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一种无人值守的水环境和水生态监测系统及方法与流程

花匠小妙招
2024-08-28 17:23

本发明涉及水环境、水生态监测，特别是涉及一种无人值守的水环境和水生态监测系统及方法。

背景技术：

1、当前水环境监测系统应用较广，依托自动监测站可以实现在无人值守条件下对水环境各项监测指标进行自动化、高频次的常态化监测，但自动监测站仅能对固定取水区域的水环境指标进行监测，监测范围较小。虽然可以通过加大自动监测站点的密度来实现较大范围的监测能力，但势必需要增加自动监测站点建设和运维支出，效费比较低。另外，当前自动监测站主要应用于水环境监测，站点建设的选址及取水口的设置主要集中在水厂周围，与水生态监测关注的重点区域存在一定的偏差，较难实现水环境与水生态各项指标的监测需要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种无人值守的水环境和水生态监测系统及方法，目的在于大幅提高水环境和水生态监测的范围。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一方面提供了一种无人值守的水环境和水生态监测系统，包括：

4、无人机采样子系统，用于利用无人机采集多点位水样；

5、无人机库子系统，用于控制所述无人机，并与自动监测站管路进行对接；

6、样品处理子系统，用于对所述自动监测站管路内所述多点位水样进行处理，获取处理后水样；

7、自动监测子系统，用于对所述处理后水样的水环境指标和水生态指标进行自动监测，获取水环境水生态监测数据。

8、可选的，所述无人机采样子系统包括：飞行控制模块和多点采样模块；

9、所述飞行控制模块，用于通过gps+北斗复合定位控制所述无人机根据预设飞行轨迹到达预设采样点；

10、所述多点采样模块，用于根据所述预设采样点和采样顺序进行自动水样采集。

11、可选的，所述多点采样模块包括：环境信息采集单元和多路采样单元；

12、所述环境信息采集单元，用于获取所述预设采样点环境照片，并将定位信息、日期、时间、天气和防伪码通过水印形式叠加在所述环境照片；

13、所述多路采样单元，用于根据所述预设采样点对应的预设采样类型将采样仓下降到预设水面深度进行水样采集，其中所述采样仓采集水样后，自动切换下一个空的采样仓。

14、可选的，所述无人机库子系统包括：任务设置模块、环境感知模块、飞行辅助模块、样品处理模块；

15、所述任务设置模块，用于对所述无人机采样子系统进行任务设置，其中所述任务包括采样时间、间隔、所述预设飞行轨迹、所述预设采样类型和起飞条件；

16、所述环境感知模块，用于获取实时气象信息和无人机库硬件状态，根据所述实时气象信息和所述硬件状态判断所述无人机是否具备所述起飞条件；

17、所述飞行辅助模块，用于根据所述实时气象信息和所述定位信息无人机库向所述无人机发送中止作业、更换作业地点、返航指令；

18、所述样品处理模块，用于对所述多点位水样进行存储并将所述多点位水样输送至所述样品处理子系统。

19、可选的，所述样品处理模块包括：样品对接单元、样品存储单元和样品进样单元；

20、所述样品对接单元，用于自动与所述无人机采集的所述多点位水样进行对接；

21、所述样品存储单元，用于将所述多点位水样存储在存储装置；

22、所述样品进样单元，用于将所述存储装置的所述多点位水样自动进样到自动监测站管路。

23、可选的，所述样品处理子系统包括：样品过滤模块、样品定容模块和样品分流模块；

24、所述样品过滤模块，用于对所述自动监测站管路的水样进行过滤处理；

25、所述样品定容模块，用于对过滤后的水样，根据点位及点位预设采样类型进行定容处理；

26、所述样品分流模块，用于将定容后的水样，根据所述预设采样类型分别分流至所述自动监测子系统。

27、可选的，所述自动监测子系统包括：水环境自动监测模块和水生态自动监测模块；

28、所述水环境自动监测模块，用于对所述处理后水样进行物理性指标自动监测和化学性指标自动监测，获取水环境监测数据，其中所述物理性指标包括水样的水温、溶解氧、ph值、浊度、透明度，所述化学性指标包括水样的氮、总磷、氨氮、硝酸盐氮、高锰酸盐指数、氯化物；

29、所述水生态自动监测模块，用于对所述处理后水样进行二次处理，并对二次处理后的水样进行浮游植物自动监测和浮游动物自动监测，获取水生态监测数据，其中所述二次处理为根据浮游植物、浮游动物水生态监测的类型进行过滤、固定和浓缩处理。

30、可选的，还包括信息传输子系统和水环境水生态监测预警平台；

31、所述信息传输子系统，用于将所述水环境水生态监测数据上传至水环境水生态监测预警平台；

32、所述水环境水生态监测预警平台，用于对所述水环境水生态监测数据进行存储、查询、趋势分析和集成展示。

33、可选的，所述水环境水生态监测预警平台包括：数据接收模块、数据存储模块、数据分析模块、数据查询模块、数据展示模块和系统管理模块；

34、所述数据接收模块，用于接收所述水环境水生态监测数据，以及所述无人机上传的视频或图片数据；

35、所述数据存储模块，用于将所述水环境水生态监测数据，以及无人机上传的视频或图片数据保存；

36、所述数据分析模块，用于对所述水环境水生态监测数据进行跨时空联合分析，获取水体的变化趋势；

37、所述数据查询模块，用于根据预设条件对所述水环境水生态监测数据进行查询；

38、所述数据展示模块，用于展示所述水环境水生态监测数据及风险研判结果；

39、所述系统管理模块，用于配置和管理系统的参数和作业计划。

40、另一方面还提供了一种无人值守的水环境和水生态监测方法，包括：

41、无人机根据预设任务进行样品采集工作，并将采集的多点位水样进行存储；

42、将无人机采集的所述多点位水样进行处理，分别对所述多点位水样进行水环境监测指标分析和水生态监测指标分析。

43、本发明的有益效果为：

44、(1)受限于水面通航等管理要求，相对于取水管路架设，通过无人机来进行多点采集水样的方式更加灵活和高效，而且取水管路长了会影响监测指标的精度；

45、(2)相对于增加自动监测站点的密度来达到多点位大范围监测的目标，本发明提及的系统可以在现有自动监测站点的基础上进行改造，极大地降低的建设和运维成本；

46、(3)本发明提及的系统可以有效地解决现有自动监测站水环境监测和水生态监测区域偏差较大的问题；

47、(4)本发明提及的系统不仅适用于现有自动监测站的改造，也可以应用于新建设站点，大幅提高水环境和水生态监测的范围；

48、(5)本发明提及的系统后期可以通过增加无人机载荷等方式，灵活地扩大相关监测指标。例如：通过搭载高光谱相机，可以实现较大范围水体的水质、水华指标监测，以及自然岸线率、植被覆盖率等指标的监测功能。

技术特征：

1.一种无人值守的水环境和水生态监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的无人值守的水环境和水生态监测系统，其特征在于，所述无人机采样子系统包括：飞行控制模块和多点采样模块；

3.根据权利要求2所述的无人值守的水环境和水生态监测系统，其特征在于，所述多点采样模块包括：环境信息采集单元和多路采样单元；

4.根据权利要求3所述的无人值守的水环境和水生态监测系统，其特征在于，所述无人机库子系统包括：任务设置模块、环境感知模块、飞行辅助模块、样品处理模块；

5.根据权利要求4所述的无人值守的水环境和水生态监测系统，其特征在于，所述样品处理模块包括：样品对接单元、样品存储单元和样品进样单元；

6.根据权利要求5所述的无人值守的水环境和水生态监测系统，其特征在于，所述样品处理子系统包括：样品过滤模块、样品定容模块和样品分流模块；

7.根据权利要求1所述的无人值守的水环境和水生态监测系统，其特征在于，所述自动监测子系统包括：水环境自动监测模块和水生态自动监测模块；

8.根据权利要求1所述的无人值守的水环境和水生态监测系统，其特征在于，还包括信息传输子系统和水环境水生态监测预警平台；

9.根据权利要求8所述的无人值守的水环境和水生态监测系统，其特征在于，所述水环境水生态监测预警平台包括：数据接收模块、数据存储模块、数据分析模块、数据查询模块、数据展示模块和系统管理模块；

10.一种无人值守的水环境和水生态监测方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及一种无人值守的水环境和水生态监测系统及方法，系统包括：无人机采样子系统，用于利用无人机采集多点位水样；无人机库子系统，用于控制所述无人机，并将所述多点位水样与自动监测站管路进行对接；样品处理子系统，用于所述自动监测站管路内所述多点位水样进行处理，获取处理后水样；自动监测子系统，用于对所述处理后水样的水环境指标和水生态指标进行自动监测，获取水环境水生态监测数据。本发明能够大幅提高水环境和水生态监测的范围。

技术研发人员：刘昔,李斌,徐陈勇,刘康,杨志健,黄青清
受保护的技术使用者：生态环境部长江流域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15