自动水质采样系统无人船厂家定制广东Cowis 一级代理

1、移动式自动采样监测机器人系统

移动式近海水面自动监测机器人是一个集多参数水质分析仪（可监测水温、溶解氧、pH、电导率、蓝绿藻、叶绿素等因子）等多种高精度传感设备和全自动水质采样模块，以及自动导航控制等软件、硬件为一体的平台系统，广泛应用于近海港口测绘、水质采样监测、溢油监测治理等多个应用领域。

例：Cowis C180移动式水上自动监测采样机器人

产品突破性的改变了传统的作业手段，通过实时接收北斗/GPS/GLONASS 兼容的卫星信号，自由选取河段，灵活的进行定位定向，采集水样、水文等相关数据，真正实现水质信息实时监测，测量范围广泛，而且不受天气影响，定位精度也大大高于传统的监测方法，可以弥补传统水质监测的空白与不足，真正做到全天候、高精度、自动化、高效益的工作模式，大幅度提高采样和监测的作业效率及准确度。

移动式水上自动监测机器人可完成大范围流域多个监测点的水质巡航测绘，水上机器人可按照预设的监测点依次进行自主航行，自动采集水样，实时监测水质，便通过基站软件实时生成该流域的多种水质参数的分布图。并可通过对分布图的分析，及时发现了水质异常区域，实现对大范围区域污染源突发排放实时监测和预警。

移动式水上自动监测机器人自主采样测试轨迹图

水面采样监测机器人水质监测成果展示图

2、移动式水面机器人船体与结构特点

（1）船体材质——新型材料、超轻超固

◆  船体采用新型装甲防弹复合材料，自有专利成型技术重量轻，强度高。

◆  内部采用闭孔泡沫填充，可有效防沉。

• 无磁性、绝缘，微波穿透性好，不影响内部天线通信。
• 表面使用纳米级防污耐磨材料，耐腐蚀，防生物附着，维护简单。

（2）重量优势：

• 船体轻盈，搬运更方便。
• 节省能源、提高航速、延长工作时间。
• 同等载重时体积更小。

（3）结构优势——小船体、大容量

◆  优化的船体空间设计，更大的排水量；

• 在小型船体上可以发挥其强度、重量、易成型等优势。
• 可设计性好，可按照船舶结构、形状及各部分的要求，通过选材，铺层，定向优化。
• 生产船壳整体性好，无接缝和缝隙，结构严密，密封性好，防止渗透。成品强度高、寿命长。
• 具有单体船、双体船、三体船及双M型多体船等多种新型设计样式可选，航行更平稳，抗风浪等级高、航行姿态好。
• 便携式结构设计，船身体积小巧，可以轻松放置在车辆的后备箱中，便于携带。
• 具备船型定制能力，可结合用户实际使用场景或需求来定做特定船型（如船的尺寸/颜色/外形、载重能力、抗风浪能力、业务单元固定支架等。
• 采用涵道式推进器，与船底齐平，可浅水投放，具有防水草缠绕设计。安全可靠性高、易于安装维护及便于整船携带。

例：Cowis C180水面机器人的涵道式推进器与船体的一体化设计图

3、无人船系统通讯模式特点

• 支持自主建设通讯基站，结合具体应用场景合理设计。
• 支持4G通讯网络、8G高速无线网桥、信号中继器等多种通讯模式。
• 多种通讯链路保障灵活性，可接入云端应用，可实现多设备总览视图。
• 优秀的链路协议设计，保障极低速网络条件下（比如GPRS/2G网络）仍能稳定传输位置和控制信息。
• 根据通信距离订制通信方案，在4G网络覆盖的地方，传输距离不受限制；
• 带宽高，网速快，视频传输稳定不卡顿，画面基本无延时。

4、水面机器人系统自主导航和避障特点

• 自主研发的无人船导航系统，可任意设置航行路线，自主导航和任务规划。
• 精准超声波避障系统，10米有效避障。实现水上机器人后退式前进，再也不用为了调整船头方向而大费周章。复杂水面，自动调整航线，自动绕开航线上的障碍物，无须人工干预，实现水面畅通无阻。
• 定位精度达至厘米级，航行准确，快速锁定作业目标。
• 支持GPS和北斗导航系统，支持多模GNSS模块 。

图2 任务规划与自动导航操作示意图

5、水面机器人系统远程控制特点

• 搭载视频图传模块，远程操作。
• 用户足不出户，即可遥控千里之外的船只。
• 超视距远程驾驶和现场手持遥控器进行配合，和地面站间可双模式切换操作，简单易学。

图3 双模式操控

6、软件操作平台特点

• 无人船系统操作平台紧密结合行业应用需求和特点，采用基于地理信息系统GIS构建，平台操作界面创新的采用模块化应用程序。
• 操纵平台还兼容Android、iOS等智能手机操作系统，开发基于移动终端的深度应用。可通过智能平板电脑实时完成对无人船的控制、视频监控和水面垃圾的清理等作业，便于使用人员进行可视化及便捷操作。

7、 系统架构设计

系统总体架构图如下：

8、水面机器人的详细设计及原理

• 船体设计

船体设计说明：尺寸，重量，排水量，船型，外观设计思路，所考虑的主要问题点，解决方法，预期目标

采用M型船体设计，在稳定性、排水量、航速方面取平衡。

• 动力系统及电源

小型无人船采用超大容量聚合物锂电池清洁能源，续航时间长，防爆，防着火，安全环保无污染。

• 通信系统

通信系统分为三个主要功能部分：

宽带点到多点通信系统，采用5.8GHZ波段，主要负责高数据流传输（如视频数据、采样数据等），

窄带点到多点通信系统，采用433MHZ波段，主要负责传输控制数据

公网通信系统，采用2G的GPRS，3G，4G的数据服务，主要作为通信的备用手段。

5.8GHZ频段数据带宽，适合高数据流发送和接收；433MHZ波段，因其穿透性能比较优异，传输距离远，适合小数据的传输，特别是采用扩频技术，可以很好的提高抗干扰能力。3G或4G通信技术，主要是依赖移动或电信的3G或4G的基站，当5.8GHZ波段和433MHZ波段无法满足要求通信时，将启用3G或4G通信，建立通信通路。

天线安装位置优选船体后部***高处，推荐采用架高的方案，可以有效提升通信距离。

• 导航控制系统

主控制系统是无人船控制系统的神经中枢，测绘机器人的控制逻辑和智能算法都是由主控制系统实现。

主控制系统包括

位置和姿态系统，

GPS/北斗卫星，

陀螺仪，

障碍物识别

自动航行系统

智能航行算法

障碍物躲避算法

传感器系统

温度

漏水检测

其硬件原理框图所示：

控制系统组成

动力系统的控制，主要是直流电机的驱动，转向舵机的驱动。在手动控制模式下，主控制系统直接将手动控制命令转换为驱动指令发送给动力系统。在自动控制模式下，主控制系统根据接收到任务数据，实时判断位置、船体姿态和障碍物情况，根据智能航行算法和障碍物躲避算法，生成动力系统的指令，指令通过CAN总线发送到电机、舵机。

主控制系统实时地将无人船的状态数据发送给基站和遥控器，并通过状态指示系统发出警报或打开*。

在测绘机器人作业的时候，业务系统数据会实时地发送给基站和遥控器，并保留在无人船的主控制系统中，可以在作业完成后导出数据。

• 可扩展业务系统

本产品可以结合客户和使用地的实际环境，扩展出多种其他业务系统，其中全自动移动水质监测系统与本产品在使用场景和客户群体上具有高度的重合性。全自动移动水质监测系统与垃圾收集系统共用平台，即使用同样的船体与动力系统、控制系统、通信系统以及人机交互系统，实现船体卫星定位和自主航行、可高效快速完成大面积水质监测和绘图工作。水质监测系统可以通过搭载水质分析仪来监测水质污染的分布，并依此来追踪污染源，并可随时监控无人船的工作状态。地面人机交互终端可以完成监测任务的编辑，对无人船工作状态进行全方位的实时监控，对数据进行备份管理，以及对监测数据进行处理分析并生成报告。该系统有如下具体功能：

兼容多款多参数水质分析仪；例如，哈希HydroLab系列、YSI等

按设定路线，实现连续作业。

将检测数据实时传输，并在电脑基站上显示、存储

水中溢油分布测绘

自动编辑检测点及行驶路径

可自动绘制水质参数区域分布图

突发事件快速反应

3分钟快速制定应急监测方案

远程视频监控污染区域动态

生成污染水域水质分布图，带回污染水样

深入污染禁区，快速确定污染范围及程度

• 基站操控系统

考虑在系统中增加总览视图，在公司能够监控全部在线设备的工作状态，此功能需要特殊设计防丢跟踪模块。

采样船嵌入式程序中应考虑加入反馈设备型号、软硬件版本的查询接口，保证长远的设备兼容性。

笔记本

人机交互系统由地面基站和手持遥控器组成。地面基站和遥控器充当无人船在陆地上的监控终端和控制终端。其功能有地图显示、任务编辑、发送任务、信息监控采集、视频遥控等功能。

人机交互的总体框架如图 3‑4所示，可以通过地面基站或者手持遥控器可以通过控制摇杆，来控制无人船，并在控制的过程中实时地监控察无人船所在的地点、检测监测的水文数据、正在执行的任务等参数信息。安装在无人船前端的摄像头将采集到的图像数据传送给嵌入式前端，即是视频服务器。图像数据经过H264的压缩处理后，可通过局域网或者3G、4G网络传递给监控用户。也可通过控制视频服务器对感兴趣的场景进行拍摄或者录像。该视频服务器可以选择多客户端接入模式，实现多用户监控功能。

人机交互系统的总体框架

人机交互系统中***具代表性的是视频遥控功能。其意义不仅在于监控四周环境，而且还可以通过遥控器或者基站中的视频，操控手中的摇杆远程控制无人船，对水面的垃圾进行手动回收，充分地展现了人机交互功能。