[发明专利]一种用于湖泊及流域水质监测的无人船系统

权利要求书

1.一种用于湖泊及流域水质监测的无人船系统，包括无人船船体平台（100），其特征在于：还包括无人船自主控制系统，无人船自主控制系统包括船端控制系统和上位端控制系统，船端控制系统用于无人船船体平台（100）的自主航行与控制，上位端控制系统用于在岸基远程控制无人船船体平台（100），船端控制系统和上位端控制系统通过远程通信单元实现数据和信息交换；

所述上位端控制系统包括岸基控制基站，所述船端控制系统包括无人船决策控制单元、导航定位单元、远程通信单元、环境感知单元、能源电力单元和执行机构单元，所述无人船决策控制单元能够接收来自导航定位单元和环境感知单元提供的无人船位置、姿态和障碍距离信息，作为控制回路的反馈输入，并利用事先建立的参考模型，根据实时的测量信息，不断计算得到航行指令，并将航行指令发送给驱动控制总线，无人船决策控制单元还负责数据存储与通信，结合远程通信单元与上位端控制系统的岸基控制基站完成信息传递；所述导航定位单元能够观测无人船自身的状态信息，输出数据到无人船决策控制单元，用于无人船自主航行控制；所述远程通信单元用于实现船岸无线通信；所述环境感知单元能够感知无人船附近水面环境，起到发现目标、定位目标的功能，输出数据到无人船决策控制单元，用于无人船自主避障；所述能源电力单元主要为船载设备提供给用电负载；

所述执行机构单元包括舷外机（105）、水样采集设备（200）和水质监测仪器（300），执行机构单元负责无人船决策控制单元的运动与控制指令，并准确无误执行指定动作，所述水样采集设备（200）设置在无人船船体平台（100）的船首甲板上，水样采集设备包括水华采样装置（210）和分层采样装置（220），水华采样装置（210）能够采集表层的水样，分层采样装置（220）能够采集0.5~1.5m水深处的水样；水华采样装置（210）和分层采样装置（220）分别通过输水管路连接水路控制盒（230），水路控制盒（230）的各个分流口通过输水管路连接水质监测仪器（300），水路控制盒（230）通过输水管路连接自动留样装置（240），自动留样装置（240）能够对水样进行留存；水质监测仪器（300）、水路控制盒（230）和自动留样装置（240）均设置在载荷设备舱（102）内；

所述水质监测仪器（300）包括水体藻类荧光光谱在线分析仪（310）、水体有机物紫外光诱导荧光在线分析仪（320）、水体有机污染在线吸收光谱水质监测仪（330）、在线标定分析仪（340）和载荷控制盒（350），水体藻类荧光光谱在线分析仪（310）、水体有机物紫外光诱导荧光在线分析仪（320）、水体有机污染在线吸收光谱水质监测仪（330）、在线标定分析仪（340）和载荷控制盒（350）分别通过输水管路连接水路控制盒（230），水体藻类荧光光谱在线分析仪（310）、水体有机物紫外光诱导荧光在线分析仪（320）、水体有机污染在线吸收光谱水质监测仪（330）、在线标定分析仪（340）分别和载荷控制盒（350）电连接，载荷控制盒（350）能够对各个分析仪进行自动控制；

一种用于湖泊及流域水质监测的无人船系统具有三种作业模式：

水华采样作业模式：上位端控制系统通过岸基控制基站规划无人船自动航行路线，到达指定地点后，发出作业指令至船端控制系统开始作业；船端控制系统将作业指令通过载荷控制盒（350）传输至水样采集设备，水华采样装置（210）按作业指令开始采集水样，通过水路控制盒（230）输送至自动留样装置（240）进行留样，同时通过自动留样装置（240）中的溢流池装置将水样输送至水体藻类荧光光谱在线分析仪（310）进行自动检测分析，分析后的水质检测数据自动传输至载荷控制盒（350），并传输储存于船端控制系统，然后前往下一个指定地点重复上述作业；

标准采样作业模式：上位端控制系统通过岸基控制基站规划无人船自动航行路线，到达指定地点后，发出作业指令至船端控制系统开始作业；船端控制系统将作业指令通过载荷控制盒（350）传输至水华采样装置（210），水华采样装置（210）按作业指令开始采集水样，通过水路控制盒（230）输送至自动留样装置（240），并通过自动留样装置（240）中的溢流池装置将水样分别输送至水体有机物紫外光诱导荧光在线分析仪（320）、水体有机污染在线吸收光谱水质监测仪（330）和在线标定分析仪（340）进行自动检测分析，分析后的水质检测数据自动传输至载荷控制盒（350），并传输储存于船端控制系统进行融合处理，然后前往下一个指定地点重复上述作业；

分层采样作业模式：上位端控制系统通过岸基控制基站规划无人船自动航行路线，到达指定地点后，发出作业指令至船端控制系统开始作业；船端控制系统将作业指令通过载荷控制盒（350）传输至分层采用装置（220），分层采用装置（220）按作业指令开始采集指定水深处的水样，通过水路控制盒（230）输送至自动留样装置（240）进行留样，然后前往下一个指定地点重复上述作业。