本发明涉及水质检测，具体涉及一种水域水质自主巡航在线监测系统。
背景技术：
1、水域水质自主巡航在线监测系统是一种集成了先进传感器、数据处理系统、自主导航技术等模块的智能化水面无人船系统，主要用于实现对水域水质的全方位、实时、自主监测。其主要包括能够在复杂的水域环境中自主巡航的自主巡航平台、能够实时监测水质的各种参数的参数水质传感器、负责收集处理传感器采集数据的数据处理系统、将监测数据实时传输到远程监控中心的无线通信模块、为整个系统提供电力支持的电源与能源系统。
2、搭载水域水质自主巡航在线监测系统的无人船能够在需要检测的水域中进行巡航、多点位的采样、分析，从而及时发现水域中的水质异常，但是现有技术中的水域水质自主巡航在线监测系统难以根据当地的水质特点进行检测顺序优化，难以智能控制检测项目，导致每次检测无论水质是否存在数据异常，都会进行完整的数据检测，造成过度检测，并且检测指令的输出仅诊断单次采样，难以对水域整体进行评估判断，造成巡航监测的效率不佳，存在一定缺陷。
技术实现思路
1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种水域水质自主巡航在线监测系统，能够有效解决现有技术中数据检测顺序得不到优化、整体巡航监测的效率不佳的问题。
2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
3、本发明提供一种水域水质自主巡航在线监测系统，至少包括：用于采集水体样本的无人船，无人船上设置有用于在不同深度采取水体样本的采样机构和用于检测水体样本水质数据的水质传感器，还包括：路线规划模块、水质监测模块，将需要进行水质采样检验的水域记作目标水域；
4、路线规划模块包括路线优化单元和障碍规避单元，在目标水域设置多个用于水质监测分析的采样点，路线优化单元根据目标水域的水流方向特征对无人船的采样路线进行优化，障碍规避单元在无人船从一个采样点移动至另一采样点的过程中调整路线并智能规避障碍物；
5、水质监测模块在各个采样点进行定点水质采样，对同一采样点不同深度的水体进行采样，针对同一采样点的水体进行采样时，对每个水体样本根据设定的检测顺序进行顺序检测，将超出标准值区间的水质数据项目记作问题项目，将采样水质存在问题项目的采样点记作问题采样点，根据一次采样路线中第一个问题采样点位的序号、问题项目的最大值以及问题项目数值最大值对应的深度计算用于初步判断水域污染情况的第一风险判断值；根据所有问题采样点位的总数、所有问题项目的类型总数以及任意两个问题采样点位距离的最大值计算用于总体判断水域污染情况的第二风险判断值。
6、进一步地，所述路线优化单元路线优化过程如下：
7、将所有采样点按照采样路线中的采样顺序依次记作，，j为采样点总数，获取相邻两个采样点与的位置作为起始点位和终止点位，其中为当前无人船所在的采样点、为无人船需要前往的采样点，获取采样点处的水流方向以及速度构建采样点处水流速度矢量，构建采样点朝向的模为的第一矢量，获取无人船的行进速度，设无人船的移动矢量为，通过矢量关系计算可得出无人船的目标方向以及无人船的理想移动速度x，获取与之间距离并除以理想移动速度x得到第一方向时间，控制无人船朝目标方向行进第一方向时间，然后再朝向采样点行驶，直至到达采样点。
8、进一步地，所述障碍规避单元控制无人船过程如下：
9、在无人船的前端设置有多个用于感知障碍物的超声波雷达，在无人船从采样点前往采样点的过程中超声波雷达感知到距离小于等于5m的遮挡物时生成物体阻碍信号，当任意一个超声波雷达生成物体阻碍信号时，控制无人船前进方向朝偏离采样点的上游方向偏移30°，设置一个反应间隔，反应间隔等于2m除以无人船的移动速度，若在行驶反应间隔之后仍有超声波雷达生成物体阻碍信号，继续控制无人船前进方向朝偏离采样点的方向偏移30°，直至反应间隔后不再有超声波雷达生成，以当前位置和需要前往的采样点作为起始点位和终止点位通过路线优化单元重新规划路线，控制无人船前往采样点。
10、进一步地，所述水质监测模块采样分析过程如下：
11、步骤一：通过设置在无人船内部的水质传感器对每次采样样本的多项水质数据进行检测，将所有水质数据项目名称统一记作，，m为水质数据项目总数；
12、步骤二：预设有一个周围限定距离值，以目标水域为圆心、周围限定距离值为半径建立一个周围区域圆，将周围区域圆内所有水域统一记作周围水域，获取所有周围水域历史水质监测数据，选取异常检测数据并记作历史异常数据，统计所有历史异常数据中每个水质数据项目名称出现的频次，依照频次高低对所有水质数据项目名称进行排序得到检测顺序；
13、步骤三：预设有水样数据标准集，按照检测顺序对同一采样的样本水质数据项目进行依次检测，将当前检测的水质数据项目的检测数值与对应标准值区间进行比对，当其数值位于标准值区间范围内时，则继续进行水质数据项目的检测并比较，反之，则终止后续水质数据的检测，直至所有水质数据项目的检测数值均位于标准值区间范围内时或有任意一项数值超出标准值区间；
14、步骤四：将超出标准值区间水质数据项目记作问题项目，将采样水质存在问题项目的采样点记作问题采样点，对问题采样点多个深度的采样样本的问题项目数值进行检测，依照采样检测先后顺序将问题项目数值依次记作，，q为各个深度采样样本的总数，对进行修正得到修正后的问题项目数值，修正公式等于，其中q 为预设的常数值、k为预设的比例系数；
15、步骤五：获取一次采样路线过程中第一个问题采样点位的序号x、问题项目的最大值y以及问题项目数值最大值对应的深度z，组成问题数据集合[x，y，z]，对x、y、z进行归一化处理，代入公式中进行计算，得到第一风险判断值dg并发送至工作人员手持终端；
16、步骤六：在完成一次完整的采样路线水质取样检测后，获取所有问题采样点位的总数r、所有问题项目的类型总数t以及任意两个问题采样点位距离的最大值d，归一化处理后代入公式中进行计算，得到第二风险判断值wg并发送至工作人员手持终端。
17、进一步地，还包括取样留存模块，取样留存模块取样留存过程具体如下：
18、以采样点的水平坐标以及深度坐标建立三维坐标体系，获取每个问题项目的检测数值最大值，代入公式中进行计算，得到每个问题项目的值偏参数，其中e为自然常数、为该问题项目的标准值区间中点，将值偏参数最大的问题项目记作目标项目，对目标项目进行进一步分析；
19、在三维坐标体系中的每个采样样本对应坐标处填入目标项目的检测值，构建三维梯度模型，根据梯度模型算法计算出峰值点位对应的三维坐标记作中心坐标，以每个采样点的水平坐标为固定坐标构建多个相互平行的直线记作采样直线，选取距离中心坐标最近的采样直线作为目标直线，作经过中心坐标垂直于目标直线的垂线，以该垂线垂点坐标作为留存样本的采样坐标，采取该坐标的水体样本进行留存得到留存样本。
20、本发明提供的技术方案，与已知的现有技术相比，具有如下有益效果：
21、1、本发明路线规划模块包括路线优化单元和障碍规避单元，其中路线优化单元通过控制无人船分两端移动，能够使得无人船利用水流进行辅助移动，从而在第一方向时间内行驶时无需改变方向，尽量抵达采样点，即便在第一方向时间行驶结束后也不会距离采样点过远，相较于现有技术中的直达行驶，省去了中间大部分路程行驶过程中频繁调整转向舵以保持朝向采样点直线行驶的步骤，进而达到节省无人船续航电量的目的，有利于提升无人船的续航时间，而障碍规避单元则能够在无人船行进过程中规避障碍物，尤其是水平漂浮的小型杂物，尽量避免无人船碰撞损坏。
22、2、本发明水质监测模块一方面能够基于当地水域容易出现的异常数据频次设定一个具备当地个性化的检测顺序，顺序检测能够优先对当地环境下容易出现问题的水质数据进行检测，从而尽量尽早发现问题数据，并在发现问题数据后停止其他数据的检测，降低电量损耗以及检测时间成本，有利于快速发现问题水质，并且还可通过包含有异常数据先后顺序特征的第一风险判断值来初步判断目标水域内的水质污染情况，有助于工作人员及时发现大面积的水质污染，另一方面通过整体范围的水质检测结果计算得出第二风险判断值，从而在第一风险判断值基础上的进一步水质污染程度确认步骤，其能够侧面反映出目标水域水质污染的整体情况，第二风险判断值越大则说明水质整体污染情况越严重，有助于工作人员了解水质整体污染等级，以便于采取不同的治理措施。
23、3、本发明取样留存模块能够选取合适的具有代表性的水体进行取样留存，以便于后续过程中的水质进一步实验室检测，从而克服无人船的荷载受限且难以选取能够合适的水体样本的困难，有利于工作人员进行实验室分析。
1.一种水域水质自主巡航在线监测系统，包括用于采集水体样本的无人船，无人船上设置有用于在不同深度采取水体样本的采样机构和用于检测水体样本水质数据的水质传感器，其特征在于，还包括：路线规划模块、水质监测模块，将需要进行水质采样检验的水域记作目标水域；
2.根据权利要求1所述的一种水域水质自主巡航在线监测系统，其特征在于，所述路线优化单元路线优化过程如下：
3.根据权利要求2所述的一种水域水质自主巡航在线监测系统，其特征在于，所述障碍规避单元控制无人船过程如下：
4.根据权利要求2所述的一种水域水质自主巡航在线监测系统，其特征在于，所述水质监测模块采样分析过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种水域水质自主巡航在线监测系统，其特征在于，还包括取样留存模块，取样留存模块取样留存过程具体如下：
