CN114357210B
有效
一种管网预警污水动态监管的无人机系统及其使用方法
技术领域
[0001]本发明属于污水监管技术领域，具体涉及一种管网预警污水动态监管的无人机系统及其使用方法。
背景技术
[0002]随着时间的推移，管网内的水质会发生变化，超标的污水会污染环境，因此需要对污水进行监测，但是人工巡查工作量较大，且效率低，而无人机的出现很好的解决了这一问题，可以快速对管网内污水进行采样，从而更好地进行污水监管。
[0003]目前，专利号为CN201711382435.7的发明专利公开了一种无人机，包括：所述无人机为多旋翼无人机，且位于其机身的下部吊装一多轴机械臂；在机身下方还吊装有摄像头，以及适于带动摄像头转动的云台；其中所述云台和多轴机械臂由主控模块控制，所述主控模块与一通讯模块和GPS模块电性连接；摄像头将采集的视频数据发送至主控模块，并通过通讯模块进行无线发送，以及所述通讯模块适于接收无线控制信号，以实现对无人机进行控制。其采用的是通过通信模块发送方位信息，扩大搜救范围，但该无人机没有防护装置，容易造成无人机损坏，且不具备水质采样和图像采集的功能，不能对管网内的污水进行监测和预警。
[0004]因此，针对上述无人机易损坏和不具备水质采样和图像采集功能的问题，亟需得到解决，以改善无人机的使用场景。
发明内容
[0005](1)要解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种管网预警污水动态监管的无人机系统及其使用方法，该无人机系统及其使用方法旨在解决现有技术下无人机没有防护装置，容易撞螺旋桨，造成无人机损坏，且不具备水质采样和图像采集的功能，不能对管网内的污水进行监测和预警的技术问题。
[0007](2)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种管网预警污水动态监管的无人机系统及其使用方法，该无人机包括机壳、安装在所述机壳上端四角处的连接杆、安装在所述连接杆上的螺旋桨；所述机壳上端四角处均固定连接有起到防护螺旋桨作用的防护罩，所述机壳内安装有控制器和动力装置，所述机壳左右两端上侧均设置有起落架，所述机壳左右两端下侧均安装有升降组件，所述机壳前端固定连接有拍摄角度可调整的摄像头，所述机壳前端在所述摄像头的外侧安装有透明防护箱，所述升降组件下端固定连接有可沿竖向升降的采样装置，所述采样装置下端从左往右依次固定连接有排液口和采样口，所述防护罩的外侧设置有距离传感器，所述机壳左右两端在所述升降组件的外侧安装有防水外壳。
[0009]使用本技术方案的无人机时，控制器接收指令后，控制无人机工作，动力装置提供无人机工作时所需的动力，螺旋桨旋转，带动无人机上升并前进，防护罩对螺旋桨进行遮挡，同时利用距离传感器对障碍物进行检测，提高无人机的完整性，当无人机移动到需要检测的位置时，调整透明防护箱内摄像头的角度，并通过摄像头采集图像信息，然后利用升降组件带动采样装置向下，采样装置控制采样口采集水样，并对水样进行分析，最后无人机着陆时，起落架与地面贴合，并进行缓冲。
[0010]优选地，所述升降组件包括电机、安装在所述电机的电机轴外侧且与所述采样装置相连的柔性连接件。
[0011]一种管网预警污水动态监管的无人机系统，其包括如上述所述的一种管网预警污水动态监管的无人机，其还包括，多个所述无人机构成了无人机集群网络、数据库、控制中心和在线监测系统，所述无人机集群网络定期巡查管网雨水口、污水口查询、污染源、排水口，采集图像和水样，并对水样进行分析，然后将采集到的数据传输至数据库，所述数据库部署在云端，所述数据库根据无人机集群的水质信息和图像信息，不断的更新、融合，并建立前期的不同位置的水质与图像数据库，数据库建立后，所述控制中心控制无人机巡检作业，通过采集的图像与数据库对比、分析数据并在数据超标后发布预警，所述控制中心内预设有水质和水流量的预警上限值Yzmax、Ylmax和预警下限值Yzmix、Ylmix，控制中心内根据采样位置的不同对水质分析的指标各不相同，根据在线监测系统和无人机集群采集到的数据，进行分析，首先用实际图像信息对应的水质Sz数据与预警上限值Yzmax和预警下限值Yzmix进行比较，若Yzmix≤Sz≤Yzmax，则水质正常，若Sz≤Yzmix或Sz≥Yzmax，则表明水质超标，然后用实际图像信息对应的水流量Sl数据与预警上限值Ylmax和预警下限值Ylmix进行比较，若Ylmix≤Sl≤Ylmax，则流量正常，若Sl≥Ylmax或Sl≤Ylmix，则流量异常，将结果反馈至控制中心，并在数据超标后，发布预警，并将采集到的数据实时上传至控制中心，所述在线监测系统用来采集管网内不用位置的水质和水流量数据，并将数据上传至控制中心。
[0012]优选地，所述无人机集群系统包括图像采集模块、采样分析模块和定位模块，所述图像采集模块采集图像信息，所述采样分析模块采集水样，并分析水质情况，结合图像采集模块采集的图像信息将当前水质信息和与之关联的图像信息数据进行整合处理，并将处理的数据发送给数据库进行存储，所述定位模块用于定位无人机当前的位置。
[0013]优选地，所述数据库用于储存无人机集群系统处理后的数据，同时数据库内还包括无人机定位信息和企业信息，所述水质与图像数据库由m个水质样本组成，水质样本内的元素包括水质信息W和与之关联的图像信息P。
[0014]优选地，所述控制中心包括分析预警模块和控制模块，所述控制模块用于向无人机集群系统发送指令，从而控制无人机进行相应的作业，所述分析预警模块对采集到的数据进行分析，并在数据超标时，发布预警。
[0015]优选地，所述在线监测系统包括水质传感器和水流传感器，所述水质传感器和水流传感器部署在管网的不同位置。
[0016]一种管网预警污水动态监管的无人机系统使用方法，其包括如上述所述的一种管网预警污水动态监管的无人机系统，其步骤如下：
[0017]步骤一：无人机集群系统定期巡查管网雨水口、污水口查询、污染源、排水口，并采集水样，分析水质情况，并采集图像信息，将当前水质信息W和与之关联的图像信息P数据进行整合处理，并将处理的数据进行存储，不断的更新、融合，建立前期的水质与图像数据库；
[0018]步骤二：控制中心控制无人机巡检作业，通过采集的图像与数据库对比、分析数据并在数据超标后发布预警，所述控制中心内预设有水质和水流量的预警上限值Yzmax、Ylmax和预警下限值Yzmix、Ylmix，控制中心内根据采样位置的不同对水质分析的指标各不相同，根据在线监测系统和无人机集群采集到的数据，进行分析，并将采集到的数据实时上传至控制中心，所述在线监测系统用来采集管网内不用位置的水质和水流量数据，并将数据上传至控制中心；
[0019]步骤三：分析预警模块对采集到的数据进行分析，若Yzmix≤Sz≤Yzmax，则水质正常，若Sz≤Yzmix或Sz≥Yzmax，则表明水质超标，然后用水流量Sl数据与预警上限值Ylmax和预警下限值Ylmix进行比较，若Ylmix≤Sl≤Ylmax，则流量正常，若Sl≥Ylmax或Sl≤Ylmix，则流量异常，将结果反馈至控制中心，并在数据超标后，发布预警；
[0020]步骤四：预警出现后，控制模块向无人机集群系统发送指令，对管网中的污水进行实地排查，确定数据超标污水的具体位置，同时不定期进行网管巡查。
[0021](3)有益效果
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的无人机系统及其使用方法，通过设置采样装置和摄像头，可以前期建立不同地点水样与图像信息的关联数据库，便于后续通过图像采集可以快速对比分析水样数据，也可以定期巡查管网雨水口、污水口查询、污染源、排水口，并采集水样，分析水质情况，并采集图像信息，且利用防护罩对螺旋桨进行防护，避免撞上螺旋桨，提高无人机的使用寿命，对于不便于图像采集的区域通过在线监测系统对管网内的水质和水流量进行检测，并将数据发送至控制中心，在数据超标后，配合无人机集群系统和无人机对管网内的污水进行排查，从而确定数据超标污水的位置，便于及时的处理。
[0023]本发明提供的方法可应用于区域规划环境影响评价、建设项目现状环境影响评价和建设项目环境影响后评价的现状调查环节。通过集群无人机图像采集和远程采样等功能提高水环境现状调查效率，配合在线监测系统对管网内的水质和水流量进行检测，确定区域内现状水环境污染点位。
附图说明
[0024]为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术中描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本发明无人机一种具体实施方式的正面结构示意图；
[0026]图2为本发明无人机一种具体实施方式的俯视结构示意图；
[0027]图3为本发明无人机一种具体实施方式的机壳内部结构示意图；
[0028]图4为本发明无人机一种具体实施方式中升降组件的组装示意图；
[0029]图5为本发明无人机系统一种具体实施方式的整体框架结构示意图。
[0030]附图中的标记为：1、机壳；2、连接杆；3、螺旋桨；4、防护罩；5、控制器；6、动力装置；7、起落架；8、升降组件；801、电机；802、柔性连接件；9、摄像头；10、透明防护箱；11、采样装置；12、排液口；13、采样口；14、距离传感器；15、防水外壳；16、无人机集群系统；161、图像采集模块；162、采样分析模块；163、定位模块；17、数据库；18、控制中心；181、分析预警模块；182、控制模块；19、在线监测系统；191、水质传感器；192、水流传感器。
具体实施方式
[0031]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本发明，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的样式。
[0032]实施例1
[0033]本具体实施方式是管网预警污水动态监管的无人机系统，该无人机包括机壳1、安装在机壳1上端四角处的连接杆2、安装在连接杆2上的螺旋桨3；机壳1上端四角处均固定连接有起到防护螺旋桨3作用的防护罩4，机壳1内安装有控制器5和动力装置6，机壳1左右两端上侧均设置有起落架7，机壳1左右两端下侧均安装有升降组件8，机壳1前端固定连接有拍摄角度可调整的摄像头9，机壳1前端在摄像头9的外侧安装有透明防护箱10，升降组件8下端固定连接有可沿竖向升降的采样装置11，采样装置11下端从左往右依次固定连接有排液口12和采样口13，防护罩4的外侧设置有距离传感器14，机壳1左右两端在升降组件8的外侧安装有防水外壳15。
[0034]针对本具体实施方式，防护罩4为镂空式设计，防护罩4的形状可以根据使用的需要进行设计。起落架7具有减震结构。
[0035]其中，升降组件8包括电机801、安装在电机801的电机轴外侧且与采样装置11相连的柔性连接件802。柔性连接件802可以为麻绳、尼龙绳等，但也可以为本实施例中采用的钢丝绳。
[0036]一种管网预警污水动态监管的无人机系统，其包括如上述所述的一种管网预警污水动态监管的无人机，其还包括，多个所述无人机构成了无人机集群网络，数据库17、控制中心18和在线监测系统19，无人机集群系统16定期巡查管网雨水口、污水口查询、污染源、排水口，采集图像和水样，并对水样进行分析，然后将采集到的数据传输至数据库17，数据库17部署在云端，数据库17根据无人机集群系统16的水质信息和采集的图像信息，不断的更新、融合，并建立前期不同位置的水质与图像数据库，控制中心18用于控制无人机的巡检作业采集不同位置的图像信息，和位置分析数据并在数据超标后发布预警，控制中心18内预设有水质和水流量的预警上限值Yzmax、Ylmax和预警下限值Yzmix、Ylmix，控制中心18内根据采样位置的不同以及实时的图像信息查询数据库中的水质信息，由于不同位置对水质分析的指标各不相同，同时根据在线监测系统19和无人机集群系统16采集到的数据，进行分析，首先用实际采集的图像信息查询对应的实际水质Sz数据，与预警上限值Yzmax和预警下限值Yzmix进行比较，若Yzmix≤Sz≤Yzmax，则水质正常，若Sz≤Yzmix或Sz≥Yzmax，则表明水质超标，然后用实际采集的图像信息查询对应的水流量Sl数据，与预警上限值Ylmax和预警下限值Ylmix进行比较，若Ylmix≤Sl≤Ylmax，则流量正常，若Sl≥Ylmax或Sl≤Ylmix，则流量异常，将结果反馈至控制中心18，并在数据超标后，发布预警，并将采集到的数据实时上传至控制中心18，在线监测系统19用来采集管网内不用位置的水质和水流量数据，并将数据上传至控制中心18。
[0037]其中，无人机集群系统16包括图像采集模块161、采样分析模块162和定位模块163，图像采集模块161采集图像信息，采样分析模块162采集水样，并分析水质情况，结合图像采集模块161采集的图像信息将当前水质信息和与之关联的图像信息数据进行整合处理，并将处理的数据发送给数据库17进行存储，定位模块163用于定位无人机当前的位置。
[0038]同时，数据库17用于储存无人机集群系统16处理后的数据，同时数据库17内还包括无人机定位信息和企业信息，水质与图像数据库由m个水质样本组成，水质样本内的元素包括水质信息W和与之关联的图像信息P。
[0039]另外，控制中心18包括分析预警模块181和控制模块182，控制模块182用于向无人机集群系统16发送指令，从而控制无人机进行相应的作业，分析预警模块181对采集到的数据进行分析，并在数据超标时，发布预警。
[0040]此外，在线监测系统19包括水质传感器191和水流传感器192，水质传感器191和水流传感器192部署在管网的不同位置。
[0041]一种管网预警污水动态监管的无人机系统使用方法，其包括如上述所述的一种管网预警污水动态监管的无人机系统，其步骤如下：
[0042]步骤一：无人机集群系统16定期巡查管网雨水口、污水口查询、污染源、排水口，并采集水样，分析水质情况，并采集图像信息，将当前水质信息W和与之关联的图像信息P数据进行整合处理，并将处理的数据进行存储，不断的更新、融合，建立前期的水质与图像数据库；
[0043]步骤二：控制中心18控制无人机巡检作业，通过采集的图像与数据库对比、分析数据并在数据超标后发布预警，所述控制中心内预设有水质和水流量的预警上限值Yzmax、Ylmax和预警下限值Yzmix、Ylmix，控制中心内根据采样位置的不同对水质分析的指标各不相同，根据在线监测系统和无人机集群采集到的数据，进行分析，并将采集到的数据实时上传至控制中心，所述在线监测系统的水质传感器191和水流传感器192采集管网内不用位置的水质和水流量数据，并通过在线监测系统19将数据上传至控制中心18；
[0044]步骤三：分析预警模块181对采集到的数据进行分析，若Yzmix≤Sz≤Yzmax，则水质正常，若Sz≤Yzmix或Sz≥Yzmax，则表明水质超标，然后用水流量Sl数据与预警上限值Ylmax和预警下限值Ylmix进行比较，若Ylmix≤Sl≤Ylmax，则流量正常，若Sl≥Ylmax或Sl≤Ylmix，则流量异常，将结果反馈至控制中心18，并在数据超标后，发布预警；
[0045]步骤四：预警出现后，控制模块182向无人机集群系统16发送指令，无人机对管网中的污水再次进行实地排查，确定数据超标污水的具体位置，同时不定期进行网管巡查。
[0046]该无人机的俯视结构示意图如图2所示，其机壳1内部结构示意图如图3所示，其升降组件8的组装示意图如图4所示，该无人机系统的整体框架结构示意图如图5所示。
[0047]使用本技术方案的无人机时，控制器5接收指令后，控制无人机工作，动力装置6提供无人机工作时所需的动力，螺旋桨3旋转，带动无人机上升并前进，防护罩4对螺旋桨3进行遮挡，避免撞上螺旋桨3，同时利用距离传感器14对障碍物进行检测，提高无人机的完整性，当无人机移动到需要检测的位置时，调整透明防护箱10内摄像头9的角度，并通过摄像头9采集图像信息，然后利用升降组件8带动采样装置11向下，采样装置11控制采样口13采集水样，并对水样进行分析，最后无人机着陆时，起落架7与地面贴合，并进行缓冲。
[0048]本发明提供的方法可应用于区域规划环境影响评价、建设项目现状环境影响评价和建设项目环境影响后评价的现状调查环节。通过集群无人机图像采集和远程采样等功能提高水环境现状调查效率，配合在线监测系统对管网内的水质和水流量进行检测，确定区域内现状水环境污染点位。
[0049]以上描述了本发明的主要技术特征和基本原理及相关优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性具体实施方式的细节，而且在不背离本发明的构思或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将上述具体实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0050]此外，应当理解，虽然本说明书按照各实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
