一种水域监测与远程规划无人艇岸基平台系统

本发明属于全自动化产品领域，涉及一种水域监测与远程规划无人艇岸基平台系统。

背景技术：

1、随着人们对环境保护重要性认识的提升，对水质监测的需求也日益增加。传统的水质监测方式依赖于监测人员进行现场采样，这种方式容易受到天气和水面漂浮物等外界因素的影响。它的监测范围有限，作业效率低，无法实现对水域的实时动态监测。因此，这种方式难以快速、准确地对水域水质进行全面监测。近年来，随着互联网技术、自动控制技术和人工智能的迅猛发展，水质监测无人艇成为一种具备自主航行和智能作业能力的重要无人平台，其在水质监测领域迅速发展并得到广泛应用。

2、岸基平台系统在水质监测无人艇中扮演着指挥中心的角色，负责实时监测无人艇的位置、状态和水域环境数据，并对其进行远程指令控制。然而，目前系统面临着几个主要问题。首先是远程通信稳定性的挑战，系统可能受到复杂水域环境影响，导致通信信号不稳定，进而引发监测数据传输延迟，妨碍对水域环境的及时响应。其次，实时数据传输处理能力不足，影响了对水域环境变化的快速捕捉与准确分析，导致对监测无人艇的环境感知能力受限。最后，远程控制功能可能存在精确性不足，制约了操作人员对无人艇的精细操作与应对复杂情况的灵活性。这些问题限制了远程岸基系统对水质监测无人艇的有效控制和实时响应能力。

3、近年来，尽管水质监测无人艇技术不断进步，但仍存在部分问题。首先，无人艇工作过程的安全问题，如自主导航、避障能力、长时间持续工作能力等方面。特别是在复杂环境下，无人艇的稳定性和可靠性可能受到影响。其次无人艇采集的海洋数据量庞大，需要有效的数据处理和分析技术来提取有用信息。目前的数据处理能力可能不足以应对大规模数据的处理需求，需要进一步发展数据处理和分析算法。最后，无人艇需要与地面岸基平台系统进行实时通信和遥控，但在海上通信可能受到信号覆盖范围和干扰等问题的限制，影响了对无人艇的实时监控和控制能力，容易发生意外，为了解决上述无人艇在执行任务期间所面临的局限性问题。

技术实现思路

1、为了解决现有无人艇在航行监测期间对艇上设备的状态监测和控制问题，主要聚焦于突破无人艇系统在远程控制和实时监测方面存在的局限性问题，本发明采用的技术方案是：

2、一种水域监测与远程规划无人艇岸基平台系统，包括：

3、数据存储模块：用于对感知到无人艇行驶海域的环境状态和水质监测状况进行存储；

4、数据处理模块：用于对所述数据存储模块存储的无人艇行驶海域的环境状态和水质监测状况，进行水质监测处理，无人艇感知到行驶环境处理，并进行无人艇航迹处理，形成无人艇地图，并传送给无人艇控制系统；

5、数据显示模块：用于对所述数据处理模块处理后的无人艇航迹地图、处理后水质监测、处理后的无人艇感知环境进行显示；

6、远程操作模块：用于基于所述数据显示模块显示无人艇航迹地图、处理后水质监测、处理后的无人艇感知环境，实现对无人艇的监测、无人船的航迹规划、水质信息和环境信息进行监测。

7、进一步地：所述数据存储模块包括感知状态数据库和水质监测数据库；

8、所述感知状态信息库，用于实时保存无人艇在执行水质监测任务时的任务航线、航行位置、航速、航向和雷达探测数据；

9、所述水质监测数据库，用于实时保存水质采样的信息，包括任务采样数据、采样时间、采样坐标和水质分析结果。

10、进一步地：所述数据处理模块包括远程数据传输子模块和监测数据处理子模块；

11、所述远程数据传输子模块，用于负责数据的传输即远程数据的接收和远程指令的下达；

12、所述监测数据处理子模块将存储在水质监测数据库的传感器采样数据以及采样坐标进行处理，生成以经纬度位置坐标为横纵坐标轴，传感器数据为垂直坐标轴的三维坐标系散点图，再将散点图进行插值拟合，将不同浓度范围以不同的颜色进行标注，最终生成直观连续状态下的三维坐标浓度分布图，将存储的所有水质传感器采集数据以上述方式生成浓度分布图作为水质分析结果存储在无人艇水质监测数据库。

13、进一步地：所述数据显示模块包括航迹地图显示子模块、水质监测显示子模块和无人艇感知显示子模块；

14、所述航迹地图显示子模块，用于以监测水域的卫星地图为背景，根据比例尺结合经纬度信息建立平面二维坐标系，在界面的右上角以半透明的形式显示监测无人艇经纬度坐标信息，在监测水域的卫星地图上显示航路点、任务航迹、实际航迹；

15、所述水质监测显示模块，用于将存储在水质监测数据库中的水质分析结果显示在页面上，若基于当前的监测数据还未生成最终的三维坐标浓度分布图，则实时显示目前已经监测获得数据的三维坐标散点图，选择三维图上的监测数据查看其具体的采样坐标和采样数据，当选中目标点时，具体信息将在右上角以半透明的形式显示，不同水质传感器的实时监测结果将以图层的形式供用户选择显示或是隐藏；

16、所述无人艇感知显示，用于向用户提供监测无人艇的周围环境信息。

17、进一步地：所述远程操作模块包括：监测无人艇管理子模块、航迹规划管理子模块和监测信息管理子模块；

18、所述监测无人艇管理子模块，用于进行在线状态显示、参数配置、控制模式三个部分，在线状态显示是在监测无人艇启动后，在岸基界面上显示gps、imu、各种水质传感器是否成功连接，用户进行故障判断；参数配置页面包括选择串口打开、波特率设置、控制参数设置三个部分，方便用户进行无人艇的远程连接和航行控制；控制模式部分方便用户对无人艇的遥控模式、待机模式、自主模式三种模式进行切换；

19、所述航迹规划管理页面包括航迹信息显示部分和航迹信息设置部分，

20、航迹信息显示部分，用于对航迹的名称、航路点信息、航点距、偏航距离进行显示，其中航点距是指无人艇运行过程中距离下一航路点的距离；航迹信息设置部分包括设置航路点、航路点移动、删除航路点、删除航迹四种操作，设置完成后，监测无人艇开始运行，任务航迹和无人艇实时位置将在航迹地图上显示。

21、本发明提供的一种水域监测与远程规划无人艇岸基平台系统，及时显示无人艇周围环境信息并方便操作人员对水质监测无人艇进行控制，从而更加高效的完成水质监测作业任务，具有以下优点：

22、采用抗积分饱和的pid控制算法和双通信通道切换的方式，实现了对无人艇的远程控制和监测。通信设备采用了高效可靠的通讯协议，确保了与无人艇之间的稳定连接，并能够在复杂环境中保持通信畅通。远程操控界面提供了直观友好的用户界面，操作人员可以通过该界面实时监测无人艇的位置、运行状态以及水质变化。同时，该界面也允许操作人员对无人艇进行远程指令控制和调整，以适应不同的任务需求。

23、与现有技术相比，本发明的岸基系统对于水质监测无人艇具有更高的远程控制精度和实时监测能力，能够在无人艇监测任务中提供更精确的控制和更直观的数据显示界面。因此，本发明的在监测无人艇的应用领域具有广阔的应用前景和技术价值。

24、针对于目前水域监测无人艇远程岸基系统面临的问题，本发明采用双模式自切换通信方式，可实现多种应用场景下的稳定通信。本发明将监测无人艇实时传输回的数据进行储存、显示、处理，可在短时间内得到该水域的水质监测数据以及水质监测分析结果，极大的提高的水质监测效率。操作人员可在岸基系统进行监测无人艇航迹的规划，实时监测无人艇的周围环境和位置坐标，特殊情况下可使用远程遥控操纵，极大的降低了精细化作业的操作难度。另外本发明可对历史航迹、历史状态数据、历史监测数据进行回溯、使用等，这些数据可分别用来对无人艇的二次操纵、无人艇的控制研究、水域水质的改善分析，大大提高了水质监测无人艇的可靠性。