一种基于无人机的水质采样方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于无人机的水质采样方法，所述无人机上设有水样采集装置，包括如下步骤：无人机起飞升至预先设定的航路飞行高度；基于航路飞行高度飞至采样点上方；无人机由采样点上方降落至预先设定的悬停高度处；控制所述水样采集装置采样；采样任务完成，无人机返航或飞至下一采样点。本发明专利技术所提供的基于无人机的水质采样方法及系统，将水质采样装置设置在无人机上，利用无人机机动灵活、采集范围广的优势，极大地提高了采样效率，节省了人力，操作方便，确保了所采集的水样具有代表性，确保实验的准确性。

Water quality sampling method and system based on unmanned aerial vehicle

The present invention relates to the field of UAV technology, in particular to a sampling method of water quality based on UAV, the sample collection device is arranged on the machine, which comprises the following steps: UAV takeoff to route flight height preset route; flight altitude to fly to the sampling points based on above; hovering at the height of human landing by the sampling points the above to the preset control; the water sampling device sampling; sampling task is completed, the UAV return or fly to the next sampling point. The present invention provides quality of UAV Based on sampling method and system, the water sampling device is arranged in the UAV, the UAV is flexible, acquisition a wide range of advantages, greatly improves the sampling efficiency, saving manpower, convenient operation, to ensure that the water sample is representative, to ensure the experiment accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的水质采样方法及系统
本专利技术涉及无人机
，具体涉及一种基于无人机的水质采样方法及系统。
技术介绍
环境监测是环境管理的重要组成部分，是环境保护工作最为重要的基础性和前沿性工作。其中，水质监测是环境监测中最重要的部分，要真实地反映水质污染状况，必须监测具有代表性的水样，传统的方法是开船到水质取样点进行抽取，不仅耗费人力、物力和时间，而且容易破坏水质取样点的原有环境，使水样失去代表性。无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器，被广泛应用于航拍、监测、搜救、资源勘查、农业等各个领域，但在无人机水质采样方面的应用技术还不成熟。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供一种基于无人机的水质采样方法及系统，克服了现有技术中存在的取样浪费人力、耗费时间长、且取样环境容易被破坏、导致的水样不具代表性的问题。为了达到上述技术效果，本专利技术包括以下技术方案：一种基于无人机的水质采样方法，所述无人机上设有水样采集装置，包括如下步骤：1）无人机起飞升至预先设定的航路飞行高度处；2）基于航路飞行高度飞至采样点上方；3）无人机由采样点上方降落至预先设定的悬停高度处；4）控制所述水样采集装置采样；5）采样任务完成，无人机返航或飞至下一采样点。进一步地，所述步骤2）具体包括：所述无人机根据预先所获取的采样点的地理位置信息飞向采样点；在飞向采样点的过程中实时计算与采样点所在位置的水平距离；判定是否飞至采样点上空，若已飞至采样点上空，则由采样点上空开始降落至预先设定的距离水面的悬停高度处；否之，继续实时获取距离采样点的水平距离。进一步地，所述无人机距离水面的距离通过设置于无人机上的超声波传感器获取。进一步地，所述若无人机已飞至采样点上空，则由采样点上空降落至预先设定的距离水面的悬停高度处具体为：所述无人机由采样点上空以速度降落，并实时判断是否已降落至第一预定高度处；若已降落至第一预定高度处，则以速度降落（<），直至降落至悬停高度处；若未降落至第一预定高度处，则继续以降落。进一步地，所述超声波传感器在获取无人机距离水面高度的过程中，实时将测得的原始高度数据发送至远程控制中心进行处理并得到精确的高度测量数据。进一步地，所述将超声波传感器所测得的原始高度数据处理后得到精确的高度数据方法为：将实时获取的连续10个原始高度数据由小到大进行排序；取排序后的前三个数据或后三个数据进行求平均值；然后采用一阶低通滤波获得精确的高度数据。另外，本专利技术还提供了一种基于无人机的水质采样系统，包括地面站、无人机、安装于无人机上的升降装置以及与所述升降装置连接的水质采样装置；所述无人机上设置有飞行控制模块、导航定位系统、超声波传感器和视频传感器，所述升降装置、水质采样装置、导航定位系统、超声波传感器以及视频传感器均与所述飞行控制模块连接；所述飞行控制模块与地面站无线通信。进一步地，所述水质采样装置包括采样箱，所述采样箱与所述升降装置连接且采样箱内设有多个采样组，每个采样组由采样瓶、采水管、采水电动阀、液位传感器和采水泵组成，所述采水电动阀和采水泵设置在采水管上，所述采水管的一端连接在采样瓶内，另一端向下伸出采样箱，所述液位传感器设置于采样瓶内的近瓶口端，所述采水电动阀、液位传感器和采水泵均与所述飞行控制模块连接。进一步地，所述升降装置包括底座、通过轴杆转动设置在底座上的卷线轮、卷绕在所述卷线轮上的牵拉绳以及用于转动所述卷线轮的驱动电机，所述驱动电机通过离合器与所述轴杆连接，所述驱动电机与所述飞行控制模块连接。进一步地，所述飞行控制模块通过3G网络、4G网络、5G网络、WIFI中的一种与地面站通信连接。采用上述技术方案，包括以下有益效果：本专利技术所提供的基于无人机的水质采样方法及系统，将水质采样装置设置在无人机上，利用无人机机动灵活、采集范围广的优势，极大地提高了采样效率，节省了人力，操作方便，确保了所采集的水样具有代表性，确保实验的准确性。附图说明图1为本专利技术实施例1所提供的水质采样方法流程图；图2为本专利技术实施例2所提供的水质采样方法流程图；图3为本专利技术实施例所提供的水质采样系统的结构框图；图4为本专利技术实施例所提供的无人机结构示意图。图中，1、无人机；2、驱动电机；3、离合器；4、卷线轮；5、轴杆；6、底座；7、超声波传感器；8、牵拉绳；9、采样瓶；10、液位传感器；11、采水泵；12、采水电动阀；13、飞行控制模块；14、升降装置；15、视觉传感器；16、超声波传感器；17、导航定位系统；18、水质采样装置；19、地面站；20、采水管；21、采样箱。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本专利技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本专利技术中的具体含义。此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。实施例：参阅图3和4，本实施例1提供了一种基于无人机的水质采样系统，包括地面站19、无人机1、安装于无人机1上的升降装置14以及与所述升降装置14连接的水质采样装置18；无人机1上设置有飞行控制模块13、导航定位系统17、超声波传感器16和视频传感器15，升降装置14、水质采样装置18、超声波传感器16、导航定位系统17以及视频传感器15均与所述飞行控制模块13连接；飞行控制模块13与地面站19无线通信。无人机是整个水质采样系统的载体，本实施例中，无人机可以选用多旋翼无人机，飞行控制模块13是无人机的行动中枢，其稳定性决定着无人机整个飞行过程的安全性，其上搭载惯性测量单元、导航定位系统等，主要执行无人机的飞行姿态计算、飞行航线控制、飞行数据反馈，以及在飞行过程中执行相关的飞行任务；无人机上设置有机载端数传模块，地面站设有地面端数传模块，所述机载端数传模块与地面端数传模块用于实现无人机与地面站间的无线通信和数据传输；本实施例中，升降装置14用于控制水质采样装置18相对无人机升降，视频传感器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人机的水质采样方法，所述无人机上设有水样采集装置，其特征在于，包括如下步骤：1）无人机起飞升至预先设定的航路飞行高度处；2）基于航路飞行高度飞至采样点上方；3）无人机由采样点上方降落至预先设定的悬停高度处；4）控制所述水样采集装置采样；5）采样任务完成，无人机返航或飞至下一采样点。

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的水质采样方法，所述无人机上设有水样采集装置，其特征在于，包括如下步骤：1）无人机起飞升至预先设定的航路飞行高度处；2）基于航路飞行高度飞至采样点上方；3）无人机由采样点上方降落至预先设定的悬停高度处；4）控制所述水样采集装置采样；5）采样任务完成，无人机返航或飞至下一采样点。2.根据权利要求1所述的基于无人机的水质采样方法，其特征在于，所述步骤2）具体包括：所述无人机根据预先所获取的采样点的地理位置信息飞向采样点；在飞向采样点的过程中实时计算与采样点所在位置的水平距离；判定是否飞至采样点上空，若已飞至采样点上空，则由采样点上空开始降落至预先设定的距离水面的悬停高度处；否之，继续实时获取距离采样点的水平距离。3.根据权利要求2所述的基于无人机的水质采样方法，其特征在于，所述无人机距离水面的距离通过设置于无人机上的超声波传感器获取。4.根据权利要求3所述的基于无人机的水质采样方法，其特征在于，所述若无人机已飞至采样点上空，则由采样点上空降落至预先设定的距离水面的悬停高度具体为：所述无人机由采样点上空以速度降落，并实时判断是否已降落至第一预定高度处；若已降落至第一预定高度处，则以速度降落，直至降落至悬停高度处；其中，<；若未降落至第一预定高度，则继续以降落。5.根据权利要求4所述的基于无人机的水质采样方法，其特征在于，所述超声波传感器在获取无人机距离水面高度的过程中，实时将测得的原始高度数据发送至远程控制中心进行处理并得到精确的高度测量数据。6.根据权利要求5所述的基于无人机的水质采样方法，其特征在于，所述将超声波传感器所测得的原始高度数据处理后得到精确的高度数据方法为：将实时获取的连续10个原始高度数据由小到大进行排序；取排序后的前三个数据或后三个数据进行求平均值；...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹亮亮，龙诗科，王飞，王国胜，李少斌，张羽，
申请(专利权)人：上海拓攻机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31