本发明涉及湖泊水质监测技术，具体是一种基于多旋翼无人机的总线式湖泊水质监测系统。
背景技术：
湖泊水质的监测是湖泊健康评估、湖泊污染控制中不可缺少的组成部分。目前，湖泊水质的监测主要是依托湖泊水质监测系统来实现的。在现有技术条件下，湖泊水质监测系统由于自身结构所限，普遍缺少合理的网络拓扑结构和快捷高效的传输介质，导致其普遍存在数据传输不稳定、数据传输实时性差的问题，由此直接影响监测过程的高效性和可靠性。基于此，有必要发明一种基于多旋翼无人机的总线式湖泊水质监测系统，以解决现有湖泊水质监测系统缺少合理的网络拓扑结构和快捷高效的传输介质的问题。
技术实现要素：
本发明为了解决现有湖泊水质监测系统缺少合理的网络拓扑结构和快捷高效的传输介质的问题，提供了一种基于多旋翼无人机的总线式湖泊水质监测系统。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于多旋翼无人机的总线式湖泊水质监测系统，包括采集终端部分、中继终端部分、汇聚终端部分、传输介质部分；
所述采集终端部分包括水下履带车、第一传感器阵列、第二传感器阵列、第一至第四信号调理器、第一至第四甚低频发射机；所述第一传感器阵列包括第一电导率传感器、第一ph值传感器、第一浊度传感器、第一氨氮传感器、第一orp传感器、第一溶解氧传感器、第一余氯传感器、第一cod传感器、第一水温传感器、第一防水摄像头；所述第二传感器阵列包括第二电导率传感器、第二ph值传感器、第二浊度传感器、第二氨氮传感器、第二orp传感器、第二溶解氧传感器、第二余氯传感器、第二cod传感器、第二水温传感器、第二防水摄像头；
所述中继终端部分包括无人潜航器、第一甚低频接收机、第二甚低频接收机、可编程放大器、无人船、σ-δ模数转换器、第一甚高频发射机、第二甚高频发射机、多旋翼无人机、第一甚高频接收机、第二甚高频接收机、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、第一中频发射机、第二中频发射机；
所述汇聚终端部分包括第一中频接收机、第二中频接收机、存储服务器、第二磁盘阵列、pc机；
所述传输介质部分包括第一rs485总线、第二rs485总线、第一can总线、第二can总线、第一无线通用串行总线、同轴电缆、脐带缆、第二无线通用串行总线、第一profibus总线、第三无线通用串行总线、第二profibus总线；
其中，第一传感器阵列、第二传感器阵列、第一至第四信号调理器、第一至第四甚低频发射机均安装于水下履带车上；第一甚低频接收机、第二甚低频接收机、可编程放大器均安装于无人潜航器上；σ-δ模数转换器、第一甚高频发射机、第二甚高频发射机均安装于无人船上；第一甚高频接收机、第二甚高频接收机、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、第一中频发射机、第二中频发射机均安装于多旋翼无人机上；
第一传感器阵列、第一信号调理器、第二信号调理器均与第一rs485总线连接，且第一传感器阵列、第一信号调理器、第二信号调理器、第一rs485总线共同构成总线型拓扑结构；第一信号调理器、第二信号调理器、第一甚低频发射机、第二甚低频发射机均与第一can总线连接，且第一信号调理器、第二信号调理器、第一甚低频发射机、第二甚低频发射机、第一can总线共同构成总线型拓扑结构；第二传感器阵列、第三信号调理器、第四信号调理器均与第二rs485总线连接，且第二传感器阵列、第三信号调理器、第四信号调理器、第二rs485总线共同构成总线型拓扑结构；第三信号调理器、第四信号调理器、第三甚低频发射机、第四甚低频发射机均与第二can总线连接，且第三信号调理器、第四信号调理器、第三甚低频发射机、第四甚低频发射机、第二can总线共同构成总线型拓扑结构；
第一至第四甚低频发射机、第一甚低频接收机、第二甚低频接收机均与第一无线通用串行总线无线连接，且第一至第四甚低频发射机、第一甚低频接收机、第二甚低频接收机、第一无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第一甚低频接收机、第二甚低频接收机均通过同轴电缆与可编程放大器连接；可编程放大器通过脐带缆与σ-δ模数转换器连接；σ-δ模数转换器分别通过同轴电缆与第一甚高频发射机、第二甚高频发射机连接；第一甚高频发射机、第二甚高频发射机、第一甚高频接收机、第二甚高频接收机均与第二无线通用串行总线无线连接，且第一甚高频发射机、第二甚高频发射机、第一甚高频接收机、第二甚高频接收机、第二无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第一甚高频接收机、第二甚高频接收机均通过同轴电缆与数字抽取滤波器连接；数字抽取滤波器通过同轴电缆与数据隔离器连接；数据隔离器通过同轴电缆与飞控模块连接；
飞控模块通过同轴电缆与第一磁盘阵列连接；飞控模块、第一中频发射机、第二中频发射机均与第一profibus总线连接，且飞控模块、第一中频发射机、第二中频发射机、第一profibus总线共同构成总线型拓扑结构；第一中频发射机、第二中频发射机、第一中频接收机、第二中频接收机均与第三无线通用串行总线无线连接，且第一中频发射机、第二中频发射机、第一中频接收机、第二中频接收机、第三无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第一中频接收机、第二中频接收机、存储服务器、第二磁盘阵列、pc机均与第二profibus总线连接，且第一中频接收机、第二中频接收机、存储服务器、第二磁盘阵列、pc机、第二profibus总线共同构成总线型拓扑结构。
工作时，水下履带车坐底于湖床上。无人潜航器悬浮于湖水中。无人船漂浮于湖面上。多旋翼无人机悬停于湖泊的上空。汇聚终端部分安装于湖泊管理中心。具体工作过程如下：第一电导率传感器（第二电导率传感器）实时采集湖水的电导率数据，并将电导率数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一ph值传感器（第二ph值传感器）实时采集湖水的ph值数据，并将ph值数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一浊度传感器（第二浊度传感器）实时采集湖水的浊度数据，并将浊度数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一氨氮传感器（第二氨氮传感器）实时采集湖水的氨氮数据，并将氨氮数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一orp传感器（第二orp传感器）实时采集湖水的orp数据，并将orp数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一溶解氧传感器（第二溶解氧传感器）实时采集湖水的溶解氧数据，并将溶解氧数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一余氯传感器（第二余氯传感器）实时采集湖水的余氯数据，并将余氯数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一cod传感器（第二cod传感器）实时采集湖水的cod数据，并将cod数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一水温传感器（第二水温传感器）实时采集湖水的水温数据，并将水温数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一防水摄像头（第二防水摄像头）实时采集湖水的图像数据，并将图像数据实时发送至第一rs485总线（第二rs485总线）。第一信号调理器先实时访问第一rs485总线并获取各项数据，再对各项数据进行调理，然后将各项数据实时发送至第一can总线（若第一信号调理器发生故障，则第二信号调理器先实时访问第一rs485总线并获取各项数据，再对各项数据进行调理，然后将各项数据实时发送至第一can总线）。第三信号调理器先实时访问第二rs485总线并获取各项数据，再对各项数据进行调理，然后将各项数据实时发送至第二can总线（若第三信号调理器发生故障，则第四信号调理器先实时访问第二rs485总线并获取各项数据，再对各项数据进行调理，然后将各项数据实时发送至第二can总线）。第一甚低频发射机实时访问第一can总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第一无线通用串行总线（若第一甚低频发射机发生故障，则第二甚低频发射机实时访问第一can总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第一无线通用串行总线）。第三甚低频发射机实时访问第二can总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第一无线通用串行总线（若第三甚低频发射机发生故障，则第四甚低频发射机实时访问第二can总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第一无线通用串行总线）。第一甚低频接收机实时访问第一无线通用串行总线并获取各项数据，然后通过同轴电缆将各项数据实时发送至可编程放大器（若第一甚低频接收机发生故障，则第二甚低频接收机实时访问第一无线通用串行总线并获取各项数据，然后通过同轴电缆将各项数据实时发送至可编程放大器）。可编程放大器对各项数据进行放大，然后通过脐带缆将各项数据实时发送至σ-δ模数转换器。σ-δ模数转换器对各项数据进行模数转换，然后通过同轴电缆将各项数据实时发送至第一甚高频发射机，第一甚高频发射机将各项数据实时发送至第二无线通用串行总线（若第一甚高频发射机发生故障，则σ-δ模数转换器通过同轴电缆将各项数据实时发送至第二甚高频发射机，第二甚高频发射机将各项数据实时发送至第二无线通用串行总线）。第一甚高频接收机实时访问第二无线通用串行总线并获取各项数据，然后通过同轴电缆将各项数据实时发送至数字抽取滤波器（若第一甚高频接收机发生故障，则第二甚高频接收机实时访问第二无线通用串行总线并获取各项数据，然后通过同轴电缆将各项数据实时发送至数字抽取滤波器）。数字抽取滤波器对各项数据进行抽取滤波，然后通过同轴电缆将各项数据实时发送至数据隔离器。数据隔离器对各项数据进行数据隔离，然后通过同轴电缆将各项数据实时发送至飞控模块。飞控模块一方面通过同轴电缆将各项数据实时发送至第一磁盘阵列进行备份，另一方面将各项数据实时发送至第一profibus总线。第一中频发射机实时访问第一profibus总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第三无线通用串行总线（若第一中频发射机发生故障，则第二中频发射机实时访问第一profibus总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第三无线通用串行总线）。第一中频接收机实时访问第三无线通用串行总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第二profibus总线（若第一中频接收机发生故障，则第二中频接收机实时访问第三无线通用串行总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第二profibus总线）。存储服务器实时访问第二profibus总线并获取各项数据，然后将各项数据进行实时存储。第二磁盘阵列实时访问第二profibus总线并获取各项数据，然后将各项数据进行实时备份。pc机实时访问第二profibus总线并获取各项数据，然后将各项数据进行实时显示。
基于上述过程，与现有湖泊水质监测系统相比，本发明所述的一种基于多旋翼无人机的总线式湖泊水质监测系统通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，本发明采用了一系列总线型拓扑结构，其通过利用总线型拓扑结构结构简单、所需要的传输介质少、无中心节点、任何节点的故障都不会造成全网瘫痪、可靠性高、易于扩充的优点，具备了合理的网络拓扑结构，由此使得数据传输更稳定、数据传输实时性更强，从而有效保证了监测过程的高效性和可靠性。其二，本发明采用同轴电缆作为传输介质，其通过利用同轴电缆屏蔽性好、传输距离远、带宽高、噪声抑制特性好的优点，具备了快捷高效的传输介质，由此进一步使得数据传输更稳定、数据传输实时性更强，从而进一步有效保证了监测过程的高效性和可靠性。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有湖泊水质监测系统缺少合理的网络拓扑结构和快捷高效的传输介质的问题，适用于湖泊水质监测。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
一种基于多旋翼无人机的总线式湖泊水质监测系统，包括采集终端部分、中继终端部分、汇聚终端部分、传输介质部分；
所述采集终端部分包括水下履带车、第一传感器阵列、第二传感器阵列、第一至第四信号调理器、第一至第四甚低频发射机；所述第一传感器阵列包括第一电导率传感器、第一ph值传感器、第一浊度传感器、第一氨氮传感器、第一orp传感器、第一溶解氧传感器、第一余氯传感器、第一cod传感器、第一水温传感器、第一防水摄像头；所述第二传感器阵列包括第二电导率传感器、第二ph值传感器、第二浊度传感器、第二氨氮传感器、第二orp传感器、第二溶解氧传感器、第二余氯传感器、第二cod传感器、第二水温传感器、第二防水摄像头；
所述中继终端部分包括无人潜航器、第一甚低频接收机、第二甚低频接收机、可编程放大器、无人船、σ-δ模数转换器、第一甚高频发射机、第二甚高频发射机、多旋翼无人机、第一甚高频接收机、第二甚高频接收机、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、第一中频发射机、第二中频发射机；
所述汇聚终端部分包括第一中频接收机、第二中频接收机、存储服务器、第二磁盘阵列、pc机；
所述传输介质部分包括第一rs485总线、第二rs485总线、第一can总线、第二can总线、第一无线通用串行总线、同轴电缆、脐带缆、第二无线通用串行总线、第一profibus总线、第三无线通用串行总线、第二profibus总线；
其中，第一传感器阵列、第二传感器阵列、第一至第四信号调理器、第一至第四甚低频发射机均安装于水下履带车上；第一甚低频接收机、第二甚低频接收机、可编程放大器均安装于无人潜航器上；σ-δ模数转换器、第一甚高频发射机、第二甚高频发射机均安装于无人船上；第一甚高频接收机、第二甚高频接收机、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、第一中频发射机、第二中频发射机均安装于多旋翼无人机上；
第一传感器阵列、第一信号调理器、第二信号调理器均与第一rs485总线连接，且第一传感器阵列、第一信号调理器、第二信号调理器、第一rs485总线共同构成总线型拓扑结构；第一信号调理器、第二信号调理器、第一甚低频发射机、第二甚低频发射机均与第一can总线连接，且第一信号调理器、第二信号调理器、第一甚低频发射机、第二甚低频发射机、第一can总线共同构成总线型拓扑结构；第二传感器阵列、第三信号调理器、第四信号调理器均与第二rs485总线连接，且第二传感器阵列、第三信号调理器、第四信号调理器、第二rs485总线共同构成总线型拓扑结构；第三信号调理器、第四信号调理器、第三甚低频发射机、第四甚低频发射机均与第二can总线连接，且第三信号调理器、第四信号调理器、第三甚低频发射机、第四甚低频发射机、第二can总线共同构成总线型拓扑结构；
第一至第四甚低频发射机、第一甚低频接收机、第二甚低频接收机均与第一无线通用串行总线无线连接，且第一至第四甚低频发射机、第一甚低频接收机、第二甚低频接收机、第一无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第一甚低频接收机、第二甚低频接收机均通过同轴电缆与可编程放大器连接；可编程放大器通过脐带缆与σ-δ模数转换器连接；σ-δ模数转换器分别通过同轴电缆与第一甚高频发射机、第二甚高频发射机连接；第一甚高频发射机、第二甚高频发射机、第一甚高频接收机、第二甚高频接收机均与第二无线通用串行总线无线连接，且第一甚高频发射机、第二甚高频发射机、第一甚高频接收机、第二甚高频接收机、第二无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第一甚高频接收机、第二甚高频接收机均通过同轴电缆与数字抽取滤波器连接；数字抽取滤波器通过同轴电缆与数据隔离器连接；数据隔离器通过同轴电缆与飞控模块连接；
飞控模块通过同轴电缆与第一磁盘阵列连接；飞控模块、第一中频发射机、第二中频发射机均与第一profibus总线连接，且飞控模块、第一中频发射机、第二中频发射机、第一profibus总线共同构成总线型拓扑结构；第一中频发射机、第二中频发射机、第一中频接收机、第二中频接收机均与第三无线通用串行总线无线连接，且第一中频发射机、第二中频发射机、第一中频接收机、第二中频接收机、第三无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第一中频接收机、第二中频接收机、存储服务器、第二磁盘阵列、pc机均与第二profibus总线连接，且第一中频接收机、第二中频接收机、存储服务器、第二磁盘阵列、pc机、第二profibus总线共同构成总线型拓扑结构。
所述第一电导率传感器、第二电导率传感器均采用nh155型电导率传感器；所述第一ph值传感器、第二ph值传感器均采用nhph49型ph值传感器；所述第一浊度传感器、第二浊度传感器均采用nh151型浊度传感器；所述第一氨氮传感器、第二氨氮传感器均采用nh152型氨氮传感器；所述第一orp传感器、第二orp传感器均采用nh154型orp传感器；所述第一溶解氧传感器、第二溶解氧传感器均采用nh147型溶解氧传感器；所述第一余氯传感器、第二余氯传感器均采用nh161型余氯传感器；所述第一cod传感器、第二cod传感器均采用nhcod-100-r型cod传感器；所述第一水温传感器、第二水温传感器均采用nh133s型水温传感器；所述存储服务器采用taishan2280v2型服务器；所述同轴电缆采用基带同轴电缆。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
1.一种基于多旋翼无人机的总线式湖泊水质监测系统，其特征在于：包括采集终端部分、中继终端部分、汇聚终端部分、传输介质部分；
所述采集终端部分包括水下履带车、第一传感器阵列、第二传感器阵列、第一至第四信号调理器、第一至第四甚低频发射机；所述第一传感器阵列包括第一电导率传感器、第一ph值传感器、第一浊度传感器、第一氨氮传感器、第一orp传感器、第一溶解氧传感器、第一余氯传感器、第一cod传感器、第一水温传感器、第一防水摄像头；所述第二传感器阵列包括第二电导率传感器、第二ph值传感器、第二浊度传感器、第二氨氮传感器、第二orp传感器、第二溶解氧传感器、第二余氯传感器、第二cod传感器、第二水温传感器、第二防水摄像头；
所述中继终端部分包括无人潜航器、第一甚低频接收机、第二甚低频接收机、可编程放大器、无人船、σ-δ模数转换器、第一甚高频发射机、第二甚高频发射机、多旋翼无人机、第一甚高频接收机、第二甚高频接收机、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、第一中频发射机、第二中频发射机；
所述汇聚终端部分包括第一中频接收机、第二中频接收机、存储服务器、第二磁盘阵列、pc机；
所述传输介质部分包括第一rs485总线、第二rs485总线、第一can总线、第二can总线、第一无线通用串行总线、同轴电缆、脐带缆、第二无线通用串行总线、第一profibus总线、第三无线通用串行总线、第二profibus总线；
其中，第一传感器阵列、第二传感器阵列、第一至第四信号调理器、第一至第四甚低频发射机均安装于水下履带车上；第一甚低频接收机、第二甚低频接收机、可编程放大器均安装于无人潜航器上；σ-δ模数转换器、第一甚高频发射机、第二甚高频发射机均安装于无人船上；第一甚高频接收机、第二甚高频接收机、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、第一中频发射机、第二中频发射机均安装于多旋翼无人机上；
第一传感器阵列、第一信号调理器、第二信号调理器均与第一rs485总线连接，且第一传感器阵列、第一信号调理器、第二信号调理器、第一rs485总线共同构成总线型拓扑结构；第一信号调理器、第二信号调理器、第一甚低频发射机、第二甚低频发射机均与第一can总线连接，且第一信号调理器、第二信号调理器、第一甚低频发射机、第二甚低频发射机、第一can总线共同构成总线型拓扑结构；第二传感器阵列、第三信号调理器、第四信号调理器均与第二rs485总线连接，且第二传感器阵列、第三信号调理器、第四信号调理器、第二rs485总线共同构成总线型拓扑结构；第三信号调理器、第四信号调理器、第三甚低频发射机、第四甚低频发射机均与第二can总线连接，且第三信号调理器、第四信号调理器、第三甚低频发射机、第四甚低频发射机、第二can总线共同构成总线型拓扑结构；
第一至第四甚低频发射机、第一甚低频接收机、第二甚低频接收机均与第一无线通用串行总线无线连接，且第一至第四甚低频发射机、第一甚低频接收机、第二甚低频接收机、第一无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第一甚低频接收机、第二甚低频接收机均通过同轴电缆与可编程放大器连接；可编程放大器通过脐带缆与σ-δ模数转换器连接；σ-δ模数转换器分别通过同轴电缆与第一甚高频发射机、第二甚高频发射机连接；第一甚高频发射机、第二甚高频发射机、第一甚高频接收机、第二甚高频接收机均与第二无线通用串行总线无线连接，且第一甚高频发射机、第二甚高频发射机、第一甚高频接收机、第二甚高频接收机、第二无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第一甚高频接收机、第二甚高频接收机均通过同轴电缆与数字抽取滤波器连接；数字抽取滤波器通过同轴电缆与数据隔离器连接；数据隔离器通过同轴电缆与飞控模块连接；
飞控模块通过同轴电缆与第一磁盘阵列连接；飞控模块、第一中频发射机、第二中频发射机均与第一profibus总线连接，且飞控模块、第一中频发射机、第二中频发射机、第一profibus总线共同构成总线型拓扑结构；第一中频发射机、第二中频发射机、第一中频接收机、第二中频接收机均与第三无线通用串行总线无线连接，且第一中频发射机、第二中频发射机、第一中频接收机、第二中频接收机、第三无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第一中频接收机、第二中频接收机、存储服务器、第二磁盘阵列、pc机均与第二profibus总线连接，且第一中频接收机、第二中频接收机、存储服务器、第二磁盘阵列、pc机、第二profibus总线共同构成总线型拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的总线式湖泊水质监测系统，其特征在于：所述第一电导率传感器、第二电导率传感器均采用nh155型电导率传感器；所述第一ph值传感器、第二ph值传感器均采用nhph49型ph值传感器；所述第一浊度传感器、第二浊度传感器均采用nh151型浊度传感器；所述第一氨氮传感器、第二氨氮传感器均采用nh152型氨氮传感器；所述第一orp传感器、第二orp传感器均采用nh154型orp传感器；所述第一溶解氧传感器、第二溶解氧传感器均采用nh147型溶解氧传感器；所述第一余氯传感器、第二余氯传感器均采用nh161型余氯传感器；所述第一cod传感器、第二cod传感器均采用nhcod-100-r型cod传感器；所述第一水温传感器、第二水温传感器均采用nh133s型水温传感器；所述存储服务器采用taishan2280v2型服务器；所述同轴电缆采用基带同轴电缆。
技术总结