一种利用无人机的水质监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种利用无人机的水质监测系统，包括无人机、水质检测仪、差分定位系统和无线传输模块；所述无人机上设置有升降装置，所述升降装置上安装有水质检测仪；所述差分定位系统包括移动站和基准站，所述移动站和基准站之间通过无线传输模块传输数据；所述移动站安装在无人机上，所述基准站固定在待测区域周边；所述无线传输模块还用于将水质检测仪检测的数据传输到数据中心。本实用新型能够在大范围内自动检测多个监测点的水质。
【专利说明】
一种利用无人机的水质监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及水质监测技术领域，特别是涉及一种利用无人机的水质监测系统。
【背景技术】
[0002]水产养殖是利用人工或自然水域，在人为控制下繁殖、培育和收获水生动植物的生产活动。分为粗养、精养和高密度精养等方式。粗养是在中、小型天然水域中投放苗种，完全靠天然饵料养成水产品，如湖泊水库养鱼和浅海养贝等。精养是在较小水体中用投饵、施肥方法养成水产品，如池塘养鱼、网箱养鱼和围栏养殖等。高密度精养采用流水、控温、增氧和投喂优质饵料等方法，在小水体中进行高密度养殖，从而获得高产，如流水高密度养鱼、虾等。
[0003]在水产养殖生产，特别是精养和高密度精养生产中，养殖水体的水质是决定养殖成败的重要因素。养殖水体水质包括温度、溶氧、氨氮含量、pH值、盐度、藻类种类和丰度等因素。其中温度、溶氧、氨氮含量、PH值、盐度等的含量和变化对养殖物影响巨大，若超过一定的限度，轻则造成养殖物生长缓慢、体弱易产生病害;重则导致大批死亡，造成养殖户损失惨重。早期的水产养殖一般以粗养为主，养殖密度较低，依靠自然水体自身的调节能力基本可以保持水质健康，除非有突然的外部环境改变，一般不会造成养殖物大量死亡。所以在粗养状态下，一般养殖户凭经验就可应对出现的各种情况。随着对更高的经济效益追求，精养和高密度精养近年发展迅速，各养殖场对池塘进行标准化改造，配备了机械化的投饵和增氧设备，提高了生产效率，养殖规模不断扩大，养殖密度也不断增高。但是随着养殖密度的增加，对水质的保持与调控要求越来越高，原来依靠经验进行池塘管理的方法，因为经验的不确定性，已经不能适应大型养殖场的管理需求了，一般的大型养殖场开始建立水质和疾病监测实验室，利用科学手段进行养殖生产管理。
[0004]在养殖水体水质检测上，一般有两种方法:一，实验室测量，对养殖水体进行采样，运送到实验室后，利用专用检测设备进行水质测量。这种方法的优点是结果准确，缺点是采样是不连续的，检测耗时较多，需要依赖专业技术人员。二，利用在线检测设备进行实时检测，现在有针对养殖水质的水质检测仪，可以将其投放在监测点，实时获得检测数据。这种方法的优点是检测数据是连续的，检测精度尚可，能满足养殖需求。其主要缺点是投资巨大，由于水质在线检测设备价格较高，一般每套在3?10万元，一个池塘最低需要一套设备，要想获得较全面的检测结果，最好在不同位置布置2套以上检测设备，一般的养殖场有十几到几十个养殖鱼塘，加上在线检测网络布线等费用，造成投资巨大，经济上不划算。因此这种方式除了在超高密度的工厂化养殖里有应用之外，一般的养殖场最多安装几套进行示范探索，高昂的成本使其难以大范围使用。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用无人机的水质监测系统，能够在大范围内自动检测多个监测点的水质。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种利用无人机的水质监测系统，包括无人机、水质检测仪、差分定位系统和无线传输模块;所述无人机上设置有升降装置，所述升降装置上安装有水质检测仪;所述差分定位系统包括移动站和基准站，所述移动站和基准站之间通过无线传输模块传输数据;所述移动站安装在无人机上，所述基准站固定在待测区域周边;所述无线传输模块还用于将水质检测仪检测的数据传输到数据中心。
[0007]所述升降装置为绞车，所述水质检测仪通过能够调节长度的悬挂绳悬挂在绞车下方。
[0008]所述升降装置为升降台，所述升降台通过升缩杆固定在无人机下方，所述水质检测仪安装在升降台上。
[0009]所述无人机还配备有无人机操控台，所述无人机操控台通过无线传输模块实现对无人机的远程操控。
[0010]所述差分定位系统为差分GPS系统、差分北斗系统、或差分GLONASS系统。
[0011]有益效果
[0012]由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:
[0013](I)节省投资，本实用新型利用无人机搭载水质在线检测仪器，进行养殖水质测量，一般一个养殖场只需一套设备即可，大大节省了投资，利用相当于传统方法I?2个池塘的投资可完成多多个池塘的测量;也节省了用于水质参数传感器的矫正费用和人工投入。
[0014](2)节省维护工时，传统方式需要安装多套水质检测，每套都需要专业人员定期检测、维护和校准，供电和数据传输网络也需定期维修，本实用新型只需一套水质检测仪大大减少维护工作量。
[0015](3)可根据天气、风向等因素灵活改变测量点位置，获取更加精确全面的水质信息。
[0016](4)无人机上还可搭载视频设备进行视频巡逻。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的结构不意图；
[0018]图2是本实用新型的使用流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0020]本实用新型的实施方式涉及一种利用无人机的水质监测系统，其拟结合无人机和水质在线检测设备，提供一种造价较低的准实时水质检测方法，由于其造价较低，使得大规模应用于养殖场成为可能。该实用新型所用已有技术如下:
[0021]1.旋翼无人机技术。近年旋翼无人机特别是多旋翼无人机发展迅速，无人机航拍技术已经成熟，在飞控系统的控制下，其飞行的稳定性很高，并可按设定航线自动飞行，也可以人工操控飞行。如近期发布的大疆植保无人机MG-1标准载荷达10公斤，在飞行中直接规划路线，具备航线断点智能记忆功能，配备调频连续波雷达和先进的飞控，精度高达厘米级，能实时扫描地形，自动保持与地面之间的距离，能实现超远距离实时通信控制。
[0022]2.水质在线检测技术，目前已有多种可用于养殖水体的水质在线检测仪器出售，直接放入待检测水体，即可检测温度、溶氧、氨氮含量、PH值、盐度等水质参数，并通过模拟或数字方式直接给出结果，检测过程基本不需要人工干预，只要定期保养校准检测仪器即可。
[0023]3.差分定位技术，虽然现在有GPS、北斗、GLONASS等全球定位系统，但其民用定位精度一般劣于10米，不能满足本实用新型的定位需求。需采用差分定位技术，提高定位精度。根据差分基准站发送的信息方式可将差分定位分为三类:位置差分、伪距差分和相位差分。利用简单的位置差分和伪距差分技术定位精度即可达到I米的量级，满足本实用新型要求。
[0024]4.数据无线传输技术，这是成熟技术，有多种传输频率的模块供选用。本实用新型主要利用无线技术将差分定位系统基准站的测量误差传给无人机上的移动站，用于矫正定位误差;利用无线技术遥控无人机;利用无线技术将测量的水质参数传送给数据存储中心。这几种技术都是成熟技术。
[0025]如图1所示，本实用新型包括无人机、水质检测仪、差分定位系统和无线传输模块；所述无人机上设置有升降装置，所述升降装置上安装有水质检测仪;所述差分定位系统包括移动站和基准站，所述移动站和基准站之间通过无线传输模块传输数据;所述移动站安装在无人机上，所述基准站固定在待测区域周边;所述无线传输模块还用于将水质检测仪检测的数据传输到数据中心。所述无人机还配备有无人机操控台，所述无人机操控台通过无线传输模块实现对无人机的远程操控。
[0026]所述无人机上装有主控系统，主控系统可完成无人机的巡航飞行、悬停、下降高度，并能控制升降装置工作，控制水质检测仪进行数据采集、存储和传输水质数据。主控系统还可决定是否采用远程操控无人机。
[0027]所述升降装置为绞车，所述的水质检测仪通过绞车悬挂在无人机下方，并可通过绞车收放调节悬挂绳长度，在收起状态下不影响无人机降落。此处的绞车也可由其他可调节水质检测仪升降的设备代替，例如升降台。当升降装置为升降台时，升降台通过升缩杆固定在无人机下方，所述水质检测仪安装在升降台上。
[0028]所述水质检测仪为市售商品。无人机上的主控系统可发出指令控制控制水质检测仪进行水质数据的采集、将采集的数据进行存储和发送。数据发送是通过无线传输模块发送到数据中心，数据中心接收到数据后，进行数据识别、分类和入库，以备后面使用。
[0029]所述无人机还携带差分定位系统的移动站，可通过无线传输模块接收差分定位系统基准站的矫正数据。
[0030]所述差分定位系统可以是差分GPS系统、差分北斗系统、差分GLONASS系统或其他差分定位系统，为表述简单，以下以差分GPS系统为例说明。差分GPS系统包括基准站和移动站组成，二者之间通过无线方式传输数据，无线通讯能覆盖整个养殖区域。基准站位置固定，一般建在较高的楼房上，移动站安装在无人机上，基准站测得矫正数据通过无线方式传输给移动站，移动站接收到数据后用于提高自身的定位精度，并将高精度的定位数据输送给无人机，用于调整飞行航迹。
[0031]所述无人机的飞行路线和水质采样点可以根据需要设计程序自动飞行，也可以通过飞行控制台人工操控飞行采样。人工操控飞行的优先级高于程控飞行。所述无人机的程控飞行可以自动完成起飞、巡航、采样、降落。
[0032]本实用新型中的无人机可以采用旋翼无人机，可以在空中悬停，无人机下悬吊水质检测仪器，进行飞行，到达检测点，飞行高度下降，将水质检测仪器放入水中，进行水质检测，并将检测结果存储或发送到服务器进行存储。
[0033]所述水质检测仪器采用市售的水质在线检测仪器改造而成，根据检测要求可增减水质传感器，以适应不同的检测需求，一般包括温度、溶氧、PH值、盐度、氨氮含量等参数。水质检测仪在，检测指令的作用下开始水质检测，并将检测数据存入内部存储器，在适当的时候通过无线方式将数据上传。
[0034]所述差分定位系统包括基准站和移动站，基准站安装在固定位置，移动站安装在无人机上，利用已知精确三维坐标的差分基准台，求得伪距修正量或位置修正量，再将这个修正量实时发送给移动站，对移动站的测量数据进行修正，以提高定位精度。基准站和移动站之间通过无线方式传送数据。值得一提的是，差分定位方法是成熟的现有技术，本实用新型未对其进行改进，因此不展开叙述。
[0035]所述无线数据传输模块用于传输差分定位系统矫正数据、遥控飞行指令和测量的水质参数。
[0036]如图2所示，本实用新型的工作过程如下:整个系统经调试可以正常工作后，首先进行无人机采集水质数据的航线和采集点的设计。根据养殖场池塘布局特点，设计采集航线;根据池塘形状特点设计水质采集点。并将设计好的航线和采集点存入无人机程控飞行系统。无人机巡航飞行高度以不受地面物影响为准，一般10?50米为宜，要避开建筑物、高压电线等障碍物。当无人机沿航线飞行到采集点时，悬停、垂直降低高度，同时释放绞车，将水质检测仪浸入水中一定深度，进行水质数据采集。将采集的水质数据加上采集时间，采集位置(坐标)后存储或实时发送给数据中心。完成一个采集点的数据采集后，无人机垂直上升的巡航高度，飞往下一个采集点。直到所有的采集点都采集完毕或者因为需要补充燃料(电量)等原因需要飞回。在飞回的过程中开动绞车，将水质检测仪收回，做好降落准备，到达降落点降落。
[0037]采集到的水质数据可以暂时存储在存储器中，数据传输有两种方式:I实时传输，采集到的数据直接通过无线或者商用通信系统如GPRS、3G/4G等方式传输到数据中心。2批量传输，先存储采集的数据到存储器，等无人机降落后再将数据传送到数据中心。
[0038]由此可见，本实用新型利用无人机作为运载工具，采用移动水质检测仪的方式进行大面积、多点水质检测，大大降低了投资，使养殖场的水质监控不再仅仅停留在示范的阶段，而成为经济上可以接受的实际可行方案。
【主权项】
1.一种利用无人机的水质监测系统，其特征在于，包括无人机、水质检测仪、差分定位系统和无线传输模块;所述无人机上设置有升降装置，所述升降装置上安装有水质检测仪；所述差分定位系统包括移动站和基准站，所述移动站和基准站之间通过无线传输模块传输数据;所述移动站安装在无人机上，所述基准站固定在待测区域周边;所述无线传输模块还用于将水质检测仪检测的数据传输到数据中心。2.根据权利要求1所述的利用无人机的水质监测系统，其特征在于，所述升降装置为绞车，所述水质检测仪通过能够调节长度的悬挂绳悬挂在绞车下方。3.根据权利要求1所述的利用无人机的水质监测系统，其特征在于，所述升降装置为升降台，所述升降台通过升缩杆固定在无人机下方，所述水质检测仪安装在升降台上。4.根据权利要求1所述的利用无人机的水质监测系统，其特征在于，所述无人机还配备有无人机操控台，所述无人机操控台通过无线传输模块实现对无人机的远程操控。5.根据权利要求1所述的利用无人机的水质监测系统，其特征在于，所述差分定位系统为差分GPS系统、差分北斗系统、或差分GLONASS系统。
【文档编号】G08C17/02GK205581094SQ201620329622
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】戴阳, 杨胜龙, 樊伟, 崔雪森, 张忭忭, 周为峰, 化成君
【申请人】中国水产科学研究院东海水产研究所