一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统及采样方法与流程

本发明涉及水样定深采集，具体涉及一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统及采样方法。

背景技术：

1、水质采样调查，是准确反应水质状况的重要手段，为水环境监测、水环境保护、水环境治理提供了重要的科学依据。水质采样调查多采用岸边取水和乘船取水方式。岸边取水，采样结果无法反应整个断面的水质情况，无法对研究区水域进行完整、全面的表述；乘船采样可能受到风浪影响，人员的工作环境存在危险。

2、公告号为cn111397967b的专利文献公开了一种基于多旋翼无人机的湖库水样定点分层采集技术，该水样采集技术利用无人机将水样采集瓶将吊放至水面以下，并通过水泵抽吸在水样采集瓶内形成负压，从而完成定深水样的采集。但由于无人机电池容量限制，搭载抽吸泵的方式会增加电量消耗，进而降低获得的样品体积；同时，上述水样采集技术也未考虑水流对水样采集瓶采样深度的影响，导致水样采集深度误差较大。

3、因此，如何提高无人机定深水样采集技术的实用性，就成了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于针对上述技术问题而提供一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统。

2、本发明所采用的技术方案为：一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，包括：

3、多旋翼无人机，所述多旋翼无人机的底部安装有放线轮；

4、水样采集筒，所述水样采集筒的两端安装有能够自动打开和闭合的盖板；

5、连接绳，所述连接绳的顶端缠绕于放线轮上，所述连接绳的底端与水样采集筒的连接架固定连接；

6、位置检测单元，所述位置检测单元固定安装在放线轮的正下方并套设在连接绳上，且所述位置检测单元能够检测连接绳的角度信息和放线长度信息；

7、水面检测单元，所述水面检测单元安装在水样采集筒底部，且所述水面检测单元能够检测水面位置信息；

8、控制单元，所述控制单元与水面检测单元电信号连接，且所述控制单元能够根据水面信息控制盖板自动打开，所述控制单元与位置检测单元电信号连接，且所述控制单元能够根据角度信息和放线长度信息计算水样采集筒的位置信息并控制放线轮的转动。

9、优选的，所述水样采集筒包括筒体、盖板、导气管、顶盖组件和驱动组件，所述筒体的两端开口，两个所述盖板一一对应安装于筒体的两端，且所述盖板通过扭簧与筒体连接；所述顶盖组件设置在筒体的内腔中，且所述顶盖组件与筒体内壁固定连接，所述筒体一侧的筒壁成型有容置腔，所述导气管的一端与顶盖组件连通，所述导气管的另一端与容置腔连通，所述驱动组件安装在容置腔中，且所述驱动组件能够将容置腔内的空气压入顶盖组件并使顶盖组件竖向顶升盖板。

10、优选的，所述驱动组件包括永磁铁、第一复位弹簧和电磁铁，所述电磁铁固定安装在容置腔底部，所述永磁铁位于电磁铁上方并与容置腔密封滑动连接，所述第一复位弹簧连接在永磁铁和电磁铁之间，且所述电磁铁与控制单元电信号连接。

11、优选的，所述顶盖组件包括固定块、第二复位弹簧和顶杆，所述固定块上成型有一端开口的竖向滑槽，所述顶杆的一端密封滑动连接在竖向滑槽中，所述第二复位弹簧固定连接在固定块和顶杆之间。

12、优选的，所述筒体一侧安装有取水组件，所述取水组件包括取水管、驱动块和封堵板，所述取水管的一端贯穿筒体，所述封堵板设置在取水管内部，且所述封堵板的底端通过扭簧与取水管内壁连接，所述驱动块与封堵板的一侧固定连接，且所述驱动块具有一驱动斜面，所述驱动斜面的下方设有升降推杆，所述升降推杆的底端轴向延伸至容置腔。

13、优选的，所述筒体内腔的两端均设有过滤组件，所述过滤组件包括过滤盘、连接弹簧和支撑板，所述过滤盘水平设置在筒体内腔中，多个所述支撑板圆周均布于筒体内壁上，且所述连接弹簧固定连接在支撑板和过滤盘之间。

14、优选的，所述顶盖组件还包括一连接导向杆，所述连接导向杆的一端与顶杆固定连接，另一端轴向延伸贯穿所述固定块并与过滤盘抵接。

15、优选的，位于底部的所述盖板内部开设有水平滑槽，所述水平滑槽的内部密封滑动连接有滑块，所述盖板的侧壁开设有与水平滑槽连通的出气孔，所述滑块远离出气孔的一侧与水平滑槽的内壁之间固定连接有弹性绳。

16、优选的，所述筒体的内壁两端均固定连接有第一密封圈，所述第一密封圈的上开设有环形槽，所述盖板上固定连接有与环形槽卡接的第二密封圈。

17、本发明的另一目的在于提供一种基于多旋翼无人机的定深水样采集方法，使用的是上述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，所述采集方法包括如下步骤：

18、s1：控制所述多旋翼无人机将水样采集筒吊运至水样采集区域上方；

19、s2：通过控制所述放线轮转动下放水样采集筒；

20、s3：通过所述水面检测单元检测水样采集筒下放至水样采集区域水面的水面位置信息，自动打开水样采集筒两端的盖板，并通过位置检测单元获取连接绳的角度信息a和放线长度信息l1；

21、s4：通过所述实时角度信息b和实时放线长度信息l2计算出水样采集筒的实时位置信息h3，并判断所述实时位置信息h3与预设采样水深信息是否相同；若是，则控制水样采集筒两端的盖板关闭，并控制所述放线轮上拉水样采集筒；若否，则继续下放所述水样采集筒；

22、其中，h3＝l2×cosb-l1×cosa。

23、本发明的有益效果：

24、本发明利用余弦函数，通过连接绳将水样采集筒悬挂于多旋翼无人机的下方，并在多旋翼无人机的下方固定安装有位置检测单元，该位置检测单元套设在连接绳上并能够检测连接绳的实时角度信息和实时放线长度信息，配合安装在水样采集筒底部的水面检测单元，可通过对水样采集筒的两次位置计算，准确得到水样采集筒的采样深度，进而保证采用精确度。

1.一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，所述水样采集筒(200)包括筒体(210)、盖板(220)、导气管(230)、顶盖组件(240)和驱动组件(250)，所述筒体(210)的两端开口，两个所述盖板(220)一一对应安装于筒体(210)的两端，且所述盖板(220)通过扭簧与筒体(210)连接；所述顶盖组件(240)设置在筒体(210)的内腔中，且所述顶盖组件(240)与筒体(210)内壁固定连接，所述筒体(210)一侧的筒壁成型有容置腔(211)，所述导气管(230)的一端与顶盖组件(240)连通，所述导气管(230)的另一端与容置腔(211)连通，所述驱动组件(250)安装在容置腔(211)中，且所述驱动组件(250)能够将容置腔(211)内的空气压入顶盖组件(240)并使顶盖组件(240)竖向顶升盖板(220)。

3.根据权利要求2所述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，所述驱动组件(250)包括永磁铁(251)、第一复位弹簧(252)和电磁铁(253)，所述电磁铁(253)固定安装在容置腔(211)底部，所述永磁铁(251)位于电磁铁(253)上方并与容置腔(211)密封滑动连接，所述第一复位弹簧(252)连接在永磁铁(251)和电磁铁(253)之间，且所述电磁铁(253)与控制单元电信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，所述顶盖组件(240)包括固定块(241)、第二复位弹簧(242)和顶杆(243)，所述固定块(241)上成型有一端开口的竖向滑槽(244)，所述顶杆(243)的一端密封滑动连接在竖向滑槽(244)中，所述第二复位弹簧(242)固定连接在固定块(241)和顶杆(243)之间。

5.根据权利要求3所述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，所述筒体(210)一侧安装有取水组件(260)，所述取水组件(260)包括取水管(261)、驱动块(262)和封堵板(263)，所述取水管(261)的一端贯穿筒体(210)，所述封堵板(263)设置在取水管(261)内部，且所述封堵板(263)的底端通过扭簧与取水管(261)内壁连接，所述驱动块(262)与封堵板(263)的一侧固定连接，且所述驱动块(262)具有一驱动斜面，所述驱动斜面的下方设有升降推杆(264)，所述升降推杆(264)的底端轴向延伸至容置腔(211)。

6.根据权利要求4所述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，所述筒体(210)内腔的两端均设有过滤组件(270)，所述过滤组件(270)包括过滤盘(271)、连接弹簧(272)和支撑板(273)，所述过滤盘(271)水平设置在筒体(210)内腔中，多个所述支撑板(273)圆周均布于筒体(210)内壁上，且所述连接弹簧(272)固定连接在支撑板(273)和过滤盘(271)之间。

7.根据权利要求6所述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，所述顶盖组件(240)还包括一连接导向杆(245)，所述连接导向杆(245)的一端与顶杆(243)固定连接，另一端轴向延伸贯穿所述固定块(241)并与过滤盘(271)抵接。

8.根据权利要求2所述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，位于底部的所述盖板(220)内部开设有水平滑槽(221)，所述水平滑槽(221)的内部密封滑动连接有滑块(222)，所述盖板(220)的侧壁开设有与水平滑槽(221)连通的出气孔(223)，所述滑块(222)远离出气孔(223)的一侧与水平滑槽(221)的内壁之间固定连接有弹性绳(224)。

9.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，所述筒体(210)的内壁两端均固定连接有第一密封圈(212)，所述第一密封圈(212)的上开设有环形槽，所述盖板(220)上固定连接有与环形槽卡接的第二密封圈(225)。

10.一种基于多旋翼无人机的定深水样采集方法，使用的是权利要求1-9任意一项所述的一种基于多旋翼无人机的定深水样采集系统，其特征在于，所述采集方法包括如下步骤：