本發(fā)明涉及河長使用的監(jiān)測河水的水質(zhì)的無人潛航器，屬于智能無人潛航器應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2007年5月29日到6月3日下午，無錫太湖藍(lán)藻集中爆發(fā)，影響了二百萬人口的生活飲用水。自來水的水源地附近藍(lán)藻大量堆積，厭氧分解過程中產(chǎn)生了大量的nh3、硫醇、硫醚以及硫化氫等異味物質(zhì)。全球氣候變暖，湖水中氮磷超標(biāo)的富營養(yǎng)化，太湖周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污水通過河道排放到太湖里，這些都是造成藍(lán)藻集中爆發(fā)的原因。從那時(shí)到2017年，無錫每年都要花大量的人力和物力來打撈藍(lán)藻。由于通往太湖的部分河道存在水污染嚴(yán)重，長時(shí)間沒有清淤整治，加上部分企業(yè)違法排污、農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重，為了落實(shí)治理河水污染的責(zé)任，無錫市首創(chuàng)‘河長制’，無錫市黨政主要負(fù)責(zé)人分別擔(dān)任了64條河流的河長，真正把各項(xiàng)治污措施落實(shí)到位。2008年，江蘇省推廣河長制，設(shè)立了市、縣、鎮(zhèn)、村的四級‘河長制’管理體系，強(qiáng)化了對入湖河道水質(zhì)達(dá)標(biāo)的責(zé)任。2016年12月11日中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了“關(guān)于全面推行河長制的意見”，決定在全國推廣河長制。

有一位河長的工作責(zé)任心很強(qiáng)，他的一只手拿筆，另一只手拿筆記本，沿河步行，逐段記錄河水的污染情況。這位河長用眼睛觀察河面上的顏色及其變化，在河邊用鼻子聞河水散發(fā)的氣味，工作得十分累。然而，他仍然不知道造成河水污染的有那幾種化學(xué)元素，河道底層的河水的污染情況是不是比表層的河水更加嚴(yán)重，這位河長干得雖累，但工作效率并不高，工作效果也不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，采用河長使用的監(jiān)測河水的水質(zhì)的無人潛航器。

無人潛航器是靠遙控或自動控制在水下航行的器具，也可以浮到水面上用無線通信天線發(fā)送在水下采集的信息，是進(jìn)行水下作業(yè)的智能化系統(tǒng)。無人潛航器可分為遙控式無人潛航器和自動式無人潛航器，主要用于采集水下信息和通信等任務(wù)。目前，無人潛航器以軍用為主，技術(shù)已相當(dāng)成熟，并開始轉(zhuǎn)向民用。無人潛航器的船體為魚雷外形，采用鋁材料或復(fù)合材料制造外殼。動力裝置采用三自由度推進(jìn)器，由可充電的鋰離子電池提供動力。導(dǎo)航與控制，其推進(jìn)系統(tǒng)由產(chǎn)生不同方向運(yùn)動的推進(jìn)器組成，航行控制裝置控制搖擺、浪涌、升降、俯仰和偏航方向運(yùn)動，設(shè)計(jì)有右水中平衡翼、左水中平衡翼，可以防止無人潛航器滾動，具有自校正功能。任務(wù)載荷有水中攝像機(jī)、避撞探桿、航行控制裝置、水質(zhì)信息采集儲存裝置、ph傳感器、水質(zhì)分析傳感器、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、無線通信天線甲、無線通信設(shè)備甲、電子計(jì)算機(jī)甲、無線通信天線乙、無線通信設(shè)備乙、電動推進(jìn)裝置、螺旋槳。通信方面配備有北斗全球定位系統(tǒng)。本無人潛航器配備了水面無線電通信。監(jiān)測水質(zhì)的小型無人潛航器多數(shù)航行在中、小河道中，在河岸、船上、橋上采用手持式發(fā)射與回收。少數(shù)航行在黃河、長江等大的河道中的大型無人潛航器可采用起重機(jī)發(fā)射與回收。

在無人潛航器的前部的頂面上分別安裝接觸水體的ph傳感器、水質(zhì)分析傳感器、水質(zhì)監(jiān)測傳感器，能有效監(jiān)測河水的水質(zhì)狀況。ph傳感器是用來檢測被測物中氫離子濃度并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可用輸出信號的傳感器，ph傳感器的測量范圍是0—14ph。精確度為正負(fù)0.02ph，分辨率達(dá)0.01ph，由于被污染的河水的酸堿度不會發(fā)生ph值小于2和ph值大于12的情況，所以本發(fā)明采用測量ph值的范圍是ph2——ph12的ph傳感器。ph傳感器將感知到的水體的酸堿度ph數(shù)值轉(zhuǎn)換成電信號通過導(dǎo)電線輸入水質(zhì)信息采集儲存裝置，水質(zhì)分析傳感器將感知到的、分析出來的水體中重金屬離子、氨氮、總磷的數(shù)值信息轉(zhuǎn)換成電信號、通過導(dǎo)電線輸入水質(zhì)信息采集儲存裝置。水質(zhì)監(jiān)測傳感器將感知到的、監(jiān)測出來的的水體的濁度、余氯、懸浮物、氟化物、硫酸鹽的數(shù)值信息轉(zhuǎn)換成電信號通過導(dǎo)電線輸入水質(zhì)信息采集儲存裝置。從水質(zhì)信息采集儲存裝置輸出的全部水質(zhì)數(shù)據(jù)信息通過導(dǎo)電線輸入電子計(jì)算機(jī)甲進(jìn)行處理，接著通過導(dǎo)電線輸入無線通信設(shè)備乙，由安裝在無線通信設(shè)備乙上面的無線通信天線乙在無人潛航器浮出水面時(shí)，發(fā)送無線電波將信息傳送給陸地上的無線通信天線接收。安裝在無人潛航器前面的避撞探桿碰上硬質(zhì)異物時(shí)，會將碰撞信息通過導(dǎo)電線輸入航行控制裝置，航行控制裝置會自動調(diào)整航向、繞道航行，并將航行路線信息通過導(dǎo)電線輸入無線通信設(shè)備甲，水中攝像機(jī)在水中拍攝的水中圖像信息通過導(dǎo)電線輸入無線通信設(shè)備甲，由安裝在無線通信設(shè)備甲上的無線通信天線甲在無人潛航器浮出水面時(shí)，將水中圖像信息和航行路線信息發(fā)送給陸地上的無線通信天線接收，陸地上的無線通信天線將接收到的全部信息通過內(nèi)置導(dǎo)電線輸入陸地上的無線通信設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)乙和水質(zhì)信息儲存處理裝置進(jìn)行處理和儲存。在無人潛航器的中部和后部內(nèi)，鋰離子電池乙通過導(dǎo)電線向浮體供電，在電力的作用下，這種特制的浮體的體積會根據(jù)需要變大或變小。鋰離子電池乙通過導(dǎo)電線向電動推進(jìn)裝置提供動力，由電動推進(jìn)裝置帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，推動無人潛航器在水體中航行。本發(fā)明采用低壓電力線載波通信傳輸線作為導(dǎo)電線，這種導(dǎo)電線既能導(dǎo)電，又能傳輸信息。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

由無人潛航器1、復(fù)合材料外殼2、浮體3、電動推進(jìn)裝置4、螺旋槳5、避撞探桿6、航行控制裝置7、導(dǎo)電線8、鋰離子電池甲9、水中攝像機(jī)10、水質(zhì)信息采集儲存裝置11、ph傳感器12、水質(zhì)分析傳感器13、水質(zhì)監(jiān)測傳感器14、無線通信天線甲15、無線通信設(shè)備甲16、右水中平衡翼17、左水中平衡翼18、電子計(jì)算機(jī)甲19、無線通信天線乙20、無線通信設(shè)備乙21、鋰離子電池乙22共同組成；

無人潛航器1航行在河水27中，在無人潛航器1的復(fù)合材料外殼2的右側(cè)的外表面上安裝右水中平衡翼17，在無人潛航器1的復(fù)合材料外殼2的左側(cè)的外表面上安裝左水中平衡翼18，在無人潛航器1的復(fù)合材料外殼2的前部的頂面上安裝水中攝像機(jī)10，在無人潛航器1的復(fù)合材料外殼2的前部的頂面上、在水中攝像機(jī)10的后方依次安裝ph傳感器12、水質(zhì)分析傳感器13、水質(zhì)監(jiān)測傳感器14，在ph傳感器12、水質(zhì)分析傳感器13和水質(zhì)監(jiān)測傳感器14下方的、復(fù)合材料外殼2的內(nèi)部安裝水質(zhì)信息采集儲存裝置11，在避撞探桿6后方的、復(fù)合材料外殼2內(nèi)安裝航行控制裝置7，航行控制裝置7位于鋰離子電池甲9和水質(zhì)信息采集儲存裝置11的前方，鋰離子電池甲9位于水質(zhì)信息采集儲存裝置11的下方，在航行控制裝置7的上方安裝無線通信設(shè)備甲16，在無線通信設(shè)備甲16的上面安裝無線通信天線甲15，無線通信設(shè)備甲16安裝在復(fù)合材料外殼2的內(nèi)部，無線通信天線甲15安裝在復(fù)合材料外殼2的外表面上，在復(fù)合材料外殼2內(nèi)的中后部的下半部安裝浮體3，在浮體3的上方安裝鋰離子電池乙22，在鋰離子電池乙22的上方安裝無線通信設(shè)備乙21，在無線通信設(shè)備乙21的上面安裝無線通信天線乙20，無線通信設(shè)備乙21安裝在復(fù)合材料外殼2的內(nèi)部，無線通信天線乙20安裝在復(fù)合材料外殼2的外部的外表面上，在無線通信設(shè)備乙21和鋰離子電池乙22的前方安裝電子計(jì)算機(jī)甲19，在無人潛航器1的后部安裝電動推進(jìn)裝置4，電動推進(jìn)裝置4安裝在復(fù)合材料外殼2的內(nèi)部，螺旋槳5安裝在從電動推進(jìn)裝置4伸出到復(fù)合材料外殼2的外面的旋轉(zhuǎn)軸的頂端，從無人潛航器1的無線通信天線甲15和無線通信天線乙20發(fā)出的全部信息通過無線電波發(fā)送到陸地上的無線通信天線23接收，在無線通信天線23的下面安裝陸地上的無線通信設(shè)備24，在陸地上的無線通信設(shè)備24的下面安裝電子計(jì)算機(jī)乙25，在電子計(jì)算機(jī)乙25的下面安裝水質(zhì)信息儲存處理裝置26，在陸地的旁邊有河水27，無人潛航器1在河水27中有時(shí)潛入水中采集儲存水質(zhì)信息，有時(shí)浮出水面發(fā)送水質(zhì)信息的無線電波；

航行控制裝置7通過導(dǎo)電線8與鋰離子電池甲9連接，航行控制裝置7通過導(dǎo)電線8與無線通信設(shè)備甲16連接，鋰離子電池甲9通過導(dǎo)電線8與水中攝像機(jī)10連接，無線通信設(shè)備甲16通過導(dǎo)電線8與水中攝像機(jī)10連接，鋰離子電池甲9通過導(dǎo)電線8與無線通信設(shè)備甲16連接，鋰離子電池甲9通過導(dǎo)電線8與水質(zhì)信息采集儲存裝置11連接，水質(zhì)信息采集儲存裝置11通過導(dǎo)電線8與ph傳感器12連接，水質(zhì)信息采集儲存裝置11通過導(dǎo)電線8與水質(zhì)分析傳感器13連接，水質(zhì)信息采集儲存裝置11通過導(dǎo)電線8與水質(zhì)監(jiān)測傳感器14連接，水質(zhì)信息采集儲存裝置11通過導(dǎo)電線8與電子計(jì)算機(jī)甲19連接，電子計(jì)算機(jī)甲19通過導(dǎo)電線8與無線通信設(shè)備乙21連接，電子計(jì)算機(jī)甲19通過導(dǎo)電線8與鋰離子電池乙22連接，鋰離子電池乙22通過導(dǎo)電線8與浮體3連接，鋰離子電池乙22通過導(dǎo)電線8與電動推進(jìn)裝置4連接，電動推進(jìn)裝置4通過傳動軸與螺旋槳5連接，陸地上的無線通信天線23通過內(nèi)置導(dǎo)電線與陸地上的無線通信設(shè)備24連接，陸地上的無線通信設(shè)備24通過內(nèi)置導(dǎo)電線與電子計(jì)算機(jī)乙25連接，電子計(jì)算機(jī)乙25通過內(nèi)置導(dǎo)電線與水質(zhì)信息儲存處理裝置26連接。

鋰離子電池甲9和鋰離子電池乙22是鈷酸鋰鋰離子電池或錳酸鋰鋰離子電池或鈦酸鋰鋰離子電池或磷酸鐵鋰鋰離子電池；水中攝像機(jī)10是ccd水中攝像機(jī)或cmos水中攝像機(jī)；復(fù)合材料外殼2的長度是30公分—360公分；復(fù)合材料外殼2的橫截面的直徑為10公分—120公分；ph傳感器12檢測河水的ph值的范圍是ph2—ph12。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：①監(jiān)測河水的水質(zhì)的工作效率高，無人潛航器航行到那個(gè)水域，這個(gè)水域里的水質(zhì)狀況立即測量清楚。②同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測。③無人潛航器下潛到水中采集數(shù)據(jù)信息和圖像信息后，可以上浮到水面用無線通信方式發(fā)送信息給陸地上的無線通信天線接收。④河長可以迅速看到河道中的水質(zhì)信息數(shù)據(jù)和水體實(shí)時(shí)圖像。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

河長根據(jù)河道的長短、河水的水體的寬度、河水的深度、河水的水質(zhì)污染狀況來選用長度和體積合適的、任務(wù)載荷齊全、傳感器和設(shè)備先進(jìn)的無人潛航器，將無人潛航器發(fā)射到河水中，河長用無線通信手段遙控?zé)o人潛航器在河水中航行，通過ph傳感器、水質(zhì)分析傳感器和水質(zhì)監(jiān)測傳感器來采集河水的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

下面本發(fā)明將結(jié)合附圖中的實(shí)施例作進(jìn)一步描述：

有一家化工廠在河水深度達(dá)二米的河岸邊埋設(shè)地下暗排水管道向河水的下層水體中偷偷排放氟化物、硫酸鹽等污染物質(zhì)。河長觀察河面上的水色，發(fā)現(xiàn)了蛛絲馬跡般的異狀，但沒有掌握該化工廠破壞河水環(huán)境的直接證據(jù)。河長發(fā)射無人潛航器到河水中，并遙控?zé)o人潛航器迅速潛航到可疑水域，水質(zhì)監(jiān)測傳感器監(jiān)測到一定濃度的氟化物和硫酸鹽，追蹤到污染物濃度越來越大的排污管口，用水中攝像機(jī)拍攝暗排水管道的偷排污水的圖像，將采集到的圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號通過導(dǎo)電線輸入無線通信設(shè)備甲，當(dāng)無人潛航器浮上水面時(shí)，由安裝在無線通信設(shè)備甲上的無線通信天線甲發(fā)送無線電波將圖像信息發(fā)送給陸地上的無線通信天線接收。無人潛航器上的ph傳感器、水質(zhì)分析傳感器和水質(zhì)監(jiān)測傳感器分別將各自測量到的污染物數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號輸入水質(zhì)信息采集儲存裝置，從水質(zhì)信息采集儲存裝置輸出的數(shù)據(jù)信息通過導(dǎo)電線輸入電子計(jì)算機(jī)甲儲存，當(dāng)無人潛航器浮上水面時(shí)，從電子計(jì)算機(jī)甲輸出的數(shù)據(jù)信息通過無線通信天線乙發(fā)射無線電波，將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給陸地上的無線通信天線接收，陸地上的無線通信天線通過內(nèi)置導(dǎo)電線將全部信息輸入陸地上的無線通信設(shè)備儲存，接著輸入電子計(jì)算機(jī)乙進(jìn)行處理，從電子計(jì)算機(jī)乙輸出的處理過的全部信息通過內(nèi)置導(dǎo)電線輸入水質(zhì)信息儲存處理裝置。河長從水質(zhì)信息儲存處理裝置中看到全部數(shù)據(jù)信息和圖像信息，對該化工廠私埋地下暗管偷排污水的情況有了全面的認(rèn)識。河長當(dāng)機(jī)立斷，通知環(huán)保執(zhí)法人員責(zé)令化工廠挖出私埋的地下排污暗管，并依法對偷排污水的行為進(jìn)行了處罰，有力保護(hù)了河水的潔凈。

無人潛航器日日夜夜在河道的河水中正常巡航，發(fā)現(xiàn)并追查各種形式的污染源，采集河水的上層水體、中層水體、下層水體中的多項(xiàng)科學(xué)證據(jù)和實(shí)物圖像，通過無線通信方式，將數(shù)據(jù)信息和圖像信息輸入電子計(jì)算機(jī)乙和水質(zhì)信息儲存處理裝置進(jìn)行儲存和處理。在積累大量的河水信息的基礎(chǔ)上，逐步構(gòu)建河水的水體物聯(lián)網(wǎng)，對河道里的河水的治污進(jìn)行智能管理。無人潛航器提高了河長的工作效率，讓河長采用信息化、電子化的科學(xué)手段有效管控河水的水質(zhì)。無人潛航器必將成為河水的健康衛(wèi)士。

現(xiàn)舉出實(shí)施例如下：

實(shí)施例一：

河長采用輕型發(fā)射器向小河的河水中發(fā)射小型無人潛航器，小型無人潛航器的復(fù)合材料外殼的長度為80公分，復(fù)合材料外殼的橫截面的直徑為25公分，動力裝置配備采用直流無刷電機(jī)的電動推進(jìn)裝置，由鈷酸鋰鋰離子電池供電。采用水下全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航。任務(wù)載荷包括水中攝像機(jī)、避撞探桿、航行控制裝置、水質(zhì)信息儲存處理裝置、ph傳感器、水質(zhì)分析傳感器、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、無線通信天線甲、無線通信設(shè)備甲、電子計(jì)算機(jī)甲、無線通信天線乙、無線通信設(shè)備乙、電動推進(jìn)裝置、螺旋槳。安裝在無人潛航器的前部的頂面上的ccd水中攝像機(jī)在水中對污染水體、污染物和暗藏水中的排污管道拍照，獲取圖像信息。無人潛航器將在水體中采集的污染物的數(shù)據(jù)信息和圖像信息、用無線通信的方式，發(fā)送到陸地上的電子計(jì)算機(jī)乙和水質(zhì)信息儲存處理裝置中，供河長全面掌控河水的水質(zhì)，采取治理河水污染的措施。

實(shí)施例二：

河長選用與河流的體量相匹配的無人潛航器，也可以為河流定制專用的無人潛航器。河長采用起重機(jī)向大河的河水中投放大型無人潛航器，大型無人潛航器的復(fù)合材料外殼的長度為260公分，復(fù)合材料外殼的橫截面的直徑為75公分，動力裝置配備采用直流無刷電機(jī)的電動推進(jìn)裝置，由錳酸鋰鋰離子電池供電。采用水下全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航。任務(wù)載荷包括水中攝像機(jī)、避撞探桿、航行控制裝置、水質(zhì)信息儲存處理裝置、ph傳感器、水質(zhì)分析傳感器、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、無線通信天線甲、無線通信設(shè)備甲、無線通信設(shè)備甲、電子計(jì)算機(jī)甲、無線通信天線乙、無線通信設(shè)備乙、電動推進(jìn)裝置、螺旋槳。安裝在無人潛航器的前部的頂面上的cmos水中攝像機(jī)在水中對污染水體、污染物和暗藏水中的排污管道拍照，獲取圖像信息。無人潛航器將在水體中采集的污染物的數(shù)據(jù)信息和圖像信息、用無線通信的方式，發(fā)送到陸地上的電子計(jì)算機(jī)乙和水質(zhì)信息儲存處理裝置中，供河長全面掌控河水的水質(zhì)，采取治理河水污染的措施。