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(hù)的重要內(nèi)容之一，水質(zhì)水文數(shù)據(jù)是反映各水域的基本特征，有關(guān)部門可以根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)安排，能夠準(zhǔn)確性采取環(huán)境保護(hù)措施有效預(yù)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(diǎn)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(zhì)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(diǎn)的連續(xù)監(jiān)測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，自動化程度低，難以對水環(huán)境做出整體有效的評價(jià)與分析。通過使用物聯(lián)網(wǎng)將幾種監(jiān)測手段結(jié)合起來，充分利用無人船的便捷性，搭載不同的傳感器設(shè)備，射頻技術(shù)，無線通訊技術(shù)等，快速有效的獲取大范圍的水文水質(zhì)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(jià)分析。

水文水質(zhì)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(shù)運(yùn)用的關(guān)鍵.

2．意義

無人監(jiān)測船在線監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)施水質(zhì)自動監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)水文流量、水深測繪等的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到及時(shí)掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體的水流流速狀況、預(yù)警預(yù)報(bào)重大或流域性污水排放事故，監(jiān)督總量控制制度落實(shí)情況、排放達(dá)標(biāo)情況等目的。

1）解決現(xiàn)有江河湖庫作業(yè)監(jiān)測裝備實(shí)際痛點(diǎn)（人工乘船采樣、效率低下、危險(xiǎn)、作業(yè)時(shí)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(shù)手段，顯著提高水環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)能力與技術(shù)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(shù)水平，實(shí)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(jìn)步。

3）應(yīng)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(shù)，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(gòu)和特點(diǎn)

無人監(jiān)測船在線監(jiān)測系統(tǒng)由水面機(jī)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(shè)備部分構(gòu)成。從而建成一個局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控船體，并進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊惑w化系統(tǒng)。

系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如下：

系統(tǒng)工作條件

最小水深：≤0.1m；

風(fēng)浪等級：≤3級風(fēng)，≤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(qiáng)度復(fù)合材料作為船體材質(zhì)，該材料是由S級無堿玻璃纖維經(jīng)編復(fù)合氈、凱夫拉裝甲材料及*的納米級碳素纖維等構(gòu)成。船體小，重量輕，方便攜帶；具有防撞，防磨損，防腐等特性。

  設(shè)計(jì)形態(tài)：M型體流線式設(shè)計(jì)，重心低、阻力小、航行穩(wěn)

  船體安全防護(hù)及防沉設(shè)計(jì)：防水和防沉設(shè)計(jì)。

2．動力系統(tǒng)

涵道式推進(jìn)器

涵道式推進(jìn)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(hù)攜帶方便。

動力裝置：2組涵道式推進(jìn)器，與船底齊平，可淺水投放，具有防水草纏繞設(shè)計(jì)。安全可靠性高、易于安裝維護(hù)及便于攜帶。

續(xù)航時(shí)間：空載巡航大于2小時(shí)（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(wù)和工作任務(wù)；

船只可在船控控制下根據(jù)GPS定位，遙控行駛，完成任務(wù)后可手動返航。

方向控制方式：支持無舵機(jī)轉(zhuǎn)向功能和“倒車”航行技術(shù)。

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(shí)；電池倉模塊化設(shè)計(jì)，支持備用電池直接更換。船體外部有預(yù)留接口可直接進(jìn)行充電；支持大電流充電器，充電電流可達(dá)10A；

 技術(shù)指標(biāo)

 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(diǎn)對點(diǎn)通信方式，進(jìn)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(diǎn)對點(diǎn)通信方式，進(jìn)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(quán)交互轉(zhuǎn)換；

  遙控器可手動編輯工作任務(wù)：隨時(shí)控制，隨時(shí)中斷或隨時(shí)改變工作任務(wù)；

  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(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)軟件模塊組成。

高精度 GPS

8．遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

   與遙控器對無人船控制權(quán)交互轉(zhuǎn)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(shè)置船只行駛路線、采樣監(jiān)測點(diǎn)順序、及返航路線等任務(wù)編輯。常規(guī)采樣、監(jiān)測、測流、測繪等任務(wù)存儲及調(diào)用、歷史數(shù)據(jù)的存儲；

   接收和顯示無人船信息，實(shí)時(shí)顯示水質(zhì)在線監(jiān)測結(jié)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(xué)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(yīng)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(shí)可用于河道、河口等區(qū)域的流量、底部輪廓等測量。