9-2. 无人机水质监测采集技术

2020-06-23 09:55:00

阅读：251

[摘要] 无人机水质监测以无人机为搭载平台，通过集成高清摄像机、自动取样装置、水质在线监测仪或多光谱分析仪等多种设备，对地形复杂、执法和监测车辆无法前往的巡查和监测水域，准确拍摄河流水质情况、两岸实景，实现自动水样采集及水质在线自动监测、远程传输。

2. 无人机水质监测采集技术

【技术简介】

无人机水质监测以无人机为搭载平台，通过集成高清摄像机、自动取样装置、水质在线监测仪或多光谱分析仪等多种设备，对地形复杂、执法和监测车辆无法前往的巡查和监测水域，准确拍摄河流水质情况、两岸实景，实现自动水样采集及水质在线自动监测、远程传输。

【应用范围】

无人机水质监测采集技术可适用于绝大部分河流、河道的水质数据采集，以及河长巡河、环保执法、监测、检测、测绘等。

【技术原理】

主要是通过在无人机上搭载水样采水器，实现对待测水域的水样自动采集，以实现水质离线分析；通过搭载多参数水质传感器和GPRS或4G等无线设备，对待测水域的水样进行点上的水质在线自动监测，并把实时监测水质数据传输至远程监测中心；通过搭载多光谱图像分析仪器，对水体的光谱特征和波普数据进行相关性分析，以判断水环境的污染类型，评估水体污染程度，并通过对监测水体获取的大量光谱数据进行大数据分析和回归分析，实现水体水质分析和监测。

【技术要点】

（1）水样采集离线分析集成技术

水样采集离线分析集成技术是通过在无人机上搭载水样采水器，对待测水域的水样自动采集，以实现水质离线分析。

（2）多参数水质在线分析仪集成技术

多参数水质在线分析仪集成技术是通过在无人机上搭载多参数水质传感器，对待测水域的水样进行点上的水质在线自动监测。通过GPRS、4G等无线网络，把实时监测水质数据传输至远程监测中心。

（3）多光谱图像分析与应用技术

水环境评估依据的参数有藻类，溶解性有机物，化学物质，水中悬浮物，油类物质，热释放物，病原体等。不同的水质由于含有以上水中物质的成分不同，不同物质的光谱特征不同，会在遥感图像中反映出不同的色段和变化。根据这一特性，可以利用遥感技术收集水环境的光谱数据并分析出水环境特征。因此，可通过在无人机上集成多光谱图像分析仪器，对水体的光谱特征和波普数据进行相关性分析，以判断水环境的污染类型，评估水体污染程度，并通过对监测水体获取的大量光谱数据进行大数据分析和回归分析，实现水体水质分析和监测。

【适用前景】

在河长巡河、水体环保监测执法及水环境、水生态监测及水质数据采集等领域有较广的适用前景。

【技术局限性】

无人机水质监测的技术局限性主要体现在以下几个方面：

（1）无人机搭载能力及续航能力有限；

（2）无人机水质监测是通过挂载水质传感器设备实现的，常规地面水质站的水质监测方法难以应用，一般只能采用探头式的水质传感器，因此能监测的水质指标受传感器探头种类限制；

（3）多光谱水质分析技术现阶段还处于研究阶段，技术上还不成熟。

【典型案例】

项目概述：

通过安装支架把无人机自动水质采样装置固定在无人机上，预设置好采样水的深度，无人机飞行到达采集区按一下采集键，固定采样瓶的支架自动松开采样瓶，采样瓶会自动沉入预设置的采样深度，等待1分钟采样完成后轻按一下上升键，采样瓶会自动上升到支架上至此完成整个采集过程。实验表明，无人机技术水质监测采样仪可高效地进行实时水质监测。

无人机技术水质监测采样仪可安装不同容量的采集瓶，满足不同的采样需求。该采样瓶采用合成材料，坚固耐用，使用寿命长。采用耐腐蚀的高合成材料制作，其表面吸附和解吸对水质的影响几乎可以忽略，无人机自动水质采样装置适用于有机物、油脂类、微生物（细菌）等指标的水样采集和含酸碱等腐蚀性的水样采集，适应环境能力强，能采集江河水、湖泊水、海水、腐蚀性液体样品。

无人机自动取水装置装配的升放装置可以实时显示下放取样精度的深度；多种安装支架可以与大部分无人机型号安装，采样器一键式采样，操作简单；蜗轮蜗杆自锁结构，在断电的情况下也能稳定可靠；导线轮自动分线功能，采水器在上升过程中，导线会自动均匀的缠绕在辊子上而不发生局部堆积；有独特的密封阀门结构，依靠水的浮力开启，重力关闭，实现遇水自动启闭功能，独特的结构设计，取水深度可以自行设置，取样便捷。