本发明专利技术提供一种基于无人船的水生态要素原位监测装置及方法，其中装置包括无人船、主控制器、水生态要素监测系统；无人船船体上安装主控制器、电池仓、驱动装置、水生态要素监测系统、采样系统；所述电池仓、驱动装置、水生态要素监测系统、采样系统均与主控制器电连接；无人船船体底部开设有一个通孔，用于采样系统的采样管的下放。本发明专利技术利用无人船，搭载相应的监测设备，可以解决时效性差、耗时耗力，航行距离限制的问题，具有监测及时、灵活性好、覆盖范围广、成本低等优点。成本低等优点。成本低等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于无人船的水生态要素原位监测装置及方法
[0001]本专利技术属于环境监测
，尤其涉及一种基于无人船的水生态要素原位监测装置及方法。
技术介绍
[0002]针对目前水生态要素监测主要依靠传统监测方法，不能及时有效地反映水体的实际情况，无法预警突发的水生态污染事故，且监测过程消耗的人力物力成本较高，基于此，本专利技术提出一种基于无人船的水生态要素原位监测装置及方法，利用无人船，搭载相应的监测设备，可以解决时效性差、耗时耗力，航行距离限制的问题，具有监测及时、灵活性好、覆盖范围广、成本低等优点。
[0003]水生态是指环境水因子对生物量的影响和生物对各种水分条件的适应。水生态要素一般指水中浮游植物、浮游动物以及鱼类。目前，针对浮游植物和动物的监测主要依靠人工采样与鉴定和叶绿素探头。前者需要人工批次采样，且鉴定时需要较高的浮游动植物分类学知识，费时费力，难以实现水生态要素的原位在线监测；虽然后者可以做到原位在线监测，但无法有效地获取浮游动植物群落结构数据。
[0004]传统的鱼类监测主要是人工观测法，该方法易受人主观性影响、评估结果误差大。随着国家经济发展和人们生态环境保护意识的增强，国家对鱼道建设越发重视，即在修建水坝时，为了防止水坝拦住鱼类的洄游通道，通常在水闸或坝上修建鱼道对经过鱼道的鱼类行为习性进行监测。对鱼道内鱼类通过的时间、方向、数量、大小进行记录，并记录图像和视频。该方法具有一定的局限性且只能记录游过鱼道鱼类的行为习性。
[0005]随着科技的发展，现在越来越多的研究者利用无人船搭载水质监测仪器，进行水质的原位监测，但易受无人船的载重和航行距离限制，很难得到多个位点的水质参数。目前水生态要素监测主要依靠传统监测方法，不能及时有效地反映水体的实际情况，无法预警突发的水生态污染事故，且监测过程消耗的人力物力成本较高。
[0006]现有技术存在以下不足之处：
[0007]无法原位监测。针对目前水生态要素监测主要依靠传统监测方法，不能及时有效地反映水体的实际情况，无法预警突发的水生态污染事故，且监测过程消耗的人力物力成本较高。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于无人船的水生态要素原位监测装置及方法。利用无人船，搭载相应的监测设备，可以解决时效性差、耗时耗力，航行距离限制的问题，具有监测及时、灵活性好、覆盖范围广、成本低等优点。
[0009]本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于无人船的水生态要素原位监测装置，包括无人船、主控制器、水生态要素监测系统。
[0011]无人船船体上安装主控制器、电池仓、驱动装置、水生态要素监测系统、采样系统。
[0012]所述电池仓、驱动装置、水生态要素监测系统、采样系统均与主控制器电连接。
[0013]无人船船体底部开设有一个通孔，用于采样系统的采样管的下放。
[0014]电池仓还与驱动装置、第一步进电机、第二步进电机、抽水动力装置、多进一出电磁阀、搅拌装置电连接。
[0015]水生态要素监测系统包括浮游植物监测系统和鱼类监测系统，其中，浮游植物监测系统安装于无人船船体内。浮游植物监测系统的进水口通过多进一出电磁阀连接采样系统的样品瓶，浮游植物监测系统的出水口连接废液瓶，多进一出电磁阀的进水口连接样品瓶和蒸馏水瓶。
[0016]采样系统，包括抽水动力装置、采样管、样品仓、支撑杆、采样探针、导轨、滑块、第一步进电机。样品仓内分布有若干个样品瓶和蒸馏水瓶。
[0017]导轨通过支撑杆固定在所述无人船船体上，导轨上安装有滑块，第一步进电机安装在滑块上，滑块可沿着所述导轨移动，第一步进电机与采样探针相连接，抽水动力装置的出水口通过采样管固定连接在所述采样探针上，抽水动力装置的进水口连接通过通孔的采样管。所述样品瓶底部安装有搅拌装置,导轨位于样品瓶和蒸馏水瓶的正上方，移动滑块时，采样探针正对下方需要采样的样品瓶。
[0018]所述鱼类监测系统，包括声呐、转盘、第二步进电机，声呐通过牵引线固定连接在转盘上，转盘与固定在无人船船体上的第二步进电机相连。
[0019]进一步的是，所述无人船船体上还安装有导航系统、摄像模块、无线通讯系统、避障系统，导航系统、摄像模块、无线通讯系统、避障系统与与主控制器电连接，导航系统、摄像模块、无线通讯系统、避障系统还与电池仓电连接。所述无线通讯系统远程连接有上位机。
[0020]进一步的是，所述驱动装置包括喷泵和驱动电机，驱动电机通过螺杆固定在喷泵上。
[0021]进一步的是，无人船船体尾部设有电池仓，该电池仓内电池为定制的，体积小、容量高，确保无人船在额定载重情况下，航行距离最远。
[0022]进一步的是，所述浮游动植物监测系统外部设有防震器。
[0023]进一步的，在无人船船体两侧捆绑有增加浮力的浮体(如浮筒、塑料等)，用于提高无人船船体的载重能力。
[0024]一种基于无人船的水生态要素原位监测方法，包括如下步骤：
[0025](1)在上位机上设置监测地点和时间，以及水生态要素监测系统的工作时间。
[0026](2)上位机发送系统自检信号和监测信息给主控制器，主控制器判断实际监测地点和监测时间是否在预设监测时间和地点预设偏差范围内；
[0027]若在，则步进电机下放声呐的牵引线，鱼类监测系统开始工作，与此同时抽水动力装置将水抽到样品瓶内，浮游动植物监测系统开始工作。
[0028](3)浮游动植物监测系统和鱼类监测系统在预设时间段内工作完成后，主控制器将监测编号、监测时间、监测地点、浮游动植物和鱼类监测数据回传到上位机进行监测信息的记录；
[0029](4)主控制器控制水生态要素监测系统初始化，控制第二步进电机转动收回牵引
线。
[0030](5)主控制器控制无人船航行到下一监测地点，重复以上步骤。
[0031]若不在，无人船继续航行。
[0032]进一步的，根据无人船的水生态要素原位监测的地点数目以及航行距离，来设定电池仓内电池的个数，该电池仓内电池为定制的，体积小，容量高，确保无人船在额定载重和吃水深度符合标准的情况下，航行距离最远。
[0033]本专利技术的有益效果：
[0034]本专利技术原位监测，可以解决时效性差、耗时耗力，航行距离限制的问题，具有监测及时、灵活性好、覆盖范围广、成本低等优点。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0036]图2为本专利技术的水生态要素原位监测控制原理示意图；
[0037]图3为水体中叶绿素时空分布特征图；
[0038]图4为部分优势藻类图；
[0039]图5为藻类数量、丰度及其群落组成图；
[0040]图6鱼类密度分布图。
[0041]图中：1
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无人船船体、2
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主控制器、3
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浮游动植物监测系统、4<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于无人船的水生态要素原位监测装置，其特征在于，包括无人船、主控制器、水生态要素监测系统；无人船船体上安装主控制器、电池仓、驱动装置、水生态要素监测系统、采样系统；所述电池仓、驱动装置、水生态要素监测系统、采样系统均与主控制器电连接；无人船船体底部开设有一个通孔，采样系统的采样管下放入通孔进入水体内；电池仓还与驱动装置、第一步进电机、第二步进电机、抽水动力装置、多进一出电磁阀、搅拌装置电连接；水生态要素监测系统包括浮游植物监测系统和鱼类监测系统，其中，浮游植物监测系统安装于无人船船体内，浮游植物监测系统的进水口通过多进一出电磁阀连接样品瓶，浮游植物监测系统的出水口连接废液瓶，多进一出电磁阀的进水口连接样品瓶和蒸馏水瓶；采样系统，包括抽水动力装置、采样管、样品仓、支撑杆、采样探针、导轨、滑块、第一步进电机，样品仓内分布有若干个样品瓶和蒸馏水瓶，导轨通过支撑杆固定在无人船船体上，导轨上安装有滑块，第一步进电机安装在滑块上，滑块能沿着所述导轨移动，第一步进电机与采样探针相连接，抽水动力装置的出水口通过采样管连接固定在所述采样探针上，抽水动力装置的进水口连接通过通孔的采样管，所述样品瓶底部安装有搅拌装置,导轨位于样品瓶和蒸馏水瓶的正上方，移动滑块时，采样探针正对下方需要采样的样品瓶；所述鱼类监测系统，包括声呐、转盘、第二步进电机，声呐通过牵引线固定连接在转盘上，转盘与固定在无人船船体上的第二步进电机相连。2.根据权利要求1所述的基于无人船的水生态要素原位监测装置，其特征在于，无人船船体上还安装有导航系统、摄像模块、无线通讯系统、避障系统，导航系统、摄像模块、无线通讯系统、避障系统与与主控制器电连接，所述无线通讯系统远程连接上位机。3.根据权利要求1所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张学治，刘青玲，徐聪，李成，
申请(专利权)人：中国科学院水生生物研究所，
类型：发明
国别省市：
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