[发明专利]一种用于湖泊及流域水质监测的无人船系统

说明书

本发明涉及无人船舶技术领域，尤其是一种用于湖泊及流域水质监测的无人船系统。其包括无人船船体平台，还包括无人船自主控制系统，无人船自主控制系统包括船端控制系统和上位端控制系统，船端控制系统用于无人船船体平台的自主航行与控制，上位端控制系统用于在岸基远程控制无人船船体平台，船端控制系统和上位端控制系统通过远程通信单元实现数据和信息交换。本发明采用具备自主航路规划的船舶搭载自动水样采集系统和水质检测处理系统，通过合理的设计和有机配合，具备标准采样作业、分层采样作业和水华采样作业多种作业模式及走航式全自动采样‑移动监测‑数据处理‑数据发送的全流程作业能力。

技术领域

本发明涉及无人船舶技术领域，尤其是一种用于湖泊及流域水质监测的无人船系统。

背景技术

随着工业化和城市化的高速发展，全国性水环境污染日益严重，很多地方已经出现严重的水质性缺水。随着人们对水环境保护意识和要求的提高，对区域湖泊及流域水环境的关注程度愈发强烈。

水质监测对整个水环境保护、水污染控制以及维护水环境健康方面都起着至关重要的作用。传统的水质监测多基于现场采集样品回实验室分析，效率极其低下，无法适应水环境状况时域变化的特性；而近年来广泛应用的水质固定自动站，虽然可以做到时间维度的全覆盖，但空间覆盖极其有限，无法反映整体水环境状况。近年来，国家对发展立体化环境监测、智能环保及环境大数据等方面作出了一系列的顶层规划，明确提出要加快便携、快速、自动监测仪器设备的研发与推广应用。水环境监测领域急需发展智能化的监测手段，提升监测科技水平。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于湖泊及流域水质监测的无人船系统，通过在无人船平台上集成水样采集系统和水质监测设备，测量人员在岸基通过无线通信实现对监测无人船平台的远程操控，实现对湖泊及流域水系的水体叶绿素、生物源有机污染等指标进行移动监测，不仅能够降低作业环境条件的要求，还能够显著提高水质监测效率。

本发明所采用的技术方案如下：

一种用于湖泊及流域水质监测的无人船系统，包括无人船船体平台，还包括无人船自主控制系统，无人船自主控制系统包括船端控制系统和上位端控制系统，船端控制系统用于无人船船体平台的自主航行与控制，上位端控制系统用于在岸基远程控制无人船船体平台，船端控制系统和上位端控制系统通过远程通信单元实现数据和信息交换；

所述上位端控制系统包括岸基控制基站，所述船端控制系统包括无人船决策控制单元、导航定位单元、远程通信单元、环境感知单元、能源电力单元和执行机构单元，所述无人船决策控制单元能够接收来自导航定位单元和环境感知单元提供的无人船位置、姿态和障碍距离信息，作为控制回路的反馈输入，并利用事先建立的参考模型，根据实时的测量信息，不断计算得到航行指令，并将航行指令发送给驱动控制总线，无人船决策控制单元还负责数据存储与通信，结合远程通信单元与上位端控制系统的岸基控制基站完成信息传递；所述导航定位单元能够观测无人船自身的状态信息，输出数据到无人船决策控制单元，用于无人船自主航行控制；所述远程通信单元用于实现船岸无线通信；所述环境感知单元能够感知无人船附近水面环境，起到发现目标、定位目标的功能，输出数据到无人船决策控制单元，用于无人船自主避障；所述能源电力单元主要为船载设备提供给用电负载；

所述执行机构单元包括舷外机、水样采集设备和水质监测仪器，执行机构单元负责无人船决策控制单元的运动与控制指令，并准确无误执行指定动作，所述水样采集设备设置在无人船船体平台的船首甲板上，水样采集设备包括水华采样装置和分层采样装置，水华采样装置和分层采样装置分别通过输水管路连接水路控制盒，水路控制盒的各个分流口通过输水管路连接水质监测仪器，水路控制盒通过输水管路连接自动留样装置，自动留样装置能够对水样进行留存。