DO智能水质监测船的设计研究

DO智能水质监测船的设计研究

张麒麟,王雪琴,唐彬峰,唐雨晗,沈思宇,卜希

重庆建筑科技职业学院

摘要：市场大多监测船检测指标多，但存在造价高昂，监测数据不稳定，无法广泛应用等问题。而本监测船主要优势为监测指标专一、监测数据稳定、造价低、系统智能化程度高，市场前景好、应用广泛。

关键词：DO；智能水质监测；设计

1研究背景及意义

随之经济发展，水环境问题也愈发严重，水质监测也愈发重要。针对水污染与水质监测，政府部门颁发了一系列相应政策。国家政策明确“三水”统筹，打造绿水青山，积极鼓励水质监测建成。同时企业的相关排污也于环境税挂钩，智能水质监测技术也将广泛使用。

2智能水质监测技术的研究现状

国外水质监测发展时间早，功能相对成熟、多样化，但造价昂贵。葡萄牙的“ROAZⅡ型”无人船在路径规划与避障问题上，给无人船安装雷达、摄像头、GPS 传输模块等视频雷达分析与人工视觉相结合，采用 C&C 框架实现无人船在航行中对障碍物检测与躲避。同时也在葡萄牙的北海岸边进行实地测试，验证了对该方案的可行性，但仍需做进一步改良[1]。

图1.1“ROAZⅡ型”无人船

我国的水质检测技术发展较晚，但通过我国研究人员的不懈努力，水质监测技术也逐渐完善，但也存在着一定的缺点。随着我国经济的不断提高，水质检测的种类也越来越多，性能也越来越丰富，监测技术也在不断上升。虽然我国水质监测在创新和发展的路途中一路向上发展，但我国水质监测的核心设备大部分依靠国外进口，并不能自给自足，这也就意味着，我国水质监测技术的发展会受到国外部分因素的影响。

通过与发展成熟、市场占有份额最大的的云洲智能科技有限公司、安徽科微智能科技有限公司相比，本项目产品特点如下表所示：

3水质监测的发展和需求

水质监测系统自20年代50世纪开始，我国大力开展水质检测和研究相关工作。随后还响应建立健全各水域的水质监测中心，并颁发《水质监测规范》[2]。

到2001年，国产水质COD在线检测仪开始问世，在各个省份和相关行业进行试点，为国产COD在线监测系统奠定了基础，2001年同时还是我国水质监测系统发展的重要阶段，这一年，国家环境保护局环境监测仪器质量监督检验中心对COD在线监测仪器进行了适应性检测，并说明了各个阶段的阶段特点[3]。2006年以后，水质检测系统开始步入网络化阶段，出现了一批批专业化运营维护队伍，对水质在线检测系统的发展起到了推动作用[4]。直至现在，我国水质监测技术发展的初始时间落后于与国外，随着我国经济的不断发展，我国的水质监测技术逐渐与国外平齐，甚至部分技术已经远超于国外技术。

我国水质监测工作已经有了长足的发展，但仍然存在部分严峻的问题：

（1）同一流域的监测由不同部门负责，导致不同部门各自为证，严重影响了监测工作实际运行效率。

（2）监测分析手段难以满足大面积、多指标的全方位监测。

（3）监测过程过于笼统，欠缺细致的评价指标。

4、总体设计方案

我国现在研发的智能水质监测船大部分操作流程耗时繁琐，操作难度高，等待结果时间长，水质监测结果是一个不定性因素，不同时间段的结果都有一定的误差，而本智能水质监测船，具有在线监测技术，所监测出的结果能立即传入客户端，没有过多繁琐的过程，同时本智能水质监测船还具有太阳能充电功能，监测船可实现水上充电，还增加了船体的稳定性功能，让监测船能够有效的进行工作。

水质监测船主要用于监测水质中DO成分，操作简单，数据监测稳定，可靠，船体主要采用3D打印技术，材料易得，便于维护，并能大幅减少造船设备的采购与建设生产车间的成本，产品售价也相对实惠，仅为市场上同类产品的1/3左右，拥有良好的价格优势。续航时间长。船体采用锂电池与太阳能电池协同工作，实现超长时间作业，约18~20小时，保证工作的连续性进行，同时可通过3D打印技术改变船体结构，为船体添加自行充电装置，实现全天候作业。分析端智能化程度更高。产品采用双引擎分析系统，能据直观度，为用户提供更丰富的数据分析选择。既减少了经济支出又提高了效率和准确率。船体还装有自动控制模块，监测船在水上自动航行时，能自动运行，同时还能自动避开障碍物，提高了监测效率，有效延长监测船的使用寿命。

监测船通过利用船载GPS导航、5G通信、自动控制模块在监测水域实现自动航行,在遭遇障碍物时通过避障反馈端实时避障，依靠船身装载探头、采样器、传感器完成水样的监测、采集及数据传送。
    监测船软件系统实时接收、处理和分析无人船采集的数据,最终将结果传输至终端。由此形成了“水质无人监测船系统+物联网+数据处理系统”的一体化作业模式。

注：101——数据接口       102——太阳能板

                     1——船体             2——移动块

因此，监测船的主要优势如下：

(1)监测数据专一，数据更可靠，太阳能和锂电池，让监测船可进行全天侯作业，

续航时间长，一次能同时监测多个指标，提高了监测效率。且母船搭载固定锚、电磁感应式充电设备等装置，可在实现更大范围工作覆盖面的同时应对更多复杂监测环境与天气条件。

(2)系统搭载了双引擎超算分析，遇到障碍的时能够主动避让障碍物，并且实现水质检测与数据分析的同步进行。    

(3)监测船采用3D打印技术（硬化塑料，轻化合金），材料易得，便于维护。同时，监测船还搭载建模分析端，能更轻松避开障碍物，有效提高了监测船寿命，监测船的使用周期，有效的对环境进行了保护。

5、展望

总的来说，智能水质监测市场前景广阔，但还没有发展完全，有很多技术需要完善，但对于一些比较简单的河流，已经可以投入使用，对于一些比较复杂的河流，还是不够用，还需要经过发展和改进，才能够完全适应并代替传通水质监测船。

参考文献

[1]吕扬民，方益明.水资源监测方法研究，信息工程学院，2008，26（12）；X524

[2]《水质监测仪德高监测仪》公众号

[3]“博锐思”网站《我国水质在线自动监测系统的发展历程与展望》