技术领域
[0001] 本申请涉及水环境监测的领域，尤其是涉及一种水环境监测用污水采样装置。
相关背景技术
[0002] 随着社会对环境问题的日益重视，系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理的工作迫在眉睫，高效全面的获取水质信息是水污染防治工作的先决条件，水质采样工作则是污水治理的首个环节。目前大部分的采样工作是由人工手持采样瓶来完成的，人工采样的缺点是：成本高、效率低、费时费力；无法适应复杂陌生环境，尤其是在水域面积较广的环境下，需要采样人员乘坐船类交通工具前往水域中部进行水样采集，除了费时之外，还附带有一定危险。
[0003] 公告号为CN113188841B的中国专利公开了一种污水净化采样装置，涉及环境治理设备领域，技术方案为，包括无人机及与采样无人机连接的采样船；采样船包括主架体，主架体两侧分别对称设置一个圆柱状的浮体，主架体的上侧设置主线辊，主线辊的辊轴与吊索一端连接，吊索另一端与采样无人机连接；主架体设置有至少一个副线辊，副线辊通过线辊架与主架体连接；副线辊的辊轴上固定连接拉绳的一端，拉绳的另一端与采样瓶连接。该装置适用于较大面积污染水域的水样采集，无须工作人员自身前往水域中部，令污水采样工作的安全性得到极大提高。
[0004] 但是针对大面积水域的水环境监测工作，由于污染物分布不均匀且水域面积过大，不同区域的水质环境可能有较大差异，因此如何合理布设采样点以确保样本具有代表性，对水域环境进行高效精确监测是一个待解决的技术问题。
具体实施方式
[0019] 以下结合附图1‑图7对本申请作进一步详细说明。
[0020] 本申请实施例公开一种水环境监测用污水采样装置。参照图1和图2，一种水环境监测用污水采样装置，包括采样无人机1、采样浮台2和采样控制器3，采样无人机1和采样浮台2均与采样控制器3通信连接。采样无人机1底部与采样浮台2连接。采样无人机1包括机体11以及安装在机体11底部用于吊装采样浮台2的吊装组件12以及用于采集水域图像的摄像头13。需要说明的是采样无人机1为采购的无人机，其机体11具体构造为现有技术。采样浮台2包括浮体21、浮台子控制器22、嵌设在浮体21上的浮体电源23、设置在浮体21上用于与采样无人机连接的自动连接件24以及多组用于进行污水采样的采样组件25，浮台子控制器
22、浮体电源23、自动连接件24以及多组采样组件25相互电连接。采样控制器3实时接收采样请求，基于水域信息以及历史采样信息匹配确定采样集合，控制采样无人机1吊载采样浮台2依次抵达采样集合内各个采样区域进行污水采样。其中，采样请求包括采样类型信息以及采样补充信息。水域信息包括水域GIS信息、水域周边建筑信息以及水域周边采样站点信息；采样集合包括至少一个采样区域以及采样路径信息。针对大面积水域的水环境监测工作，实时获取采样请求，根据采样类型结合水域先确定该采样类型在该水域的固定采样区域，再结合历史采样信息以及水域更新信息确定水域水质情况，根据采样请求中需要的采样信息类型预测确定污水采样点，有助于实现高效精确采样，达到有效提高水环境检测效率的效果。
[0021] 其中上述采样类型信息大致可包括水质理化性质类、重金属类、微生物类、有机污染物类以及根据水域实际情况以及周边污染源设置的其他大类，再进行细分，水质理化性质类一般包括常规指标：酸碱度（pH 值）、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）以及营养盐类：氨氮（NH3 ‑ N）、总磷（TP）硝酸盐氮（NO3 ‑ N）等；重金属类一般包括：汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）等；微生物类一般包括细菌总数、大肠菌群以及致病菌等等；而有机污染物类则包括：石油类污染物、多环芳烃（PAHs）污染物以及农药残留等等；具体采样类型信息可根据应用水域的实际水环境监测需求设置。
[0022] 参照图1和图2，多组采样组件25均包括采样瓶251、采样泵252以及采样管253。采样瓶251安装在浮体21上，且采样瓶251上设置有可编辑显示屏254。采样管253一端通过采样泵252与采样瓶251连接，另一端连接有取水护套255；多个取水护套255上均设置有采样孔256，且多组采样组件25的采样管253直径以及采样孔256孔径均不一致，采样管253直径与采样孔256孔径成正比。通过多组采样组件25设置，设置不同规格的采样组件25以及取水护套255，能够适应不同水域、水深以水环境的采样需求，有助于高效采样，并在采样瓶251上设置有可编辑显示屏254，在采样完成后可以将采样信息摘要标注在采样瓶251上，有助于大面积水域采样工作完成后快速确定水样来源。
[0023] 参照图1和图2，采样组件25还包括电动线轴257和采样配重块258，电动线轴257安装在浮体上且线头贯穿过浮体21与采样配重块258连接；采样配重块258安装在取水护套底部，且采样配重块258底部设置有接触传感器259。通过电动线轴257和采样配重块258的设置，能够在采样点稳定携带采样管253的取水护套255到达指定深度，有助于提高采样精度，另外通过在采样配重块258底部设置，接触传感器259面对随机采样点能够精确测量水深，进而按照采样标准文件，根据水深进行一次或多次采样，达到有效提高水环境检测效率的效果。
[0024] 参照图1‑图3，吊装组件12包括吊装框架121，吊装框架121包括吊装环122和多根吊装杆123，多根吊装杆123顶端均与机体11底部连接，底端均与吊装环122连接；自动连接件24包括三根连接杆241，三根连接杆241一端共同连接形成锥形框242，另一端均连接有滑杆243；三根连接杆241均弯折有用于卡接吊装环122的卡接槽244；浮体21上开设有供滑杆243滑动的伸缩滑槽245，伸缩滑槽245远离锥形框242的一端均设有电动伸缩件246，电动伸缩件246的伸缩端与滑杆243连接。吊装框架121中部设置有吊装卷扬机14，吊装卷扬机14的吊装端穿过吊装环122与锥形框242顶部连接。通过吊装框架121和自动连接件24的设置，能够实现采样无人机1与采样浮台2的自动刚性连接，有助于采样无人机1稳定携带转运采样浮台2，而通过吊装卷扬机14的设置，在进行采样工作时，为了防止出现采样无人机1过于贴紧水面对取样工作造成影响，有助于提高采样浮台2在水面与采样无人机1恢复刚性连接效率，达到有效提高采样效率的效果。
[0025] 具体操作过程，在进行采样工作时，自动连接件24电动伸缩件246伸出，锥形框242收缩，采样无人机1带动吊装框架121下滑，脱离锥形框242的卡接槽244，自动连接件24与吊装框架121的连接断开；采样无人机1上升仍通过吊装卷扬机14与采样浮台2吊接，既不影响采样，还能保持连接；而在采样完成后，无人机下降的同时通过吊装卷扬机14收线引导自动连接件24的锥形框242插入吊装框架121，电动伸缩件246伸出，锥形框242收缩，采样无人机1底部吊装框架121顺利下降至指定高度，此时电动伸缩件246回缩锥形框242回复，吊装框架121的吊装环122滑入卡接槽244内，自动连接件24与吊装框架121恢复刚性连接。
[0026] 参照图4，所述采样控制器3实时接收采样请求，基于水域信息以及历史采样信息匹配确定采样集合具体包括以下步骤：A1、实时接收采样请求：所述采样控制器3实时接收采样请求，所述采样请求包括采样类型信息以及采样补充信息，所述采样补充信息包括采样偏好信息以及水域更新信息；
A2、匹配确定固定采样区域：基于采样类型信息匹配确定对应该采样类型的预设
置固定采样区域；
A3、匹配生成随机采样区域：根据采样请求通过预设置的水环境预测模型匹配生
成多个随机采样区域，所述水环境预测模型为卷积神经网络模型通过水域信息以及历史采样信息深度学习迭代训练得到；需要说明采用卷积神经网络通过历史采样信息训练水环境预测模型的具体步骤现有技术，在此不在赘述；
A4、规划生成采样路径信息：对固定采样区域和随机采样区域进行整合规划生成
采样路径信息；
A5、打包生成采样集合：将固定采样区域和随机采样区域以及采样路径信息打包
生成采样集合。通过上述步骤，根据采样请求的采样类型信息确定该水域对应的预设置固定采样区域，通过水环境预测模型实时预测水域水环境情况，根据采样类型信息选取水域对应该类型参数不好的区域作为随机采样区域，有助于实现高效精确采样，达到有效提高水环境检测效率的效果。
[0027] 举例说明，如采样类型信息为农药残留时，则先根据采样类型匹配该水域预设置固定采样区域，如农田汇流口、农药厂排污口所在区域等；再通过水环境预测模型确定水域中农残可能超标的区域作为随机采样区域，即可实现高效针对性的精确采样，达到有效提高水环境检测效率的效果。
[0028] 参照图5，所述对固定采样区域和随机采样区域进行整合规划生成采样路径信息具体包括以下步骤：B1、确定各个固定采样区域的采样次数：根据各个固定采样区域历史采样信息以
及水域更新信息确定各个固定采样区域的采样次数；
B2、确定各个随机采样区域的预测采样次数：根据水域信息以及采样请求中的水
域更新信息确定各个随机采样区域的预测水深，生成各个随机采样区域的预测采样次数；
B3、生成采样区域分布图：对固定采样区域和随机采样区域进行整合生成采样区
域分布图；
B4、规划生成采样路径信息：获取陆地采样操作点位置以及采样浮台2配置信息，通过贪心算法根据采样区域分布图中各个固定采样区域和随机采样区域的采样次数以及预测采样次数规划生成采样总路径最短的采样路径信息。根据固定采样区域和随机采样区域的实际情况，结合水域的采样站点分布，通过贪心算法规划采样总路径最短的采样路径信息，避免采样无人机1重复往返同一采样区域，达到有效提高采样效率的效果。
[0029] 参照图6，所述控制采样无人机1吊载采样浮台2依次抵达采样集合内各个采样区域进行污水采样具体包括以下步骤：S1、自检准备：启动采样无人机1进行开机自检后，将采样无人机1与采样浮台2通过吊装组件12以及自动连接件24连接；
S2、选取采样点位：根据采样路径信息控制采样无人机1抵达采样区域，选取采样点位；
S3、放下浮台：控制采样无人机1下降将采样浮台2放置于采样点位处，控制采样无人机1上升同步控制自动连接件24断开采样浮台2与采样无人机1的刚性连接，采样无人机1上升至指定高度，通过吊装组件12保持对采样浮台2的吊接；
S4、进行采样：通过浮台子控制器22控制采样浮台2在采样点位进行采样；
S5、连接浮台：完成采样后，控制采样无人机1下降通过吊装组件12以及自动连接件24与采样浮台2连接；
S6、判断是否存在未采样的采样区域，若存在则跳转至步骤S2；
S7、完成采样：若不存在则控制采样无人机1带着采样浮台2按照采样路径信息回
到采样站点完成采样。通过上述步骤，有助于实现高效精确采样，达到有效提高水环境检测效率的效果。
[0030] 其中，步骤2中选取采样点位具体包括：通过采样无人机1获取采样区域的图像信息，将采样区域的图像输入预设置的水域污染分析模型中选取采样区域中水面污染情况最严重的一处作为采样点，所述水域污染分析模型以ChatGPT4.0模型为基础，通过不同污染情况的水域图像作为样本进行训练得到。通过ChatGPT4.0模型强大的图像识别能力，能够对采集到的采样区域水面情况进行快速识别，确定水域中污染物漂浮堆积严重处作为采样点，能够进一步提高污水采样的准确性和针对性，有助于后续根据采样水样精确了解水域污染情况。
[0031] 参照图7，所述通过浮台子控制器22控制采样浮台2在采样点位进行采样具体包括以下步骤：C1、判断采样区域是否为固定采样区域；
C2、固定采样区域进行采样：若为固定采样区域，则获取该固定采样区域的固定采样流程信息，按照固定采样信息通过浮台子控制器22控制指定电动线轴257依次启动，将对应规格的取水护套255沉入指定深度，并启动采样泵252进行采样，在采样完成后将采样信息摘要显示在采样瓶251的可编辑显示屏254上；所述固定采样流程信息包括至少一次采样的采样深度、采样管253规格以及采样泵252控制参数；
C3、获取随机采样区域的水深：若不为固定采样区域，则启动电动线轴257将采样配重块258下沉直至接触传感器259反馈触地，获取采样点水深；
C4、生成随机采样流程信息：基于采样点水深对照预设置的采样标准确定采样次
数以及每次采样的采样深度、采样管253规格以及采样泵252控制参数，生成随机采样流程信息；
C5、随机采样区域进行采样：根据随机采样流程信息通过浮台子控制器22控制指
定电动线轴257依次启动，将对应规格的取水护套沉入指定深度，并启动采样泵252进行采样，在采样完成后将采样信息摘要显示在采样瓶251的可编辑显示屏254上。通过上述步骤，面对随机采样区域通过采样配重块258底部的接触传感器259能够精确测量水深，效验水域情况，进而按照采样标准文件，根据水深进行一次或多次采样，达到有效提高水环境检测效率的效果。
[0032] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对发明的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，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，都属于本发明所要保护的范围。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本发明各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本发明的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本发明所要保护的范围。
