多功能无人机水质监测装置

1.本发明属于水质监测设备技术领域，尤其涉及一种多功能无人机水质监测装置。


背景技术：

2.在多植被的水域监测区域，需要定期大范围的采集水质样品进行探测。目前，无人机监测水质主要有两种方法：一种是通过改装无人机利用卷扬机装置将取水瓶伸入湖水进行取水，将取回的水样利用检测仪进行水质分析；另一种监测方法是将改进的防水探测器直接放进水域传回水质参数给监测点。在公开号为cn 111413146a的专利公开了一种无人机机载水质采样，公开号为cn111458474a的专利公开了一种基于无人机的水质在线检测方法，分别是远程取水后检测与探测器直接水域检测。
3.鉴于这两种直接取水的检测方式在芦苇地区、荷花与水草较多的区域取水与监测比较困难，易被缠绕；并且采用无人船等设备进入该区域难度大，难以实现全覆盖的监测。因此，继续研发一种能够应用在多植被水域的实时取水与水质监测装置。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种多功能无人机水质监测装置，能够改进水域数据监测周期长、成本高和复杂区域监测困难的问题，实现高效准确的数据采集。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种多功能无人机水质监测装置，包括能够与遥控组件无线连接的无人机，所述无人机通过挂载组件与水质检测组件、抽水组件、储水组件、配重组件及摄像组件相连，所述抽水组件能够抽水至储水组件的储水瓶内储存，所述水质检测组件的水质检测仪延伸至储水组件的储水瓶内或贯穿储水瓶接触待检测水域的水面，实现水质检测；所述配重组件设置于抽水组件的下方，且与抽水组件的抽水管相连；所述摄像组件与遥控组件相连，用于控制摄像组件并获取水面图像；所述遥控组件能够远程遥控无人机、且能够控制抽水组件、储水组件及水质检测组件进行抽水、储水并检测水质。
6.优选的，所述无人机包括带有六个螺旋桨的中心板，所述螺旋桨的底部设有动力电机、且通过支撑杆与中心板相连，所述中心板的顶部设有控制模块及定位系统天线，所述中心板的底部设有电池模块，所述中心板的下方设有与之相连的起落架，所述起落架的底部设有脚架；所述电池模块与动力电机、控制模块、定位系统天线电连接，所述电池模块通过导线为下方的水质检测组件、抽水组件及摄像组件供电；所述挂载组件与起落架相连。
7.优选的，所述挂载组件包括挂载板、连接支架和支撑架，所述挂载板固定于连接支架上，所述连接支架通过支撑架与起落架相连，所述挂载板上设有用于与导线相配合的过线孔；所述抽水组件及水质检测组件并列固定于挂载板的下方。
8.优选的，所述水质检测组件包括水质检测仪及用于收放数据线的卷扬机，所述卷扬机包括卷筒及驱动电机，所述驱动电机带动卷筒转动；所述水质检测仪的数据线缠绕于
卷筒上，所述储水组件的储水瓶设置于驱动电机的下方，所述水质检测仪伸至储水瓶内或贯穿储水瓶的下端出水口向下接触水面；所述卷筒及驱动电机均与挂载板相连；所述水质检测仪及驱动电机均与遥控组件相连。
9.优选的，所述抽水组件包括抽水管、抽水箱和与遥控组件相连的抽水泵，所述抽水泵的出口与抽水箱相连，所述抽水泵的下方设有进水管，所述进水管的下端与抽水管相连，所述抽水管的末端能够延伸至水面，所述抽水泵抽水经抽水管及进水管进入抽水箱内；所述储水组件的储水瓶设置于抽水箱的下方；所述抽水管的下端进水口设有过滤网，所述配重组件设置于抽水管的下端。
10.优选的，所述抽水组件还包括与遥控组件相连的固定器，所述固定器设置于抽水管的上部，所述固定器包括一对用于夹持抽水管的机械爪及用于卸除抽水管的卸管机构，所述机械爪通过卸管机构与抽水箱相连。
11.优选的，所述储水组件包括储水瓶和其底部的开盖机构，所述储水瓶的顶部盖板通过连接水管与抽水箱相连，所述盖板上设有用于与水质检测仪及连接水管相匹配的开孔；所述储水瓶的底部设有与水质检测仪相对应的出水口，所述出水口设有与开盖机构相连的封盖；所述开盖机构包括封盖控制器及机械臂，所述储水瓶的下端设有与封盖控制器相连的封盖控制器，所述封盖控制器控制封盖控制器及机械臂的动作，用于封堵或打开储水瓶的出水口所述储水瓶的内部设有水位探测器，所述水位探测器与抽水泵电连接。
12.优选的，所述配重组件包括配重外壳及其内部的重力模块，所述配重外壳由两个圆锥状壳体对接而成；所述重力模块的中部设有供抽水管穿过的中心孔，所述抽水管与中心孔之间粘有防滑棉，所述配重外壳的两端通过防水胶条粘结在抽水管的外壁上；所述抽水管的下端进水口外露于配重外壳的下方。
13.优选的，所述摄像组件包括摄像机及用于容纳线缆的硬质管，所述摄像机设置于抽水组件与储水组件之间，所述摄像机通过线缆与电池模块相连，所述线缆置于硬质管内，所述摄像机设置于旋转底板上，所述旋转底板通过旋转机构与硬质管相连；所述旋转底板的下表面设有两个侧板，两个侧板对称设置于摄像机镜头两侧，所述摄像机镜头通过动力部件与侧板转动连接。
14.优选的，所述遥控组件包括控制盒，所述控制盒上设有用于控制无人机的方向控制键、悬停按键及rtk定位模块；所述控制盒上还设有用于控制水质检测组件、抽水组件及储水组件的功能按键；所述控制盒上还设有用于与摄像组件相连的显示屏。
15.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过遥控组件远程遥控无人机，可行至任意水域进行水质检测，在空旷水域可直接将水质检测组件的水质检测仪下降接触待检测水域的水面进行水质检测；无人机行至多植被及其它复杂水域，借助摄像组件获取水面图像，利用抽水组件抽水至储水组件的储水瓶内储存，将水质检测仪延伸至储水瓶内进行水质检测。利用本发明能够保证监测目标位置的精准和取水区域的可控性；提高了水质监测效率，大大降低了水质监测成本，同时降低了在水域工作的危险性；本发明实现取水与测水功能一体化，根据不同环境远程切换水质监测功能，具有较好的应用前景。
附图说明
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
17.图1是本发明实施例提供的一种多功能无人机水质监测装置的结构示意图；图2是图1中挂载组件与无人机的连接示意图；图3是图1中水质检测组件与储水组件配合示意图；图4是图1中抽水组件的安装示意图；图5是图1中配重组件的结构示意图；图6是图1中摄像机组件的结构示意图；图7是本发明实施例中遥控组件的结构示意图；1
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无人机：101
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螺旋桨，1011
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动力电机；102
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起落架，1021
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连接件；103
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脚架，104
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中心板，105
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控制系统，106
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定位导航系统，1061
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底座；107
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电池模块，1071
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导线;2
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挂载组件：201
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连接支架，2012
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支撑架；202
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挂载板，2021
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连接板，2022
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紧固螺栓，2023
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过线孔；3
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水质检测组件：301
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安装板，302
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卷筒，303
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数据线，304
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驱动电机，305
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水质检测仪，306
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机箱；4
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储水组件：401
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盖板，402
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储水瓶，4021
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防滑模块；403
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入水口，404
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出水口，4041
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连接水管；405
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封盖，406
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封盖控制器，4061
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机械臂，4062
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固定卡，407
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水位探测器；5
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抽水组件：501
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抽水管，5011
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进水管，5012
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过滤网；502
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抽水泵，5021
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螺栓，503
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固定器，5031
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机械爪，504
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抽水箱；6
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配重组件，601
‑ꢀ
配重外壳，6011
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重力模块，602
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防滑棉，603
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防水胶条；7
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摄像机组件：701
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线缆，702
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硬质管，703
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摄像机，7031
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旋转底板，7032
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侧板，7033
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动力部件，7034
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摄像机镜头；8
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遥控组件：801
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rtk定位模块，802
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方向控制键，803
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功能按键，804
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悬停按键，805
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显示屏，806
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控制盒。
具体实施方式
18.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，参照的实施例附图是示意性的，并不是限制性的。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.请参阅图1，本发明提供的一种多功能无人机水质监测装置，包括能够与遥控组件8无线连接的无人机1，所述无人机1通过挂载组件2与水质检测组件3、抽水组件5、储水组件4、配重组件6及摄像组件7相连，所述抽水组件5能够抽水至储水组件4的储水瓶402内储存，所述水质检测组件3的水质检测仪305延伸至储水组件4的储水瓶402内或贯穿储水瓶402接触待检测水域的水面，实现水质检测；所述配重组件6设置于抽水组件5的下方，且与抽水组件5的抽水管501相连；所述摄像组件7与遥控组件8相连，用于控制摄像组件7并获取水面图像；所述遥控组件8能够远程遥控无人机1、且能够控制抽水组件5、储水组件4及水质检测组件3进行抽水、储水并检测水质。
20.在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述无人机1包括带有六个螺旋桨101的中心板104，所述螺旋桨101的底部设有动力电机1011、且通过支撑杆与中心板104相连，支撑杆通过固定圈与中心板的四周锁紧固定；所述中心板104的顶部设有控制模块105及定位系统天线106，所述中心板104的底部设有电池模块107，所述中心板104的下方设有与之相连的起落架102，所述起落架102的底部设有脚架103，用于支撑无人机1以及落地停稳；所述电池模块107与动力电机1011、控制模块105、定位系统天线106电连接，所述电池模块107通过导线1071为下方的水质检测组件3、抽水组件5及摄像组件7供电；所述挂载组件2与起落架102相连。其中，定位系统天线106通过底座1061固定于中心板104上，选用全球定位系统（gps）定位信号天线，与遥控组件配合控制无人机的飞行定位。电池模块为大容量电瓶，为无人机飞行与控制模块及其下方的抽水组件、储水组件、水质检测组件及摄像组件供电，为无人机飞行及取水测水提供足够的动力。另外，在电池模块107的侧面提供额外的供电接口，方便供无人机飞行之外的用电设备供电使用。
21.在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述挂载组件2包括挂载板202、连接支架201和支撑架2012，所述挂载板202固定于连接支架201上，所述连接支架201通过支撑架2012与起落架102相连，所述挂载板202上设有用于与导线1071相配合的过线孔2023；所述抽水组件5及水质检测组件3并列固定于挂载板202的下方。挂载板202上并列设有三根金属连接板2021，连接板2021通过紧固螺栓2022固定于挂载板202上，抽水组件5及水质检测组件3均通过安装板301固定于连接板2021上。
22.在本发明的一个具体实施例中，如图1、3所示，所述水质检测组件3包括水质检测仪305及用于收放数据线303的卷扬机，所述卷扬机包括卷筒302及驱动电机304，所述驱动电机304带动卷筒302转动；所述水质检测仪305的数据线303缠绕于卷筒302上，所述储水组件4的储水瓶402设置于驱动电机304的下方，所述水质检测仪305伸至储水瓶402内或贯穿储水瓶402的下端出水口404向下接触水面；所述卷筒302及驱动电机304均与挂载板202相连；所述水质检测仪305及驱动电机304均与遥控组件8相连。驱动电机304固定于机箱306内，卷筒302及机箱306分别通过l形安装板301与挂载板202相连；卷筒302的两端固定于两侧安装板301的垂直板上。储水瓶402与抽水箱504之间的连接水管4041贯穿机箱306下部，连接水管4041的入水口403设置于机箱306的侧壁上、且与抽水箱504连通。当对多植被复杂区域进行水质检测时，当水质检测仪305不能直接伸入水中时，利用抽水组件5将水抽入抽水箱内，通过连接水管再将抽水箱内的水导入储水瓶内，便于水质检测仪305的数据采集探头进行水质检测。针对非复杂植被区域的水质检测，通过遥控组件8控制卷扬机，直接将水质检测仪305贯穿储水瓶并伸入水中，保证了开阔水域的监测效率。其中，在水质检测仪下降与上升过程中可通过防滑卡扣进行固定，使得水质检测仪能够多次稳定的进行水质探测。
23.在本发明的一个具体实施例中，如图1、4所示，所述抽水组件5包括抽水管501、抽水箱504和与遥控组件8相连的抽水泵502，所述抽水泵502的出口与抽水箱504相连，所述抽水泵502的下方设有进水管5011，所述进水管5011的下端与抽水管501相连，所述抽水管501的末端能够延伸至水面，所述抽水泵502抽水经抽水管501及进水管5011进入抽水箱504内；所述储水组件4的储水瓶402设置于抽水箱504的下方；所述抽水管501的下端进水口设有过滤网，防止泥沙堵住抽水管501；所述配重组件6设置于抽水管501的下端。抽水泵502通过螺
栓5021固定于挂载板底部的安装板上，抽水泵502下方进水管5011为硬质进水管，硬质进水管外侧套有连接至水面的软质的抽水管501。
24.在本发明的一个具体实施例中，如图1、4所示，所述抽水组件5还包括与遥控组件8相连的固定器503，所述固定器503设置于抽水管501的上部，所述固定器503包括一对用于夹持抽水管501的机械爪5031及用于卸除抽水管501的卸管机构，所述机械爪5031通过卸管机构与抽水箱504相连。软质的抽水管501由固定器503夹在硬质进水管5011上，固定器503由远程遥控组件8进行控制固定器的机械臂5031来控制软质的抽水管5011的挂载程度。当对多植被复杂区域进行水质检测时，采取利用抽水组件5抽取水至储水瓶402中，当植被对抽水管进行缠绕阻碍时，抽水管501及其连接的重力组件6就会妨碍无人机1离开水域，因此固定器503可以控制打开软质抽水管与硬质进水管5011相连的部分，将抽水管501与重力组件6暂时抛弃，防止无人机1因缠绕无法飞行。
25.在本发明的一个具体实施例中，如图1、3、4所示，所述储水组件4包括储水瓶402和其底部的开盖机构，所述储水瓶402的顶部盖板401通过连接水管4041与抽水箱504相连，所述盖板401上设有用于与水质检测仪305及连接水管4041相匹配的开孔；所述储水瓶402的底部设有与水质检测仪305相对应的出水口404，所述出水口404设有与开盖机构相连的封盖405；所述开盖机构包括封盖控制器406及机械臂4061，所述储水瓶402的下端设有与封盖控制器406相连的封盖控制器，所述封盖控制器406控制封盖控制器及机械臂4061的动作，用于封堵或打开储水瓶402的出水口所述储水瓶402的内部设有水位探测器407，所述水位探测器407与抽水泵502电连接，当储水瓶402的水位到达水位探测器307时触发预警抽水组件5停止进水口403的供水功能。其中，机械臂由两节转动相连的连杆构成，上端连杆与翻转控制器406的输出轴转动相连，下端连杆与封盖转动连接。翻转控制器通过线缆与电池模块及控制模块相连，用于供电及信号传递；线缆通过固定卡4062自下而上依次固定于储水瓶402及机箱306的外壁上。当在开阔水域进行水质检测时，通过遥控组件8控制开盖机构的机械臂4061向下翻转，可将出水口404处的封盖405打开，方便水质检测仪305的数据采集探头伸出储水瓶，直接探入水中进行检测。或者，水质检测仪305直接在储水瓶402内进行检测，检测完水质通过机械臂4061打开出水口封盖405将水放出，以便检测下一个水质监测点。
26.具体制作时，储水瓶402选用上大下小的倒锥体容器；储水瓶402的侧壁上部设有用于对数据线303限位的防滑模块4021，能够避免与水质检测仪305相连的数据线303向侧方滑动，避免剐蹭。
27.在本发明的一个具体实施例中，如图1、5所示，所述配重组件6包括配重外壳601及其内部的重力模块6011，所述配重外壳601由两个圆锥状壳体对接而成锥形重力块，能够尽量防止在下降以及上升过程中产生阻力；所述重力模块6011的中部设有供抽水管501穿过的中心孔，所述抽水管501与中心孔之间粘有防滑棉602，所述配重外壳601的两端通过防水胶条603粘结在抽水管501的外壁上，确保配重外壳601牢固固定在抽水管501上；所述抽水管501的下端进水口外露于配重外壳的下方。其中，重力模块6011可采用加重材料，填充在配重外壳601内。借助配重组件可在使用抽水组件5进行抽水时，使抽水管501顺利伸入水中。
28.在本发明的一个具体实施例中，如图1、6所示，所述摄像组件7包括摄像机703及用于容纳线缆701的硬质管702，所述摄像机703设置于抽水组件5与储水组件4之间，所述摄像
机703通过线缆701与电池模块107相连，所述线缆701置于硬质管702内，所述摄像机703设置于旋转底板7031上，所述旋转底板7031通过旋转机构与硬质管702相连，能够水平方向控制摄像机镜头7034拍摄无人机1飞行的周边环境；所述旋转底板7031的下表面设有两个侧板7032，两个侧板7032对称设置于摄像机镜头7034两侧，所述摄像机镜头7034通过动力部件7033与侧板7032转动连接，实现摄像机镜头7034的垂直方向旋转。其中，硬质管内穿过的线缆包括供电导线与数据线，数据线连接摄像机镜头7034部分，摄像机镜头7034通过旋转机构及动力部件可分别实现水平360度全方位旋转及竖直方向180度的旋转，提供水平方向以下的全方位视角拍摄。通过遥控组件与摄像机组件的配合能够保障抽水重力组件6落水位置控制与水质检测仪305的精准位置与方向控制。
29.在本发明的一个具体实施例中，如图1、7所示，所述遥控组件8包括控制盒806，所述控制盒806上设有用于控制无人机1的方向控制键802、悬停按键804及rtk定位模块801；所述控制盒806上还设有用于控制水质检测组件3、抽水组件5及储水组件4的功能按键803；所述控制盒806上还设有用于与摄像组件7相连的显示屏805。操作人员在控制盒上，即可精准控制到达取水或待测水域位置，并通过显示屏显示位置信息及检测水域的周围环境。
30.综上所述，本发明与现有的发明相比，具有以下有益效果：1）本发明能够用于空旷区域进行水质监测，储水瓶下部出水口打开，直接将水质检测仪下降到待测区域水中，提高了水质监测效率，大大降低了水质监测成本；2）本发明能够用于多植被区域的抽水检测，其通过锥形重力块将长抽水管引入水中，进行抽水，在抽水管的进水口加装了过滤网以防堵塞，抽水泵将抽上来的水储满整个储水瓶，水位探测器感应到水位后立即停止抽水，实现了多植被湖水区域的取水与水质监测的可靠性与可行性；3）本发明能够用于复杂区域的水质监测，其通过可控制旋转摄像头装置与定位装置，能够提前定位与观察水域环境，保证监测目标位置的精准和取水区域的可控性；4）本发明通过远程遥控无人机实现取水与监测双功能，使取水与测水功能实现一体化，不仅替代了人工实地取水，且能够到达较为复杂区域进行取水，根据不同环境远程切换水质监测功能，提高效率的同时降低了在水域工作的危险性，具有较好的应用前景。
31.在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上述公开的具体实施例的限制。