水域藻类监控抑藻增氧综合管理系统及管理方法

摘要

本发明涉及一种水域藻类监控抑藻增氧综合管理系统及管理方法，其中，管理系统包括：中控平台；若干巡查无人机，所述巡查无人机与所述中控平台无线通信连接、并搭载有水质检测机；至少一停机坪；若干停放于所述停机坪的重载无人机，所述重载无人机与所述中控平台无线通信连接、并搭载有夹装机构；若干增氧设备；若干停放于所述停机坪的监控无人机，所述监控无人机与所述中控平台无线通信连接；所述中控平台用于调用一重载无人机抓取至少一个增氧设备投放至水域内。本发明能够实现自动化水域监控及增氧设备投放，提高增氧设备投放的智能化程度，且监控投放过程更加便捷。

说明书

技术领域

本发明涉及水域水质净化技术领域，特别涉及一种水域藻类监控抑藻 增氧综合管理系统及管理方法。

背景技术

水中藻类聚集及大量繁殖后易发生水华现象，造成水体缺氧，影响河 湖水质，严重的还会造成河湖内鱼、虾等生物死亡，因此需要及时对藻类 进行清除。通过在河湖中放置增氧设备是除藻抑藻的主要手段之一，目前， 需要由人工定期乘船在水域内巡查来确定藻类聚集地，再由人工投放增氧 设备，人工工作量大，工作效率低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水域藻类监控抑藻增氧综合 管理系统及管理方法，具有投放智能化程度高的优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种水域藻类监控抑藻增氧综合管理系统，包括：

中控平台；

若干巡查无人机，所述巡查无人机与所述中控平台无线通信连接、并 搭载有水质检测机，用于定时按照预定航行路径对水域进行拍摄巡查、并 按照预定策略判断水域内的藻类聚集量，且当所述巡查无人机判断藻类聚 集量达到预定阈值时，控制所述水质检测机对相应水样进行取样检测以判 断水域水质，并当所述水质检测机判断水域水质达到预警阈值时，向所述 中控平台发送一报警信息，所述报警信息包含水质异常水域处的地理坐标；

至少一停机坪；

若干停放于所述停机坪的重载无人机，所述重载无人机与所述中控平 台无线通信连接、并搭载有夹装机构；

若干增氧设备；

若干停放于所述停机坪的监控无人机，所述监控无人机与所述中控平 台无线通信连接；

所述中控平台在接收到所述报警信息时，调用一重载无人机通过夹装 机构抓取至少一个增氧设备，并同时调用一监控无人机实时监控重载无人 机的工作状态，并根据所述地理坐标生成一投放路径，控制所述重载无人 机和所述监控无人机按照投放路径航行到所述地理坐标处，并在将增氧设 备投放完成后返回所述停机坪。

实现上述技术方案，使用时，通过中控平台控制巡查无人机搭载水质 检测机定时按照预定航行路径对水域进行拍摄巡查，巡查无人机根据拍摄 的水域图片或者视频初步判断水域内的藻类聚集量，当巡查无人机判断藻 类聚集量达到预定阈值时，即控制水质检测机对该水域进行采样检测，若 水质检测机检测到试样水质达到预定阈值时，即形成一报警信息发送至中 控平台，中控平台根据该报警信息同时调用一重载无人机和监控无人机，并根据报警信息中包含的地理坐标生成一投放路径，由重载无人机搭载夹 装机构抓取一增氧设备，随后重载无人机和监控无人机沿投放路径航行到 地理坐标处，将增氧设备投放到该地理坐标位置，从而实现自动化水域监 控及增氧设备投放，同时监控无人机可实时监控重载无人机的工作状态， 以便及时进行调控和预警，保证投放过程的精确度和稳定性。

作为本发明的一种优选方案，所述夹装机构包括：固定于所述重载无 人机底部的安装座、至少三组承载于所述安装座的夹爪、以及用于驱动各 所述夹爪相对夹紧或松弛的夹持驱动组件。

实现上述技术方案，通过夹持驱动组件驱动夹装相对夹紧或松弛，从 而实现对增氧设备的夹紧和投放。

作为本发明的一种优选方案，所述增氧设备包括：

用于漂浮在水面的防水外壳，所述防水外壳上设有向上延伸的引水喷 头，所述引水喷头上设有与所述夹爪相配合的夹装部；

设置在所述防水外壳底部的电动泵，所述电动泵的出水端连接有与所 述引水喷头密封连接的出水管；

设置在所述防水外壳内用于向所述电动泵提供工作电压的电源模块； 以及，

若干设置在所述防水外壳上表面、且与所述电源模块相连接的光伏板 组。

作为本发明的一种优选方案，所述光伏板组包括：若干依次相互转动 连接的太阳能光伏板、以及用于驱动各所述太阳能光伏板转动以调整展开 角度的动力驱动机构。

实现上述技术方案，设备投放至受污水域后，通过动力驱动机构驱动 各太阳能光伏板张开，电动泵启动，由电源模块向电动泵供电，电动泵将 湖水泵入出水管内，并由引水喷头向高空喷出，被喷出的湖水在空中与空 气充分接触，并融入一定的氧气后重新落回水域内，对湖水实现增氧，而 太阳能光伏板能够将太阳能转换为电能持续向电源模块供电，提高蓄电池 续航能力，延长设备的工作时长，提高净化效率，且投放过程更加简单方 便。

作为本发明的一种优选方案，所述防水外壳上设有铰接座，所述太阳 能光伏板的一端设有与所述铰接座相配合的第一转动座，所述太阳能光伏 板的另一端设有第二转动座，所述动力驱动机构包括：驱动电机、以及连 接于所述驱动电机的动力输出轴且固定于所述第一转动座的驱动轴，所述 驱动轴转动连接于所述铰接座或者所述第二转动座。

实现上述技术方案，通过驱动电机带动驱动轴转动，从而使得第一转 动座跟随转动轴一起转动，实现太阳能光伏板转动角度的调整。

作为本发明的一种优选方案，所述停机坪上设有若干用于供所述重载 无人机停放的停机架，所述停机架上设有用于容置所述夹装机构的容置口。

实现上述技术方案，通过停机架便于容置夹装机构及支撑重载无人机， 便于重载无人机的准确停放。

作为本发明的一种优选方案，所述中控平台包括固定控制站和移动控 制站，所述移动控制站搭载于一移动车辆。

实现上述技术方案，通过固定控制站和移动控制站相配合，便于实现 大面积水域范围内的水质和增氧设备的监控。

另一方面，本发明还提供一种水域藻类监控抑藻增氧综合管理方法， 所述方法基于上述任一技术方案所述的管理系统，包括：

巡查无人机搭载水质检测机定时按照预定航行路径对水域进行拍摄巡 查、并按照预定策略判断水域内的藻类聚集量；

所述巡查无人机判断藻类聚集量达到预定阈值时，控制所述水质检测 机对相应水样进行取样检测以判断水域水质，并当所述水质检测机判断水 域水质达到预警阈值时，向所述中控平台发送一报警信息，所述报警信息 包含水质异常水域处的地理坐标；以及，

所述中控平台依据所述报警信息调用一重载无人机通过夹装机构抓取 至少一个增氧设备，并将所述增氧设备投放至所述地理坐标处。

实现上述技术方案，能够实现自动化水域监控及增氧设备投放，提高 增氧设备投放的智能化程度，且监控投放过程更加便捷。

作为本发明的一种优选方案，所述将所述增氧设备投放至所述地理坐 标处具体包括：

所述中控平台根据所述地理坐标生成一投放路径，并同时调用一监控 无人机实时监控重载无人机的工作状态；

所述中控平台控制所述重载无人机和所述监控无人机按照投放路径航 行到所述地理坐标处；

所述重载无人机控制所述夹装机构打开将所述增氧设备投放至所述地 理坐标处；以及，

在投放完成后控制所述重载无人机和所述监控无人机返回停机坪。

实现上述技术方案，实现了增氧设备的精确投放。

作为本发明的一种优选方案，所述将所述增氧设备投放至所述地理坐 标处之后包括：

所述中控平台记录投放所述增氧设备的投放时间点，并定时控制所述 巡查无人机搭载水质检测机对该地理坐标处的水质进行检测；

当所述水质检测机检测到水质达标后，所述中控平台再次调用一重载 无人机和一所述监控无人机将所述增氧设备取回。

实现上述技术方案，便于及时将增氧设备取回供其他水域使用。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

本发明实施例通过提供一种水域藻类监控抑藻增氧综合管理系统及管 理方法，通过中控平台控制巡查无人机搭载水质检测机定时按照预定航行 路径对水域进行拍摄巡查，巡查无人机根据拍摄的水域图片或者视频初步 判断水域内的藻类聚集量，当巡查无人机判断藻类聚集量达到预定阈值时， 即控制水质检测机对该水域进行采样检测，若水质检测机检测到试样水质 达到预定阈值时，即形成一报警信息发送至中控平台，中控平台根据该报 警信息同时调用一重载无人机和监控无人机，并根据报警信息中包含的地 理坐标生成一投放路径，由重载无人机搭载夹装机构抓取一增氧设备，随 后重载无人机和监控无人机沿投放路径航行到地理坐标处，将增氧设备投 放到该地理坐标位置，从而实现自动化水域监控及增氧设备投放，同时监 控无人机可实时监控重载无人机的工作状态，以便及时进行调控和预警， 保证投放过程的精确度和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对 实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员 来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附 图。

图1为本发明实施例中管理系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中重载无人机及夹装机构的结构示意图。

图3为本发明实施例中增氧设备的结构示意图。

图4为本发明实施例中光伏板组的结构示意图。

图5为本发明实施例中管理方法的方法流程图。

图6为本发明实施例中投放增氧设备的方法流程图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、中控平台；11、固定控制站；12、移动控制站；2、巡查无人机； 21、水质检测机；3、停机坪；31、停机架；4、重载无人机；5、夹装机构； 51、安装座；52、夹爪；53、夹持驱动组件；6、增氧设备；61、防水外壳； 611、引水喷头；612、铰接座；613、浮体；614、搁置块；615、支撑架； 616、夹装部；62、电动泵；621、出水管；622、密封环；63、电源模块； 64、光伏板组；641、太阳能光伏板；6411、第一转动座；6412、第二转动 座；642、动力驱动机构；6421、驱动电机；6422、驱动轴；7、监控无人 机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的 范围。

实施例

一种水域藻类监控抑藻增氧综合管理系统，如图1至图4所示，包括： 中控平台1；若干巡查无人机2，巡查无人机2与中控平台1无线通信连接、 并搭载有水质检测机21，用于定时按照预定航行路径对水域进行拍摄巡查、 并按照预定策略判断水域内的藻类聚集量，且当巡查无人机2判断藻类聚 集量达到预定阈值时，控制水质检测机21对相应水样进行取样检测以判断 水域水质，并当水质检测机21判断水域水质达到预警阈值时，向中控平台 1发送一报警信息，报警信息包含水质异常水域处的地理坐标；至少一停 机坪3；若干停放于停机坪3的重载无人机4，重载无人机4与中控平台1 无线通信连接、并搭载有夹装机构5；若干增氧设备6；若干停放于停机坪 3的监控无人机7，监控无人机7与中控平台1无线通信连接。

中控平台1在接收到报警信息时，调用一重载无人机4通过夹装机构 5抓取至少一个增氧设备6，并同时调用一监控无人机7实时监控重载无人 机4的工作状态，并根据地理坐标生成一投放路径，控制重载无人机4和 监控无人机7按照投放路径航行到地理坐标处，并在将增氧设备6投放完 成后返回停机坪3。

具体的，如图1所示，中控平台1包括固定控制站11和移动控制站 12，移动控制站12搭载于一移动车辆，固定控制站11和移动控制站12均 包括中控服务器、多屏显示系统、接入交换机等控制设备，由中控服务器 进行数据的集中采集、处理和存储，对巡查无人机2、重载无人机4和监 控无人机7进行集中的调用和控制，由多屏显示系统进行巡查无人机2、 重载无人机4和监控无人机7工作状态的显示，由接入交换机可以与无线 通讯设备等装置相连接，实现中控服务器与巡查无人机2、重载无人机4 和监控无人机7的数据通讯，通过固定控制站11和移动控制站12相配合， 便于实现大面积水域范围内的水质和增氧设备6的监控。

如图2所示，夹装机构5包括：固定于重载无人机4底部的安装座51、 至少三组承载于安装座51的夹爪52、以及用于驱动各夹爪52相对夹紧或 松弛的夹持驱动组件53，夹爪52铰接于安装座51，夹持驱动组件53包括 夹持电机和固定于夹持电机的动力输出轴的收卷轮，收卷轮上收卷有拉绳， 拉绳扣接于夹爪52的驱动端，通过夹持电机驱动收卷轮将拉绳收卷可放出， 即可实现夹爪52的相对夹紧或松开，实现对增氧设备6的夹紧和投放；在 一些实施例中夹装机构5也可以采用现有的电动夹具。

如图3和图4所示，增氧设备6包括：用于漂浮在水面的防水外壳61， 防水外壳61上设有向上延伸的引水喷头611，引水喷头611上设有与夹爪 52相配合的夹装部616；设置在防水外壳61底部的电动泵62，电动泵62 的出水端连接有与引水喷头611密封连接的出水管621；设置在防水外壳 61内用于向电动泵62提供工作电压的电源模块63；以及，若干设置在防 水外壳61上表面、且与电源模块63相连接的光伏板组64。

具体的，光伏板组64包括：若干依次相互转动连接的太阳能光伏板 641、以及用于驱动各太阳能光伏板641转动以调整展开角度的动力驱动机 构642，在防水外壳61上设有铰接座612，太阳能光伏板641的一端设有 与铰接座612相配合的第一转动座6411，太阳能光伏板641的另一端设有 第二转动座6412，动力驱动机构642包括：驱动电机6421、以及连接于驱 动电机6421的动力输出轴且固定于第一转动座6411的驱动轴6422，驱动 轴6422转动连接于铰接座612或者第二转动座6412，通过驱动电机6421 带动驱动轴6422转动，从而使得第一转动座6411跟随转动轴一起转动， 实现太阳能光伏板641转动角度的调整。

在引水喷头611上固定有搁置块614，光伏板组64在收拢状态下搭接 于搁置块614，光伏板收拢状态为各太阳能光伏板641相贴合，且最内侧 的太阳能光伏板641向内倾斜，通过设置搁置块614供光伏板组64搭接， 能够提高光伏板组64在收拢状态下的稳定性；同时，在防水外壳61上固 定有向往延伸的支撑架615，光伏板组64在完全展开状态下搭接于支撑架615，光伏板组64完全展开状态为各太阳能光伏板641首尾相接且夹角为°、 并向外倾斜，倾斜角度可以根据实际需求设置，如45°、60°等角度，通 过设置支撑架615供光伏板组64在展开状态下搭接，从而提高光伏板组 64在使用状态下的稳定性。

在出水管621的端部设有密封环622，密封环622与引水喷头611密 封连接，密封环622与引水喷头611之间、密封环622与出水管621之间、 出水管621与防水外壳61之间均通过密封胶粘接密封，通过密封环622便 于出水管621与引水喷头611之间实现密封连接。

进一步的，在防水外壳61的底部还设有浮体613，浮体613为浮动环 和/或浮动块，浮体613可以由泡沫材料、塑料材料或者木材制成，且浮体 613内部还可以设置为空心结构，以增加浮力，在一些实施例中，浮体613 还可以由气囊代替，通过设置浮体613能够提高设备整体的浮力，防止设 备下沉。

增氧设备6可集中放置于停机坪3一侧，通过重载无人机4夹取增氧 设备6，将增氧设备6投放至受污水域后，通过动力驱动机构642驱动各 太阳能光伏板641张开，电动泵62启动，由电源模块63向电动泵62供电， 电动泵62将湖水泵入出水管621内，并由引水喷头611向高空喷出，被喷 出的湖水在空中与空气充分接触，并融入一定的氧气后重新落回水域内， 对湖水实现增氧，而太阳能光伏板641能够将太阳能转换为电能持续向电 源模块63供电，提高蓄电池续航能力，延长设备的工作时长，提高净化效 率，且投放过程更加简单方便。

在停机坪3上设有若干用于供巡查无人机2、重载无人机4及监控无 人机7停放的停机位，其中对应重载无人机4上设置有若干停机架31，停 机架31上设有用于容置夹装机构5的容置口，通过停机架31便于容置夹 装机构5及支撑重载无人机4，便于重载无人机4的准确停放，防止夹装 机构5直接接触停机坪3造成重载无人机4停放不稳定。

使用时，通过中控平台1控制巡查无人机2搭载水质检测机21定时按 照预定航行路径对水域进行拍摄巡查，巡查无人机2根据拍摄的水域图片 或者视频初步判断水域内的藻类聚集量，当巡查无人机2判断藻类聚集量 达到预定阈值时，即控制水质检测机21对该水域进行采样检测，若水质检 测机21检测到试样水质达到预定阈值时，即形成一报警信息发送至中控平 台1，中控平台1根据该报警信息同时调用一重载无人机4和监控无人机7，并根据报警信息中包含的地理坐标生成一投放路径，由重载无人机4搭载 夹装机构5抓取一增氧设备6，随后重载无人机4和监控无人机7沿投放 路径航行到地理坐标处，将增氧设备6投放到该地理坐标位置，从而实现 自动化水域监控及增氧设备6投放，同时监控无人机7可实时监控重载无 人机4的工作状态，以便及时进行调控和预警，保证投放过程的精确度和 稳定性。

相应的，本发明实施例还提供一种水域藻类监控抑藻增氧综合管理方 法，该方法基于上述的管理系统，如图5和图6所示，包括：

S100、巡查无人机2搭载水质检测机21定时按照预定航行路径对水域 进行拍摄巡查、并按照预定策略判断水域内的藻类聚集量。

藻类聚集量可以根据巡查无人机2拍摄的照片及视频与中控平台1内 存储的图片进行对比，如对比水域的阴影程度、颜色等，通过对比结果判 断藻类聚集量，对于水域复杂的情况，也可通过管控人员干预进行判断。

S200、巡查无人机2判断藻类聚集量达到预定阈值时，控制水质检测 机21对相应水样进行取样检测以判断水域水质，并当水质检测机21判断 水域水质达到预警阈值时，向中控平台1发送一报警信息，报警信息包含 水质异常水域处的地理坐标。

水质检测机21可以在采样后直接进行水样测试，或者有巡查无人机2 将水样取回控制中心进行检测，由人工进行相应的水质检测工作后，判断 该水域水质是否合格，若不合格，向中控平台1发送该报警信息，报警信 息中还可包括如水质测试数据、污染程度等信息。

S300、中控平台1依据报警信息调用一重载无人机4通过夹装机构5 抓取至少一个增氧设备6，并将增氧设备6投放至地理坐标处。

中控平台1可以通过报警信息，根据污染程度，选用不同型号的重载 无人机4并抓取相应的增氧设备6，如污染程度较低时，可以选用较小型 的重载无人机4搭载轻型增氧设备6，在污染程度较高是，可以选用重型 的重载无人机4搭载大型增氧设备6。

其中，将增氧设备6投放至地理坐标处具体包括：

S301、中控平台1根据地理坐标生成一投放路径，并同时调用一监控 无人机7实时监控重载无人机4的工作状态，监控无人机7可以对重载无 人机4进行拍摄监控，如监控重载无人机4运行路径是否正确、增氧设备 6是否遗失、增氧设备6投放位置是否正确、投放后是否运行正常等，保 证增氧设备6能够精确投放。

S302、中控平台1控制重载无人机4和监控无人机7按照投放路径航 行到地理坐标处。

S303、重载无人机4控制夹装机构5打开将增氧设备6投放至地理坐 标处。

S304、在投放完成后控制重载无人机4和监控无人机7返回停机坪3。

S400、增氧设备6投放完成后，中控平台1记录投放增氧设备6的投 放时间点，并定时控制巡查无人机2搭载水质检测机21对该地理坐标处的 水质进行检测；当水质检测机21检测到水质达标后，中控平台1再次调用 一重载无人机4和一监控无人机7将增氧设备6取回，以便于及时将增氧 设备6取回供其他水域使用。

通过上述步骤，能够实现自动化水域监控及增氧设备6投放，提高增 氧设备6投放的智能化程度，且监控投放过程更加便捷。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使 用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显 而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的 情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的 这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的 范围。