基于无人船的水产养殖水质动态监测系统设计与实验

发布时间：2024-06-08 05:33

　　针对传统水产养殖水质监测多使用部署在固定位置的无线监测节点,存在监测范围小、监测位置不灵活和部署成本偏高等问题,设计了基于自动无人船的水产养殖水质动态监测系统。该系统融合无人船和多个传感器进行水质采样,测量水温、p H值和水体浊度等指标,通过岸基控制台将监测数据上传至云服务器。为保证系统的有效性和准确性,提出以自动无人船悬停采样为主的水质监测和低航速下的水质异常检测,结合基于地图解析的路径规划策略,实现无人船自主航行,以提升监测效率。经实验验证,与传统方案相比,动态监测得到的水温相对误差绝对值不大于0.5%,p H值相对误差绝对值不大于1.43%,浊度相对误差绝对值不大于4.9%,均在各传感器精度范围内,可满足监测需求。将该系统部署于水产养殖区,在9 800 m2水域内共采集731组有效数据,测得各水质指标数值均在正常范围内,监测区域覆盖达水域面积的68%。该方法为水产养殖业的水质监测和异常检测提供了解决方案。

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【部分图文】：

图3自动无人船功能模块架构

该pH值传感器检测时需要至少30s响应时间，浊度传感器推荐在静止状态下检测，水温传感器可实时检测。这3种传感器代表了主流水质传感器的不同响应特点，使用时需按其不同特点设计相应的使用策略，本研究为使用以上水质传感器的无人船设计了悬停采样和低航速采样的运行策略。若有其他水质指标的....

图4岸基控制台功能结构框图

岸基控制台通过WiFi和4G网络与自动无人船节点建立稳定的TCP连接，接收其回传的数据报文，处理地理位置、运行状态和水质数据等，并实现本地存储。分析连续数据报文并绘制数据曲线得到可视化结果，将实时地理位置标注在卫星地图中组成连续路径，通过以上方式直观地实现船体运行状态监控。监测....

图5手动遥控端实物

自动无人船具备自主航行能力，也具备基本的遥控行船功能。手动遥控端基于ArduinoUNOR3[30]设计实现，集成LoRaShield通信模组传输速度和方向等控制命令，实现电机调速、舵机转向和模式切换，外接摇杆或键盘作为命令输入单元，手动遥控端实物如图5所示。本研究为监测....

图6移动监控端界面

为实现远程监控，监测系统也实现了云监测平台，基于AngularJS框架和Node.js开发，岸基控制台接收数据后，将行船记录实时上传云平台，每组数据包括时间、位置坐标、各项水质数据和航行状态数据[31]。用户登录云平台，可查看实时的运行状态和航线，并查询历史水质监测任务和航行记....

本文编号：3991531