[发明专利]高坝深库分层水样多维保真采集与水质监测人工智能装置

说明书

本发明公开一种高坝深库分层水样多维保真采集与水质监测人工智能装置，包括采样器主舱体，采样器主舱体上部设置有静压气瓶，下部设置有阵列式采水器、姿态平衡传感器和照明摄像系统；采样器主舱体的前后端设置有推进装置，两侧设置有平衡装置。本发明的一体化智能系统装置为一种水下地形高清观测、无扰动分层采集、水体垂向分层精确采样及其关键理化参数同步监测等功能于一体化人工智能的采样装置，其具备无扰动、高精度、高保真、高效率、强匹配和低风险等优点，为进一步研究大型水利工程的环境生态效应提供有力的技术支撑。

技术领域

本发明属于高坝深库分层水样原位采集、同步监测的一体化人工智能采集装置，特别涉及一种自动化控制、人工智能的分层水样原位保真采集与监测的一体化智能系统装置。

背景技术

在水力学与水利工程，地学，环境科学与生态学等学科领域中，水样的采集是研究水体生态系统结构和功能的重要步骤，已成为当前水科学研究的重要问题之一，而如何原位保真地获取研究水体的水样更是成为研究水文过程、物质循环转化，特别是在关键微区发生的复杂的物质地球化学过程的技术瓶颈问题。由于地表水受制于河道地形地貌，水文水力学过程及人为活动等，深大水库、深水湖泊和近海水体从表面垂向向下会形成明显的物理化学性质分异，尤其原位捕捉分层水体温/氧跃层和沉积物-水边界层(溶质与能量交换转化非常活跃的微区，对于认识生源物质生物地化过程至关重要)等关键界面附近的物理、生物及化学参数垂直分布特征显得至关重要，水样的无扰动或者微扰动采集是保证后续水质分析具有真实性的前提条件。尽管当前水质样品分析技术的精度得到长足进步，但是目前水样的原位真实性与保真精度仍远低于后续分析测试技术的准确性。因此，从样品采集过程如何有效防止目标水样不发生物化和生物化学条件的变化，尤其是对于条件复杂的深大水库分层水样的采集，进一步提高研究结果的准确性及可比性。对于复杂深水水体分层水样的采集，目前的取样装置仍然没有成熟的产品来确保分层水样和沉积物-水界面超饱和水样(沉积物-水界面超饱和水样是指位于沉积物-水界面扩散边界层内的具有一定水柱高度的水体样品)的原位状态和真实性，更难以要求解决分层水样多维保真与水体关键物化参数同步监测的技术难题。传统的水样采集方法大致分为多瓶(袋)式、球盖式和杆式采样器等，具体为简单的有机玻璃采水器、不锈钢采水器、杆持式采水器、多通道瓶式采样器等，最近还提出了利用人工智能手段来实现水体自动采样或监测的采样船及机器人概念等。然而，传统方法难以有效解决复杂水体分层水样无扰动或者微扰动采集与监测的瓶颈，特别是深大水库复杂环境下分层水体和沉积物-水界面超饱和水样的原位获取、多维保真及关键物化参数的同步监测等难题。