[发明专利]一种基于无人设备的水质巡检、污染物溯源方法

摘要

本发明公开了一种基于无人设备的水质巡检、污染物溯源方法，该系统包括无人机、无人船和岸基监控系统。无人船搭载了水质检测设备，可对所在的水域进行水质在线检测。无人船搭载小型无人机，船体为无人机提供停靠及充电装置，实现无人机较大范围巡航。在无人船和无人机上均装载了高清的视频监控系统，可分别实现水面巡逻功能。本发明提供了一种全新的水质监测方式，采用无人船搭载无人机的方式对污染水域进行立体式巡检，二者的结合既利用了无人机视野较广阔的特点，可以进一步对污染源实现追踪，又较好地弥补了无人船或无人机单独巡检的缺陷，有助于水质监测的高效化和精确化，提高了水质监测的信息化水平。

主权项

1.一种基于无人设备的水质巡检、污染物溯源方法，通过由无人机(1)、无人船(2)和岸基监控系统(3)组成的水质巡检、污染物溯源系统实现；其中，所述无人机(1)包括机体(11)、飞行控制系统(12)、无人机通信系统(13)、螺旋桨(14)、蓄电池(15)、充电接口(16)、无人机导航系统(17)和机载视频监测设备(18)；所述飞行控制系统(12)通过所述无人机通信系统(13)与所述无人船(2)以及所述岸基监控系统(3)通信连接，控制所述无人机(1)的飞行路线和飞行姿态；所述机载视频监测设备(18)用于对排污口的搜寻并拍照取证，所述机载视频监测设备(18)通过所述无人机通信系统(13)向所述岸基监控系统(3)回传高清视频或照片；所述无人机导航系统(17)用于对所述无人机(1)的当前位置进行定位，并将位置坐标通过所述无人机通信系统(13)发送至所述无人船(2)，为所述无人船(2)进行引导；所述无人船(2)包括船体(21)以及设置在所述船体(21)内的主控制系统(22)、无人船通信系统(23)、动力系统(24)、无人船导航系统(25)、水质检测设备(26)和船载视频监测设备(28)；所述无人船(2)的船体(21)上设置有供所述无人机(1)停靠的停机坪以及可与所述无人机(1)上的所述充电接口(16)对接的充电装置(27)；所述主控制系统(22)通过所述无人船通信系统(23)与所述岸基监控系统(3)通信连接，用于控制所述无人船(2)的航行以及水质数据信息采集流程；所述主控制系统(22)通过所述无人船通信系统(23)与所述无人机(1)通信连接，用于控制所述无人机(1)的飞行；所述船载视频监测设备(28)用于对水面污染情况的进行拍摄，并将拍摄到的视频传送至所述主控制系统(22)；所述无人船导航系统(25)用于对所述无人船(2)进行定位，并将所述无人船(2)的位置坐标传送至所述主控制系统(22)；所述水质检测设备(26)用于对污染水域进行水质数据采集，并将采集到的水质数据传送至所述主控制系统(22)；所述主控制系统(22)通过无人船通信系统(23)分别将拍摄到的视频、所述无人船(2)的位置坐标以及采集到的水质数据发送至所述岸基监控系统(3)，用于污染物浓度分布图的绘制；其特征在于，该水质巡检、污染物溯源包括以下步骤：步骤1)无人船(2)通过无人船导航系统(25)航行至受污染水域的采集点，然后利用水质检测设备(26)进行水质数据信息的采集，并将采集点的坐标位置(X,Y)以及该采集点的污染物浓度数据通过无人船通信系统(23)发送至岸基监控系统(3)的服务器上；步骤2)岸基监控系统(3)将各个采集点的污染物浓度数据作为基础，利用MATLAB软件进行二维差值拟合，作出主要污染物在该受污染水域的浓度分布图，并判断出最大浓度可疑污染源的所在位置；步骤3)岸基监控系统(3)根据污染物浓度分布图设计出优化路径，通过无人船通信系统(23)指挥无人船(2)沿着优化路径向最大浓度可疑污染源靠近，同时，无人船(2)在航行途中继续对水质进行检测，并将这些水质数据进一步通过无人船通信系统(23)上传到岸基监控系统(3)的服务器中，随着无人船(2)的航行，收集到的水质数据越来越多，拟合的数据也更加准确；步骤4)当无人船(2)到达污染源附近时，岸基监控系统(3)通过无人机通信系统(13)启动无人船(2)上承载的无人机(1)，并向无人机(1)发送污染物浓度分布图，无人机(1)根据污染物浓度分布图，并利用机载视频监测设备(18)对污染源排放口进行高空搜寻；步骤5)无人机(1)通过无人机通信系统(13)将在高空拍摄到的视频画面直接回传到岸基监控系统(3)，由岸基监控系统(3)对视频画面中的内容进行分析和判断；步骤6)当岸基监控系统(3)在无人机(1)传回的视频画面中发现可疑目标后，无人机(1)立刻通过无人机导航系统(17)定位当前的位置坐标，并通过无人机通信系统(13)将该位置坐标发送无人船(2)，引导无人船(2)驶近该可疑目标进行进一步确认；步骤7)当无人船(2)驶近可疑目标后，通过无人船(2)上的船载视频监测设备对可疑目标进行视频拍摄，视频画面通过无人船通信系统(23)发送至岸基监控系统(3)进行确认；步骤8)当确认该可疑目标确实为污染物排放口时，岸基监控系统(3)控制无人机(1)上的机载视频监测设备(18)和无人船(2)上的船载视频监测设备(28)对污染物排放口进行拍照取证；步骤9)无人船(2)通过无人船导航系统(25)对该污染物排放口进行定位，并通过无人船通信系统(23)将该污染物排放口的位置坐标信息上传至岸基监控系统(3)；步骤10)当取证完成后，无人机(1)着陆至无人船(2)的停机坪上，无人机(1)上的充电接口(16)与无人船(2)上的充电装置(27)对接，为无人机(1)进行充电，等待下一次起飞任务。