水域环境监测飞行器及其监测方法 |
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| 申请号 | CN201610988710.9 | 申请日 | 2016-11-10 | 公开(公告)号 | CN106526116A | 公开(公告)日 | 2017-03-22 |
| 申请人 | 浙江大学; | 发明人 | 荆丹翔; 韩军; 王冠宇; 周晗昀; 武建勇; 陈桂辉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 水 域环境监测 飞行器 及其监测方法，该水域环境监测飞行器包括飞行器主体，所述飞行器主体自带 姿态 传感器 和数字罗盘，所述飞行器主体的上部设置有控 制模 块 和无线传输模块，所述飞行器主体的下部设置有环境 数据采集 模块和防水摄像头，所述飞行器主体的下部还安装有浮板；所述姿态传感器、数字罗盘、无线传输模块、环境数据采集模块和防水摄像头均与 控制模块 相连，所述防水摄像头与无线传输模块相连；所述飞行器主体上还装有气压计，所述气压计与控制模块相连。本发明结构简单、控制方便，能够高效、灵活、经济的实现水域环境的监测。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水域环境监测飞行器，包括飞行器主体，所述飞行器主体自带姿态传感器和数字罗盘，其特征在于，所述飞行器主体的上部设置有控制模块和无线传输模块，所述飞行器主体的下部设置有环境数据采集模块和防水摄像头，所述飞行器主体的下部还安装有浮板；所述姿态传感器、数字罗盘、无线传输模块、环境数据采集模块和防水摄像头均与控制模块相连，所述防水摄像头与无线传输模块相连；所述飞行器主体上还装有气压计，所述气压计与控制模块相连。 |
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| 说明书全文 | 水域环境监测飞行器及其监测方法技术领域[0001] 本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种水域环境监测飞行器及其监测方法。 背景技术[0002] 水是人类赖以生存和发展的不可或缺的重要物质资源之一，但近年来随着社会经济的发展以及工业化、城市化进程的加快，人类单纯追求经济利益的活动使江河湖泊正遭受着严重污染，水生态系统受到不同程度的破坏，藻类大量繁殖，水体透明度下降，水生植物逐渐消亡，污染严重的湖泊还会出现水体发黑或出现水华。水环境污染已影响到人们生活的方方面面，而人们日益增强的环保意识对水资源保护提出了更高的要求，因此，控源截污，加强环境监测能力，提升江河湖泊管理水平以维护河湖健康生命，保障水资源可持续利用是一项紧迫的重要任务。 [0003] 现阶段，常用的水域监测手段有：人工采样、实验室分析法，遥感监测技术、水生物监测水质技术、无人机航拍等。这些监测方法各有优缺点，其中对于人工采样、实验室分析法，存在数据采集慢、监测过程繁琐以及劳动强度大等问题；遥感技术存在探测精度低、费用高等问题；水生物监测，仅能反应测试站点附近的水质情况；无人机航拍，具有灵活、机动性能，但只能从视觉角度进行环境监测。 发明内容[0004] 本发明的目的是针对上述不足，提供一种水域环境监测飞行器及其监测方法。 [0005] 为解决上问题，本发明所采用的技术方案是：一种水域环境监测飞行器，包括飞行器主体，所述飞行器主体自带姿态传感器和数字罗盘，所述飞行器主体的上部设置有控制模块和无线传输模块，所述飞行器主体的下部设置有环境数据采集模块和防水摄像头，所述飞行器主体的下部还安装有浮板；所述姿态传感器、数字罗盘、无线传输模块、环境数据采集模块和防水摄像头均与控制模块相连，所述防水摄像头与无线传输模块相连；所述飞行器主体上还装有气压计，所述气压计与控制模块相连。 [0006] 进一步的，所述无线传输模块由无线数据传输模块、无线影音传输模块以及无线通讯模块组成，所述无线数据传输模块和无线通讯模块均与控制模块相连，所述无线影音传输模块与防水摄像头相连。 [0008] 进一步的，所述控制模块和无线传输模块设置在防水密封舱中，所述防水密封舱固定在飞行器主体的上部。 [0009] 进一步的，所述环境数据采集模块与防水摄像头通过伸缩杆与飞行器主体相连。 [0010] 进一步的，还包括支架，所述浮板通过支架与飞行器主体的下端相连。 [0012] 利用上述的水域环境监测飞行器进行水域监测的方法，该水域监测方法具体为： [0013] (1)当飞行器在水域上方飞行时，防水摄像头对水面进行实时图像采集，并通过无线影音传输模块传回地面控制中心； [0014] (2)当飞行器飞至指定水域后，其降落于水面并滑水飞行，环境数据采集模块与防水摄像头浸没水中，防水摄像头进行实时水下图像采集，并通过无线影音传输模块将图像传回控制中心，同时水温传感器、酸碱度传感器和溶解氧传感器进行水质数据采集，并通过无线数据传输模块将数据传回控制中心。 [0015] 本发明的有益效果如下：本发明通过将环境数据采集模块、防水摄像头、无线传输模块、浮板与四旋翼飞行器相结合，并利用轻质的密封舱进行电子设备的防水处理，负载结构的拉伸与压缩，实现了水面、水下全方位立体水域环境监测。本发明结构简单、控制方便，能够高效、灵活、经济的实现水域环境的监测。附图说明 [0016] 图1是本发明结构示意图； [0017] 图2是本发明着陆在地面上的示意图； [0018] 图3是本发明的系统组成结构框图； [0019] 图中：飞行器主体1、浮板2、支架3、环境数据采集模块与防水摄像头4、伸缩杆5、密封舱6。 具体实施方式[0020] 下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于次。 [0021] 如图1-3所示，本发明提供一种水域环境监测飞行器，包括飞行器主体1(包括螺旋桨、无刷直流电机、电调)，所述飞行器主体1自带姿态传感器和数字罗盘，所述飞行器主体1的上部设置有控制模块和无线传输模块，所述飞行器主体1的下部设置有环境数据采集模块和防水摄像头4，所述飞行器主体1的下部还安装有浮板2；所述姿态传感器、数字罗盘、无线传输模块、环境数据采集模块和防水摄像头均与控制模块相连，所述防水摄像头与无线传输模块相连；所述飞行器主体上还装有气压计，所述气压计与控制模块相连；所述控制模块为微控制器(MCU)，可以采用富士通公司MB9B120M型号的产品，但不限于此；MCU通过I2C总线与姿态传感器、气压计、数字罗盘相连；姿态传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪，可以采用MPU6050型号芯片，但不限于此；气压计可以采用MS5611型号芯片，但不限于此；数字罗盘可以采用HMC5883L型号芯片，但不限于此；经过姿态解算，MCU利用飞行控制算法通过电调对飞行器的无刷直流电机进行实时控制，并通过无线通信模块接收地面控制中心传送的脉冲位置信号(PPM)不断调整姿态与飞行路线，实现灵活地水域监测。 [0022] 进一步的，所述无线传输模块由无线数据传输模块、无线影音传输模块以及无线通讯模块组成，所述无线数据传输模块和无线通讯模块均与控制模块相连，所述无线影音传输模块与防水摄像头相连；其中无线影音传输模块用于防水摄像头图像的传输，可以采用ANTEMA品牌的2.4G无线传输模块，但不限于此；无线环境数据传输模块用于水温传感器、酸碱度传感器、溶解氧传感器测得的水质数据传输，可以采用通信频段为433MHz的CC1101模块，但不限于此；无线通信模块用于地面控制中心对飞行器的遥控通信，可以采用NRF2401无线模块，但不限于此。 [0023] 进一步的，所述环境数据采集模块包括水温传感器、酸碱度传感器和溶解氧传感器；其中水温传感器与MCU的普通IO口相连，可以采用已经密封好的DS18b20水温探头，但不限于此；酸碱度传感器和溶解氧传感器与MCU的ADC口连接，其中酸碱度传感器可以采用带温度补偿的PH值采集传感器，溶解氧传感器可采用DO传感器，但不限于此；MCU获取环境数据采集模块采集的数据后，将数据打包并配上报头和报尾组成完整的数据包，利用无线数据传输模块将数据传回地面控制中心。 [0024] 进一步的，所述控制模块和无线传输模块设置在防水密封舱中，所述防水密封舱6固定在飞行器主体1的上部，所述防水密封舱6是由轻质防水材料制成。 [0025] 进一步的，所述环境数据采集模块与防水摄像头通过伸缩杆5与飞行器主体1相连；还包括支架3，所述浮板2通过支架3与飞行器主体1的下端相连；当飞行器在水面滑水飞行时，浮板2为整个飞行器提供一定浮力，降低系统能耗，在重力作用下，处于整个系统的最底部并低于浮板的位置；当飞行器在地面着陆时，伸缩杆5压缩，将环境数据采集模块与摄像头收缩到与浮板2等高的位置，保证飞行器可以平稳停靠在地面上。 [0026] 进一步的，所述防水摄像头的镜头周围装有LED灯，所述LED灯与控制模块相连，便于飞行器滑水飞行时防水摄像头对水下弱光环境的拍摄，防水摄像头的模式通过MCU控制，即对水面拍摄时，LED灯灭，对水下环境拍摄时，LED灯亮。 [0027] 如图3所示，水域环境监测飞行器的工作模式主要分为两种： [0028] (1)水面监测：当飞行器在水域上方飞行时，防水摄像头对水面进行实时图像采集，并通过无线影音传输模块传回地面控制中心； [0029] (2)水下监测：当飞行器飞至指定水域后，其降落于水面并滑水飞行，环境数据采集模块与防水摄像头浸没水中，防水摄像头进行实时水下图像采集，并通过无线影音传输模块将图像传回控制中心，同时水温传感器、酸碱度传感器和溶解氧传感器进行水质数据采集，并通过无线数据传输模块将数据传回控制中心。 [0030] 本发明通过将环境数据采集模块、防水摄像头、无线传输模块、浮板与飞行器相结合，并利用轻质的密封舱进行电子设备的防水处理以及负载结构的拉伸与压缩，实现了水面、水下全方位立体水域环境监测。本发明结构简单、控制方便，能够高效、灵活、经济的实现水域环境的监测，适用于环境监测领域。 |
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