一种水生态监测方法及监测装置与流程

1.本发明涉及水质监测技术领域，具体涉及一种水生态监测方法及监测装置。


背景技术：

2.水生态监测是指通过对水生生物、水文要素、水环境质量等的监测和数据收集，分析评价水生态的现状和变化，为水生态系统保护与修复提供依据的活动，它是理化监测方法的重要补充，在水环境监测和评估过程中起着十分重要的作用。
3.公开号(
cn11
3777255a)公开了一种水生态检测装置及检测方法，涉及水质检测技术领域，，通过带有气囊的壳体、充放气装置、驱动装置以及检测器件能够自动控制设备在水面上的移动，使其能够监测不同位置的水体质量，并且能够实现设备的潜水，从而对同一位置不同深度的水体质量进行监测；
4.但该专利虽然能够实现在水域内的潜伏以及移动，但是，由于其需要在水中进行下潜上浮，因此无法对不同高度的水样进行采集，造成使用者仍需要人工对不同高度的水样进行收集采样，功能较少，监测数据不够全面；并且设备需要下潜才能对不同高度的水体进行采样监测，因此对设备的防水以及性能有较高的要求，导致设备制造工艺以及成本较高；同时水面情况复杂多变，监测设备若只能在水中航行，速度较慢的同时难以应对复杂水域的航行。


技术实现要素：

5.为了解决以上问题，本发明提供一种水生态监测方法及设备，能够实现设备在水面对不同深度的水样进行监测采样，使用更加方便，同时制造难度更低，降低了成本。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种水生态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.前期准备：
8.s1：确定采样地点；
9.s2：收集汇总采样点河湖形态特征、河湖岸带特征；
10.s3：收集待检测水域的边界位置信息，根据边界位置信息构建待监测水域的静态地图；
11.s4：根据所述静态地图确定目标地点并进行路径规划；
12.中期采样：
13.s5：将水生态监测装置放置于待监测水域，然后对水生生境进行监测记录上传；
14.s6：将水生态监测装置放置于待检测水域，然后对水文特征进行测量记录上传；
15.s7：按照确定的目标地点，对目标地点的水域体进行依次的采样、检测，并将数据上传，做采样记录；
16.后期整理：
17.s8：对采样的水样进行储存、检测，然后对收集、采集的数据进行整理汇总，并归档
保存。
18.一种水生态监测装置，基于权利要求所述的一种水生态监测方法，其特征在于，包括无人机本体以及控制终端，所述无人机本体下方可拆卸设置有检测盒，所述检测盒内设置有取样模块、监测模块、主控模块以及通讯模块，所述通讯模块用于将主控模块与控制终端连接，所述取样模块与主控模块电连接设置；还包括设置于检测盒下端的水深测量器件，所述水深测量器件与主控模块电连接设置。
19.本发明还进一步设置为，所述取样模块包括设置于检测盒内的进水腔，所述进水腔内设置有水泵，所述水泵进水端连接有贯穿检测盒的软管，所述软管收卷于检测盒下方且软管位于检测盒下方的一端与水深测量器件连接；所述检测盒上还设置有排水口，所述排水口上设置有单向排水阀；还包括连通外界与进水腔的气泵，所述气泵与主控模块电连接设置。
20.本发明还进一步设置为，所述检测盒内设置有安装腔，所述监测模块、主控模块以及通讯模块设置于安装腔内；所述监测模块包括传感器组件，所述传感器组件的检测端位于进水腔内。
21.本发明还进一步设置为，所述进水腔内设置有置物架，所述置物架上设置有若干真空取样瓶，所述真空取样瓶瓶口处设置有橡胶密封垫；所述置物架上还设置有取水机构，所述取水机构用于连通真空取样瓶与进水腔。
22.本发明还进一步设置为，所述检测盒下方设置有收纳槽，所述收纳槽内弹性转动连接有收卷盘，所述软管卷设于收卷盘上,所述收卷盘包括中空设置的转杆，所述转杆上通过轴承连接有连接头，所述连接头连接有水泵，所述软管通过转杆与连接头连接；还包括对称设置于收纳槽两侧且位于收卷盘下方的一对拉绳轮，一对拉绳轮相向转动且之间夹持有软管，还包括驱动一对拉绳轮转动的驱动电机，所述驱动电机与主控模块电连接设置。
23.本发明还进一步设置为，所述置物架上设置有若干与真空取样瓶相匹配的置物管，所述置物管的管口朝向进水腔；所述取水机构包括螺纹连接于置物管管口的密封盖；所述密封盖上设置有进水孔，所述进水孔上弹性连接有密封塞，所述密封塞朝向置物管的一面固定连接有针管，所述针管用于贯穿橡胶密封垫，连通真空取样瓶与进水腔；还包括设置于密封盖上的密封球，所述密封球位于密封盖朝向进水腔的一侧且用于堵塞针管的一端；还包括转动设置于置物架上的转轴，所述转轴上滑动连接有与密封盖对应的按压杆，所述按压杆与转轴连接有与主控模块电连接的驱动装置。
24.本发明还进一步设置为，所述无人机本体上设置有起降架，所述起降架包括设置于无人机本体两侧的支撑腿，一对所述支撑腿呈“八”字形且中部设置有浮板，所述浮板位于检测盒中部。
25.本发明还进一步设置为，还包括电源模块，所述电源模块用于对主控模块以及无人机本体供电。
26.本发明还进一步设置为，所述无人机主体下方设置有滑槽，所述检测盒顶部设置有与滑槽相匹配的滑轨，所述滑槽与滑轨之间放置有电源模块。
27.综上所述，本发明的有益效果：
28.与现有技术相比，本技术通过无人机的设置，方便了监测装置的移动航行，从而能够更加快速的到达目标位置，同时避免了水上复杂的情况影响设备的移动速度和安全，节
省了时间。
29.同时进水腔以及端部带有声纳传感器的软管能够对使得设备不需要下潜即可对不同深度的水样进行采集和监测，使得设备无需下潜，从而不需要过高的防水性能与制造工艺；同时方便了数据的双向传输，让操作者能够更好的对设备进行定位。
附图说明
30.图1是本实施例的剖面结构图。
31.图2是图1a处的放大图。
32.图3是图1b的局部放大图。
33.图4是本实施例的结构示意图。
34.图5是图4的局部放大图。
35.图6是取样瓶的使用状态图。
36.图7是检测盒的俯视图。
37.图8是图6的局部放大图。
38.图9是本实施例的模块连接框图。
39.附图标记：1-无人机本体；2-检测盒；21-进水腔；22-水泵；23-软管；24-排水口；25-单向阀排水阀；26-气泵；27-安装腔；28-传感器组件；5-置物架；6-真空取样瓶；27-橡胶密封垫；3-主控模块；4-水深测量器件；7-取水机构；71-置物管；72-密封盖；73-进水孔；74-密封塞；75-针管；76-密封球；77-转轴；78-按压杆；8-收纳槽；81-收卷盘；82-拉绳轮；83-驱动电机；84-转杆；85-轴承；86-连接头；9-起降架；10-浮板；11-电源模块；12-滑槽；13-滑轨；14-电机；15-连接杆；16-气动伸缩杆；17-气源。
具体实施方式
40.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
41.如图1-9所示，本实施例公开了一种水生态监测方法，包括以下步骤：
42.前期准备：
43.s1：确定采样地点；
44.s2：收集汇总采样点河湖形态特征、河湖岸带特征；
45.河湖形态特征包括河床比降、河道蜿蜒程度、湖库范围、湖库岸线长度、河床基质、水下地形；可以通过对采样地点进行实测或网上收集资料获得；
46.河湖岸带特征包括河湖岸带宽度、河湖岸带坡度、河湖岸带类型、自然岸线保有率、植被覆盖率、土地利用类型、人类活动；河湖岸带宽度、河湖岸带坡度、河湖岸带类型、自然岸线保有率、植被覆盖率可以通过现场调查、资料收集、遥感解译等方式，估算或测量获得；而土地利用类型通过收集资料、分析调研、现场观察等方式获得:人类活动通过资料收集与现场调查结合，明确河湖岸带周边是否存在排污、耕种、砍伐等人类活动。
47.前期的资料检索可以方便检测人员了解水域信息，从而在现场出现的情况能更好的应对。
48.s3：收集待检测水域的边界位置信息，根据边界位置信息构建待监测水域的静态地图；
49.边界位置信息可以通过卫星地图或者航拍等方式获得，在使用者在收集河湖岸带特征的时候，可以同步进行；在完成静态地图后，检测人员可以通过静态地图确定目标地点以及进行路径规划，使得检测更加的方便。
50.s4：根据所述静态地图确定目标地点并进行路径规划；
51.中期采样：
52.s5：将水生态监测装置放置于待监测水域，然后对水生生境进行监测记录上传；
53.水生生境基础信息主要包括经纬度、海拔、气温、天气状况、河流长度、湖库面积等。经纬度以及海拔可以通过安装在无人机内的gps进行定位了解；同时可以通过在无人机上安装拍摄设备，对现场进行高空拍摄，从而可以估算湖库面积；气温以及天气状况可以通过现场观察监测收集，同时可以通过当地的气象局进行了解；河流长度以及湖库面积可以通过资料的检索、收集得到。
54.s6：将水生态监测装置放置于待检测水域，然后对水文特征进行测量记录上传；水文特征包括河流水面宽度、河湖水深和流速、调查期间流量等；
55.通过无人机上的航拍可以对河流水面进行拍摄，在通过参照物计算，可以估算出河流水面宽度；同时也可以采用激光测距仪进行测量；或者可以在无人机本体上设置激光测距装置实现测距的功能，如专利号(
cn
211180205u)公开的一种无人机测距装置，其中的模块均可直接与控制终端连接无线连接，从而能够实现数据的传输；
56.而河湖水深可以通过设置与软管上的水深测量器件进行测量；水深测量器件为声呐探头，声呐探头的检测端竖直向下，从而能监测设备当前所处位置的水深。
57.s7：按照确定的目标地点，通过水生态监测装置对目标地点的水域体进行依次的采样、检测，并将数据上传，做采样记录；
58.后期整理：
59.s8：对采样的水样进行储存、检测，然后对收集、采集的数据进行整理汇总，并归档保存。
60.而上述方法中，采用的一种水生态监测装置，包括无人机本体1以及控制终端，控制终端为电脑；
61.如图1所示，所述无人机本体1下方设置有滑槽，检测盒上设置有滑轨13，检测盒2通过滑轨滑槽安装在无人机本体1下方；无人机本体1上设置有起降架9，所述起降架9包括设置于无人机本体1两侧的支撑腿，一对所述支撑腿呈“八”字形且中部设置有浮板10，所述浮板10位于检测盒2中部；
62.通过对无人机本体1的控制，能够实现对检测盒位置的移动；浮板能够保证无人机本体1在水上进行起降，方便了使用者的控制，而浮板位于检测盒2的中部，能够在使用时，检测盒的下部分浸在水中，保证检测盒平衡的同时，能够方便设备对水样的监测。
63.所述检测盒2内设置有取样模块、监测模块、主控模块3以及通讯模块，所述通讯模块用于将主控模块3与控制终端连接，通讯模块采用无线通讯模块，让使用者能够通过控制终端，在远处对主控模块发送指令，实现检测盒内设备的工作，同时可以将监测模块的数据发送至控制终端进行处理记录；而监测模块为传感器组件；包括有ph值传感器、电导率传感器、浊度传感器、溶解氧传感器等水质传感器；这些传感器与主控模块连接，能够将数据发送至控制终端并记录，从而实现对待测水域水质的监测。
64.所述取样模块与主控模块3电连接设置；还包括设置于检测盒2下端的水深测量器件4，所述水深测量器件4与主控模块3电连接设置。
65.如图1-4所示，所述取样模块包括设置于检测盒2内的进水腔21，所述进水腔21内设置有水泵22，所述水泵22进水端通过软管23与连接头86连接，连接头86与收卷盘81的转轴84连接，且转轴84中空设置，侧面设置有与软管一端插接的插管；所述软管23收卷于检测盒2下方且软管23位于检测盒2下方的一端与水深测量器件4连接；所述检测盒2上还设置有排水口24，所述排水口24上设置有单向排水阀25；还包括连通外界与进水腔21的气泵26，所述气泵26与主控模块3电连接设置；
66.如图1-2所示，其中，传感器组件均设置于检测盒2上，且传感器的检测端位于进水腔21内；进水腔21的顶部设置有水泵22，水泵22的进水端通过软管23与转轴54上的连接头86连接，软管23绕于检测盒2下方的收卷盘81上，收卷盘81的转轴84与收纳槽8的顶部之间转动连接且之间设置有卷簧；通过卷簧能够让收卷盘81反向转动，对软管进行收卷；
67.而软管的升降，能够让软管23的进水端到达水域的不同深度；然后通过水泵，能够将水样吸取到进水腔21内，并通过传感器组件实现对进入至进水腔内的水样检测，而软管23进水口的一端还连接有水深测量器件4，随着软管的下降，水深测量器件4能够实时的反馈目前所处的深度，让检测人员能够了解当前软管进水口所处的深度；
68.如图4所示，进水腔内设置有排水口24，排水口24内设置有单向排水阀25，单向排水阀25保证进水腔内的水只能向外单向排出；当检测人员需要检测另一个深度的水样时，通过主控模块能够控制气泵26启动，气泵26的进气端位于检测盒2上方，出气端位于进水腔21内；气泵26使得外界空气进入进水腔内，从而让进水腔内的液体通过排水口排出，之后，气泵停止，水泵将待测水样吸入进水腔内进行检测。
69.气泵以及排水口能够让位于进水腔内的水排至外界，从而保证吸取的待测水样不会与之前的水样混合，从而保证了检测的准确性。
70.所述检测盒2内设置有位于进水腔21上方的安装腔27，所述监测模块、主控模块3、通讯模块以及气泵、水泵等设备主体均设置于安装腔27内；安装腔27与进水腔21之间密封，从而保证液体不会对模块造成损坏。
71.如图4-7所示，所述进水腔21内设置有置物架5，置物架5呈圆形，其上方设置有连通外界与进水腔内部的的置物管71，所述置物管朝向进水腔21的一端管口固定连接有密封盖72，所述密封盖72上设置有进水孔73，所述进水孔73上弹性连接有密封塞74，所述密封塞74朝向置物管71的一面固定连接有针管75；还包括设置于密封盖72上的密封球76，所述密封球76位于密封盖72朝向进水腔21的一侧且用于堵塞针管75的一端；通过密封塞74能够对进水孔73进行密封，从而避免外界的水流入进水腔中；
72.当检测人员需要对水样进行采集保存时，在监测开始前，使用者可以将真空取样瓶6通过螺纹安装于置物管71内，真空取样瓶6在安装前已经经过真空处理，内部处于负压状态；而真空取样瓶的瓶口处通过橡胶密封垫27进行密封；所述置物架5上还设置有位于进水腔内的取水机构7，通过取水机构7，使用者可以控制任一一个密封盖72上的密封塞74向下移动，从而使得针管的一端贯穿真空取样瓶的橡胶密封垫27，并使针管的另一端远离密封球；从而在负压的作用下，进水腔内的水样能够进入真空取样瓶内，实现对水样的保存。
73.其中，取水机构包括转动设置于置物架5上的转轴77，转轴77的一端连接有电机
14，电机14位于安装腔内；所述转轴77上滑动连接有连接杆15，连接杆15端部设置有与密封盖72对应的按压杆78，如图2、5所示，连接杆15与转轴77连接的一端上方设置有气动伸缩杆16，所述气动伸缩杆16连接有气源17，所述气源17与主控模块电连接，从而能够控制气动伸缩杆16的伸缩；气动伸缩杆16能够控制连接杆15在转轴上的上下滑动，从而能够控制按压杆78的升降，实现对密封塞74的按压；而通过电机14能够控制连接杆15的转动，当一个真空取样瓶满了之后，电机控制连接杆15转动至另一个真空取样瓶的上方；从而能够对多个不同位置的水样进行采集。
74.如图1-3所示，所述检测盒2下方设置有收纳槽8，所述收纳槽8内转动连接有收卷盘81，所述收卷盘81与收纳槽8之间连接有卷簧；所述软管23卷设于收卷盘81上；还包括对称设置于收纳槽8两侧且位于收卷盘81下方的一对拉绳轮82，一对拉绳轮82相向转动且之间夹持有软管23，还包括驱动一对拉绳轮82转动的驱动电机83，一对拉绳轮82的后方均连接有齿轮，齿轮与拉绳轮82同轴连接且相互啮合；所述驱动电机83与其中一个齿轮连接；所述驱动电机83与主控模块3电连接设置。
75.当检测人员需要下降软管时，通过主控模块控制驱动电机83转动，从而带动齿轮相向转动，一对齿轮驱动拉绳轮82相向转动；一对相向转动的拉绳轮82会带动软管向下移动，从而实现软管的伸缩；同时软管上的水深测量器件起到了配重的作用，保证软管垂直向水下，而水深测量器件还会实时反馈软管所处的深度，从而能够控制软管下潜的深度；另外当一对拉绳轮82在控制软管向上回缩时，能够将软管内残留的挤压出去，从而减少残留的水对下一次检测的水样造成污染。
76.通过上述设置，检测人员可以通过控制无人机本体1实现对就设备的位置移动，方便设备在多个目标地点的移动；同时通过水深测量器件以及驱动电机83的设置，能够控制软管进水端在水下的深度，从而使得检测人员能够对同一位置不同深度的水样进行吸取，而进水腔内的设置能够暂时存储吸取的水样，使得设备不需要下潜即可对不同深度的水样进行检测；让设备不需要过高的防水性能以及通讯能力，降低了制造的成本与难度；而进水腔内设置的真空取样瓶，能够对进水腔内的水样进行采集存储，方便了使用者对水样进一步的检测、留证。
77.其中水深测量器件的电线可与软管同时缠绕在收卷盘上；而上述描述中所采用的电机均为伺服电机。
78.上述的软管粗细材质与输液管类似。
79.进一步的，为了方便检测人员对水下的情况进行观察，使用者可以额外增加水下摄影机，对水下情况进行实时的观察监测。
80.还包括电源模块11，所述电源模块11用于对主控模块3以及无人机本体1供电。
81.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水生态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：前期准备：s1：确定采样地点；s2：收集汇总采样点河湖形态特征、河湖岸带特征；s3：收集待检测水域的边界位置信息，根据边界位置信息构建待监测水域的静态地图；s4：根据所述静态地图确定目标地点并进行路径规划；中期采样：s5：将水生态监测装置放置于待监测水域，然后对水生生境进行监测记录上传；s6：将水生态监测装置放置于待检测水域，然后对水文特征进行测量记录上传；s7：按照确定的目标地点，对目标地点的水域体进行依次的采样、检测，并将数据上传，做采样记录；后期整理：s8：对采样的水样进行储存、检测，然后对收集、采集的数据进行整理汇总，并归档保存。2.一种水生态监测装置，基于权利要求1所述的一种水生态监测方法，其特征在于，包括无人机本体(1)以及控制终端，所述无人机本体(1)下方可拆卸设置有检测盒(2)，所述检测盒(2)内设置有取样模块、监测模块、主控模块(3)以及通讯模块，所述通讯模块用于将主控模块(3)与控制终端连接，所述取样模块与主控模块(3)电连接设置；还包括设置于检测盒(2)下端的水深测量器件(4)，所述水深测量器件(4)与主控模块(3)电连接设置。3.根据权利要求2所述的一种水生态监测装置，其特征在于，所述取样模块包括设置于检测盒(2)内的进水腔(21)，所述进水腔(21)内设置有水泵(22)，所述水泵(22)进水端连接有贯穿检测盒(2)的软管(23)，所述软管(23)收卷于检测盒(2)下方且软管(23)位于检测盒(2)下方的一端与水深测量器件(4)连接；所述检测盒(2)上还设置有排水口(24)，所述排水口(24)上设置有单向排水阀(25)；还包括连通外界与进水腔(21)的气泵(26)，所述气泵(26)与主控模块(3)电连接设置。4.根据权利要求3所述的一种水生态监测装置，其特征在于，所述检测盒(2)内设置有安装腔(27)，所述监测模块、主控模块(3)以及通讯模块设置于安装腔(27)内；所述监测模块包括传感器组件(28)，所述传感器组件(28)的检测端位于进水腔(21)内。5.根据权利要求3所述的一种水生态监测装置，其特征在于，所述进水腔(21)内设置有置物架(5)，所述置物架(5)上设置有若干真空取样瓶(6)，所述真空取样瓶(6)瓶口处设置有橡胶密封垫(27)；所述置物架(5)上还设置有取水机构(7)，所述取水机构(7)用于连通真空取样瓶(6)与进水腔(21)。6.根据权利要求3所述的一种水生态监测装置，其特征在于，所述检测盒(2)下方设置有收纳槽(8)，所述收纳槽(8)内弹性转动连接有收卷盘(81)，所述软管(23)卷设于收卷盘(81)上；所述收卷盘(81)包括中空设置且插接有软管(23)的转杆(84)，所述转杆(84)上通过轴承(85)连接有连接头(86)，所述连接头(86)连接有水泵(22)，所述软管(23)通过转杆(84)与连接头(86)连接；还包括对称设置于收纳槽(8)两侧且位于收卷盘(81)下方的一对拉绳轮(82)，一对拉绳轮(82)相向转动且之间夹持有软管(23)，还包括驱动一对拉绳轮(82)转动的驱动电机(83)，所述驱动电机(83)与主控模块(3)电连接设置。
7.根据权利要求5所述的一种水生态监测装置，其特征在于，所述置物架(5)上设置有若干与真空取样瓶(6)相匹配的置物管(71)，所述置物管(71)的管口朝向进水腔(21)；所述取水机构(7)包括螺纹连接于置物管(71)管口的密封盖(72)；所述密封盖(72)上设置有进水孔(73)，所述进水孔(73)上弹性连接有密封塞(74)，所述密封塞(74)朝向置物管(71)的一面固定连接有针管(75)，所述针管(75)用于贯穿橡胶密封垫(27)，连通真空取样瓶(6)与进水腔(21)；还包括设置于密封盖(72)上的密封球(76)，所述密封球(76)位于密封盖(72)朝向进水腔(21)的一侧且用于堵塞针管(75)的一端；还包括转动设置于置物架(5)上的转轴(77)，所述转轴(77)上滑动连接有与密封盖(72)对应的按压杆(78)，所述按压杆(78)与转轴(77)连接有与主控模块(3)电连接的驱动装置。8.根据权利要求2所述的一种水生态监测装置，其特征在于，所述无人机本体(1)上设置有起降架(9)，所述起降架(9)包括设置于无人机本体(1)两侧的支撑腿，一对所述支撑腿呈“八”字形且中部设置有浮板(10)，所述浮板(10)位于检测盒(2)中部。9.根据权利要求2所述的一种水生态监测装置，其特征在于，还包括电源模块(11)，所述电源模块(11)用于对主控模块(3)以及无人机本体(1)供电。10.根据权利要求3所述的一种水生态监测装置，其特征在于，所述无人机主体下方设置有滑槽(12)，所述检测盒(2)顶部设置有与滑槽(12)相匹配的滑轨(13)，所述滑槽(12)与滑轨(13)之间放置有电源模块(11)。

技术总结
本发明公开了一种水生态监测方法及监测装置，其技术方案要点包括无人机本体以及控制终端，无人机本体下方可拆卸设置有检测盒，检测盒内设置有取样模块、监测模块、主控模块以及通讯模块，通讯模块用于将主控模块与控制终端连接，取样模块与主控模块电连接设置；还包括设置于检测盒下端的水深测量器件，水深测量器件与主控模块电连接设置；通过上述结构，能够实现设备在多个目标地点之间快速的移动，避免了水域的复杂情况影响装置的航行；同时能够让设备始终处于水面的状态下，对同一位置不同深度的水样进行采集以及检测，使设备不需过强的防水性能，同时方便使用者观察。同时方便使用者观察。同时方便使用者观察。


技术研发人员：尹雪
受保护的技术使用者：深圳市环境科学研究院
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/7/20