[发明专利]悬浮式自平衡自巡航水质在线监测装置、监测与评估方法

说明书

本发明涉及一种悬浮式自平衡水域自巡航水质在线监测装置、监测与评估方法，装置包括悬浮舱主体、通信与控制系统、可以自平衡姿态调节的悬空搭载台，悬浮舱主体外部设有用于驱动悬浮舱主体自平衡姿态调节、巡航或定点悬浮的悬浮脚，通信与控制系统用于根据水域地形规划W型水域巡航路径和采样点、控制水样检测装置沿采样点在线检测水质、依据线检测结果评估水域水质并输出，装置、基于装置的监测方法、基于监测方法的评估方法，自动规划路径和采样点、精准定位自巡航监测，且监测过程位置稳定、自平衡不受水面波动的侵扰，提高了监测和评估精度、极大降低水域监测和评估成本、适用于特别是流动及需要连续监测的不同水域水质监测和评估。

技术领域

本发明属于环境水质监测技术领域，尤其涉及一种悬浮式自平衡水域自巡航水质在线监测装置、监测与评估方法。

背景技术

随着对水环境质量的要求越来越高，科学的监测管理河流流域水环境、评估和保护水生态系统十分必要。现有技术中包括悬浮式的水质监测装置采用在浮标主体仓内固定设置的水质监测仪为核心，结合电源和数据传输设备组成定点投放的监测系统；现有水质自动化在线监测装置和方法往往适用于固定点监测，对于需要多点监测的区域采用设置多个固定监测装置点监测的方式进行监测，以分离点检测数据进行水质评估；现有技术中的水上自巡航无人装置采用两侧固定式叶轮动力组件、无人机组件等推进主体；存在以下缺陷：(1)水域水体具备一定的流动性，这使得固定点监测和评估效果不甚理想，单点检测对于水体评估具有片面性，而多点监测不但测耗费成本高且监测数据相对独立，分离点检测数据易造成评估误差，对于需要多点连续监测的水域，难以准确评估和反应水域水质的整体综合情况；(2)无法依据水域地形规划最佳采样点、采样数量，影响水域水体情况的充分表征、监测和评估方法的适用性；(3)大多水域的水面并非长期处于静止状态，对于水体的实时在线分析往往需要保持水面的相对平稳，现有悬浮式和/或自巡航无人水质监测装置缺乏水上姿态控制和位置控制结构，难以精准定位、自巡航及位置稳定，监测结果会因水面的扰动造成一定误差；(4)监测通信难以可视化反应水域水质监测和评估结果、警示超标水质，影响水质评估的快速表达、预警监控和管理效率。为此，需要设计相应的技术方案解决存在的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明提出了一种悬浮式自平衡自巡航水质在线监测装置、监测与评估方法。

本发明的技术方案是：

一种悬浮式自平衡自巡航水质在线监测装置，包括悬浮舱主体、通信与控制系统、位于悬浮舱主体内部可以自平衡姿态调节的悬空搭载台，所述悬浮舱主体外部设有若干悬浮脚，各悬浮脚用于驱动悬浮舱主体自平衡姿态调节、巡航或定点悬浮，所述悬空搭载台上设有水样检测装置，所述通信与控制系统用于接收卫星信号并根据水域地形规划W型水域巡航路径和W型水域巡航路径上的采样点、控制悬浮脚运行、控制悬空搭载台姿态调节、控制水样检测装置沿采样点在线检测悬浮舱主体外部水质、依据水样检测装置的在线检测结果评估水域水质并输出监测和评估结果。

上述悬浮式自平衡自巡航水质在线监测装置，优选地，所述悬浮舱主体包括浮心可以变化且位于悬空搭载台底部的悬浮底舱、与悬浮底舱相连且位于悬空搭载台外部的外罩，所述外罩可以依据控制系统的监测和评估结果显示对应可视警示信号。

上述悬浮式自平衡自巡航水质在线监测装置，优选地，所述通信与控制系统包括外控制器，所述外控制器包括GPS模块、通信模块和协调外控制器运行的外核心控制器，所述GPS模块用于通过通信模块与卫星通信反馈位置信息，所述外核心控制器集成有W型水域巡航路径自动规划算法，所述W型水域巡航路径自动规划算法依据GPS模块的位置信息解算优化W型水域巡航路径和水样检测装置的采样点、优化W型水域巡航路径为采样点表征水域整体状况条件下的最短路径；