一种水生态监测与修复水面机器人及水生态修复控制方法技术

本发明专利技术公开了一种水生态监测与修复水面机器人及水生态修复控制方法。该水生态监测与修复水面机器人船体的船舱内设置控制舱、水质监测舱和水处理设备舱，外部设置水面拍摄设备和远程通信设备；控制舱与水质监测舱、水面拍摄设备、水处理设备舱连接；水质监测舱用于监测待测水体的水质参数，并获取水下生物图像；水面拍摄设备用于获取水面生物图像；水质参数包括水质常规五参数和水质营养化程度参数；控制舱用于接收水质参数、水下生物图像和水面生物图像，并控制水处理设备舱对待测水体进行修复；远程通信设备与水质监测舱、水处理设备舱连接。本发明专利技术能实现对水生态的自动实时动态监测、水污染早期预警和基于人工智能控制算法的生态自适应修复。

A Water Ecology Monitoring and Restoration Robot and Its Control Method

The invention discloses a water ecological monitoring and restoration robot and a water ecological restoration control method. The cabin of the water ecological monitoring and repair robot hull is equipped with control cabin, water quality monitoring cabin and water treatment equipment cabin, and external surface photography equipment and remote communication equipment; the control cabin is connected with water quality monitoring cabin, water surface photography equipment and water treatment equipment cabin; the water quality monitoring cabin is used to monitor the water quality parameters of the water body to be measured and obtain underwater biological images; The equipment is used to acquire water surface biological images; water quality parameters include five conventional parameters of water quality and water nutrition degree parameters; control cabin is used to receive water quality parameters, underwater biological images and surface biological images, and control water treatment equipment cabin to repair the measured water body; remote communication equipment is connected with water quality monitoring cabin and water treatment equipment cabin. The invention can realize automatic real-time dynamic monitoring of water ecology, early warning of water pollution and ecological self-adaptive restoration based on artificial intelligence control algorithm.

【技术实现步骤摘要】
一种水生态监测与修复水面机器人及水生态修复控制方法
本专利技术涉及水生态环境监测、修复
，特别是涉及一种水生态监测与修复水面机器人及水生态修复控制方法。
技术介绍
我国是一个淡水资源严重缺乏的国家，同时有限的水资源还面临着生态环境恶化和污染。现有水生态环境的修复和治理，特别是黑臭河道治理一直沿用截污、清淤、换水三板斧。这种方法只能让水体在短期内变得好看，不能从本质上解决问题，而水污染治理的关键在于如何大幅度提升水体自净能力，让水体形成自我修复的完整生态系统。目前，我国现有的水污染治理技术还存在着不足：一是现有水生态健康监测与评价方法局限于人工采样和分析，难以动态和及时的掌控水体污染的过程和发展趋势；二是现有水污染治理方法基本是滞后和突击性的，难以在水污染早期进行干预和处置；三是现有水污染处理基本上是单一的技术，难以现成技术方法之间的关联性和系统性，更无法实现智能化和自动化。因此，亟待一种能自动实时监测与修复水生态环境的装置出现。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种水生态监测与修复水面机器人及水生态修复控制方法，以实现对水环境的自动实时监测与修复，且能实现水污染早期防治。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种水生态监测与修复水面机器人，包括：船体、控制舱、水质监测舱、水面拍摄设备、水处理设备舱以及远程通信设备；所述船体的船舱内设置所述控制舱、所述水质监测舱以及所述水处理设备舱，所述船舱外部设置所述水面拍摄设备和所述远程通信设备；所述控制舱分别与所述水质监测舱、所述水面拍摄设备、所述水处理设备舱连接；所述水质监测舱用于监测待测水体的水质参数，并获取水下生物图像；所述水面拍摄设备用于获取水面生物图像；所述水质参数包括水质常规五参数和水质营养化程度参数；所述水质营养化程度参数包括叶绿素含量、蓝绿藻含量、氮、磷和有机污染物含量；所述控制舱用于接收所述水质参数、所述水下生物图像以及所述水面生物图像，并控制所述水处理设备舱对所述待测水体进行修复；所述远程通信设备分别与所述水质监测舱、所述水处理设备舱连接，用于将获取的数据远程发送出去。可选的，所述水质监测舱包括：水生态监测仪，与所述控制舱连接，用于监测所述待测水体的水质参数；水下摄像机，与所述控制舱连接，用于对所述待测水体的水下生物进行拍摄，得到水下生物图像。可选的，所述水生态监测仪包括：水质五参数监测仪，用于监测所述待测水体的水质常规五参数；所述水质常规五参数包括溶解氧浓度、pH值、温度、浊度和电导率；叶绿素监测仪，用于监测所述待测水体中的叶绿素含量；蓝绿藻监测仪，用于监测所述待测水体中的蓝绿藻含量；COD监测仪，用于监测所述待测水体中的COD含量；氨氮监测仪，用于监测所述待测水体中的氨氮含量；总磷监测仪，用于监测所述待测水体中的总磷含量；总氮监测仪，用于监测所述待测水体中的总氮含量。可选的，所述水处理设备舱包括：爆氧机，与所述控制舱连接，用于通过微纳米或常规爆气为所述待测水体提供氧气；水处理药剂自动投放装置，与所述控制舱连接，用于为所述待测水体投放水处理药剂；生物菌种自动投放装置，与所述控制舱连接，用于为所述待测水体投放生物菌种。可选的，所述水生态监测与修复水面机器人还包括：动力设备舱，设置在所述船舱内，用于驱动所述船体；太阳能电池板；与所述动力设备舱连接，设置在所述船舱的外表面，用于为所述动力设备舱内的设备充电。可选的，所述动力设备舱包括发电机组、锂电池组、混合动力控制装置、控制柜、变频器、交流电机、减速器和螺旋桨；所述混合动力控制装置分别与所述发电机组、所述锂电池组连接，用于控制所述发电机组与所述锂电池组之间的自动切换；所述控制柜分别与所述控制舱、所述变频器连接，所述变频器与所述交流电机连接；所述交流电机与所述减速器连接；所述减速器与所述螺旋桨连接；所述控制柜通过所述变频器控制所述交流电机转动，所述交流电机通过所述减速器驱动所述螺旋桨。可选的，所述远程通信设备包括雷达和天线；所述雷达和天线均通过设备架设置在所述船舱外部；所述设备架还用于设置所述水面拍摄设备。可选的，所述动力设备舱还包括控制屏；所述控制屏与所述发电机组连接，用于显示所述发电机组的运行参数。本专利技术还提供了一种水生态修复控制方法，所述控制方法用于上述所述的水生态监测与修复水面机器人；所述方法包括：获取待测水体的水质参数、水下生物图像以及水面生物图像；所述水质参数包括溶解氧浓度、pH值、温度、浊度、电导率、叶绿素含量、蓝绿藻含量、氮、磷和有机污染物含量；依据所述水下生物图像以及水面生物图像，得到所述待测水体的水生生物成活率统计结果；依据所述水质参数以及所述水生生物成活率统计结果得到所述待测水体的水生态健康指数；依据所述水质参数、所述水生态健康指数，采用PID控制算法得到水生态修复因子；所述PID算法中的比例增益、积分增益以及微分增益是采用神经网络算法确定的；依据所述水生态修复因子控制水处理设备舱对所述待测水体进行修复。可选的，所述依据所述水质参数以及所述水生生物成活率统计结果得到所述待测水体的水生态健康指数，具体包括：依据所述水质参数确定水域营养化指数归一化值其中，TLI(j)表示水质参数中第j个监测指标的归一化值，m表示水质参数对应的检测指标的总数量，Wj表示第j个监测指标的权重系数；依据所述水生生物成活率统计结果确定生物多样性指数归一化值其中，s表示生物的种类数，ai表示第i类生物的耐污值，ai是依据所述水生生物成活率统计结果得到的，ni表示第i类生物的个数，N表示所有类生物的总个数；依据所述水域营养化指数归一化值和所述生物多样性指数归一化值得到所述待测水体的水生态健康指数ICH＝I1·W1′+I2·W2′其中，W1′表示水域营养化指数归一化值对应的权重系数，W2′表示生物多样性指数归一化值对应的权重系数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种水生态监测与修复水面机器人，该水生态监测与修复水面机器人中船体的船舱内设置控制舱、水质监测舱和水处理设备舱，船舱外部设置水面拍摄设备和远程通信设备；控制舱分别与水质监测舱、水面拍摄设备、水处理设备舱连接；水质监测舱用于监测待测水体的水质参数，并获取水下生物图像；水面拍摄设备用于获取水面生物图像；水质参数包括水质常规五参数和水质营养化程度参数；所述水质营养化程度参数包括叶绿素含量、蓝绿藻含量、氮、磷和有机污染物含量；控制舱用于接收水质参数、水下生物图像以及水面生物图像，并控制水处理设备舱对待测水体进行修复，该水面机器人能够实现对水生态的自动实时动态监测以及水污染早期预警。本专利技术提出了一种水生态修复控制方法，其中依据水质参数、水生态健康指数，采用PID控制算法得到水生态修复因子，且PID算法中的比例增益、积分增益以及微分增益采用神经网络算法确定，实现了水域生态环境的自清洁和自平衡。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种水生态监测与修复水面机器人船舱内部的结构俯视图；图2为本专利技术实施例一种水生态监测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水生态监测与修复水面机器人，其特征在于，包括：船体、控制舱、水质监测舱、水面拍摄设备、水处理设备舱以及远程通信设备；所述船体的船舱内设置所述控制舱、所述水质监测舱以及所述水处理设备舱，所述船舱外部设置所述水面拍摄设备和所述远程通信设备；所述控制舱分别与所述水质监测舱、所述水面拍摄设备、所述水处理设备舱连接；所述水质监测舱用于监测待测水体的水质参数，并获取水下生物图像；所述水面拍摄设备用于获取水面生物图像；所述水质参数包括水质常规五参数和水质营养化程度参数；所述水质营养化程度参数包括叶绿素含量、蓝绿藻含量、氮、磷和有机污染物含量；所述控制舱用于接收所述水质参数、所述水下生物图像以及所述水面生物图像，并控制所述水处理设备舱对所述待测水体进行修复；所述远程通信设备分别与所述水质监测舱、所述水处理设备舱连接，用于将获取的数据远程发送出去。

【技术特征摘要】
1.一种水生态监测与修复水面机器人，其特征在于，包括：船体、控制舱、水质监测舱、水面拍摄设备、水处理设备舱以及远程通信设备；所述船体的船舱内设置所述控制舱、所述水质监测舱以及所述水处理设备舱，所述船舱外部设置所述水面拍摄设备和所述远程通信设备；所述控制舱分别与所述水质监测舱、所述水面拍摄设备、所述水处理设备舱连接；所述水质监测舱用于监测待测水体的水质参数，并获取水下生物图像；所述水面拍摄设备用于获取水面生物图像；所述水质参数包括水质常规五参数和水质营养化程度参数；所述水质营养化程度参数包括叶绿素含量、蓝绿藻含量、氮、磷和有机污染物含量；所述控制舱用于接收所述水质参数、所述水下生物图像以及所述水面生物图像，并控制所述水处理设备舱对所述待测水体进行修复；所述远程通信设备分别与所述水质监测舱、所述水处理设备舱连接，用于将获取的数据远程发送出去。2.根据权利要求1所述的一种水生态监测与修复水面机器人，其特征在于，所述水质监测舱包括：水生态监测仪，与所述控制舱连接，用于监测所述待测水体的水质参数；水下摄像机，与所述控制舱连接，用于对所述待测水体的水下生物进行拍摄，得到水下生物图像。3.根据权利要求2所述的一种水生态监测与修复水面机器人，其特征在于，所述水生态监测仪包括：水质五参数监测仪，用于监测所述待测水体的水质常规五参数；所述水质常规五参数包括溶解氧浓度、pH值、温度、浊度和电导率；叶绿素监测仪，用于监测所述待测水体中的叶绿素含量；蓝绿藻监测仪，用于监测所述待测水体中的蓝绿藻含量；COD监测仪，用于监测所述待测水体中的COD含量；氨氮监测仪，用于监测所述待测水体中的氨氮含量；总磷监测仪，用于监测所述待测水体中的总磷含量；总氮监测仪，用于监测所述待测水体中的总氮含量。4.根据权利要求1所述的一种水生态监测与修复水面机器人，其特征在于，所述水处理设备舱包括：爆氧机，与所述控制舱连接，用于通过微纳米或常规爆气为所述待测水体提供氧气；水处理药剂自动投放装置，与所述控制舱连接，用于为所述待测水体投放水处理药剂；生物菌种自动投放装置，与所述控制舱连接，用于为所述待测水体投放生物菌种。5.根据权利要求1所述的一种水生态监测与修复水面机器人，其特征在于，还包括：动力设备舱，设置在所述船舱内，用于驱动所述船体；太阳能电池板，与所述动力设备舱连接，设置在所述船舱的外表面，用于为所述动力设备舱内的设备充电。6.根据权利要求5所述的一种水生态监测与修复水面机器人，其特征在于，所述动力设备舱包括发电机组、锂电池组、混合动力控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：余道洋，刘锦淮，
申请(专利权)人：中科院合肥技术创新工程院，
类型：发明
国别省市：安徽,34