[发明专利]一种基于无人机与浮体组合的大型水体水样采集系统

说明书

本发明公开了一种基于无人机与浮体组合的大型水体水样采集系统，包括水上浮动平台和旋翼无人机，水上浮动平台根据设计预先布置在大型水体各设定位置。水上浮动平台提供旋翼无人机自动降落区域以及降落辅助，并自动将装有水样的样品管推入旋翼无人机底部挂载的样品回收舱内。水上浮动平台对无人机进行电量补充后，旋翼无人机根据设定路线飞往下一个水上浮动平台，实现大型水域的多点水样自动采集。同时，每个水上浮动平台内预设多个样品管，可用于按周期自动完成水样采集，大大减小人工作业的时间和难度。

技术领域

本发明属于环境工程领域，特别是涉及水环境监测水样采集系统。

背景技术

近年来，为应对严峻的水体富营养化和蓝藻暴发等问题，需投入巨资对受污染水体进行修复治理。对于小型水体，短期的投入可能换来立竿见影的修复效果；然而，对于大型水体，水生态环境的复杂性决定了只有持续投入才能获得显著的治理成效。在大型受污染水体的生态治理过程中，系统的水环境监测是高效制定针对性的治理措施，并准确评估水污染治理成效的关键步骤。

野外监测台站的建设有助于实时在线获取部分水体理化指标数据，如通过探头式传感器可监测pH、溶解氧浓度和电导率等指标，然而，总氮、总磷、化学需氧量等数据的在线测定必须依靠自动化学分析设备，需要多站位重复购置设备、定期维护和补充试剂，且成本较高。目前，我国大型水体水环境监测主要依靠人工采样，即乘坐船只到指定水域，使用便携式水质检测设备现场测定pH、溶解氧、电导率、水温、透明度等常规理化指标，同时使用采水器和浮游生物网手工采集水样和浮游生物样品带回实验室测定水体氮、磷、化学需氧量等指标，并计数浮游动、植物密度，上述采样过程需要耗费大量的人力、物力与财力。此外，在深水区域，人员安全风险大；而在浅水区域，船只容易搁浅，航行扰动造成的底泥悬浮对水样采集有较大干扰。

利用多旋翼无人机进行水样采集不受自然地理条件的限制，即便是人员难以到达的区域依然可以精确定位并采集水样，不仅节省人力、物力与财力，而且可提高水质监测的自动化、精确化、信息化水平。中国专利申请201410383036.2公开了一种基于多旋翼无人机的河流湖泊水样自动控制采集系统，包括远程控制器、多旋翼无人机、升降装置和水样采集装置。但是，该系统无法解决连续采集样品的问题。中国专利申请201610362578.0一种无人机水环境样品采集和水质常规项目现场检测系统，通过在无人机下方集成水样采集和水质常规项目检测器，尝试原位获取采样站位水体常规理化指标数据。不过，常见充电式多旋翼无人机在充满电后滞空时间一般在半小时以内，如果在无人机下侧增加自动水质采样单元、水质检测单元等载荷会进一步缩短滞空时间，降低无人机续航能力，难以在大型水体进行应用。

综上，目前尚无有效系统能够在大型水体实现使用无人机采样系统替代人工现场采样。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于无人机与浮体组合的大型水体水样采集系统，实现大型水体多站位、多周期自动水样采集。

技术方案：一种基于无人机与浮体组合的大型水体水样采集系统，包括水上浮动平台以及旋翼无人机；

所述水上浮动平台包括浮体以及浮体位置固定机构；所述浮体上设有旋翼无人机自动降落区域、水样自动分配机构，所述旋翼无人机自动降落区域上设有样品存储仓以及旋翼无人机充电接口；所述样品存储仓内预设若干样品管，并设有用于将所述样品管推出的第一驱动机构；所述水样自动分配机构用于从水体中取样后注入对应的样品管中；

所述旋翼无人机下方设有受电口并挂载样品回收舱，当所述旋翼无人机自动降落到所述水上浮动平台的旋翼无人机自动降落区域时，所述样品存储仓的第一驱动机构能够将对应的样品管推入到所述样品回收舱中，所述旋翼无人机自动降落区域内设置的旋翼无人机充电接口能够自动对接到所述旋翼无人机上设置的受电口，进行旋翼无人充电。

进一步的，所述浮体内设有水质检测模块，用于对浮体所在水域的水体基本理化指标进行检测。