水環境監測場景中的自主巡航無人船系統

吳昊，吳子昂，孟慶斌，劉廣偉

（南開大學 濱海學院，天津， 300270）

0 引言

如今，我國普遍采用固定水質監測站以及現場人工取樣進行檢測兩種方式。這些檢測方法都存在一些弊端，如檢測效率低且費時費力、檢測地點有限不靈活等。具有自主巡航能力的無人船系統與傳統的固定點水質監測系統不同，該系統具有較好的靈活性，可以快速部署到指定水域，按照終端輸入的參數實現無人船自主巡航，進行移動監測，大幅減輕工作人員的工作量，降低工作的危險系數。通過前端傳感器可以采集水體溫度、溶解氧、濁度、pH值等信息，相關監測信息匯總到數據服務中心，為有關部門對指定水域的應急治理提供參考。

1 系統總體架構

自主巡航無人船系統使用樹莓派處理命令，通過MAVLINK協議與Pixhawk控制板通信，發布位置和速度期望，由控制板控制執行機構實現無人船自主巡航功能。

如圖1所示，無人船主要通過樹莓派和Pixhawk控制板通信來進行無人船的航行控制，水質傳感器則通過RS485轉USB模塊接入到樹莓派中進行數據處理，地面站和服務端下發操控指令和無人船姿態信息、傳感器讀取則是通過4G路由器間接與樹莓派進行通訊。

圖1 系統總體架構圖

2 系統硬件設計

系統硬件由五個重要部分組成，分別為：控制和導航模塊、通信模塊、動力模塊、傳感器模塊、電源模塊。系統實物圖、硬件整體框架圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 船體硬件示意圖

圖3 硬件框架圖

■2.1 控制和導航模塊

無人船的控制模塊采用Pixhawk2.4.8控制板，其主要控制無人船的速度以及前進方向，能夠讓無人船按照既定路線行駛。……