无人船智能水质监测平台的总体方案设计.doc

随着我国工业化城镇化的发展,水环境污染情况日益严重,国家在水环境监测治理方面投入了大量人力、物力。在无人化、智能化的时代背景下,利用移动监测平台进行水质监测的思路以成为一个研宄热点。本文研宂课题来源于企业项目,通过开发无人船智能水质监测平台,补充国家现有水质监测方式,是研究水质污染的主要出发点。对无人船智能水质监测平台的总体方案设计与实现。通过用户需求及相应的技术研究,设计船体结构及功能分区并开模生产该监测平台所需的人船。结合电子专业相关理论与实际应用,绘制以无人船为载体的水质监测平台的单元系统结构框图。对各个单元的功能及工作流程做了简单的阐述,并按照总体设计方案别进行功能分析、硬件选型、电路设计及系统搭建。同时,为确保水质监测平台工作正常及安全性,设计并实现系统供电方案,满足无人船内的不同的用电器的用电需求。对船载水质采样系统的方案设计与实现。通过用户需求及相应的技术研究,绘制水质采样系统的工作原理图。根据无人船的船体结构设计水质采样系统的装置示意图。按照用户需求及无人船的自身特性,选取合适的水管、止水阀、水泵、流量计等装置,并按照装置示意图在无人船上搭建该水质采样系统的装置。对该装置的工作流程做简单论述,并根据其工作状态设计水质采样硬件控制电路。对船载水质监测系统的方案设计与实现。通过用户需求及相应的技术研究,绘制水质监测系统的工作原理图。根据无人船的船体结构及水质监测传感器的相关参数设计水质监测系统的装置示意图,并按照装置示意图在无人船上搭建该水质监测系统的装置,并对该装置的工作流程做简单论述。该无人船智能水质监测平台在海南大学东坡湖及台州市长潭水库分别进行了实地测试,测试过程中水样采集与水质监测功能均按照预期实现。研究背景及意义水是地球上生物赖以生存和发展的物质基础,是维护生态系统保持可持续发展的首要条件,因此水对于地球生物的生存起着极为重大的意义(谢欢,2006)。尽管地球上水资源覆盖面积极广,但71%的水资源是海水资源,无法用于人类的日常生活。能用于人类饮用的淡水资源十分匮乏,仅占全球水资源的3%,所以淡水资源在全球都极其宝贵。我国是一个淡水资源极其短缺的国家。尽管我国水系发达,水资源总量在全球排名前四,但我国人口基数大,人均淡水资源只有2300立方米。随着中国经济的快速发展,工业区与城市居住面积迅速增加,生活用水量和工业用水量也是成倍的增长。使得水资源总量与社会需求量的矛盾日益増加。面对这日益增长的水资源矛盾的同时,我国水环境污染情况却逐年剧增。生活用水污染、工业废水污染等情况屡屡发生。对国民的身体健康产生了极大地威胁的同时,还严重制约了我国工业的发展。长此以往,水环境污染问题必将成为国家的长治久安的巨大隐患。2000年以来,国家先后将海河、淮河、太湖、辽河、巢湖、滇池、松花江、江口库区及上游、黄河中上游、渤海、三峡库区及上游等作为水污染治理的重点领域,积极制定有关规划,积极推进城镇污水与垃圾处理项目的建设,并针对性地开展次级流域、部分区域治理,将对流域水环境质量的改善发挥了重要作用(吴宇,2013)。水质监测作为水环境保护的重要举措,一直是国家环保部门极其重视的一项工作。2008年,国务院根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》设立“水专项”项目,旨在为监控和治理水体污染提供科技支撑(仇保兴,2013)。2012年,国务院又颁布《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》,要求加强对水质监测、在线分析等技术的重视力度,进一步加强污染源监控,提高对主要污染物的减排力度,提升城镇污水处理效率,改善主要流域的水质和江河湖(库)区水体富营养化问题(左其亭,2013)。目前我国水环境监测主要使用以下3种方法:实验室监测方法、移动监测方法和自动监测站监测方法。实验室监测方法需要工作人员在预先设定好的采样点进行水样采集,然后在实验室对水样做详细的水质分析并生成报告。工作人员前往预定采样点的主要方式是租赁船只。主要用于环保部门周期的水质监测与环境变化评估。该方法的优点在于测试的参数具有较高的准确性,缺点是需要较长的监测周期,监测一次将消耗大量人力物力成本,且实时性差,对突发污染事故无法做到准确预警。并且工作环境安全性较差,不利于工作人员的人身安全保障。同时监测数据不适合信息化管理。水质监测站监测方法是目前在我国广泛推广的方法。该方法需要修建专门的监测站点,这种监测方法的优点在于监测数据精度高,较少受到外部环境因素的影响。我国各级环保部门在次用水源地及水库周边建设水质监测站点用于对饮用水源地的水环境的变比进行全天候监测。并且各地监测站测试数据均联入政府环境网站,公民可以通过监测网站实时查看水环境监测数据。缺点是需要选址建立监测站点,其中的投资成本及设备维护产生的成本较大。并且修建的监测站会对水域周围的自然