[发明专利]一种基于建设的土壤采样监测系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于建设的土壤采样监测系统及方法，其技术方案要点是包括无人机、监测中心以及位于多个土壤采样点上的采样平台；监测中心用于发送驱动指令至无人机，驱动指令中携带有多个土壤采样点的位置信息；无人机包括机体、设置在机体内的无人机控制器、以及用于提供电能的电源模块，无人机控制器上连接有无人机定位单元和无人机通信单元，无人机通信单元响应于驱动指令以控制该无人机启动；无人机控制器基于触发装置输出的触发信号，控制环形电磁铁和电动卷线器启动以将第一连接部与第二连接部对合，通过驱动部驱使套管转动以使得位置检测装置与位置检测体相对，升降组件控制取样器向下运动以穿过取样口和取样通道进行取样。 1

主权项

1.一种基于建设的土壤采样监测系统，其特征在于，包括无人机、监测中心、以及位于多个土壤采样点上的采样平台(1)；

监测中心用于发送驱动指令至无人机，其中，驱动指令中携带有多个土壤采样点的位置信息；

采样平台(1)的中心开设有容置槽(3)，所述采样平台(1)的表面具有向容置槽(3)聚拢的内凹面(4)，所述内凹面(4)上设置有位置检测体(6)，所述采样平台(1)上围绕容置槽(3)贯通有至少两个取样通道(5)，所述容置槽(3)的槽壁上设置有环形铁圈(7)；

无人机包括机体(8)、设置在机体(8)内的无人机控制器、以及用于提供电能的电源模块，所述无人机控制器上连接有无人机定位单元和无人机通信单元，所述无人机通信单元响应于驱动指令以控制该无人机启动；

所述机体(8)内设置有电动卷线器(11)，所述电动卷线器(11)与无人机控制器相连，所述机体(8)的底部设置有与容置槽(3)相适配的牵引块(12)，所述牵引块(12)的底部具有与内凹面(4)配合的半球面(13)，所述机体(8)的底部转动安装有中空的套管(14)，所述电动卷线器(11)具有至少两个牵引绳(111)，所述牵引绳(111)穿过套管(14)连接在牵引块(12)上，所述牵引块(12)的端面上设置有第一连接部(16)，所述套管(14)的端面上设置有与第一连接部(16)对合的第二连接部(17)；所述牵引块(12)的外壁上设置有用于检测牵引块(12)进入到容置槽(3)中的触发装置(18)、以及用于吸附环形铁圈(7)的环形电磁铁(19)；

所述机体(8)的底部垂直设置有至少两个连接板(20)，所述连接板(20)的底部设置有起落板(21)，每个连接板(20)上均滑动安装有取样板(23)，所述取样板(23)上设置有取样电机(24)，所述取样电机(24)的输出轴上连接有取样器(25)，所述机体(8)上设置有用于驱使取样板(23)升降的升降组件(26)，所述起落板(21)上开设有与取样器(25)相对的取样口(27)；所述起落板(21)上设置有用于检测位置检测体(6)的位置检测装置(28)，所述机体(8)内设置有用于驱使套管(14)转动的驱动部(29)；

所述无人机控制器基于触发装置(18)输出的触发信号，控制环形电磁铁(19)和电动卷线器(11)启动以将第一连接部(16)与第二连接部(17)对合，通过驱动部(29)驱使套管(14)转动以使得位置检测装置(28)与位置检测体(6)相对，所述升降组件(26)控制取样器(25)向下运动以穿过取样口(27)和取样通道(5)进行取样。

2.根据权利要求1所述的一种基于建设的土壤采样监测系统，其特征在于，所述升降组件(26)包括升降电机(261)和丝杆(262)，所述丝杆(262)螺纹连接在取样板(23)上且一端转动安装在起落板(21)上，所述升降电机(261)设置在机体(8)内，所述升降电机(261)的输出轴连接在丝杆(262)的另一端上。

3.根据权利要求2所述的一种基于建设的土壤采样监测系统，其特征在于，所述驱动部(29)包括设置在机体(8)内的驱动电机(291)，所述驱动电机(291)的输出轴上连接有第一齿轮(292)，所述套管(14)上套接有与第一齿轮(292)啮合的第二齿轮(293)。

4.根据权利要求3所述的一种基于建设的土壤采样监测系统，其特征在于，所述电动卷线器(11)包括卷线架(112)、转动安装在卷线架(112)上的卷线轴(113)、以及安装在卷线轴(113)上的至少两个卷线盘(114)，每个卷线盘(114)上均具有牵引绳(111)，所述卷线架(112)上设置有与卷线轴(113)相连以用于驱使卷线轴(113)转动的卷线电机(115)。

5.根据权利要求4所述的一种基于建设的土壤采样监测系统，其特征在于，所述取样电机(24)、升降电机(261)、驱动电机(291)和卷线电机(115)均采用伺服电机，所述取样电机(24)、升降电机(261)、驱动电机(291)和卷线电机(115)上均安装有监测编码器。

6.根据权利要求1所述的一种基于建设的土壤采样监测系统，其特征在于，所述触发装置(18)的数量设置有多个，多个触发装置(18)周向设置在牵引块(12)的外壁上。

7.根据权利要求1所述的一种基于建设的土壤采样监测系统，其特征在于，所述机体(8)的底部设置有用于检测该无人机悬停高度的距离检测装置(33)。

8.根据权利要求1所述的一种基于建设的土壤采样监测系统，其特征在于，每个采样平台(1)上还设置有方位检测体(31)，所述机体(8)上设置有用于识别方位检测体(31)的方位检测装置(32)，所述方位检测装置(32)检测范围的直径小于采样平台(1)的宽度。

9.一种如权利要求1~8任意一项所述的一种基于建设的土壤采样监测系统的基于建设的土壤采样监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

定位步骤：无人机控制器接收监测中心发送的驱动指令，以根据无人机定位单元输出的位置信息以及多个土壤采样点的位置信息飞行至第一个采样平台(1)的上方悬停；

连接步骤：无人机控制器控制电动卷线器(11)启动，驱使牵引块(12)向下运动以与采样平台(1)的内凹面(4)抵触直至牵引块(12)嵌合进入到容置槽(3)中，无人机控制器基于触发装置(18)输出的触发信号以控制环形电磁铁(19)得电，并相应控制电动卷线器(11)复位，电动卷线器(11)反向牵引无人机以将牵引块(12)上的第一连接部(16)与套管(14)上的第二连接部(17)对合；

校准步骤：无人机控制器判断位置检测装置(28)是否检测到位置检测体(6)，若是，则进入下一步骤；若否，无人机控制器则通过驱动部(29)驱使套管(14)转动，该无人机受控整体转动直至起落板(21)上的位置检测装置(28)检测到位置检测体(6)后停止转动，并进入到下一步骤；

采样步骤：无人机控制器取样电机(24)和升降组件(26)启动，升降组件(26)带动取样器(25)向下运动，取样器(25)穿过取样口(27)和取样通道(5)进行采样后复位；

释放步骤：无人机控制在取样器(25)复位后控制环形电磁铁(19)失电以及控制驱动部(29)驱使套管(14)复位；

换点步骤：无人机控制器基于驱动指令中下一个土壤采样点的位置信息以飞至下一个采样平台(1)的上方悬停，并重复连接步骤~释放步骤。

10.根据权利要求9所述的一种基于建设的土壤采样监测方法，其特征在于，在定位步骤中，还包括如下步骤：

无人机控制器基于距离检测装置(33)检测该无人机的悬停高度，并将该无人机的悬停高度降落至预先设定的悬停高度；

在该悬停高度下，方位检测装置(32)判断在其检测范围内是否存在方位检测体(31)；若是，则进入到连接步骤中；若否，则控制该无人机在其悬停的水平面上绕着该土壤采样点的位置信息以螺旋线的飞行轨迹逐渐向外扩张飞行；

在飞行过程中，无人机控制器判断方位检测装置(32)在其检测范围内是否捕捉到方位检测体(31)，若是，无人机控制器则控制该无人机悬停并进入到连接步骤中。