一种新型水文气象观测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种新型水文气象观测系统，包括浮标、无人机、地面测控中心和手持移动终端；无人机装载有无人机控制系统、无人机定位系统、大气数据采集模块、无线数传模块，其中无人机控制系统分别与无人机定位系统、大气数据采集模块、无线数传模块相连；浮标包括单片机、数据采集模块、无线通信模块、浮标定位系统，其中单片机分别与数据采集模块、无线通信模块、浮标定位系统相连；无线通信模块与地面测控中心通信连接，地面测控中心与手持移动终端通信连接。利用浮标对水文气象数据进行监测，同时利用无人机平台对水面上方的大气环境进行监测，实现了对水体环境和水面上空大气环境的全方位立体观测，解决了传统水文气象测量范围局限问题。

【技术实现步骤摘要】
一种新型水文气象观测系统
本技术涉及环境观测领域，具体涉及一种新型水文气象观测系统。
技术介绍
随着全球普遍变暖和污染物的过度排放，内陆湖泊的水质恶化严重，对水环境的监测及后续改善治理工作迫在眉睫，目前国内外主要采用的技术是利用水面浮标对水环境进行监测，该技术也相对成熟。但水面上空大气环境的质量好坏同样会对水环境产生影响，因此实时、准确、全面的获取水环境的气象、水质以及水面上方的大气环境等数据对于灾害预警、湖泊渔业显得尤为重要，但传统的水面浮标只能测量水面附件的水文气象数据，而对于水面上空的大气环境却无法监测。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种新型水文气象观测系统，利用浮标对水面附近的水文气象数据进行监测，同时利用无人机平台对水面上方的大气环境进行监测。为了实现上述目标，本技术采用如下的技术方案：一种新型水文气象观测系统，包括浮标、无人机、地面测控中心和手持移动终端；无人机装载有无人机控制系统、无人机定位系统、大气数据采集模块、无线数传模块，其中无人机控制系统分别与无人机定位系统、大气数据采集模块、无线数传模块相连；浮标包括单片机、数据采集模块、无线通信模块、浮标定位系统，其中单片机分别与数据采集模块、无线通信模块、浮标定位系统相连；无线通信模块与地面测控中心通信连接，地面测控中心与手持移动终端通信连接。进一步地，大气数据采集模块包括温湿度测量模块、气压测量模块、二氧化碳气体测量模块。进一步地，数据采集模块包括风速测量模块、气压温度测量模块、pH测量模块。进一步地，无人机控制系统选用单片机STM32F103ZET6。进一步地，无人机定位系统与浮标定位系统均选用GPS北斗双模定位模块。进一步地，浮标还包括供电单元，供电单元为锂电池。进一步地，供电单元为太阳能发电面板，太阳能发电面板位于所述浮标的上表面。进一步地，手持移动终端为智能手机或平板电脑。进一步地，无人机还包括空中拍照装置和空中摄像装置。本技术的有益之处在于：将基于浮标的水文气象观测与无人机结合，通过北斗双模定位模块对浮标和无人机所在水域位置进行定位，利用浮标对水文气象数据进行监测，同时利用无人机平台对水面上方高度一公里，半径五公里范围内的大气环境进行监测，实现了对水体环境和水面上空大气环境的全方位立体观测，解决了传统水文气象测量范围局限问题。另外将移动终端与水文气象观测工作相结合，实现了观测结果的信息化，用户可以实时掌握水质及水面上空的大气环境情况。附图说明图1为本技术水文气象观测系统的结构示意图。图2为本技术的无人机各部件连接示意图。图3为本技术的浮标各部件连接示意图。附图中标记的含义如下：1：浮标，2：无人机，3：地面测控中心，4：手持移动终端，5：无人机控制系统，6：无人机定位系统，7：无线数传模块，8：单片机，9：无线通信模块，10：浮标定位系统，11：湿度测量模块，12：气压测量模块，13：二氧化碳气体测量模块，14：风速测量模块，15：气压温度测量模块，16：pH测量模块，17：供电单元。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作具体的介绍。图1所示为本技术的一种新型水文气象观测系统的结构示意图，一种新型水文气象观测系统，包括浮标1、无人机2、地面测控中心3和手持移动终端4；无人机2装载有无人机控制系统5、无人机定位系统6、大气数据采集模块、无线数传模块7，参见图2无人机各部件连接示意图，其中无人机控制系统5分别与无人机定位系统6、大气数据采集模块、无线数传模块相连7；浮标1包括单片机8、数据采集模块、无线通信模块9、浮标定位系统10，参见图3浮标各部件连接示意图，其中单片机8分别与数据采集模块、无线通信模块9、浮标定位系统10相连。无线通信模块9与地面测控中心3通信连接，地面测控中心3与手持移动终端4通信连接。无人机2上搭载的大气数据采集模块包括温湿度测量模块11、气压测量模块12、二氧化碳气体测量模块13，其中温湿度测量模块11采用的是DHT11传感器，气压测量模块12采用的是BMP280传感器，二氧化碳气体测量模块13采用的是TELESKY气敏传感器。无人机控制系统5采用的是STM32F103ZET6嵌入式芯片，具有32位机器指令和48管脚的单片机。浮标1上的数据采集模块包括风速测量模块14、气压温度测量模块15、pH测量模块16，其中风速测量模块14采用的是三杯式风速传感器，气压温度测量模块15采用的是MS5611气压温度传感器。风速测量模块14和气压温度测量模块15应露出于浮标1上表面，以便采集到精确的气象数据，pH测量模块16应伸入水面中。单片机8核心控制器采用的是STM32F103ZET6嵌入式芯片，具有32位机器指令和48管脚，可设置在浮标1内部，避免碰撞。无线通信模块9采用的是ATK-SIM800C型GSM/GPRS模块，无线通信模块9应设置在浮标1外部，从而保证良好的通信效果。无人机定位系统6与浮标定位系统10均选用ATK-S1216F8-BD高性能GPS北斗双模定位模块。水文气象观测系统还包括供电单元17，供电单元17为锂电池，由于浮标1所述环境的特殊性，作为技术方案的优选，供电单元17为太阳能电池板，太阳能电池板位于浮标1上表面，可以充分高效的利用太阳光能转化为电能进行存储并给系统各单元提供工作电压。浮标1上表面可以布置多块太阳能电池板，不限于本实施例中布置的一块。作为本技术方案的优选，还可以在无人机2上搭载空中拍照装置和空中摄像装置(未在图中标出)，空中拍照装置和摄像装置可以为高分辨照相机、彩色摄像机，重点记录和拍摄水面状况，包括垃圾漂浮物、溢油等。本技术水文气象数据采集的具体过程是：浮标1通过数据采集模块对风速、气压、温度、水的pH值等水文气象数据进行实时测量；无人机2通过GPS北斗双模定位模块到达浮标1所在位置，无人机2在其无人机控制系统5的操控下在距离浮标1高一公里，半径五公里范围内的水域上空飞行，搭载在无人机2上的大气数据采集模块对大气环境中的温湿度、气压、二氧化碳进行测量，空中拍照装置和空中摄像装置记录拍摄水面状况，无人机控制系统5的核心控制器单片机将采集到的大气环境数据、水面图片、视频，通过无线数传模块7传输给浮标1的单片机8；浮标1的单片机8将水文气象数据和水域上空的大气环境数据，通过无线通信模块9发送给地面测控中心3。手持移动终端4与地面测控中心3通过无线通讯网络相连。手持移动终端4内安装了用于水文气象观测的应用软件，地面测控中心3也安装，用户可以利用手持移动终端4随时查询最新的水文气象数据、图片和视频，手持移动终端4主要指智能手机、平板电脑等电子设备。以上显示和描述了本技术的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本技术，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型水文气象观测系统，其特征在于，包括浮标(1)、无人机(2)、地面测控中心(3)和手持移动终端(4)；无人机(2)装载有无人机控制系统(5)、无人机定位系统(6)、大气数据采集模块、无线数传模块(7)，其中无人机控制系统(5)分别与无人机定位系统(7)、大气数据采集模块、无线数传模块(7)相连；浮标(1)包括单片机(8)、数据采集模块、无线通信模块(9)、浮标定位系统(10)，其中单片机(8)分别与数据采集模块、无线通信模块(9)、浮标定位系统(10)相连；无线通信模块(9)与地面测控中心(3)通信连接，地面测控中心(3)与手持移动终端(4)通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种新型水文气象观测系统，其特征在于，包括浮标(1)、无人机(2)、地面测控中心(3)和手持移动终端(4)；无人机(2)装载有无人机控制系统(5)、无人机定位系统(6)、大气数据采集模块、无线数传模块(7)，其中无人机控制系统(5)分别与无人机定位系统(7)、大气数据采集模块、无线数传模块(7)相连；浮标(1)包括单片机(8)、数据采集模块、无线通信模块(9)、浮标定位系统(10)，其中单片机(8)分别与数据采集模块、无线通信模块(9)、浮标定位系统(10)相连；无线通信模块(9)与地面测控中心(3)通信连接，地面测控中心(3)与手持移动终端(4)通信连接。2.根据权利要求1所述的一种新型水文气象观测系统，其特征在于，大气数据采集模块包括温湿度测量模块(11)、气压测量模块(12)、二氧化碳气体测量模块(13)。3.根据权利要求1所述的一种新型水文气象观测系统，其特征在于，数据采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：史敏燕，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32