无人船的水质监测系统包括:自主航行、水质监测及采样等功能。无人监测船根据预定路径自主航行到达指定海域进行水质监测,通过自主避障对途中可能遇到的障碍物进行避让,以确保船体的安全。船只到达指定地点后通过外置传感器进行水质的初步检测。 系统通过串行通信将水质检测情况与云平台中的数据库进行对比并生成数据报文,船只利用真空泵和多瓶采样装置采集目标位置可能存在问题的水样。遥控模块中的远程控制配合摄像模块可在船体进入复杂海域后通过岸基控制,或者将北斗卫星定位系统(BDS)应用于路径规划和自主避障程序,图像增强模块可解决低能见度情况下可能出现的视觉障碍问题。 1、水质监测无人船船载硬件设计 水质监测无人船外部搭载高清防水摄像头用来观察水面情况,顶部安装用于通信和传输无人船位置的天线,船体采用电机和螺旋桨舵叶配合进行推进,船舱内部利用多个电磁阀采样瓶和多种传感器完成对水质初步检测与采样。水质监测无人船旨在检测近海海域的水质情况,集自主推进、路径规划、水质检测、水样采集于一体。 2、水质采样装置设计 水质监测无人船底部安装用于水质监测的传感器,使无人水质监测船到达指定海域后进行实时水质监测。多采样瓶并联并有选择性地采集监测数据异常的水质,使无人船一次航行可以前往更多海域进行水质检测,能够更高效地完成水质监测。 为实现多海域的水质检测和水样采集,水质监测无人船利用真空泵配合多个电磁阀实现多瓶采样,每个采样瓶都具有独立的水孔和气孔,气孔分别连接真空泵的抽气孔和出气孔。出航前将纯净的采样瓶安装好,并在采集水样之前检查其密闭性。关闭各个采样瓶水孔的电磁阀,打开气孔和真空泵出气孔的电磁阀,往采样瓶内加入气体,根据瓶内的压力传感器反馈的数据,检测水样采集装置密闭性是否完好。 密闭性检查完成后,关闭所有电磁阀,水质监测无人船出航开始工作。无人船到达指定海域后,利用外置传感器进行水质检测,若水质正常,则前往下一海域进行水质检测;若外置传感器检测到水体评分偏低可能存在严重的水质污染时,则打开采样瓶气孔处的电磁阀和真空泵抽气孔的电磁阀,利用真空泵开始抽气,使采样瓶内产生局部低压。 根据瓶内压力传感器反馈,在采样瓶内到达一定低压后,关闭真空泵和真空泵抽气孔以及采样瓶气孔处的电磁阀,打开采样瓶进水孔处电磁阀,待采水体自动流入瓶内,压力稳定后关闭一号采样瓶进水孔处电磁阀,完成水体采样。在多个采样瓶都装有需详细检测的水样后便会向岸基发出信号,等待返航指令。
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