无人船自动监测系统

一、无人船自动监测系统产品背景及意义

1．无人船自动监测系统背景

江河、湖泊、水库、是地表水环境保护的重要内容之一，水质水文数据是反映各水域的基本特征，有关部门可以根据相关的数据做出相应安排，能够准确性采取环境保护措施有效预防突发事件的发生。在江河、湖泊等地表水体的水文流量监测中，地表水体离岸监测点位取样一直是困扰环境监测部门的难题。

传统的环境水质水文监测是通过人工携带便携式仪器亲临现场经行监测或者式固定站点的连续监测，费时费力，自动化程度低，难以对水环境做出整体有效的评价与分析。通过使用物联网将几种监测手段结合起来，充分利用无人船的便捷性，搭载不同的传感器设备，射频技术，无线通讯技术等，快速有效的获取大范围的水文水质等信息，传送到后台并对这些信息经行数据的整合和挖掘，做出整体有效的评价分析。

水文水质信息的快速获取及数据的高效利用是水环境监测中物联网技术运用的关键.

2．意义

无人监测船在线监测系统可实施水质自动监测，实现水文流量、水深测绘等的实时连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域重点断面水体的水流流速状况、预警预报重大或流域性污水排放事故，监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的。

1）解决现有江河湖库作业监测装备实际痛点（人工乘船采样、效率低下、危险、作业时长有限等），为我省水环境监测工作顺利开展提供高效、安全、可靠技术手段，显著提高水环境监测的技术能力与技术水平。

2）直接提升现有江河湖库水文流量与监测装备行业的技术水平，实现从有人采样与监测装备到无人监测装备的替代与行业进步。

3）应用现有无人监测船在线监测系统平台中的自主航行、路径规划等技术，真正做到全天候、高精度、自动化、高效益的工作模式，大幅度提高采样监测水文测绘的作业效率。

二.  无人船产品整体架构和特点

无人监测船在线监测系统由水面机器人船体、主控系统（含主控模块及主控嵌入式软件）、供电系统、船载遥控器通信系统及水文监测设备部分构成。从而建成一个局域网络，实现远程操控船体，并进行无线数据传输的一体化系统。

系统总体架构图如下：

系统工作条件

最小水深：≤0.1m；

风浪等级：≤3级风，≤2级浪；

投放方式：岸边投放

适于电源220～240V/50Hz

1．无人测流船体

新型高强度复合材料作为船体材质，该材料是由S级无碱玻璃纤维经编复合毡、凯夫拉装甲材料及良好的纳米级碳素纤维等构成。船体小，重量轻，方便携带；具有防撞，防磨损，防腐等特性。

 设计形态：M型体流线式设计，重心低、阻力小、航行稳

 船体安全防护及防沉设计：防水和防沉设计。

2．动力系统

涵道式推进器

涵道式推进器，与船壳底齐平形状一致，放置与行驶可以很好的避免碰伤、撞击、有效的防止水草缠绕，安全可靠性高、安装维护携带方便。

动力装置：2组涵道式推进器，与船底齐平，可浅水投放，具有防水草缠绕设计。安全可靠性高、易于安装维护及便于携带。

续航时间：空载巡航大于2小时（2M/S下）

3．主控系统

船只可以接受遥控器的指令并执行，通过遥控器完成全部的航行任务和工作任务；

船只可在船控控制下根据GPS定位，遥控行驶，完成任务后可手动返航。

方向控制方式：支持无舵机转向功能和“倒车"航行技术。

系统组成如下图：

4．供电系统

采用高能锂离子聚合物电池；续航能力，2小时；电池仓模块化设计，支持备用电池直接更换。船体外部有预留接口可直接进行充电；支持大电流充电器，充电电流可达10A；

技术指标

电池容量：29.4V 20Ah , 锂离子聚合物电池;

电池组数：2组

电池充放电次数：≦200次

大电流充电器：电流10A

5．通讯系统

船载天线及安装基座、数据无线发送/接收模块、因搭载仪器通信系统所需屏蔽等处理。

无人船与遥控器采用RF无线射频点对点通信方式，进行数据通讯功能

工作频率：2.4G。 开阔地段通讯距离：≦1公里；遥控器天线类型：全向型玻璃钢天线。

无人船与地面基站采用RF无线射频点对点通信方式，进行数据、视频、通讯功能。

工作频率：5.8G。 段通信距离:≦5公里（理论空旷无干扰环境中）；天线类型：全向型玻璃钢天线。

6. 手持遥控器

遥控器可以控制无人船行驶，与地面基站对无人船控制权交互转换；

 遥控器可手动编辑工作任务：随时控制，随时中断或随时改变工作任务；

重量：≦1公斤 ，防水防尘等级：IP65；

摇杆数量：2个 ，摇杆范围：360°

通讯模块：2.4G全向型天线

遥控距离：≦1公里

7．定位系统

高精度 GPS/北斗定位系统，需要接收机、导航系统软件模块组成。

高精度 GPS

8．远程控制系统

与遥控器对无人船控制权交互转换；支持Windows等主流操作系统，可下载工作水域离线卫星地图，并存储和管理。可设置船只行驶路线、采样监测点顺序、及返航路线等任务编辑。常规采样、监测、测流、测绘等任务存储及调用、历史数据的存储；接收和显示无人船信息，实时显示水质在线监测结果；图形动态显示无人船工作状态（即移动、监测）、位置状态（或经纬度）、朝向、显示船只剩余电量、行驶速度、等各类信息。

9．水文测量仪

声学多普勒水流剖面仪，采用全新的电子电路、全新的硬件和软件以及全新的数据通讯和船体，应用于走航式近海岸、海域、天然河道、大型人工渠道等不规则或者断面的三维流速剖面与流量测量。同时可用于河道、河口等区域的流量、底部轮廓等测量。