着国家对煤炭资源的开采力度的加大，造成沿淮地带的高潜水位地区出现大范围的采煤沉陷水域。为了对沉陷水域水资源进行合理开发利用，比如挖深垫浅、人工渔业及水库建立等，不仅需要水深数据，还需要水体容量、水体质量等数据，以期对沉陷水域合理开发利用起到指导作用。

水深数据、水体质量数据的获取，对于水库建设，人工渔业发展，水区变农田等工程建设都有重要意义；在抵抗洪涝灾害方面也显示了巨大的经济效益和人民效益。随着目前 GPS技术、捷联惯性导航技术以及声波测深技术的发展，采用的水深数据获取是GPS-RTK技术结合，GPS-RTK技术工作原理是基站与测量机器人上的GPS流动站建立通信连接，将获取的观测值和坐标数据传递给流动站，流动站将基站传来的数据和自身GPS观测值组成差分观测值进行实时处理，可达到精度为为原来的定位结果。用GPS获取平面坐标，再利用声波测深装置获得相应水深数据，结合水域分布图，结合ArcGIS软件即可获得水体库容量及水下地形。对于沉陷水域中大面积杂草覆盖或网箱养鱼情况下，需进行水下作业，需结合捷联惯性导航技术与声波测深技术获取水深数据。在水下作业时，需事先调研水面漂浮物的吃水深度，以确定测量机器人的下潜深度，根据水域分布图规划测量机器人的水下航行路线，在水下获取的水深数据为测量机器人到达水底和水面的两个深度，实际水深为两者之和。水质探测采用多种投入式离子探测器，用于探测水体中的溶解氧、叶绿素A、氨氮等元素含量，投入式离子探测器可输出RS485信号，具有较强抗干扰性，传输距离远，数据传输采用Modbus通信协议，可与其他设备集成和组网。

自动避障系统装载在测量机器人上可以克服沉陷水域复杂水上、水下水文环境对测量造成的影响。

测量机器人已经广泛用于水上、水下工作，可全天候作业，也可代替人类完成一些恶劣极限条件下的工作。同时，使用机器人可降低风险成本和人力成本。虽然现阶段已出现无人船等水域测量的小型设备，但仍难以适应矿区沉陷水域复杂环境下的测量，无法自主避障、无法潜水测量，无法完成水深、水质数据的同时采集。以小型ROV水下机器人为平台搭载GPS、捷联惯性导航系统、离子探测系统、声波测深系统以及自动避障系统进行矿区沉陷水域水深测量和水质探测，使原本无人船难以测量，需人工调研的水域以及需要对测量水质的工作变成只需要1～2人和一个水下测量机器人就能完成，节约人力物力，节约成本，降低安全风险，具有较高的经济和社会效益、环境效益。

发明内容

目的：本发明的目的是提供一种沉陷水域水深数据及水质检测的新型测量机器人，它是一种整合了GPS技术、捷联惯性导航技术、声波测深技术、离子探测水质技术的多功能机器人，主要用来获取水利工程及矿区沉陷水域治理工程所需的水深、水体库容、水体质量数据，给沉陷水域的利用和治理工作提供资料参考，为科研活动的展开提供基础数据。