一种用于水质监测与污染源追踪的无人船制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于水质监测与污染源追踪的无人船，包括两个封闭舱及连接板构成的双体船，所述双体船的上表面铺设有为锂电池充电的太阳能电池板，双体船上方架设有Ｕ形设备架，所述设备架上固设有视频摄像头、雷达和天线；两个封闭舱中分别设有控制舱、电池舱、发电机舱、水质采样舱和五个用于放置水质监测仪器的设备舱。本实用新型专利技术的无人船具备水污染源的追踪和溯源，所述追踪和溯源功能通过全光谱水质分析仪检测水中污染物的浓度场，结合水流的高雷诺系数的紊流模型，采用最优向量π的贝叶斯推理算法，自主控制无人船巡航至污染源的源头，实现水污染的追踪和溯源。

An unmanned ship for water quality monitoring and pollution source tracking

The utility model discloses an unmanned vessel for water quality monitoring and pollution source tracking, which comprises a catamaran consisting of two closed cabins and a connecting plate. The catamaran is equipped with lithium battery charged solar panels on the upper surface, and a U-shaped equipment rack is arranged on the upper surface of the catamaran, and a video camera is fixed on the equipment rack. Radar and antenna; two closed cabins are respectively equipped with control cabin, battery cabin, generator cabin, water quality sampling cabin and five equipment cabins for placing water quality monitoring instruments. The unmanned vessel of the utility model has the function of tracing and tracing water pollution sources. The tracing and tracing function detects the concentration field of pollutants in water through a full spectrum water quality analyzer, and combines the turbulence model of high Reynolds coefficient of water flow with the Bayesian reasoning algorithm of the optimal vector pi to autonomously control the unmanned vessel cruising to the source of pollution sources. The first step is to track and trace water pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种用于水质监测与污染源追踪的无人船
本技术属于水质监测测领域，尤其涉及一种用于水质监测与污染源追踪的无人船。
技术介绍
我国是一个淡水资源严重缺乏的国家，同时水环境污染形式严峻。水污染控制的关键环节是水质监测和预警，然而，我国现有的水质监测技术还存在着不足：一是监测站点数量少，往往不及被监测水域的数量，从而难以从整体上反映一个地区的水质状况；二是各个监测部门的监测能力不足，监测指标少、采样频率低等缺点；三是现场动态监测能力不足，移动水质监测设备太少，机动性能不足。近年来，水质移动监测集成平台，特别是无人驾驶无人船的发展得到重视，使得发展基于无人船的水质原位、移动、在线动态监测技术成为可能，同时以动态监测数据为基础的水污染预警也有得以革命性的发展。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于水质监测与污染源追踪的无人船，具备自主规划、自主航行功能，同时可以实现针对水中温度、电导率、浊度、溶解氧和pH值等常规五参数，氨氮、总氮、磷酸盐、总磷等营养盐，TOC、COD等有机物，以及重金属等水质污染参数进行实时在线监测功能，进一步针对监测的水质数据进行水质模型分析，从而达到对水污染事故扩散具备早期预警目的。本技术是通过下述技术方案来解决：一种用于水质监测与污染源追踪的无人船，包括两个封闭舱及连接板构成的双体船，所述双体船的上表面铺设有为锂电池充电的太阳能电池板，双体船上方架设有U形设备架，所述设备架上固设有视频摄像头、雷达和天线；无人船上分别设有控制舱、电池舱、发电机舱、水质采样舱和五个用于放置水质监测仪器的设备舱。进一步方案，所述水质监测仪器包括常规五参数模块、重金属检测模块、全光谱多参数水质分析仪、有机污染物检测模块、微生物检测模块、抗生素检测模块。进一步方案，所述双体船中设有汽油/柴油发电机，所述汽油/柴油发电机对锂电池进行充电，所述锂电池的输出端连接有DC-DC变换器。进一步方案，所述双体船上设有GPS、电子罗盘；所述双体船的材质为玻璃钢。所述五个设备舱与水质采样舱依次设置在两个封闭舱内；而控制舱、电池舱和发电机舱依次设置在位于太阳能电池板下方的连接板上。本技术无人船的双体船设为九个舱室，分别为控制舱、电池舱、水质采样舱、发电机舱和5个用于旋转水质监测仪器的设备舱。其中五个设备舱与水质采样舱依次设置在两个封闭舱内；而控制舱、电池舱、发电机舱设置在位于太阳能电池板下方的连接板上。其中电池舱用于放置锂电池，控制舱用于安装工业平板电脑、嵌入式控制主板、电源控制器、驱动控制器、网络路由器、GPS导航模块、电子罗盘、数据总线接口模块；五个设备舱用于安装各类水质监测仪器；水质采样舱用于对监测水样的自动采集和留样。同时双体船的上表面铺设有为锂电池充电的太阳能电池板，双体船上端固设有U形设备架，在设备架固设激光雷达/毫米波雷达、天线、视频摄像头等。电池舱安装有锂离子电池及供电系统，双体船的上表面平铺有用于收集太阳能并将其转化为电能的太阳能电池板，船体上的太阳能电池板吸收太阳能产生直流电流，直流电流进入锂电池中储存。锂电池的输出通过DC-DC变换，转化成不同等级的直流电，为平板电脑、控制主板、控制系统、通讯系统、水质监测系统、水路控制系统、视频系统、GPS、电子罗盘、激光雷达/毫米波雷达等提供电源。发电机舱安装小型汽油/柴油发电机，为系统提供电源，同时为锂电池充电，增加无人船的持续巡航时间，弥补纯电池供电续航时间短的缺点。无人船上设有自主巡航系统和自动避障系统，其中自主巡航系统包括GPS、电子罗盘，GPS用于获取无人船实时经纬度等坐标位置信息，电子罗盘用于获取无人船实时航向、倾斜和俯仰角度等姿态信息。具体实施方案为：通过手持平板电脑/个人电脑上无人船控制系统的人机界面的地图上设置需要巡航的点，船载平板电脑根据船体当前所在的GPS经纬度、姿态信息，以及拟巡航点的GPS经纬度信息，根据上述两点的数据计算出自主巡航的路径和方位角，拟合出自主巡航路线，进一步自动控制左右推进器动力大小和转向，让船体沿着拟合出的巡航路线包线行驶，达到第一个巡航目标点后，再按照上述方案自主巡航至下一个巡航目标点。自动避障系统激光雷达和毫米波雷达，激光雷达是以激光为工作光束的雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。它是由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲信息数据通过串口送给平板电脑，本专利采用16线激光雷达，平板电脑根据激光雷达反射的光束数据拟合出以无人船为中心半径120米内障碍物的三维形状、轮廓、位置和散射强度。所述毫米波是一种波长介于厘米波和光波之间，通过发射与接收微波来感应物体的电子设备，用于探测以无人船为中心半径40米内移动目标的距离、速度、角度信息。5个设备舱中放置多种型号水质监测仪器，所述水质监测仪器可以根据水质监测的需求搭载不同类型仪器，可以搭载的水质监测仪器分别有：监测水的温度、PH值、电导率、浊度、电导率等常规五参数水质监测仪，监测水中铅、铜、锌、镉、砷、汞、六价铬等重金属含量的监测仪器，监测水中氨氮、总磷、总氮、硝酸盐、COD、TOC等营养盐和有机物的监测仪器，监测水中挥发酚、多环芳烃(PAH)、多氯联苯(PCBs)、可吸附有机卤化物、挥发性卤代烃、有机氯农药、有机磷农药、挥发性有机物(VOCs)、半挥发性有机物(SVOCs)、二恶英、总石油烃类(TPH)等有机污染物的监测仪器，监测总大肠菌群、菌落总数、耐热大肠菌群、大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌等微生物监测仪器，监测水中抗生素含量的监测仪器等，以及单台仪器能同时监测水中多种有机物和营养盐含量的全光谱多参数水质监测仪，上述水中监测仪器采用积木式结构，可以根据水质监测需求任意组合和搭配。全光谱多参数水质分析仪采用波长范围为190-900nm，分辨率为2nm的紫外和可见光光谱探测水样，通过不同波长光谱对水中有机物的吸收峰不同，获得吸光度指纹光谱，进一步对指纹光谱数据进行建模，通过模式识别自动识别水中多种有机污染物，本专利采用的模式识别算法为多通道阵列数据深度神经网络算法。常规的水质监测仪器一台只能检测一种特定的污染物浓度，不能对未知污染物进行监测，目前对未知污染物的检测是取样后在实验室检测和分析，其检测周期长、成本高。但本技术采用全光谱多参数水质分析仪器，其具有指纹光谱数据，通过指纹光谱的建模和分析可以对水中多种未知有机污染物进行实时、快速和现场检测并自动识别，从而实现水污染事故的早期预警。本技术的无人船具备水污染源的追踪和溯源，所述追踪和溯源功能通过全光谱水质分析仪检测水中污染物的浓度场，结合水流的高雷诺系数的紊流模型，采用最优向量π的贝叶斯推理算法，自主控制无人船巡航至污染源的源头，实现水污染的追踪和溯源。附图说明图1是本技术结构示意图，图2是本技术中各舱布置示意图，图3是对探测到的污染水域网格化分割示意图；图4为全光谱多参数水质分析仪检测的无污染正常水质的指纹光谱数据图，图5为全光谱多参数水质分析仪检测的污染水质的指纹光谱数据图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。如图1、2所示，一种用于水质监测与污本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水质监测与污染源追踪的无人船，包括两个封闭舱及连接板构成的双体船，其特征在于：所述双体船的上表面铺设有为锂电池充电的太阳能电池板，双体船上方架设有Ｕ形设备架，所述设备架上固设有视频摄像头、雷达和天线；无人船上分别设有控制舱、电池舱、发电机舱、水质采样舱和五个用于放置水质监测仪器的设备舱。

【技术特征摘要】
1.一种用于水质监测与污染源追踪的无人船，包括两个封闭舱及连接板构成的双体船，其特征在于：所述双体船的上表面铺设有为锂电池充电的太阳能电池板，双体船上方架设有Ｕ形设备架，所述设备架上固设有视频摄像头、雷达和天线；无人船上分别设有控制舱、电池舱、发电机舱、水质采样舱和五个用于放置水质监测仪器的设备舱。2.根据权利要求1所述的一种用于水质监测与污染源追踪的无人船，其特征在于：所述水质监测仪器包括常规五参数模块、重金属检测模块、全光谱多参数水质分析仪、有机污染物检测模块、微生物检测模块、抗生素检测模块。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：余道洋，刘锦淮，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：新型
国别省市：安徽,34