时间：2024-08-09 来源：网络搜集 关于我们 0
为深入落实新工科建设“天大方案”，扎实推进项目式教学全链条高质量实施，天津大学立项2023届新工科毕业设计研究与实践项目32项，实现学校工科学院全覆盖，多学科交叉、产学研合作等特色明显。现对2023届新工科毕设项目成果进行集中推广。
目前，2024届新工科毕设项目选题阶段已结束，项目组指导教师与选题学生正在招募中！扫描下方图片中二维码跳转查看项目组招募通知！
长距离河道水质无人机/船
智能巡检与监测预警研究
建筑工程学院 宋慧芳
一、项目的基本情况
当前我国水利行业正向“智慧水利”方向发展，人工智能、网联网、大数据、云计算和数字孪生等先进技术正融入到水利工程建设运行与河湖管理领域。行业新发展阶段，迫切需要一批具有融合新技术和不同专业知识背景的高层次综合型人才。将不同学科的指导老师和毕设学生组成多学科交叉团队，完成一个“综合型、智能化”的毕设项目，不仅可培养学生团队协作意识，开阔多学科视野，而且有助于培养学生适应新技术发展下的解决复杂工程问题的能力，助力水利、微电子、自动化等相关专业新工科人才培养的改革探索与实践。
本项目课题组由来自建筑工程、微电子和电气自动化与信息工程等3个学院的8位指导老师及相关专业共13名毕业设计本科生组成。
本项目目标：
（1）构建空-水一体化的长距离河道水质无人机/无人船智能巡检与监测预警的软硬件平台。
（2）形成河道水系水质无人机大范围监测-无人船实地检测的协同巡检模式，实现河道水质监测与预警、水污染和非法侵入智能识别。
（3）培养学生团队协作意识、多学科视野及新技术发展下解决复杂工程问题的能力。
二、研究内容和方法
本项目共3个研究方向，13个研究任务。
方向一：长距离河道水质无人机/船智能巡检技术及其设备研制
任务1-1：河道水质无人机智能巡检与监测预警技术总体设计。包括无人机选型、数据采集方案、无线数据通讯、路径规划与控制、协同巡检方案、监测检测方案等。
任务1-2：河道水质无人船智能巡检与监测预警技术总体设计。包括无人船选型、数据采集方案、无线数据通讯、路径规划与控制、协同巡检方案、监测检测方案等。
任务1-3：无人机/船载智能摄像头研制。包括图像采集部分（CMOS图像传感器）、边缘运算部分（AI芯片）和压缩图传技术。
任务1-4：无人船载水质电导率实时检测设备研制。包括设计开发基于FPGA实时检测系统，完成信号激励、测量、解调和通信等电路和对应FPGA功能的开发；设计传感器，开发对应的前端电路，标定并测试不同传感器的检测性能。
任务1-5：船载太阳能控制系统自动运行模块研发及能效研究。包括开发船载太阳能控制系统自动运行模块，实现自动循环充放电；测试主机工作时长和频率，探讨工作能效。
任务1-6：渠道工程冬季扰冰机器人设计。包括机器人的装置设计、路径规划及扰冰效果分析等。
方向二：长距离河道水质无人机/船检测监测与智能识别研究
任务2-1：北洋园校区河道水系三维建模及水位变化规律分析。包括校区河道地形地貌、建筑物、水系等航测及三维建模，以及多年水位变化规律分析。
任务2-2：北洋园校区河道水质监测与变化规律分析。主要指水质氮磷和有机物等含量监测与分析。
任务2-3：北洋园校区水体富营养化程度监测及评估预测。主要指水质浊度、蓝绿藻、叶绿素以及溶解氧监测与分析。
任务2-4：基于无人机航拍的河道水污染智能识别。包括水华、外部污染源、非法排污口等图像智能识别。
任务2-5：基于无人机航拍的河道异物与非法侵入智能识别。包括坠河物-牲畜、大件杂物及河道保护红线内人员非法入侵的识别。
方向三：长距离河道水质无人机/船智能巡检与监测预警系统开发
任务3-1：长距离河道水质无人机巡检与智能识别系统开发
任务3-2：河道水质无人船检测监测与预警系统开发
上述系统开发包括需求分析、系统总体设计、功能模块开发（含河道三维可视化模块）与北洋园校区河道实例应用等。
三、研究进展和成果
方向一：长距离河道水质无人机/船智能巡检技术及其设备研制
对无人机/船智能巡检与监测预警技术进行总体设计，研制无人机/船智能摄像头、船载水质电导率实时检测设备，太阳能控制系统自动运行模块及对其能效进行研究，针对冬季渠道结冰情况，对扰冰机器人进行了设计。研究成果见下图。
长距离河道水质无人机智能巡检平台
无人船智能巡检与监测预警系统平台
无人机/船智能摄像头
船载水质电导率实时检测设备
太阳能控制系统能效研究
渠道工程扰冰机器人实体模型
方向二：长距离河道水质无人机/船检测监测与智能识别研究
针对北洋园校区河道水系（包括校区河道地形地貌、建筑物、水系等）进行三维建模分析多年水位变化规律，监测河道水质及水体富营养化程度、分析其变化规律并进行评估预测；基于无人机航拍技术对河道水污染、异物与非法侵入进行智能识别。研究成果见下图。
北洋园校区河道水系模型
3-5月水质变化情况
水质评估预测
水污染智能识别
河道异物的智能识别
方向三：长距离河道水质无人机/船智能巡检与监测预警系统开发
开发长距离河道水质无人机/船智能巡检识别与监测预警系统，包括需求分析、系统总体设计、功能模块开发与校园内河道实例应用等。研究成果见下图。
无人机巡检软件测试
无人船巡检软件测试系统
四、项目创新点及特色
本项目将图像识别、人工智能、大数据、物联网等新技术在传统的水利水电工程领域进行融合，研制了多套装备，开发了配套的软硬件平台，初步实现了长距离河道水质监测、曝气扰冰、预测预警等方面的无人化、智能化。
五、项目应用及推广
参与项目学生反馈情况：
素材来源： “长距离河道水质无人机/船智能巡检与监测预警研究”项目组
编辑：徐晓婧 张君驰
审核：夏淑倩 林佳妮 贾晗
