[发明专利]一种用于水质监测与污染源追踪的无人船及污染源追踪方法

权利要求书

1.一种用于水质监测与污染源追踪的无人船，包括由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.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。

4.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：所述双体船上设有GPS、电子罗盘；所述双体船的材质为玻璃钢。

5.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：所述五个设备舱与水质采样舱依次设置在两个封闭舱内；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。

6.如权利要求1所述的一种用于水质监测与污染源追踪的无人船的污染源追踪方法，包括用于检测无人船周边水域中污染物的全光谱多参数水质分析仪，其特征在于：步骤如下：

1)采用全光谱多参数水质分析仪对以无人船为圆心、半径为10米范围内的水域进行取样、污染物检测；

2)当检测到污染物浓度超过阈值时，通过雷达波流速仪检测当前水域流体速度，并通过GPS获取当前的地理位置，从而确定无人船的位置，以及水域流速和流向随时间变化的时域信号；

3)全光谱多参数水质分析仪实时探测并获取水中污染物随水域流体扩散的羽流特征信号，从而确定扩散的羽流的时域和空间域信号；

4)根据步骤3)中羽流的时域和空间域信号，对探测到的污染水域进行网格化分割形成胞元；

5)根据污染水域历史监测数据库，给出贝叶斯推理概率算法的初始向量π，其中0≤π≤1，然后利用概率密度函数计算每个含有污染源的胞元被检测到的概率；

6)更新向量π，继续计算污染物或污染源在污染水域被检测到的概率，形成污染物概率地图；然后利用贝叶斯推理更新污染物概率地图，并评价已经更新的地图是否满足偏差要求；

7)若更新的污染物概率地图满足偏差要求，执行新的待巡航检测位置点规划图，若不满足，重新执行步骤5)、6)，直至满足要求，得出最佳的污染物概率地图；

8)根据最佳的污染物概率地图，生成无人船的溯源路径；然后再根据无人船当前的空间域信息和流体紊流信号，计算出无人船自动驾驶路径，对污染源进行实时追踪；

9)在实时追踪过程中，须不断更新污染物概率地图，并进一步调整和优化污染源追踪路径；

10)对污染源追踪过程中不断判断是否为污染源羽流的最高值，如果是即停止追踪，则当前位置为污染源的源头；如果不是则继续执行步骤8)、9)，直至找到污染源。

7.根据权利要求6所述的污染源追踪方法，其特征在于：步骤4)中所述胞元的边长为50米的正方形。

8.根据权利要求6所述的污染源追踪方法，其特征在于：步骤5)中所述初始向量π＝1/M，其中M＝n×m，n和m分别为胞元的长度和宽度。

9.根据权利要求6所述的污染源追踪方法，其特征在于：步骤5)或步骤6)中所述概率密度函数为P(Ai|Dj(tk))＝βij(t0，tk)，其中Ai为污染源在第i个胞元发生的污染事件，Dj(tk)代表在j胞元中tk时刻探测到污染物的事件，βij(t0，tk)代表i胞元从ti时刻持续扩散污染物，并在j胞元中的tk时刻探测到污染物的概率。