一、產(chǎn)品背景及意義

1．背景 

江河、湖泊、水庫、是地表水環(huán)境保護的重要內容之一，水質水文數(shù)據(jù)是反映各水域的基本特征，有關部門可以根據(jù)相關的數(shù)據(jù)做出相應安排，能夠準確性采取環(huán)境保護措施有效預防突發(fā)事件的發(fā)生。在江河、湖泊等地表水體的水文流量監(jiān)測中，地表水體離岸監(jiān)測點位取樣一直是困擾環(huán)境監(jiān)測部門的難題。

傳統(tǒng)的環(huán)境水質水文監(jiān)測是通過人工攜帶便攜式儀器親臨現(xiàn)場經(jīng)行監(jiān)測或者式固定站點的連續(xù)監(jiān)測，費時費力，自動化程度低，難以對水環(huán)境做出整體有效的評價與分析。通過使用物聯(lián)網(wǎng)將幾種監(jiān)測手段結合起來，充分利用無人船的便捷性，搭載不同的傳感器設備，射頻技術，無線通訊技術等，快速有效的獲取大范圍的水文水質等信息，傳送到后臺并對這些信息經(jīng)行數(shù)據(jù)的整合和挖掘，做出整體有效的評價分析。

水文水質信息的快速獲取及數(shù)據(jù)的高效利用是水環(huán)境監(jiān)測中物聯(lián)網(wǎng)技術運用的關鍵.

2．意義

無人監(jiān)測船在線監(jiān)測系統(tǒng)可實施水質自動監(jiān)測，實現(xiàn)水文流量、水深測繪等的實時連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控，達到及時掌握主要流域重點斷面水體的水流流速狀況、預警預報重大或流域性污水排放事故，監(jiān)督總量控制制度落實情況、排放達標情況等目的。

1）解決現(xiàn)有江河湖庫作業(yè)監(jiān)測裝備實際痛點（人工乘船采樣、效率低下、危險、作業(yè)時長有限等），為我省水環(huán)境監(jiān)測工作順利開展提供高效、安全、可靠技術手段，顯著提高水環(huán)境監(jiān)測的技術能力與技術水平。

2）直接提升現(xiàn)有江河湖庫水文流量與監(jiān)測裝備行業(yè)的技術水平，實現(xiàn)從有人采樣與監(jiān)測裝備到無人監(jiān)測裝備的替代與行業(yè)進步。

3）應用現(xiàn)有無人監(jiān)測船在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺中的自主航行、路徑規(guī)劃等技術，真正做到全天候、高精度、自動化、高效益的工作模式，大幅度提高采樣監(jiān)測水文測繪的作業(yè)效率。

二.  無人船產(chǎn)品整體架構和特點

無人監(jiān)測船在線監(jiān)測系統(tǒng)由水面機器人船體、主控系統(tǒng)（含主控模塊及主控嵌入式軟件）、供電系統(tǒng)、船載遙控器通信系統(tǒng)及水文監(jiān)測設備部分構成。從而建成一個局域網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程操控船體，并進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊惑w化系統(tǒng)。

系統(tǒng)總體架構圖如下：

系統(tǒng)工作條件

最小水深：≤0.1m；

風浪等級：≤3級風，≤2級浪；

投放方式：岸邊投放

適于電源220～240V/50Hz

1．無人測流船體

新型高強度復合材料作為船體材質，該材料是由S級無堿玻璃纖維經(jīng)編復合氈、凱夫拉裝甲材料及*的納米級碳素纖維等構成。船體小，重量輕，方便攜帶；具有防撞，防磨損，防腐等特性。

  設計形態(tài)：M型體流線式設計，重心低、阻力小、航行穩(wěn)

  船體安全防護及防沉設計：防水和防沉設計。

2．動力系統(tǒng)

涵道式推進器

涵道式推進器，與船殼底齊平形狀一致，放置與行駛可以很好的避免碰傷、撞擊、有效的防止水草纏繞，安全可靠性高、安裝維護攜帶方便。

動力裝置：2組涵道式推進器，與船底齊平，可淺水投放，具有防水草纏繞設計。安全可靠性高、易于安裝維護及便于攜帶。

續(xù)航時間：空載巡航大于2小時（2M/S下）

3．主控系統(tǒng)

   船只可以接受遙控器的指令并執(zhí)行，通過遙控器完成全部的航行任務和工作任務；

船只可在船控控制下根據(jù)GPS定位，遙控行駛，完成任務后可手動返航。

方向控制方式：支持無舵機轉向功能和“倒車”航行技術。

系統(tǒng)組成如下圖：

4．供電系統(tǒng)

采用高能鋰離子聚合物電池；續(xù)航能力，2小時；電池倉模塊化設計，支持備用電池直接更換。船體外部有預留接口可直接進行充電；支持大電流充電器，充電電流可達10A；

 技術指標

 電池容量：29.4V 20Ah , 鋰離子聚合物電池;

 電池組數(shù)：2組

 電池充放電次數(shù)：≦200次

 大電流充電器：電流10A

5．通訊系統(tǒng)

船載天線及安裝基座、數(shù)據(jù)無線發(fā)送/接收模塊、因搭載儀器通信系統(tǒng)所需屏蔽等處理。

無人船與遙控器采用RF無線射頻點對點通信方式，進行數(shù)據(jù)通訊功能

工作頻率：2.4G。 開闊地段通訊距離：≦1公里；遙控器天線類型：全向型玻璃鋼天線。

無人船與地面基站采用RF無線射頻點對點通信方式，進行數(shù)據(jù)、視頻、通訊功能。

工作頻率：5.8G。 段通信距離:≦5公里（理論空曠無干擾環(huán)境中）；天線類型：全向型玻璃鋼天線。

6. 手持遙控器

遙控器可以控制無人船行駛，與地面基站對無人船控制權交互轉換；

  遙控器可手動編輯工作任務：隨時控制，隨時中斷或隨時改變工作任務；

  重量：≦1公斤 ，防水防塵等級：IP65；

  搖桿數(shù)量：2個 ，搖桿范圍：360°

  通訊模塊：2.4G全向型天線

  遙控距離：≦1公里

7．定位系統(tǒng)

高精度 GPS/北斗定位系統(tǒng)，需要接收機、導航系統(tǒng)軟件模塊組成。

高精度 GPS

8．遠程控制系統(tǒng)

   與遙控器對無人船控制權交互轉換；支持Windows等主流操作系統(tǒng)，可下載工作水域離線衛(wèi)星地圖，并存儲和管理?？稍O置船只行駛路線、采樣監(jiān)測點順序、及返航路線等任務編輯。常規(guī)采樣、監(jiān)測、測流、測繪等任務存儲及調用、歷史數(shù)據(jù)的存儲；

   接收和顯示無人船信息，實時顯示水質在線監(jiān)測結果；圖形動態(tài)顯示無人船工作狀態(tài)（即移動、監(jiān)測）、位置狀態(tài)（或經(jīng)緯度）、朝向、顯示船只剩余電量、行駛速度、等各類信息；

9．水文測量儀

聲學多普勒水流剖面儀，采用全新的電子電路、全新的硬件和軟件以及全新的數(shù)據(jù)通訊和船體，應用于走航式近海岸、海域、天然河道、大型人工渠道等不規(guī)則或者斷面的三維流速剖面與流量測量。同時可用于河道、河口等區(qū)域的流量、底部輪廓等測量。