CN113311129A - 一种自动化河道水质监测预警装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化河道水质监测预警装置及其使用方法，动力装置为整体装置在河道中的移动提供动力，控制并记录集成监测预警装置的移动地理坐标。集成监测预警装置包括浊度、电导率及流速三个监测模块。其中，浊度监测模块利用感光传感器测量激光发射器产生的激光光束在水中的散射程度获取河道水体浊度，电导率监测模块通过测量河道水体电阻获取河道水体电导率的监测信息，流速监测模块通过激光粒子成像技术观测水体中颗粒的位移实现对河道水体的流速监测。该装置的特点是通过光学原理的组合技术，实现了浊度监测模块、电导率监测模块、流速监测模块等多种河道水质参数的同步自动监测，进而可实现对河道水质的实时综合评价。

Description

一种自动化河道水质监测预警装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及河道水质监测预警领域，尤其涉及一种自动化河道水质监测预警装置及其使用方法，用于远程自动监测河道不同地理坐标、不同水深下的多种河道水质参数，并基于监测参数结果进行水质预警。

背景技术

河道通常具备区域供水的功能，因此，河道水质的安全保证是河道管理的一项重要工作。河道水质监测预警对于河道的管理者而言是一项关键的任务，其对于保障河道水质安全有至关重要的作用。因此，寻求一种高效、稳定、低成本的河道水质监测预警手段，是相关运行管理人员以及研究人员的关注重点，对保障河道供水安全有重大意义。

河道水质的监测预警主要有监测数据采集和水质预警两个主要部分，水质预警建立在对大量水质参数监测数据的分析之上。常规的河道水质监测方法通常有实验室取样检测和现场监测两大类，其中，实验室取样检测由于其分析速度缓慢、操作复杂、样本可能有二次污染风险等特点，逐渐无法满足现阶段河道水质保障的任务；而河道水质现场监测实时、可靠、快捷的诸多优点，使其在河道水质监测领域有更好的发展前景。常规的河道水质现场监测方法，通常是在固定位置布设单一参数的监测装置。目前，水质现场监测存在两个技术难题：第一，由于河道蜿蜒修长，较难实现对河道水质情况的全面监测和了解，现有的固定测点水质监测方法无法全面的实时反映不同位置、深度的水质情况，而采用巡回船只定点采点，同样难以精确的获得任意一点的水质监测结果，同时巡回船只定点采点监测成本较高，监测频率难以保证；第二，由于反映水质特点的参数较多，通常全面***的水质监测需要涉及多种监测设备，无法通过单一功能的水质监测装置完成，因此全面的水质监测工作需要安装多种监测装置，同时需要多名技术人员参与，工作量相当繁重。

针对上述问题，本发明旨在提供一种可以自动化同步自动监测多种水质参数，且可以实现河道任意坐标、任意深度实时监测预警的集成装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化河道水质监测预警装置及其使用方法，利用装载在控制盒中的螺旋桨，发电机，控制PC机及GPS定位装置，控制并记录装置的实时位置，实现对河道全区域监测，并且，根据电学、光学、力学原理，集合激光发射器、感光传感器、应力传感器、高清摄像机、电压表及电流表等部件对河道水质的多种水质监测参数进行采集，以解决传统河道水质监测覆盖区域有限，无法实现多参数同步自动监测的不足。另外，基于存储于数据存储器中的水质参数数据，开展河道水质的综合分析，并根据水质参数监测结果对河道水质进行预警。为了达到上述目的，本发明公开了一种自动化河道水质监测预警装置及其使用方法，动力装置为整体装置在河道中的移动提供动力，控制并记录集成监测预警装置的移动地理坐标。集成监测预警装置包括浊度、电导率及流速三个监测模块。其中，浊度监测模块利用感光传感器测量激光发射器产生的激光光束在水中的散射程度获取河道水体浊度，电导率监测模块通过测量河道水体电阻获取河道水体电导率的监测信息，流速监测模块通过激光粒子成像技术观测水体中颗粒的位移实现对河道水体的流速监测。该装置的特点是通过光学原理的组合技术，实现了浊度监测模块、电导率监测模块、流速监测模块等多种河道水质参数的同步自动监测，进而可实现对河道水质的实时综合评价，并基于水质监测参数结果进行水质预警。同时，动力装置扩展了河道水质监测的测量范围，动力装置用于采集水质监测的实时地理坐标，构建反映河道水质的多参数三维空间监测数据。

本发明提供了一种自动化河道水质监测预警装置及其使用方法，该装置包括：动力装置和集成监测预警装置，集成监测预警装置由浊度监测模块、电导率监测模块和流速监测模块组成；所述的动力装置为监测装置提供在水中移动的动力并记录监测装置的地理坐标，包括一个控制盒，四个螺旋桨，四台发电机，一台控制PC机，一套GPS定位装置，一个滑轮支架，一个圆形滑轮，一条钢丝绳和一个钢丝绳滚轮；所述的浊度监测模块利用感光传感器测量散射光束在水中的散射程度实现对河道水体浊度进行监测，通过对单位体积水体称重监测河道水体中大颗粒悬浮物的质量，包括一个LED灯，一个LED灯蓄电池，一个清洁毛刷，一个感光片，一个光信号处理器，一个固定架，一个金属螺纹接口，一个防水密封箱，一个防水玻璃板，一个压力传感器，一个自动注水口，一个注水开关控制器，一个细密的滤网，一个出水口和一个水箱；所述的电导率监测模块通过测量溶液电阻实现对河道水体电导率的监测，包括一个导水箱，一个塑料绝缘隔水板，一个电流计，一个电压计，一个数据存储器，一个一号电极，一个二号电极，一个电源，一条导线，一条塑料软管，一个抽水泵，一个大号圆形转轴，一个转轴固定架，一个自动出水口和一个出水开关控制器；所述的流速监测模块通过激光粒子成像技术进行河道水体流速监测，包括一个图片存储器，一个防水外装盒，一个相机外接蓄电池，一个激光蓄电池，一条激光发射器电源线，一个激光发射器，一个透明有机玻璃防水板，一个聚光凸透镜，一个固定支架，一个60度三角锥，一台ccd相机，一个流速计，一个流速计支架，一条相机数据线和一条相机电源线。

优选地，所述的动力装置中，所述的控制盒材质为ABS塑料，其长度为50~80cm，宽度为30~50cm，高度为20~40cm，厚度为1~2cm；所述的四个螺旋桨安装于控制盒边缘，互相间隔90度，其功率为20~50马力；所述的四台发电机安装于控制盒内的螺旋桨旁，为螺旋桨提供动力，其输出电压为220V，功率为3kW~6kW；所述的控制PC机安装于控制盒内，其电源电压为220V；所述的GPS定位装置安装于控制盒内，实时记录装置的地理坐标；所述的滑轮支架安装于控制盒上部用于固定圆形滑轮，其材质为不锈钢，厚度为5~10mm；所述的圆形滑轮材质为不锈钢，其厚度为2~5mm；所述的钢丝绳用于连接速度监测模块，其截面直径为1~5mm；所述的钢丝绳滚轮用于缠放钢丝绳，其直径为3~5cm；

优选地，所述的浊度监测模块中，所述的LED灯用于产生透射光线源，其光通量为0~20000lm；所述的LED灯蓄电池为LED灯提供电源，其容量为1~5AH；所述的清洁毛刷用于清洁防水玻璃板，其材质为聚酯纤维，其长度为1~2cm；所述的感光片安装于防水玻璃板内侧，内部有电源装置，其工作电压为3.3~5.5V，其光通量测量范围为0~20000lm；所述的光信号数据分析装置用于存储感光片的监测数据；所述的固定架用于连接浊度监测模块与动力模块，其材质为不锈钢，其厚度为3~10mm；所述的金属螺纹接口用于连接塑料软管与固定架，其材质为不锈钢，其直径为1~2cm；所述的防水密封箱材质为ABS塑料，其厚度为5~15mm；所述的防水玻璃板材质为有机玻璃，其厚度为5~10mm；所述的压力传感器用于测量水箱中含大颗粒悬浮物的水体重量，内置电源，其工作电压为9~24V；所述的自动注水口用于向水箱内注水，其长度为3~7cm，其宽度为3~5cm；所述的注水开关控制器用于控制自动注水口的开合，内置电源，其工作电压为3~10V；所述的滤网用于过滤水体中的漂浮物，其材质为不锈钢；所述的出水口用于排出水箱中的水体，其直径为1~3cm；所述的水箱用于盛放水体，其材质为ABS塑料，其长度为30~50cm，其宽度为20~40cm，高度为15~30cm；

优选地，所述的电导率监测模块中，所述的导水箱用于盛放河道水体，其材质为PVC，其长度为30~50cm，其宽度为20~40cm，其高度为15~30cm，其厚度为5~7mm；所述的塑料绝缘隔水板材质为PVC，其长度为15~30cm，其宽度为10~15cm，其厚度为3~5mm；所述的电流计用于测量电路电流，其量程为1~5A；所述的电压表用于测量电路电压，其量程为1~5V；所述的数据存储器用于存放电路数据，内置电源，其内存1~5G；所述的一号电极为输入电流端，其材质为钨铜合金，厚度为0.5~1mm；所述的二号电极为输出电流端，其材质为钨铜合金，厚度为0.5~1mm；所述的电源用于提供装置中的电流，其电压范围为1~5V；所述的导线用于连接电源和两个电极，其长度为10~20cm；所述的塑料软管用于存放水体，其材质为PVC，其厚度为1~3mm；所述的抽水泵用于抽放塑料软管中的水体，其工作功率为5V，其工作扬程为1~3m，所述的大号圆形转轴，其材质为不锈铝，其直径为5~7cm，长度为30~70cm；所述的转轴固定架用于固定大号圆形转轴，其材质为不锈钢，其厚度为7~10mm；所述的自动出水口用于排空导水箱内水体，其长度为3~7cm，其宽度为3~5cm；所述的出水开关控制器用于控制出水口闭合，内置电源，其工作电压为3~10V；

优选地，所述的流速监测模块中，所述的图片存储器固定在防水外装盒内部，其内存为1~5G；所述的防水外装盒材质为ABS塑料，其厚度为5~15mm；所述的相机外接蓄电池为ccd相机提供电源，其容量为1~5AH；所述的激光蓄电池为激光发射器提供电源，其容量为1~5AH；所述的激光发射器电源线连接激光蓄电池和激光发射器，其长度为10~30cm；所述的激光发射器用于产生激光束，其功率为4kW ~10kW；所述的透明有机玻璃防水板，其材质为有机玻璃，厚度为4~8mm；所述的聚光凸透镜用于对激光束的聚焦，安装于固定支架上，其焦距为40~60mm；所述的固定支架用于安装固定聚光凸透镜及60度角锥，其材质为不锈钢，厚度为5~10mm；所述的60度角锥用于对激光束扩散，其扩散角度为60度；所述的ccd相机用于拍摄水下高清视频，600万物理像素，最高拍摄频率为40fps；所述的流速计用于测量装置左右方向流速，内置电源，其工作电压范围为5~12V；所述的流速计支架安装在防水外装盒外部，其材质为PVC，其厚度为1~3mm；所述的相机数据线连接ccd相机和图片存储器，其长度为20~30cm；所述的相机电源线连接ccd相机和相机外接蓄电池，其长度为20~30cm；

所述的一种自动化河道水质监测预警装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将四组螺旋桨与发电机分别连接，将控制PC机和GPS定位装置和连接好的螺旋桨与发电机分别固定在控制盒中。

（2）将滑轮支架与钢丝绳滚轮固定在控制盒上部，将圆形滑轮安装在滑轮支架上，将钢丝绳缠绕于钢丝绳滚轮上，绕过圆形滑轮用于连接流速监测模块防水外装盒。

（3）将导水箱固定在控制盒上部，导水箱侧边安装有自动出水口，并配有出水开关控制器，将塑料绝缘隔水板安装于导水箱内部，通过导线连接电源，一号电极，二号电极，电压表和电流表形成工作电路，工作电路与数据存储器安装于导水箱底部无水区域。

（4）将水箱安装于导水箱上部，水箱上部设置有自动注水口，并配有注水开关控制器，水箱底部设置出水口，将压力传感器安装于水箱底部，滤网安装于水箱内部。

（5）将转轴固定架安装于水箱侧部，大号圆形转轴安装于转轴固定架上，将塑料软管一端安置于导水箱一侧，一端缠绕于大号圆形转轴上，通过金属螺纹接口和固定架于水泵连接。

（6）将LED灯及LED灯蓄电池安装于防水密封箱内部左侧，将感光片及光信号处理器安装于防水密封箱内部右侧，将防水玻璃板安装在防水密封箱边缘，清洁毛刷安装于防水密封箱外部。

（7）将ccd相机固定在防水外装盒上，分别通过相机电源线和相机数据线连接ccd相机与相机外接蓄电池和图片存储器，安装透明有机玻璃防水板，将流速计通过流速计支架安装在防水外装盒外部。

（8）安装固定支架，将60度三角锥和聚光凸透镜安装在固定支架上，将激光发射器与激光蓄电池安装于防水外装盒底部，通过激光发射器电源线接通激光蓄电池与激光发射器。

（9）通过金属螺纹接口及固定架分别连接塑料软管与防水密封箱及钢丝绳与防水外装盒，完成装置的整体组装。

（10）将整个装置放入河道水体中，远程控制控制PC机对装置的移动路线进行控制，各个监测模块开始采集监测数据并存储至相应的数据存储器中。

（11）监测结束后，工作人员提取出数据存储器中的各项监测数据，结合监测装置移动路线构建河道水质多参数三维空间监测信息库，分析数据，并且根据各项监测数据进行风险评估分析，基于分析结果工作人员发布相应水质预警结果。

本专利的有益效果在于：首先通过光学原理的组合技术，实现了浊度监测模块、电导率监测模块、流速监测模块等多种河道水质参数的同步自动监测，进而可实现对河道水质的实时综合评价，并基于水质监测参数结果进行水质预警。同时，动力装置扩展了河道水质监测的测量范围，动力装置用于采集水质监测的实时地理坐标，构建反映河道水质的多参数三维空间监测数据。

附图说明

图1是本发明装置正视图；

图2是本发明装置A-A截面图；

图3是本发明装置流速监测模块光学***图（截面B-B）；

图4是本发明装置俯视图（截面C-C）；

图5是本发明装置过滤网示意图（截面D-D）；

图6是本发明装置E-E截面图；

图7是本发明装置使用流程图；

其中，a1为控制盒，a2为螺旋桨，a3为发电机，a4为控制pc机，a5为GPS定位装置，a6为滑轮支架，a7为圆形滑轮，a8为钢丝绳，a9为钢丝绳滚轮，b1为LED灯，b2为LED灯蓄电池，b3为清洁毛刷，b4为感光片，b5为光信号处理器，b6为固定架，b7为金属螺纹接口，b8为防水密封箱，b9为防水玻璃板，b10为压力传感器，b11为自动注水口，b12为注水开关控制器，b13为滤网，b14为出水口,b15为水箱，c1为导水箱，c2塑料绝缘隔水板，c3为电流计，c4为电压计，c5为数据存储器，c6为一号电极，c7为二号电极，c8 为电源，c9为导线，c10为塑料软管，c11为抽水泵，c12为大号圆形转轴，c13为转轴固定架，c14为自动出水口，c15为出水开关控制器，d1为图片存储器，d2为防水外装盒，d3为相机外接蓄电池，d4为激光蓄电池，d5为激光发射器电源线， d6为激光发射器，d7为透明有机玻璃防水板，d8为聚光凸透镜，d9为固定支架，d10为60度三角锥，d11为ccd相机，d12为流速计，d13为流速计支架，d14为相机数据线，d15为相机电源线。

具体实施方式

以下结合附图详细叙述本发明专利的具体实施方式，本发明专利的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

由图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，一种自动化河道水质监测预警装置及其使用方法，由a1为控制盒，a2为螺旋桨，a3为发电机，a4为控制pc机，a5为GPS定位装置，a6为滑轮支架，a7为圆形滑轮，a8为钢丝绳，a9为钢丝绳滚轮，b1为LED灯，b2为LED灯蓄电池，b3为清洁毛刷，b4为感光片，b5为光信号处理器，b6为固定架，b7为金属螺纹接口，b8为防水密封箱，b9为防水玻璃板，b10为压力传感器，b11为自动注水口，b12为注水开关控制器，b13为滤网，b14为出水口,b15为水箱，c1为导水箱，c2塑料绝缘隔水板，c3为电流计，c4为电压计，c5为数据存储器，c6为一号电极，c7为二号电极，c8 为电源，c9为导线，c10为塑料软管，c11为抽水泵，c12为大号圆形转轴，c13为转轴固定架，c14为自动出水口，c15为出水开关控制器，d1为图片存储器，d2为防水外装盒，d3为相机外接蓄电池，d4为激光蓄电池，d5为激光发射器电源线， d6为激光发射器，d7为透明有机玻璃防水板，d8为聚光凸透镜，d9为固定支架，d10为60度三角锥，d11为ccd相机，d12为流速计，d13为流速计支架，d14为相机数据线，d15为相机电源线组成。该装置分别通过浊度监测模块、电导率监测模块、流速监测模块得到多种河道水质参数监测数据，可实现对河道水质的综合评价。同时，动力装置扩展了河道水质监测的测量范围，动力装置与静水压力监测模块分别用于采集水质监测的实时地理坐标及水深信息，构建了反映河道水质的多参数三维空间监测数据。

实施例1：自动化河道水质监测预警装置试验模拟

预制控制盒a1，其材质材质为ABS塑料，其长度为50~80cm（本实施例为60cm），宽度为30~50cm（本实施例为40cm），高度为20~40cm（本实施例为30cm），厚度为1~2cm（本实施例为1cm），购置螺旋桨a2，其功率为20~50马力（本实施例为30马力），购置发电机a3，其输出电压为220V，购置控制PC机a4，购置GPS定位装置a5，将螺旋桨，发电机，控制PC机及GPS定位装置均安放于预制盒内，预制滑轮支架a6，其材质为不锈钢，厚度为5~10mm（本实施例为5mm），购置圆形滑轮a7，其厚度为2~5mm（本实施例为3mm），购置钢丝绳a8连接速度监测模块，其截面直径为1~5mm（本实施例为3mm），预制钢丝绳滚轮a9，其直径范围为3~5cm（本实施例为3cm）。购置LED灯b1，其光通量为0~20000lm（本实施例为20000lm），购置LED灯蓄电池b2，其容量为1~5AH（本实施例为5AH），购置清洁毛刷b3，其材质为聚酯纤维，购置感光片b4，其内部有电源装置，其光通量测量范围为0~20000lm（本实施例为20000lm），购置光信号数据分析装置b5；预制固定架b6，其材质为不锈钢，其厚度为3~10mm（本实施例为3mm）；购置金属螺纹b7，其材质为不锈钢，其直径为1~2cm（本实施例为1cm），预制防水密封箱b8，其材质为ABS塑料，其厚度为5~15mm（本实施例为5mm），预制防水玻璃板b9，其厚度为5~10mm（本实施例为5mm），购置压力传感器b10，内置电源，其工作电压为9~24V（本实施例为15V），预制自动注水口b11，其直径为1~3cm（本实施例为2cm），预制注水开关控制器b12，内置电源，其工作电压为3~10V（本实施例为5V），预制滤网b13，其材质为不锈钢,预制出水口b14，其直径为1~3cm（本实施例为2cm），预制用于盛放水体的水箱b15，其材质为ABS塑料，其长度为30~50cm（本实施例为40cm），其宽度为20~40cm（本实施例为30cm），高度为15~30cm（本实施例为20cm）。预制导水箱c1，其材质为PVC，其长度为30~50cm（本实施例为50cm），其宽度为20~40cm（本实施例为40cm），其高度为15~30cm（本实施例为20cm），预制塑料绝缘隔水板c2，其材质为PVC，其厚度为3~5mm（本实施例为3mm），购置电流计c3，其量程为1~5A（本实施例为5A），购置电压表c4，其量程为1~5V（本实施例为5V），购置数据存储器c5，内置电源，其内存1~5G（本实施例为5G），购置一号电极c6，厚度为0.5~1mm（本实施例为1mm），购置二号电极c7，厚度为0.5~1mm（本实施例为1mm），购置电源c8，其电压范围为1~5V（本实施例为5V），购置导线c9，其长度为10~20cm（本实施例为20cm），购置塑料软管c10，其材质为PVC，其厚度为1~3mm（本实施例为2mm），购置抽水泵c11，其工作功率为5V，其工作扬程为1~3m（本实施例为3m），预制大号圆形转轴c12，其材质为不锈铝，其直径为5~7cm（本实施例为5cm），长度为30~70cm（本实施例为50cm），预制转轴固定架c13，其厚度为7~10mm（本实施例为7mm），预留自动出水口c14，其长度为3~7cm（本实施例为5cm），其宽度为3~5cm（本实施例为3cm），购置出水开关控制器c15，内置电源，其工作电压为3~10V（本实施例为5V）。购置图片存储器d1，其内存为1~5G（本实施例为5G），预制防水外装盒d2材质为ABS塑料，其厚度为5~15mm（本实施例为10cm），购置相机外接蓄电池d3及激光蓄电池d4，购置激光发射器电源线d5，其长度为10~30cm（本实施例为30cm），购置激光发射器d6，其功率为4kW ~10kW（本实施例为5kW），预制透明有机玻璃防水板d7，其材质为有机玻璃，厚度为4~8mm（本实施例为5mm），预制聚光凸透镜d8，其焦距为40~60mm（本实施例为60mm），预制固定支架d9，其材质为不锈钢，厚度为5~10mm（本实施例为5mm），预制60度角锥d10，其扩散角度为60度；购置ccd相机d11，购置流速计d12，其工作电压范围为5~12V（本实施例为12V），预制流速计支架d13，其厚度为1~3mm（本实施例为2mm），购置相机数据线d14，其长度为20~30cm（本实施例为30cm），购置相机电源线d15，其长度为20~30cm（本实施例为30cm）。

试验的具体操作如下：

将四组螺旋桨a2与发电机分a3别连接，将控制PC机a4和GPS定位装置a5和连接好的螺旋桨a2与发电机a3分别固定在控制盒a1中。将滑轮支架a6与钢丝绳滚轮a9固定在控制盒a1上部，将圆形滑轮a7安装在滑轮支架a6上，将钢丝绳a8缠绕于钢丝绳滚轮a9上，绕过圆形滑轮a7用于连接流速监测模块防水外装盒d2。将导水箱c1固定在控制盒a1上部，导水箱c1侧边安装有自动出水口c14，并配有出水开关控制器c15，将塑料绝缘隔水板c2安装于导水箱c1内部，通过导线c9连接电源c8，一号电极c6，二号电极c7，电压表c4和电流表c3形成工作电路，工作电路与数据存储器c5安装于导水箱c1底部无水区域。将水箱b15安装于导水箱c1上部，水箱b15上部设置有自动注水口b11，并配有注水开关控制器b12，水箱c1底部设置出水口b14，将压力传感器b10安装于水箱c1底部，滤网b13安装于水箱c1内部。将转轴固定架c13安装于水箱c1侧部，大号圆形转轴c12安装于转轴固定架c13上，将塑料软管c10一端安置于导水箱c1一侧，一端缠绕于大号圆形转轴c12上，通过金属螺纹接口b7和固定架b6于水泵c11连接。将LED灯b1及LED灯蓄电池b2安装于防水密封箱b8内部左侧，将感光片b4及光信号处理器b5安装于防水密封箱b8内部右侧，将防水玻璃板b9安装在防水密封箱b8边缘，清洁毛刷b3安装于防水密封箱b8外部。 将ccd相机d11固定在防水外装盒d2上，分别通过相机电源线d15和相机数据线d14连接ccd相机d11与相机外接蓄电池d3和图片存储器d1，安装透明有机玻璃防水板d7，将流速计d12通过流速计支架d13安装在防水外装盒d2外部。安装固定支架d9，将60度三角锥d10和聚光凸透镜d8安装在固定支架d9上，将激光发射器d6与激光蓄电池d4安装于防水外装盒d2底部，通过激光发射器电源线d5接通激光蓄电池d4与激光发射器d6。通过金属螺纹接口b7及固定架b6分别连接塑料软管c10与防水密封箱b8及钢丝绳a8与防水外装盒d2，完成装置的整体组装。将整个装置放入河道水体中，远程控制控制PC机a4对装置的移动路线进行控制，各个监测模块开始采集监测数据并存储至相应的数据存储器中。监测结束后，工作人员提取出数据存储器中的各项监测数据，结合监测装置移动路线构建河道水质多参数三维空间监测信息库，分析数据，并且根据各项监测数据进行风险评估分析，基于分析结果工作人员发布相应水质预警结果。

Claims (9)

1.一种自动化河道水质监测预警装置，其特征在于，该装置包括：动力装置和集成监测预警装置，集成监测预警装置由浊度监测模块、电导率监测模块和流速监测模块组成；所述的动力装置为监测装置提供在水中移动的动力并记录监测装置的地理坐标，包括一个控制盒（a1），四个螺旋桨（a2），四台发电机（a3），一台控制PC机（a4），一套GPS定位装置（a5），一个滑轮支架（a6），一个圆形滑轮（a7），一条钢丝绳（a8）和一个钢丝绳滚轮（a9）；所述的浊度监测模块利用感光传感器测量散射光束在水中的散射程度实现对河道水体浊度进行监测，通过对单位体积水体称重监测河道水体中大颗粒悬浮物的质量，包括一个LED灯（b1），一个LED灯蓄电池（b2），一个清洁毛刷（b3），一个感光片（b4），一个光信号处理器（b5），一个固定架（b6），一个金属螺纹接口（b7），一个防水密封箱（b8），一个防水玻璃板（b9），一个压力传感器（b10），一个自动注水口（b11），一个注水开关控制器（b12），一个细密的滤网（b13），一个出水口（b14）和一个水箱（b15）；所述的电导率监测模块通过测量溶液电阻实现对河道水体电导率的监测，包括一个导水箱（c1），一个塑料绝缘隔水板（c2），一个电流计（c3），一个电压计（c4），一个数据存储器（c5），一个一号电极（c6），一个二号电极（c7），一个电源（c8），一条导线（c9），一条塑料软管（c10），一个抽水泵（c11），一个大号圆形转轴（c12），一个转轴固定架（c13），一个自动出水口（c14）和一个出水开关控制器（c15）；所述的流速监测模块通过激光粒子成像技术进行河道水体流速监测，包括一个图片存储器（d1），一个防水外装盒（d2），一个相机外接蓄电池（d3），一个激光蓄电池（d4），一条激光发射器电源线（d5），一个激光发射器（d6），一个透明有机玻璃防水板（d7），一个聚光凸透镜（d8），一个固定支架（d9），一个60度三角锥（d10），一台ccd相机（d11），一个流速计（d12），一个流速计支架（d13），一条相机数据线（d14）和一条相机电源线（d15）。

2.根据权利要求1所述的一种自动化河道水质监测预警装置，其特征在于，所述的动力装置中，所述的控制盒（a1）材质为ABS塑料，其长度为50~80cm，宽度为30~50cm，高度为20~40cm，厚度为1~2cm；所述的四个螺旋桨（a2）安装于控制盒（a1）边缘，互相间隔90度，其功率为20~50马力；所述的四台发电机（a3）安装于控制盒（a1）内的螺旋桨（a2）旁，为螺旋桨（a2）提供动力，其输出电压为220V，功率为3kW~6kW；所述的控制PC机（a4）安装于控制盒（a1）内，其电源电压为220V；所述的GPS定位装置（a5）安装于控制盒（a1）内，实时记录装置的地理坐标；所述的滑轮支架（a6）安装于控制盒（a1）上部用于固定圆形滑轮（a7），其材质为不锈钢，厚度为5~10mm；所述的圆形滑轮（a7）材质为不锈钢，其厚度为2~5mm；所述的钢丝绳（a8）用于连接速度监测模块，其截面直径为1~5mm；所述的钢丝绳滚轮（a9）用于缠放钢丝绳（a8），其直径为3~5cm。

3.根据权利要求1所述的一种自巡回式多功能河道水质监测装置，其特征在于，所述的浊度监测模块中，所述的LED灯（b1）用于产生透射光线源，其光通量为0~20000lm；所述的LED灯蓄电池（b2）为LED灯（b1）提供电源，其容量为1~5AH；所述的清洁毛刷（b3）用于清洁防水玻璃板（b9），其材质为聚酯纤维，其长度为1~2cm；所述的感光片（b4）安装于防水玻璃板（b9）内侧，内部有电源装置，其工作电压为3.3~5.5V，其光通量测量范围为0~20000lm；所述的光信号数据分析装置（b5）用于存储感光片（b4）的监测数据；所述的固定架（b6）用于连接浊度监测模块与动力模块，其材质为不锈钢，其厚度为3~10mm；所述的金属螺纹接口（b7）用于连接塑料软管（c10）与固定架（b6），其材质为不锈钢，其直径为1~2cm；所述的防水密封箱（b8）材质为ABS塑料，其厚度为5~15mm；所述的防水玻璃板（b9）材质为有机玻璃，其厚度为5~10mm；所述的压力传感器（b10）用于测量水箱（b15）中含大颗粒悬浮物的水体重量，内置电源，其工作电压为9~24V。

4.根据权利要求3所述的一种自巡回式多功能河道水质监测装置，其特征在于，所述的自动注水口（b11）用于向水箱（b15）内注水，其长度为3~7cm，其宽度为3~5cm；所述的注水开关控制器（b12）用于控制自动注水口（b11）的开合，内置电源，其工作电压为3~10V；所述的滤网（b13）用于过滤水体中的漂浮物，其材质为不锈钢；所述的出水口（b14）用于排出水箱（b15）中的水体，其直径为1~3cm；所述的水箱（b15）用于盛放水体，其材质为ABS塑料，其长度为30~50cm，其宽度为20~40cm，高度为15~30cm。

5.根据权利要求1所述的一种自巡回式多功能河道水质监测装置，其特征在于，所述的电导率监测模块中，所述的导水箱（c1）用于盛放河道水体，其材质为PVC，其长度为30~50cm，其宽度为20~40cm，其高度为15~30cm，其厚度为5~7mm；所述的塑料绝缘隔水板（c2）材质为PVC，其长度为15~30cm，其宽度为10~15cm，其厚度为3~5mm；所述的电流计（c3）用于测量电路电流，其量程为1~5A；所述的电压表（c4）用于测量电路电压，其量程为1~5V；所述的数据存储器（c5）用于存放电路数据，内置电源，其内存1~5G；所述的一号电极（c6）为输入电流端，其材质为钨铜合金，厚度为0.5~1mm；所述的二号电极（c7）为输出电流端，其材质为钨铜合金，厚度为0.5~1mm；所述的电源（c8）用于提供装置中的电流，其电压范围为1~5V；所述的导线（c9）用于连接电源（c8）和两个电极，其长度为10~20cm。

6.根据权利要求5所述的一种自巡回式多功能河道水质监测装置，其特征在于，所述的塑料软管（c10）用于存放水体，其材质为PVC，其厚度为1~3mm；所述的抽水泵（c11）用于抽放塑料软管（c10）中的水体，其工作功率为5V，其工作扬程为1~3m，所述的大号圆形转轴（c12），其材质为不锈铝，其直径为5~7cm，长度为30~70cm；所述的转轴固定架（c13）用于固定大号圆形转轴（c12），其材质为不锈钢，其厚度为7~10mm；所述的自动出水口（c14）用于排空导水箱（c1）内水体，其长度为3~7cm，其宽度为3~5cm；所述的出水开关控制器（c15）用于控制出水口（c14）闭合，内置电源，其工作电压为3~10V。

7.根据权利要求1所述的一种自巡回式多功能河道水质监测装置，其特征在于，所述的流速监测模块中，所述的图片存储器（d1）固定在防水外装盒（d2）内部，其内存为1~5G；所述的防水外装盒（d2）材质为ABS塑料，其厚度为5~15mm；所述的相机外接蓄电池（d3）为ccd相机（d11）提供电源，其容量为1~5AH；所述的激光蓄电池（d4）为激光发射器提（d7）供电源，其容量为1~5AH；所述的激光发射器电源线（d5）连接激光蓄电池（d4）和激光发射器（d6），其长度为10~30cm；所述的激光发射器（d6）用于产生激光束，其功率为4kW ~10kW；所述的透明有机玻璃防水板（d7），其材质为有机玻璃，厚度为4~8mm；所述的聚光凸透镜（d8）用于对激光束的聚焦，安装于固定支架（d9）上，其焦距为40~60mm。

8.根据权利要求7所述的一种自巡回式多功能河道水质监测装置，其特征在于，所述的固定支架（d9）用于安装固定聚光凸透镜（d8）及60度角锥（d10），其材质为不锈钢，厚度为5~10mm；所述的60度角锥（d10）用于对激光束扩散，其扩散角度为60度；所述的ccd相机（d11）用于拍摄水下高清视频，600万物理像素，最高拍摄频率为40fps；所述的流速计（d12）用于测量装置左右方向流速，内置电源，其工作电压范围为5~12V；所述的流速计支架（d13）安装在防水外装盒（d2）外部，其材质为PVC，其厚度为1~3mm；所述的相机数据线（d14）连接ccd相机（d11）和图片存储器（d1），其长度为20~30cm；所述的相机电源线（d15）连接ccd相机（d11）和相机外接蓄电池（d3），其长度为20~30cm。

9.一种利用权利要求1所述的一种自动化河道水质监测预警装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将四组螺旋桨（a2）与发电机（a3）分别连接，将控制PC机（a4）和GPS定位装置（a5）和连接好的螺旋桨（a2）与发电机（a3）分别固定在控制盒（a1）中；

（2）将滑轮支架（a6）与钢丝绳滚轮（a9）固定在控制盒（a1）上部，将圆形滑轮（a7）安装在滑轮支架（a6）上，将钢丝绳（a8）缠绕于钢丝绳滚轮（a9）上，绕过圆形滑轮（a7）用于连接流速监测模块防水外装盒（d2）；

（3）将导水箱（c1）固定在控制盒（a1）上部，导水箱（c1）侧边安装有自动出水口（c14），并配有出水开关控制器（c15），将塑料绝缘隔水板（c2）安装于导水箱（c1）内部，通过导线（c9）连接电源（c8），一号电极（c6），二号电极（c7），电压表（）c4和电流表（c3）形成工作电路，工作电路与数据存储器（c5）安装于导水箱（c1）底部无水区域；

（4）将水箱（b15）安装于导水箱（c1）上部，水箱（b15）上部设置有自动注水口（b11），并配有注水开关控制器（b12），水箱c1底部设置出水口（b14），将压力传感器（b10）安装于水箱（c1）底部，滤网（b13）安装于水箱（c1）内部；

（5）将转轴固定架（c13）安装于水箱（c1）侧部，大号圆形转轴（c12）安装于转轴固定架（c13）上，将塑料软管（c10）一端安置于导水箱（c1）一侧，一端缠绕于大号圆形转轴（c12）上，通过金属螺纹接口（b7）和固定架（b6）于水泵（c11）连接；

（6）将LED灯（b1）及LED灯蓄电池（b2）安装于防水密封箱（b8）内部左侧，将感光片（b4）及光信号处理器（b5）安装于防水密封箱（b8）内部右侧，将防水玻璃板（b9）安装在防水密封箱（b8）边缘，清洁毛刷（b3）安装于防水密封箱（b8）外部；

（7）将ccd相机（d11）固定在防水外装盒（d2）上，分别通过相机电源线（d15）和相机数据线（d14）连接ccd相机（d11）与相机外接蓄电池（d3）和图片存储器（）（d1），安装透明有机玻璃防水板（d7），将流速计（d12）通过流速计支架（d13）安装在防水外装盒（d2）外部；

（8）安装固定支架（d9），将60度三角锥（d10）和聚光凸透镜（d8）安装在固定支架（d9）上，将激光发射器（d6）与激光蓄电池（d4）安装于防水外装盒（d2）底部，通过激光发射器电源线（d5）接通激光蓄电池（d4）与激光发射器（d6）；

（9）通过金属螺纹接口（b7）及固定架（b6）分别连接塑料软管（c10）与防水密封箱（b8）及钢丝绳（a8）与防水外装盒（d2），完成装置的整体组装；

（10）将整个装置放入河道水体中，远程控制控制PC机（a4）对装置的移动路线进行控制，各个监测模块开始采集监测数据并存储至相应的数据存储器中；

（11）监测结束后，工作人员提取出数据存储器中的各项监测数据，结合监测装置移动路线构建河道水质多参数三维空间监测信息库，分析数据，并且根据各项监测数据进行风险评估分析，基于分析结果工作人员发布相应水质预警结果。

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