針對傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測多使用部署在固定位置的無線監(jiān)測節(jié)點,存在監(jiān)測范圍小、監(jiān)測位置不靈活和部署成本偏高等問題,設(shè)計了基于自動無人船的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合無人船和多個傳感器進(jìn)行水質(zhì)采樣,測量水溫、p H值和水體濁度等指標(biāo),通過岸基控制臺將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器。為保證系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確性,提出以自動無人船懸停采樣為主的水質(zhì)監(jiān)測和低航速下的水質(zhì)異常檢測,結(jié)合基于地圖解析的路徑規(guī)劃策略,實現(xiàn)無人船自主航行,以提升監(jiān)測效率。經(jīng)實驗驗證,與傳統(tǒng)方案相比,動態(tài)監(jiān)測得到的水溫相對誤差絕對值不大于0.5%,p H值相對誤差絕對值不大于1.43%,濁度相對誤差絕對值不大于4.9%,均在各傳感器精度范圍內(nèi),可滿足監(jiān)測需求。將該系統(tǒng)部署于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū),在9 800 m2水域內(nèi)共采集731組有效數(shù)據(jù),測得各水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值均在正常范圍內(nèi),監(jiān)測區(qū)域覆蓋達(dá)水域面積的68%。該方法為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的水質(zhì)監(jiān)測和異常檢測提供了解決方案。

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【部分圖文】：

圖3自動無人船功能模塊架構(gòu)

該pH值傳感器檢測時需要至少30s響應(yīng)時間，濁度傳感器推薦在靜止?fàn)顟B(tài)下檢測，水溫傳感器可實時檢測。這3種傳感器代表了主流水質(zhì)傳感器的不同響應(yīng)特點，使用時需按其不同特點設(shè)計相應(yīng)的使用策略，本研究為使用以上水質(zhì)傳感器的無人船設(shè)計了懸停采樣和低航速采樣的運(yùn)行策略。若有其他水質(zhì)指標(biāo)的....

圖4岸基控制臺功能結(jié)構(gòu)框圖

岸基控制臺通過WiFi和4G網(wǎng)絡(luò)與自動無人船節(jié)點建立穩(wěn)定的TCP連接，接收其回傳的數(shù)據(jù)報文，處理地理位置、運(yùn)行狀態(tài)和水質(zhì)數(shù)據(jù)等，并實現(xiàn)本地存儲。分析連續(xù)數(shù)據(jù)報文并繪制數(shù)據(jù)曲線得到可視化結(jié)果，將實時地理位置標(biāo)注在衛(wèi)星地圖中組成連續(xù)路徑，通過以上方式直觀地實現(xiàn)船體運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。監(jiān)測....

圖5手動遙控端實物

自動無人船具備自主航行能力，也具備基本的遙控行船功能。手動遙控端基于ArduinoUNOR3[30]設(shè)計實現(xiàn)，集成LoRaShield通信模組傳輸速度和方向等控制命令，實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速、舵機(jī)轉(zhuǎn)向和模式切換，外接搖桿或鍵盤作為命令輸入單元，手動遙控端實物如圖5所示。本研究為監(jiān)測....

圖6移動監(jiān)控端界面

為實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，監(jiān)測系統(tǒng)也實現(xiàn)了云監(jiān)測平臺，基于AngularJS框架和Node.js開發(fā)，岸基控制臺接收數(shù)據(jù)后，將行船記錄實時上傳云平臺，每組數(shù)據(jù)包括時間、位置坐標(biāo)、各項水質(zhì)數(shù)據(jù)和航行狀態(tài)數(shù)據(jù)[31]。用戶登錄云平臺，可查看實時的運(yùn)行狀態(tài)和航線，并查詢歷史水質(zhì)監(jiān)測任務(wù)和航行記....

本文編號：3991531