[发明专利]一种基于无人机水环境自动采样的装置

权利要求书

1.一种基于无人机水环境自动采样的装置，其特征在于，包括

主体，其中主体包括：导航定位及高度确定模块、图像采集和分析模块、深度计算和调节模块、电源管理模块、数据存储模块、数据发射和接收模块以及中央处理模块；

四个旋翼，用于通过调节各个旋翼的电机的转速来改变螺旋桨的速度，进而控制无人机的姿态、行进方向、速度和空间位置；

伸缩装置，用于连接主体和采样容器，并且根据计算的升降高度以及控制命令而使得采样容器上升或下降一定的距离；以及

采样容器，用于根据预设的采样位置和深度，获取目标区域的水环境样本，并将水样密闭，该采样容器或者是内壁涂覆或电镀有防腐蚀材料的金属采样容器，或者是外部安装有保护外壳的玻璃采样容器；

所述的导航定位及高度确定模块，用于经由数据发射和接收模块获取无人机的地理位置信息，确定无人机在水面上方的高度，并将该地理位置信息和高度发送给中央处理模块，以由中央处理模块处理比较无人机的地理位置信息和目标区域的地理位置信息之间的差别，从而将无人机的地理位置信息和高度以及比较得到的差别经由发射和接收模块发送给地面控制平台，并且当导航定位及高度确定模块确定的无人机在水面上方的高度大于第一阈值时，由中央处理模块控制无人机在垂直方向上降落，而当不大于第一阈值时由在中央处理模块比较差别是否小于等于第二阈值；其中导航定位及高度确定模块确定无人机在水面上方的高度的步骤包括：在主体的正下方设有包括在导航定位及高度确定模块中的光学发射器和光学接收器；光学发射器以一定角度发射光学信号，光学接收器接收第一反射信号，其中无人机在水面上方的高度为：H=V*(t_e-t_r)*cosα÷2，其中V是该光学信号在水面上方的行进速度，t_e和t_r分别是光学发射器发射光学信号的时间和光学接收器接收第一反射信号的时间，α是光学发射器发射光学信号时与垂直方向之间的角度；

所述的图像采集和分析模块，用于在中央处理模块比较无人机的地理位置信息和目标区域的地理位置信息之间的差别之后确定该差别小于等于第二阈值之后，触发图像采集和分析模块采集无人机下方的包括目标区域的第一区域的图像信息，而当该差别大于第二阈值之后，由中央处理模块将控制信号发送给旋翼，进而调节无人机的姿态、行进方向和速度，从而朝着目标区域的方向前进，之后通过导航定位及高度确定模块将信息反馈给中央处理模块，直到该差别小于等于第二阈值；该图像采集和分析模块还用于根据采集的无人机下方的包括目标区域的第一区域的图像信息，提取目标区域的图像，根据静态图像的像素的序列的比较和相关度计算来确定目标区域中是否存在水面漂浮物或障碍物；其中图像采集和分析模块根据采集的无人机下方的包括目标区域的第一区域的图像信息，提取目标区域的图像，根据静态图像的像素的序列的比较和相关度计算来确定目标区域中是否存在水面漂浮物或障碍物进一步包括：提取目标区域的图像的每一列像素，形成像素序列[I₁₁，I₁₂，…，I_1p，…，I_1q]，[I₂₁，I₂₂，…，I_2p，…，I_2q]，……，[I_(m-1)1，I_(m-1)2，…，I_(m-1)p，…，I_(m-1)q]，[I_m1，I_m2，…，I_mp，…，I_mq]，其中m是图像的像素列数，q是图像的像素行数；根据以下公式计算第一列像素与第n列像素的第n相关度：，其中1＜n≤m；当第n相关度小于阈值时，根据公式获取接下来的r个像素列的相关度，当从n开始到n+r列的相关度中有多个的相关度小于阈值，则表明水面存在漂浮物或障碍物，其中1≤r＜m-1。