本發(fā)明涉及水質(zhì)監(jiān)測(cè)，尤其是涉及一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。

背景技術(shù)：

1、對(duì)入侵物種進(jìn)行快速準(zhǔn)確的檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)早期入侵預(yù)警和防控的關(guān)鍵。環(huán)境dna技術(shù)因其成本低、靈敏度高、快速高效、對(duì)生態(tài)環(huán)境沒有入侵性等優(yōu)點(diǎn)已成為于海洋、江河湖泊中環(huán)境中檢測(cè)入侵生物的重要手段。用于環(huán)境dna提取的水樣采集是檢測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)對(duì)水環(huán)境數(shù)據(jù)的全面獲取也是生物入侵機(jī)制研究的先決條件。目前海洋、江河湖泊中環(huán)境dna水樣獲取和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集時(shí)采樣人員需依賴船舶到達(dá)采樣點(diǎn)，面臨水樣采集成本高且存在安全隱患、水樣采集和水參數(shù)獲取程序復(fù)雜繁瑣、人為誤差大且樣品易交叉污染等問題。。

2、目前的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法包括傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)人工存在工作量大、周期長(zhǎng)、成本高的問題，自動(dòng)監(jiān)測(cè)越來越成為水環(huán)境監(jiān)測(cè)的主流方式，主要的包括自動(dòng)站定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和走航自動(dòng)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)站存在成本高、監(jiān)測(cè)范圍小不能完整反應(yīng)水體的整體環(huán)境狀況的缺點(diǎn)；而走航監(jiān)測(cè)雖然可以有效提高水環(huán)境監(jiān)測(cè)的時(shí)效性和監(jiān)測(cè)范圍，但仍然存在設(shè)備功能單一化、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不完善、缺少水環(huán)境樣本采集能力、缺少水下環(huán)境觀測(cè)能力以及轉(zhuǎn)場(chǎng)不變等問題。

3、故亟需一種不依賴于船舶載具的且兼具水面、水下樣本采集以及綜合環(huán)境參數(shù)功能的水上多功能平臺(tái)以應(yīng)對(duì)以上問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，解決了目前海洋、江河湖泊中環(huán)境中監(jiān)測(cè)入侵生物環(huán)境dna時(shí)，水樣采集由于依賴人員搭載船舶載具而面臨的水樣采集成本高且存在安全隱患、水樣采集和水參數(shù)獲取程序復(fù)雜繁瑣、人為誤差大且樣品易交叉污染等問題。該平臺(tái)同時(shí)兼具水環(huán)境數(shù)據(jù)綜合采集和傳輸能力，實(shí)現(xiàn)了水面、水下水樣自動(dòng)化采樣和水環(huán)境參數(shù)綜合采集的系統(tǒng)集成。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，包括水面載具、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和岸基控制系統(tǒng)，所述水面載具用于離岸自航行、視覺環(huán)境感知、定位和水樣采集、收集；

3、所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)用于水樣采集、水環(huán)境數(shù)據(jù)收集和水下影像資料錄制；所述通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)用于無線網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)通訊和數(shù)據(jù)傳輸；所述岸基控制系統(tǒng)用于對(duì)平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程無線控制。

4、優(yōu)選的，所述水面載具搭載有供電模塊、推進(jìn)模塊、視覺環(huán)境感知模塊、北斗定位模塊、水樣采集及儲(chǔ)存模塊。

5、優(yōu)選的，所述供電模塊用于為水上工作平臺(tái)供電；所述北斗定位模塊用于對(duì)平臺(tái)的位置進(jìn)行定位，并更新、記錄平臺(tái)航行路徑；所述視覺環(huán)境感知模塊用于感知平臺(tái)的水面工作環(huán)境、航向和水面障礙物，以及觀察水下環(huán)境，并實(shí)時(shí)采集水下視頻畫面；所述水樣采集及儲(chǔ)存模塊用于控制采集水環(huán)境中水樣時(shí)的采水流速、采水功率、采水深度、采樣次數(shù)和水樣體積。

6、優(yōu)選的，所述水面載具掛載所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)包括采集深度控制模塊、多參數(shù)水環(huán)境傳感器模塊、水下影像采集模塊、水下照明模塊和水樣采集計(jì)量模塊。

7、優(yōu)選的，所述采集深度控制模塊用于控制水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的作業(yè)深度；所述多參數(shù)環(huán)境傳感器模塊用于測(cè)量水環(huán)境中的相應(yīng)水質(zhì)參數(shù)；所述水下影像采集模塊、所述水下照明模塊用于拍攝水下環(huán)境影像資料，并在拍攝過程中按需補(bǔ)充照明；所述水樣采集計(jì)量模塊用于控制水樣采集的流速和水量。

8、優(yōu)選的，所述多參數(shù)環(huán)境傳感器模塊包括溶解氧傳感器、ph傳感器、溫度傳感器、濁度傳感器、葉綠素含量傳感器和鹽度傳感器。

9、優(yōu)選的，所述通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括無線網(wǎng)橋和通信模塊，所述無線網(wǎng)橋和通信模塊用于平臺(tái)與岸基控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、通訊，所述通信模塊選用4g/5g通信模塊，并內(nèi)嵌tcp/ip協(xié)議棧。

10、優(yōu)選的，所述岸基控制系統(tǒng)包括桌面操作系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、顯示器和供電系統(tǒng)，所述桌面操作系統(tǒng)用于信息展示、系統(tǒng)控制和圖像處理，所述顯示器用于展示包括傳感器數(shù)值、當(dāng)前平臺(tái)狀態(tài)和供電系統(tǒng)信息，所述主控系統(tǒng)用于平臺(tái)移動(dòng)控制、深度控制和采水控制。

11、優(yōu)選的，所述岸基控制系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程無線控制平臺(tái)的行進(jìn)方向和航速、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的作業(yè)深度，水樣采集的流速和體積，岸基控制系統(tǒng)還用于信息展示，包括傳感器數(shù)值、當(dāng)前平臺(tái)狀態(tài)和供電系統(tǒng)信息，水面及水下工作環(huán)境。

12、因此，本發(fā)明采用上述一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，有益效果如下：

13、(1)本發(fā)明具備岸基控制的自航行能力，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)不依賴于船舶載具的離岸水面及水下遠(yuǎn)距離水樣的自動(dòng)采集，各種所需的水環(huán)境綜合參數(shù)檢測(cè)以及水面、水下影像資料的記錄、傳輸。

14、(2)本發(fā)明解決了當(dāng)前海洋、江河湖泊中環(huán)境中監(jiān)測(cè)入侵生物環(huán)境dna時(shí)，傳統(tǒng)水樣采集由于依賴人員搭載船舶載具而面臨的水樣采集成本高且存在安全隱患、水樣采集和水參數(shù)獲取程序復(fù)雜繁瑣、人為誤差大且樣品易交叉污染等問題。而本發(fā)明提供的平臺(tái)能夠同時(shí)兼具水環(huán)境數(shù)據(jù)綜合采集和傳輸能力，實(shí)現(xiàn)了水面、水下水樣自動(dòng)化采樣和水環(huán)境參數(shù)綜合采集的系統(tǒng)集成。

15、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其特征在于：包括水面載具、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和岸基控制系統(tǒng)，所述水面載具用于離岸自航行、視覺環(huán)境感知、定位和水樣采集、收集；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其特征在于：所述水面載具搭載有供電模塊、推進(jìn)模塊、視覺環(huán)境感知模塊、北斗定位模塊、水樣采集及儲(chǔ)存模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其特征在于：所述供電模塊用于為水上工作平臺(tái)供電；所述北斗定位模塊用于對(duì)平臺(tái)的位置進(jìn)行定位，并更新、記錄平臺(tái)航行路徑；所述視覺環(huán)境感知模塊用于感知平臺(tái)的水面工作環(huán)境、航向和水面障礙物，以及觀察水下環(huán)境，并實(shí)時(shí)采集水下視頻畫面；所述水樣采集及儲(chǔ)存模塊用于控制采集水環(huán)境中水樣時(shí)的采水流速、采水功率、采水深度、采樣次數(shù)和水樣體積。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其特征在于：所述水面載具掛載所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)包括采集深度控制模塊、多參數(shù)水環(huán)境傳感器模塊、水下影像采集模塊、水下照明模塊和水樣采集計(jì)量模塊。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其特征在于：所述采集深度控制模塊用于控制水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的作業(yè)深度；所述多參數(shù)環(huán)境傳感器模塊用于測(cè)量水環(huán)境中的相應(yīng)水質(zhì)參數(shù)；所述水下影像采集模塊、所述水下照明模塊用于拍攝水下環(huán)境影像資料，并在拍攝過程中按需補(bǔ)充照明；所述水樣采集計(jì)量模塊用于控制水樣采集的流速和水量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其特征在于：所述多參數(shù)環(huán)境傳感器模塊包括溶解氧傳感器、ph傳感器、溫度傳感器、濁度傳感器、葉綠素含量傳感器和鹽度傳感器。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其特征在于：所述通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括無線網(wǎng)橋和通信模塊，所述無線網(wǎng)橋用于平臺(tái)與所述岸基控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和通訊，具體包括實(shí)時(shí)視頻、傳感器數(shù)據(jù)、控制指令的數(shù)據(jù)傳輸和通訊，所述通信模塊選用4g/5g通信模塊，并內(nèi)嵌tcp/ip協(xié)議棧。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其特征在于：所述岸基控制系統(tǒng)包括桌面操作系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、顯示器和供電系統(tǒng)，所述桌面操作系統(tǒng)用于信息展示、系統(tǒng)控制和圖像處理，所述顯示器用于展示包括傳感器數(shù)值、當(dāng)前平臺(tái)狀態(tài)和供電系統(tǒng)信息，所述主控系統(tǒng)用于平臺(tái)移動(dòng)控制、深度控制和采水控制。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其特征在于：所述岸基控制系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程無線控制平臺(tái)的行進(jìn)方向和航速、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的作業(yè)深度，水樣采集的流速和體積，岸基控制系統(tǒng)還用于信息展示，包括傳感器數(shù)值、當(dāng)前平臺(tái)狀態(tài)和供電系統(tǒng)信息，水面及水下工作環(huán)境。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，包括水面載具、水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和岸基控制系統(tǒng)，所述水面載具用于離岸自航行、視覺環(huán)境感知、定位和水樣采集、收集；所述水下采樣及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)用于水樣采集、水環(huán)境數(shù)據(jù)收集和水下影像資料錄制；所述通訊及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)通訊和數(shù)據(jù)傳輸；所述岸基控制系統(tǒng)用于對(duì)平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程無線控制。本發(fā)明采用上述的一種離岸水樣自動(dòng)采樣和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控水樣自動(dòng)采集、各種水環(huán)境參數(shù)檢測(cè)及影像資料的記錄，解決了目前海洋、江河湖泊中環(huán)境DNA水樣獲取和水環(huán)境數(shù)據(jù)采集時(shí)依賴人搭載船舶載具成本高、安全性差和作業(yè)流程復(fù)雜的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：董波,王瑋,李晨虹,郝常翔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)海洋大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18