基于GIS的自然灾害之海洋灾害隐患调查及风险评估系统
技术领域
本发明涉及一种评估系统，特别是涉及一种基于GIS的自然灾害之海洋灾害隐患调查及风险评估系统。
背景技术
减灾与应急管理研究院、应急管理部国家减灾中心、应急管理部信息研究院等单位每年都会采集各类自然灾害数据，对全球和中国的自然灾害情况进行分析和评估。自然灾害的评估，按照灾害发生过程分为三种，一是灾前评估，二是灾期跟踪或监测评估，三是灾后实测评估。灾前评估需要考虑三个因素，第一是未来灾害可能达到的强度与频度，第二是本区历史上的灾度与成灾率，第三是灾区的人口、经济情况以及防灾抗灾能力。灾期跟踪或监测评估，主要根据灾害发展情况和灾区的承灾能力，对已经发生的灾害损失和可能继续遭受的损失进行评估，并且对可能发生的次生灾害进行预评估。灾后实测性评估是在灾后现场对直接和间接的灾害损失逐区、逐点、逐项的实际测算，同时对可能发生的衍生灾害进行预评估。
近年海岸带和海洋经济发展迅猛，海洋灾害的经济损失也在以大体相同或略高的速度增加，高于中国其他任何种类灾害的增长速度，是近年来经济损失和人员死亡及数量增长最快的自然灾害。所以需要建立海洋灾害评估系统，为灾害领域国际组织、科研机构，以及保险、再保险公司，提供海洋灾害评估数据，构建全球灾害信息沟通纽带。随着无人机技术的快速发展，利用无人机进行海洋重要区域的巡飞，采集监测区域的不同深度的海水样品，对样品内的各项指标进行分析和评估，以实现对海洋灾害风险预测。
为了降低无人机的功耗，保证无人机的飞行距离，需要对无人机上的海水采集结构进行降重及简化，优选微型电机。无人机悬停在海面上空，降下采集管收集不同深度的海水。当采用电机轴直接缠绕拉线的采样结构时，常常出现电机轴被海水样品重量带动而旋转，电机轴不能维持静止状态的问题。所以需要设计一种基于GIS的自然灾害之海洋灾害隐患调查及风险评估系统，配置微型电机即可实现采集管的平稳悬停，以完成不同深度海水样品的采集和评估。GIS是指地理信息系统，能够将海洋灾害数据和地理空间位置信息数据相结合，在可视化的界面进行数据的查询和管理。工作人员先根据之前的海洋灾害数据，计划出需要评估海水区域，在海水取样工作完成后，获得样本中的各类数据，将数据导入GIS中进行分析评估，并对未来的海洋灾害进行预测。
发明内容
因此，本发明为实现无人机配置微型电机的情况下，就能控制采集管的平稳悬停，实现不同深度海水样品的采集。
本发明所采用的技术方案是：一种基于GIS的自然灾害之海洋灾害隐患调查及风险评估系统，其特征在于：包括无人机、电机、驱动齿轮、固定套、卡扣盘、拉动轴、弹簧、封盖、传动齿轮、固定轴、绕线轮、拉线、集液管、单向阀、轴承。
所述无人机的底部装有摄像头。
所述电机的机壳，螺装在无人机底部；所述电机的电机轴从左端伸出，所述电机轴上销接有驱动齿轮。
所述固定套为中心轴线左右水平的圆柱壳形，所述固定套的右端面上，向左开设有圆柱形的传动腔；环绕传动腔中心轴线，所述传动腔的内圆柱面上，均匀设有三个左右方向长条形的导向筋；所述传动腔的左侧端面上，左右贯穿开设有圆形的卡扣盘孔；所述固定套的顶部设有水平的固定片，所述固定片螺接在无人机底面，位于电机的左侧。
进一步讲，所述卡扣盘孔的孔径小于传动腔的内径。
所述固定套的固定片的右侧，向下弯折成竖直的竖板，所述竖板上装有轴承，所述电机的电机轴的最左端，装在竖板上的轴承的内圈中。
所述卡扣盘为中心轴线左右水平的扁圆柱体，所述卡扣盘的左侧面上，环绕卡扣盘中心轴线，均匀设有多个中心轴线左右水平的圆柱形的卡扣柱；所述卡扣盘的外圆柱面上，环绕卡扣盘中心轴线，均匀开设有三个左右水平的导向槽，卡套在固定套的导向筋上；所述卡扣盘的中心处，左右贯穿开设有圆形的拉动轴孔，所述拉动轴孔内装有轴承。
所述拉动轴为中心轴线左右水平的细圆柱体，左右贯穿在卡扣盘的拉动轴孔中的轴承的内圈中；所述拉动轴的左端设有中心轴线左右水平的扁圆柱形的拉动片，所述拉动片的右侧面上，环绕拉动片中心轴线，嵌装有多个滚珠，所述滚珠的露出球面抵在卡扣盘的左侧面上；所述拉动轴的外圆柱面上，在中间段和右侧段区域，环绕拉动轴中心轴线，设有螺旋凸起；所述拉动轴的最右端，加工为细圆柱形的传动齿轮安装柱，所述传动齿轮安装柱上，销接有传动齿轮，与驱动齿轮相啮合。
所述封盖为中心轴线左右水平的扁圆柱体，所述封盖的中心处加厚并左右贯穿有圆柱形通孔，通孔内圆柱面上设有螺旋凹槽，与拉动轴上的螺旋凸起构成丝杠螺母装配结构；所述固定套的右侧端面上开设有多个螺纹孔，所述封盖上左右贯穿有紧固孔，螺钉穿过紧固孔装入螺纹孔，将封盖装在固定套的右端面上。
所述弹簧套装在拉动轴上，所述弹簧的左端抵在卡扣盘的右侧面上，所述弹簧的右端抵在封盖的左侧面上。
进一步讲，所述驱动齿轮的轮齿宽度，大于传动齿轮的宽度。
进一步讲，所述驱动齿轮与传动齿轮的宽度差，大于传动过程中弹簧的长度变化值。
所述固定轴为横截面为圆形的L形柱，所述固定轴的顶部设有紧固片，所述紧固片螺接在无人机底面，位于固定套的左侧；所述固定轴的水平端加工为中线轴线左右水平的圆柱体，所述绕线轮通过轴承装在固定轴的水平段。
所述绕线轮为中心轴线左右水平的圆柱体，所述绕线轮的右侧面上，环绕绕线轮中心轴线，均匀开设多个圆柱形的卡扣孔；当所述卡扣盘位于左右移动范围的靠左端的一段区域内时，所述卡扣盘的左侧面上的卡扣柱插入卡扣孔内，限制绕线轮的转动。
进一步讲，所述卡扣孔的孔边缘线做倒角处理。
进一步讲，所述卡扣孔的数量与卡扣柱的数量相同。
所述绕线轮的外圆柱面上，环绕绕线轮中心轴线，开设有环形的绕线槽，所述绕线槽上缠绕有拉线；所述拉线的底端连接有圆柱形的集液管，所述集液管内部中空，所述集液管的顶面装有单向阀，海水通过单向阀进入集液管内部；所述单向阀的阀壳为上下贯穿圆孔的圆柱形壳体，所述阀壳内部装有柱塞，抵在阀壳顶部的圆孔上；所述阀壳内装有单向阀弹簧，所述单向阀弹簧的底端连接在阀壳内部底面上，所述单向阀弹簧的顶端连接在柱塞底面。
进一步讲，所述柱塞的外径，小于阀壳内部腔的内径，大于阀壳上下圆孔的孔径。
进一步讲，所述单向阀弹簧的最大外径，小于柱塞的外径。
进一步讲，所述单向阀弹簧的最小内径，大于阀壳的上下圆孔的孔径。
进一步讲，用于收集不同深度海水的集液管的顶面，安装的单向阀内的单向阀弹簧的弹力不同。
所述单向阀内的柱塞在上，单向阀弹簧在下。
本发明的原理为：工作人员控制无人机飞至需要监控的海域上方一定高度，确保海浪的高度无法触及无人机，保证无人机的安全。工作人员遥控电机，电机轴转动，带动驱动齿轮转动；所述驱动齿轮带动传动齿轮转动，所述传动齿轮带动拉动轴转动，所述拉动轴和封盖构成丝杠螺母装配结构，使得拉动轴向右移动；所述拉动轴左端的拉动片，带动卡扣盘向右移动；所述卡扣柱向右移动，离开绕线轮上的卡扣孔；所述集液管带动拉线向下移动，所述绕线轮不断转动，直到集液管即将到达计划采集的海水深度。
在上述过程中，所述弹簧在卡扣盘和封盖之间的空间内被不断压缩。
所述单向阀，根据内部单向阀弹簧的弹力，分为不同的型号，适用于不同压力的海水样本采集。当集液管进入海水中，到达需要采集的深度后，海水的水压足够推开单向阀内的柱塞，此时单向阀内的空气向外跑出，海水进入集液管内，直到所述柱塞受到的内外压力持平时，所述柱塞重新堵塞单向阀的顶部的圆孔。
经过多次实践可以总结出集液管下降到海水中不同深度的时间，在后面的具体实施时，在一定时间后控制电机反转，所述驱动齿轮反转，带动驱动齿轮反转；所述驱动齿轮带动拉动轴反转，所述拉动轴反转的同时开始反向向左移动。所述卡扣盘由于受到弹簧的弹力，始终位于拉动轴的最左端，所述卡扣盘随着拉动轴的左移而返回到原始位置，所述卡扣柱重新进入卡扣孔，所述绕线轮将不能再继续转动，所述集液管的深度不再变化。
所述集液管采集海水样本完成后，控制无人机飞回到工作人员身边；工作人员将集液管中的海水取出，获得海水的温度、微生物、污染物等各类信息。随后工作人员将样本中的各类数据导入GIS，对其进行分析评估后，预测当下和未来监测区域的海洋灾害情况。
本发明一种基于GIS的自然灾害之海洋灾害隐患调查及风险评估系统具有如下优点：
(1)利用无人机技术，实现海水样本的采集，构思巧妙；
(2)通过卡扣控制结构和拉线，控制集液管达到不同深度的海水；
(3)利用不同深度水压变化规律，使用单向阀结构，实现海水样品采集，设计新颖。
所以，这种基于GIS的自然灾害之海洋灾害隐患调查及风险评估系统，实现无人机配置微型电机的情况下，就能控制采集管的平稳悬停，实现不同深度海水样品的采集，对已经发生的灾害损失和可能继续遭受的损失进行评估，并且对可能发生的次生灾害进行预评估，为减少海洋灾害损失具有重要帮助。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是信息传递原理示意图。
图2是整体装配体的顶部结构示意图。
图3是整体装配体的底部结构示意图。
图4是取样传动结构的整体结构示意图。
图5是侧面视角的取样传动结构的整体结构示意图。
图6是电机到卡扣盘的传动结构示意图。
图7是电机、驱动齿轮、传动齿轮的装配结构示意图。
图8是电机、驱动齿轮的装配结构示意图。
图9是电机的结构示意图。
图10是传动齿轮、拉动轴、固定套、封盖的装配结构示意图。
图11是拉动轴、固定套、封盖的装配结构示意图。
图12是固定套竖直剖开的内部装配结构示意图。
图13是固定套竖直剖开的移除卡扣盘后的内部装配结构示意图。
图14是固定套竖直剖开的移除卡扣盘和弹簧后的内部装配结构示意图。
图15是固定套的左侧结构示意图。
图16是固定套的右侧结构示意图。
图17是拉动轴的结构示意图。
图18是封盖的结构示意图。
图19是卡扣盘的左侧结构示意图。
图20是卡扣盘的右侧结构示意图。
图21是固定轴、绕线轮、拉线、集液管的装配结构示意图。
图22是固定轴、绕线轮的装配结构示意图。
图23是固定轴的结构示意图。
图24是绕线轮的右侧结构示意图。
图25是绕线轮的左侧结构示意图。
图26是单向阀壳体剖开的内部装配结构示意图。
图27是实施例中电机的控制电路图。
图中标号：1-无人机、101-摄像头、102-通信天线、2-电机、201-电机轴、3-驱动齿轮、4-固定套、401-传动腔、402-导向筋、403-卡扣盘孔、404-固定片、405-竖板、406-螺纹孔、5-卡扣盘、501-导向槽、502-拉动轴孔、503-卡扣柱、6-拉动轴、601-螺旋凸起、602-拉动片、603-滚珠、604-传动齿轮安装柱、7-弹簧、8-封盖、801-螺旋凹槽、802-紧固孔、9-传动齿轮、10-固定轴、1001-紧固片、11-绕线轮、1101-绕线槽、1102-卡扣孔、1103-中心孔、12-拉线、13-集液管、14-单向阀、1401-阀壳、1402-柱塞、1403-单向阀弹簧、15-轴承、a-通信卫星、b-通信基站、c-监测中心。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明一种基于GIS的自然灾害之海洋灾害隐患调查及风险评估系统作进一步的详细描述，在方向描述上，以固定轴所在方位为左，以电机所在方位为右，以无人机所在方位为上，以集液管所在方位为下。
基于GIS的自然灾害之海洋灾害隐患调查及风险评估系统，其特征在于：包括无人机1、电机2、驱动齿轮3、固定套4、卡扣盘5、拉动轴6、弹簧7、封盖8、传动齿轮9、固定轴10、绕线轮11、拉线12、集液管13、单向阀14、轴承15。
如图2、图3所示，所述无人机1的底部装有摄像头101，内部装有通信电路。
如图3、图4、图5、图7、图8、图9所示，所述电机2的机壳，螺装在无人机1底部；所述电机2的电机轴201从左端伸出，所述电机轴201上销接有驱动齿轮3。
如图4、图5、图6、图15、图16所示，所述固定套4为中心轴线左右水平的圆柱壳形，所述固定套4的右端面上，向左开设有圆柱形的传动腔401；环绕传动腔中心轴线，所述传动腔401的内圆柱面上，均匀设有三个左右方向长条形的导向筋402；所述传动腔401的左侧端面上，左右贯穿开设有圆形的卡扣盘孔403；所述固定套4的顶部设有水平的固定片404，所述固定片404螺接在无人机1底面，位于电机2的左侧。
进一步讲，所述卡扣盘孔403的孔径小于传动腔401的内径。
如图7、图10、图11、图15、图16所示，所述固定套4的固定片404的右侧，向下弯折成竖直的竖板405，所述竖板405上装有轴承，所述电机2的电机轴201的最左端，装在竖板405上的轴承的内圈中。
如图6、图12、图19、图20所示，所述卡扣盘5为中心轴线左右水平的扁圆柱体，所述卡扣盘5的左侧面上，环绕卡扣盘中心轴线，均匀设有多个中心轴线左右水平的圆柱形的卡扣柱503；所述卡扣盘5的外圆柱面上，环绕卡扣盘中心轴线，均匀开设有三个左右水平的导向槽501，卡套在固定套4的导向筋402上；所述卡扣盘5的中心处，左右贯穿开设有圆形的拉动轴孔502，所述拉动轴孔502内装有轴承。
如图10、图11、图12、图13、图14、图17所示，所述拉动轴6为中心轴线左右水平的细圆柱体，左右贯穿在卡扣盘5的拉动轴孔502中的轴承的内圈中；所述拉动轴6的左端设有中心轴线左右水平的扁圆柱形的拉动片602，所述拉动片602的右侧面上，环绕拉动片中心轴线，嵌装有多个滚珠603，所述滚珠603的露出球面抵在卡扣盘5的左侧面上；所述拉动轴6的外圆柱面上，在中间段和右侧段区域，环绕拉动轴中心轴线，设有螺旋凸起601；所述拉动轴6的最右端，加工为细圆柱形的传动齿轮安装柱604，所述传动齿轮安装柱604上，销接有传动齿轮9，与驱动齿轮3相啮合。
如图4、图5、图10、图11、图12、图13、图14、图18所示，所述封盖8为中心轴线左右水平的扁圆柱体，所述封盖8的中心处加厚并左右贯穿有圆柱形通孔，通孔内圆柱面上设有螺旋凹槽801，与拉动轴6上的螺旋凸起601构成丝杠螺母装配结构；所述固定套4的右侧端面上开设有多个螺纹孔406，所述封盖8上左右贯穿有紧固孔802，螺钉穿过紧固孔802装入螺纹孔406，将封盖8装在固定套4的右端面上。
如图12、图13所示，所述弹簧7套装在拉动轴6上，所述弹簧7的左端抵在卡扣盘5的右侧面上，所述弹簧7的右端抵在封盖8的左侧面上。
进一步讲，如图7所示，所述驱动齿轮3的轮齿宽度，大于传动齿轮9的宽度。
进一步讲，所述驱动齿轮3与传动齿轮9的宽度差，大于传动过程中弹簧7的长度变化值。
如图5、图21、图22、图23所示，所述固定轴10为横截面为圆形的L形柱，所述固定轴10的顶部设有紧固片1001，所述紧固片1001螺接在无人机1底面，位于固定套4的左侧；所述固定轴10的水平端加工为中线轴线左右水平的圆柱体，所述绕线轮11左右贯穿有中心孔1103，通过轴承装在固定轴10的水平段。
如图4、图5、图21、图22、图24、图25所示，所述绕线轮11为中心轴线左右水平的圆柱体，所述绕线轮11的右侧面上，环绕绕线轮中心轴线，均匀开设多个圆柱形的卡扣孔1102；当所述卡扣盘5位于左右移动范围的靠左端的一段区域内时，所述卡扣盘5的左侧面上的卡扣柱503插入卡扣孔1102内，限制绕线轮11的转动。
进一步讲，所述卡扣孔1102的孔边缘线做倒角处理。
进一步讲，所述卡扣孔1102的数量与卡扣柱503的数量相同。
如图4、图21、图26所示，所述绕线轮11的外圆柱面上，环绕绕线轮中心轴线，开设有环形的绕线槽1101，所述绕线槽1101上缠绕有拉线12；所述拉线12的底端连接有圆柱形的集液管13，所述集液管13内部中空，所述集液管13的顶面装有单向阀14，海水通过单向阀14进入集液管13内部；所述单向阀14的阀壳1401为上下贯穿圆孔的圆柱形壳体，所述阀壳1401内部装有柱塞1402，抵在阀壳1401顶部的圆孔上；所述阀壳1401内装有单向阀弹簧1403，所述单向阀弹簧1403的底端连接在阀壳1401内部底面上，所述单向阀弹簧1403的顶端连接在柱塞1402底面。
进一步讲，所述柱塞1402的外径，小于阀壳1401内部腔的内径，大于阀壳1401上下圆孔的孔径。
进一步讲，所述单向阀弹簧1403的最大外径，小于柱塞1402的外径。
进一步讲，所述单向阀弹簧1403的最小内径，大于阀壳1401的上下圆孔的孔径。
进一步讲，用于收集不同深度海水的集液管13的顶面，安装的单向阀14内的单向阀弹簧1403的弹力不同。
如图26所示，所述单向阀14内的柱塞1402在上，单向阀弹簧1403在下。
工作人员控制无人机1飞至需要监控的海域上方一定高度，确保海浪的高度无法触及无人机1，保证无人机1的安全。工作人员遥控电机2，电机轴201转动，带动驱动齿轮3转动；所述驱动齿轮3带动传动齿轮9转动，所述传动齿轮9带动拉动轴6转动，所述拉动轴6和封盖8构成丝杠螺母装配结构，使得拉动轴6向右移动；所述拉动轴6左端的拉动片602，带动卡扣盘5向右移动；所述卡扣柱503向右移动，离开绕线轮11上的卡扣孔；所述集液管13带动拉线12向下移动，所述绕线轮11不断转动，直到集液管13即将到达计划采集的海水深度。
在上述过程中，所述弹簧7在卡扣盘5和封盖8之间的空间内被不断压缩。
所述单向阀14，根据内部单向阀弹簧1403的弹力，分为不同的型号，适用于不同深度压力的海水样本采集。当集液管13进入海水中，到达需要采集的深度后，海水的水压足够推开单向阀14内的柱塞1402，此时单向阀14内的空气向外跑出，海水进入集液管13内，直到所述柱塞1402受到的内外压力持平时，所述柱塞1402重新堵塞单向阀14的顶部的圆孔。
经过多次实践可以总结出集液管13下降到海水中不同深度的时间，在后面的具体实施时，在一定时间后控制电机2反转，所述驱动齿轮3反转，带动驱动齿轮9反转；所述驱动齿轮9带动拉动轴6反转，所述拉动轴6反转的同时开始反向向左移动。所述卡扣盘5由于受到弹簧7的弹力，始终位于拉动轴6的最左端，所述卡扣盘5随着拉动轴6的左移而返回到原始位置，所述卡扣柱503重新进入卡扣孔1102，所述绕线轮11将不能再继续转动，所述集液管13的深度不再变化。
所述集液管13采集海水样本完成后，控制无人机1飞回到工作人员身边；工作人员将集液管13中的海水取出，通过研究海水的温度、微生物、污染物等各类信息，将各类信息导入GIS，对其进行分析评估后，预测当下和未来监测区域的海洋灾害情况。
所述电机为遥控电机，在具体实施时，其遥控电路可如图27进行布设。电路通电后IC2A和IC2B处于复位状态，管脚1、管脚13无高电平输出；按下遥控器A键时，接收模块的A和I0口输出高电平，高电平信号通过c1触发IC2A的3管脚，1管脚输出高电平，继电器J1吸合，高电平通过D13、R13使Q3导通，继电器J3吸合；由于J1和J3吸合，电机轴转动。电路中继电器J3位待机保护作用，起到电机在不转的时候不通电。
按动遥控器B键后，接收模块B和I0口输出高电平，高电平信号通过D4、D5、C3、C7触发IC2A的4管脚和IC2B的10管脚，使IC2A和IC2B复位，1管脚输出低电平，电机停止；按动C键后电机轴反转，原理如图A路。遥控组件选用市售的四编码无线收发模块，继电器采用触点容量大于20A的继电器。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
