对智能无人船自动采样系统的探索之旅

对智能无人船自动采样系统的探索之旅
作者：周澄宇
来源：《发明与创新·高中生》2024年第06期
在学习无人船原理、传感器类型等知识后，我了解到根据不同的功能，市面上的无人船可分為水质监测船、水情巡航船等。

然而，它们在提高无人船巡航监测效率、排查复杂水污染情况等方面存在局限性。

因此，我有了一个想法：设计一个智能无人船自动采样系统，搭载多个传感器，让其同时实现水质监测、异常报警、污染物采样留样等功能。

为此，我开启了智能无人船自动采样系统的探索之旅。

设计初期，我上网查找了大量资料，还听取了一些专题讲座，了解到无人船面临的首要问题是如何实现自主巡航和精准定位。

结合资料调研，我第一个设计思路是采用融合GPS、北斗卫星导航和惯性测量单元组合的导航方式，耦合远程控制端，集成小型智能无人船监测留样系统。

只需将小型智能无人船放在河岸或湖岸边，通过移动终端设置巡航轨迹，无人船按照指定线路到达监测点监测水质，同时将数据传回控制端，与空间经纬度结合展示形成水质空间分布热力图，对水质超标或突变的点位发出自动采样留样指令，便于进一步分析取证。

在该系统的测试阶段，我发现了以下问题：无人船在水中航行时，针对某一处水域的停留时间较短，船底的传感器反应不及时，在水质较差的位置不能将信号传输给中控系统开启水泵抽水；无人船在运行过程中会出现搁浅的现象，不能快速、自主避让水域内的石块等障碍物；开启水泵时，水泵抽水时间较短，采集的水样易溅出，与系统设定的采样量出入较大；传感器安装在船底，线路浸没在水中，易出现短路等故障。

为解决以上问题，我调整了无人船自动巡航中的航行速度，更换了灵敏度更高的水质传感器，仅将传感器的感应头浸没在水中，采用Python编制障碍物识别算法和动态避障算法，实现对障碍物的绕行。

又将抽水泵换成蠕动泵，更改蠕动泵的转数，确保水样在采集过程中不会溅出采样瓶。

重新组装完成后，我将无人船置于柘皋河河岸，打开开关，在平板电脑上设定无人船巡航的轨迹、巡航时间后，无人船开始运行。

无人船按既定路线巡航，在无人工干预的情况下实时监测水质，形成水质空间分布热力图，在水质异常点位自动开启采样泵，并存于留样中。

经过桥墩时，无人船也能自动绕过桥墩驶向前方的待监测地点。

测试成功了！
在这次的设计实践中，我不仅主动学习了无人船技术原理、导航和定位技术以及Python 程序语言，还学会了如何理性面对困难，如何在实践中不断创新——创新不仅是解决问题的关键，更是推动科技进步的动力。

在不断尝试新的思路和方法后，我最终实现了智能无人船自动采样系统的优化。

在未来的学习中，我将继续秉持这种创新精神，不断探索，突破自我。

我相信，随着科技的进步和应用的深化，智能无人船自动监测采样系统将在水质监测和水环境治理中发挥越来越重要的作用。