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水体生态环境监测智能船单位电子信息工程学院负责人陈楚鑫组员崔磊李建桦何洪丰梁腾飞指导老师唐德东叶文吴英背景•目前许多国家的河流、湖泊，海域等水体污染十分严重，给人们的生存环境、投资环境和开发利用旅游资源等带来负面影响。据统计全世界每年都有4200多亿立方的污水被排入带河流湖泊中去，污染了5.5万亿立方的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。每年我国用于防治水污染的费用高达上千亿元，而去年发生在太湖的水污染事件已经深刻的提醒人们：水体污染的防治刻不容缓！因此急需高效，安全，低成本的水体生态环境监测装置，用来对前期水域污染情况的监测。现状分析——国外情况美国哈希公司的HYDROLab多参数水质监测仪，其监测参数包括溶解氧、pH、ORP（氧化还原电位）、电导率（盐度、总溶解固体、电阻）、温度、深度、浊度、叶绿素a、蓝绿藻、若丹明WT、铵/氨离子、硝酸根离子、氯离子、环境光、总溶解气体共十五种参数。其监测功能十分强大，但是它必须搭配一定的载体才能完成任务，而且其价格十分昂贵，一台就要十万元左右。现状分析——国内情况•济南大学的《智能环保船》•集美大学的《水上清理船》•吉林大学的《水上垃圾清理船》•然而，他们的研究只是围绕在水上垃圾的清理这一方面，而且由于船只体积上的限制，他们只能在小范围内进行小规模的垃圾打捞，然而在水质方面的检测并未涉及。•而与本课题研究方面较为接近且技术比较成熟的有：北京航空航天大学研制的新一代仿生机器鱼。其是通过研制仿生机器鱼，并搭载上面所说的美国哈希（HACH）公司的Hydrolab多参数水质监测仪进行多方面的水质测量的，但其费用十分高昂。•北京航空航天大学研制的新一代仿生机器鱼及其工作时的图片项目意义•科学界正在努力寻找一种便捷的手段对无人到达的小流域或小洞穴的水质、水深以及生态情况进行全面监测，但目前都还是集中在局部的研究。•该领域涉及的知识都是自动化领域的知识，该项目对学生的锻炼是一个非常好的项目，不仅培养学生的动手能力，而且项目本身也具有较好的应用前景，该项目的研究是对小江小流的环保问题是一种有效的探索，具有重要的应用价值和研究意义。•从已申报专利的情况来看，应用于水体生态环境监测的设备都是以固定仪器以及水下机器人为主，目前尚未有利用船模进行多方位的水体生态环境的监测，因此我们的课题可以弥补这一方面的空白.自身具备的知识及特长•本课题研究的项目需要传感，通讯和视频传输等电子信息方面的技术。我们小组成员作为自动化专业的学生，将通过自己的努力，掌握专业方面的相关知识，我们可以提前掌握一些关于检测技术，无线控制技术，传感技术，信息处理等方面的知识。另外，我们还可以根据已学过的声学，热学，运动学的知识充分发挥自己的优势。•本组的所有成员均对科技创新有极其浓厚的兴趣，有强烈的求知欲望，且善于发现问题，并联系实际从而解决问题。同时，我们每一个成员都具有不错的动手能力，其中大部分都加入了我们电子信息工程学院的电子创新协会，且在协会里积极参加各项活动并从中锻炼了自身的实践能力。最重要的是我们每个组员都具有吃苦耐劳的精神，并且都具有团队精神，这些都是确保项目顺利进展和质量的重要因素。具体方案——总述•本课题是制作一艘可用于水体生态环境探测的智能船，船的主要结构包括：船体，智能芯片，无线摄像头，水质水温测量仪，用于探测水深的测量仪，以及可以探测水下鱼群的声纳传感器，同时还有信号发射装置，此外还需要有信号接收器。以上各部件通过已植入系统程序的芯片有机的结合起来，实现各项功能的运作。•下面就智能船的各项功能以及工作原理进行详细的介绍。具体方案——第一步•应用无线摄像头对大型船只以及人无法进入的水域进行探测无线摄像头监测中心船体具体方案——第二步•水温水质的测量；操作人员通过电脑以及无线信号发射器将指令发送给上面上的智能船，船上的信号接收器接收到信号后将其传输给智能芯片，芯片发出指令，让船前往指定的水域，通过水质水温分析传感器进行水温水质的测量；船体监测中心水温水质传感器控制中心发出指令传感器将检测到的数据传回中心具体方案——第三步•水深测量；操作人员通过电脑以及无线信号发射器将指令发送给上面上的智能船，船上的信号接收器接收到信号后将其传输给智能芯片，芯片发出指令，让船前往指定的水域，传感器发出信号，通过水底反射回来的信号从而测量水深。船体监测中心水深测量传感器传感器将检测到的数据传回中心控制中心发出指令具体方案——第四步•水下鱼群的探测；智能船在指定的路线里行驶，同时装在船上的传感器不断发出信号，搜索水下是否有鱼群。传感器将得到的信息输送给芯片，芯片再用以上同样的方法将数据传送给电脑。船体控制中心发出指令传感器将检测到的数据传回中心声纳鱼群探测传感器核心技术•在线检测技术•无线通讯技术•无线遥控技术•无线视频传输技术•无线传感器网络技术无线摄像头以及各类在线检测传感器项目进度规划~第一阶段•2009.2~2009.3：主要搜索相关材料，购买船模以及分析所涉及的知识；•2009.4~2009.5：组员任务分配，购买相关资料书，并进行分工学习，制定初步的制作方案；•2009.6~2009.9：将无线摄像头安装在船体上进行试验，通过其视频传输检测器效果；•2009.10~2010.3：通过安装智能芯片，无线信号接收器，以及编写相关程序，实现船能够按操作人员发出的指令进行有目的的行驶；项目进度规划~第二阶段•2010.4~2010.6：安装水温和水质测量仪，以及对所测量的结果进行信号处理；•2010.7~2010.9：安装传感器，用于探测水深以及鱼群；•2010.10~2010.11：各种部件完成安装以及测试后，进行整体软件编程，将程序植入芯片使整个系统真正智能化；•2010.12~2011.1：测试以及改进系统；•2011.2~2011.3：成果展示以及发表论文，申请专利；可行性分析（1）•本方案可利用现成的船模，通过将各部分功能元件进行有机地捆绑以实现，目前系统各组成环节所涉及的技术都比较成熟，整个过程的重点均在电子信息以及自动控制领域内，从而避开了动力学以及机械等复杂的问题。•指导老师组都是传感技术和检测技术方向的研究者，曾经多次承担国家自然基金、国家科技攻关、重庆市科委以及横向项目，在传感技术和检测技术方面拥有丰富的理论与实践经验。可行性分析（2）•参与本项目的各个组员都是电子信息工程学院自动化专业的学生，所以在以后课题研究过程中所需要用到的知识以及遇到的问题，都是在自己所学专业知识的范围内，因此开展这个课题对于我们来说并无多大的难度。•同时学校的人工湖可以作为我们的试验场地，以上所述的各种器材，在外面市场上均可买到，且价格合适。可以在学校提供的资金的基础上完成本课题；成果形式•相关论文，学术报告以及研究资料；•实物样品，其中包括最终的硬件成品和相应的软件系统；•申请国家专利；特色与创新•小而实用且综合性强；本课题最大的特色是，集多种功能于一体，实现对水域生态环境多方面的监测，且船的体积小能够对一些特殊水域的水体生态进行在线探测与分析；而其他国内外相类似的装置要么功能单一，要么价格十分昂贵。•全自动无人驾驶；通过利用无线传感技术以及无线摄像头实现对一般大型船只以及人进不去的水域环境进行探测，整个过程完全由智能船独立完成，无需人直接参与，从而保证了一些科学工作者以及探险爱好者的人生安全；特殊条件要求•设备情况分析此项目无须大型加工设备，一些接收、焊接等装置可从市场购买•原材料情况从市场直接购买和学校实验室提供，市场供量充足，获取容易。•我们这个项目不需要特殊条件要求经费预算•购买船只以及加工改造费：两千五百元;•各种传感器，无线摄像头，智能芯片，无线信号发射以及接收设备等：六千元；•资料费：六百元；•差旅费：五百元；•其他费用：四百元；•合计：一万元整；总结•大江大河的水流环保问题已经成为世界很多国家环保治理的重点，随着环保建设的发展，对大江大河的源头（小流域或小支流）的环保问题已经成为各国政府关注的重点。而本项目正好符合当今社会的需求，有十分好的发展前景。•此次制作过程成本低，申请资金可满足需求。所涉及知识和组员专业密切相关，可行性强。•若申请到此项目，我们相信通过我们的刻苦钻研，积极攻关，一定能成功完成任务。谢谢大家!