水污染問題嚴(yán)重影響著人們的生產(chǎn)生活安全。對湖泊、河道水域進(jìn)行全面、準(zhǔn)確、實(shí)時的監(jiān)測,對于水環(huán)境治理和水質(zhì)安全保障具有重要意義。現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測站、浮標(biāo)等水質(zhì)監(jiān)測方式存在位置固定、人工成本較高、部分水域無法進(jìn)入監(jiān)測等情況,造成目前監(jiān)測體系存在響應(yīng)不及時、時間與空間分辨率較低等問題。本文研究并實(shí)現(xiàn)了一種水質(zhì)監(jiān)測無人船系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)湖泊、河道狹窄水域的日常監(jiān)測、跟蹤巡檢。本文主要內(nèi)容包括:對水質(zhì)監(jiān)測無人船硬件部分搭建,設(shè)計了主控制板包括系統(tǒng)電源模塊、航行控制模塊、采集取樣模塊和無線通信模塊,對整體電路進(jìn)行了調(diào)試。在樹莓派平臺上使用OpenCV對采集到的水面圖像進(jìn)行障礙物輪廓識別工作,通過改進(jìn)Canny算子,采用對輪廓幾何特征提取,獲得準(zhǔn)確的障礙物輪廓,幫助無人船遇到障礙物可以及時避障,安全通行。在無人船主控制板上編寫下位機(jī)程序,使得無人船可以完成自主航行、水樣的在線采集和水體取樣功能。結(jié)合障礙物輪廓識別算法和測距傳感器,無人船可以做到自主避障。通過電腦端操作軟件,可以遠(yuǎn)程控制無人船航行和采集,實(shí)時顯示水面畫面和水質(zhì)數(shù)據(jù),并對采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和保存。實(shí)驗(yàn)證明,本文設(shè)計的無人船系統(tǒng)可以在湖... 

【文章來源】：南京信息工程大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．３水質(zhì)監(jiān)測移動船??

■惠??ＭＷｌｌｉ＾＾＾ｆｅ＾?＇ｉｉ?…，ｈ?…＾ＢＢＢ??圖１．１自動觀測觀測站?圖１．２浮標(biāo)水質(zhì)觀測點(diǎn)??水質(zhì)監(jiān)測移動船，如圖１．３所示，主要應(yīng)用于大江大湖開闊水域。水質(zhì)監(jiān)測移動船??可攜帶多種水質(zhì)測量設(shè)備，基本能夠滿足常規(guī)的監(jiān)測和應(yīng)急測量要求，大大提高了對于??湖泊、河流的水質(zhì)劣化情況預(yù)警監(jiān)控的能力［１３］。這種做法雖可以有效監(jiān)測湖泊的水質(zhì)，??但需要巨大的人力、物力和財力，船只需要配備數(shù)名工作人員才能得以進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測工??作。同時，大型水質(zhì)監(jiān)測移動船不適用于水面較為狹窄的城市河道［１４］。??圖１．３水質(zhì)監(jiān)測移動船??根據(jù)國內(nèi)實(shí)際監(jiān)測系統(tǒng)反饋來看，水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)量和覆蓋率嚴(yán)重不足。面對現(xiàn)??在湖泊、河道水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題，需要進(jìn)一步對更大范圍的水域進(jìn)行監(jiān)測，對水??域進(jìn)行實(shí)時、準(zhǔn)確、動態(tài)的監(jiān)測

１．２國內(nèi)外研宄現(xiàn)狀??國外無人船的研究起步較早，進(jìn)行了多項(xiàng)的研究。首先是在軍事上無人船投入使用，??如圖１．４所示，美國２０００年在無人船上安裝能執(zhí)行軍事任務(wù)的裝備，在近海海域進(jìn)行軍??事訓(xùn)練。２００２年美國海軍Ｕｎｄｅｒｓｅａ?Ｗａｒｆａｒｅ?Ｃｅｎｔｅｒ開發(fā)了“Ｓｐａｒｔａｎ?Ｓｃｏｕｔ”無人船可以保??護(hù)海灘登陸部隊(duì)［１５］。如圖１．５所示２００３年以色列研發(fā)了“Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ”號無人船用作海岸巡??航＂６］。??ｊ分?ｍｍ，“?＂ｖ?＾嚴(yán)＞??——二——二?＼??遍??塵鄭＿＿＿?：??圖１．４美國海軍“Ｓｐａｒｔａｎ?Ｓｃｏｕｔ”無人船?圖１．５以色列“Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ”無人船??無人船在軍事領(lǐng)域發(fā)展相對成熟之后，在民用監(jiān)測方面研究所開展了深入的研宂。??如圖１．６所示，２００３年，意大利研究所為該國的科研項(xiàng)目南極研宄計劃，設(shè)計了采集海??平面水體信息的無人船“ＳＥＳＡＭ０”，該無人船在２００４年１月投入科考項(xiàng)目中［１７，?１８］。如??圖１．７所示，２００４年英國普利茅斯大學(xué)海洋和工業(yè)動態(tài)分析（ＭＩＤＡＳ）研究小組，開發(fā)??了一艘４米長的“Ｓｐｒｉｎｇｅｉ？”號無人船搭載傳感器用作河道、水庫以及沿海區(qū)域污染物的??追蹤，采用ＳＬＡＭ技術(shù)使得“Ｓｐｒｉｎｇｅｒ”更好的做到自主追蹤［１９］。??圖１．６意大利“ＳＥＳＡＭＯ”無人船?圖１．７英國“Ｓｐｒｉｎｇｅｒ”無人船??如圖１．８所示，２０１１年曰本北海道大學(xué)開發(fā)了采用氣動裝置的無人船“ＵＢＰ”，不使??用傳統(tǒng)的螺旋槳動力裝置

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本文編號：2900711