CN109835441B - 水质监测智能小船的自动驾驶方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水质监测智能小船的自动驾驶方法及其系统，小船航行时，雷达对周边探测，控制计算机确定雷达接收到的探测信息为有效目标信号后，驱动网络摄像机启用视觉检测。通过控制计算机确定雷达探测到的有效目标在像素坐标下存在的区域，然后进行图像检测。在像素坐标系下，比较雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况，若重复值达到阈值，就判定探测信息准确，实施避障；若低于阈值，就判断为信息失准，随后判断雷达信号发出的纵向信号是否低于预警值，若低于预警值，则小船保持前行，若高于预警值，则实施避障。该方法可以有效地避开河道内的障碍物，从而实现小船的自主航行。

Description

水质监测智能小船的自动驾驶方法及其系统

技术领域

本发明涉及水质监测领域，特别是水质监测智能小船的自动驾驶方法及其系统。

背景技术

目前，环保监查部门为掌握所辖水域的水质情况，通常是对水质进行定期或不定期的取样检测分析,依水质的各项质量指标决定相应的环保措施。然而，现有水质自动监测站由于位置固定难以及时发现污染源，而移动监测手段多为有人驾驶的水质监测车或监测船，不仅成本高，而且受城市水体的复杂地形影响，部分水域人工监测船或监测车根本无法驶入，造成目前水质监测体系存在响应不及时、时间与空间分辨率较低等问题。目前市场上用于水质监测的移动采集方式不能指定深度采集、船体容易侧翻、转向操作难度大。因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种水质监测智能小船的自动驾驶方法及其系统。本发明可以有效地避开河道内的障碍物，从而实现小船的自主航行。此外本发明还能按指定深度进行水样的采集并对水质进行监测，具有不易侧翻、转向操作简单的特点。

本发明的技术方案：水质监测智能小船的驾驶方法，具体包括以下步骤：

(1)小船上的雷达对周边环境实时进行探测，并传输至控制计算机；

(2)控制计算机对雷达接收到的探测信息进行筛选，确定雷达接收到的探测信息为有效目标信号后，控制计算机确定雷达探测到的有效目标在像素坐标下存在的区域；同时，控制计算机驱动网络摄像机启用视觉检测；

(3)对网络摄像机拍摄到的图像进行视觉检测，进一步确定小船前方是否存在有效目标，如果存在有效目标则通过视觉检测确定有效目标在像素坐标系下的区域；

(4)在像素坐标系下，比较雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况，若重复值达到阈值，就判定探测信息准确，实施避障；若低于阈值，就判断为信息失准，随后判断雷达信号发出的纵向信号是否低于预警值，若低于预警值，则小船保持前行，若高于预警值，则实施避障。

前述的水质监测智能小船的驾驶方法中，步骤(2)中所述的对探测信息进行筛选具体包括以下步骤：

(i)控制计算机判断雷达的信噪比是否在阈值之内，若信噪比不在阈值之内，则控制计算机过滤信息，若信噪比在阈值之内，则进入步骤(ii)；

(ii)核心计算机根据雷达实时的探测信息判断目标是否为接近状态，若目标为非接近状态，则控制计算机过滤信息，若目标为接近状态，则雷达进行连续探测，当DetectTime未达到预定值，即雷达在连续进行探测的过程中成功接收到探测信息的次数未达到预定值时，雷达初始化重新进行探测；当DetectTime达到预定值时，控制计算机输出目标信息。

所述控制计算机输出目标信息后判断LostTime是否超出预定值，即雷达在连续进行探测的过程中连续丢失探测信息的次数是否超出预定值，若LostTime超出预定值，则控制计算机重置DetectTime＝0，控制计算机过滤信息，若LostTime未超出预定值，则比较在像素坐标系下雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况。前述的水质监测智能小船的驾驶方法中，该方法还包括对小船进行路径规划，所述路径规划包括以下步骤：

(a)控制计算机调用地图软件信息，获取将要航行水域的先验地图，在起点和终点的水域中选取若干点，作为阶段性目标点；

(b)读取地图上各阶段性目标点的经纬度信息，借助GPS接收器确定小船经纬度，根据电子陀螺仪读取船头与正北方向的夹角；

(c)根据东经北纬地区的经纬度分布特点，比较小船自身与阶段性目标点的经纬度的大小，确定阶段性目标点在小船为参考系下的相对方位；

(d)依据小船先到达与阶段性目标点相同的经度再到达与阶段性目标点相同的纬度，或者依据小船先到达与阶段性目标点相同的纬度再到达与阶段性目标点相同的经度，得到小船的路径规划。

实现前述方法的水质监测智能小船自动驾驶系统，包括船体，船体的顶部设有甲板，甲板上设有网络摄像机雷达和电子陀螺仪，船体的舱内设有控制计算机、PH检测器、第一直流电机和第二直流电机，控制计算机经通信接口与网络摄像机、雷达、电子陀螺仪、PH检测器、第一直流电机和第二直流电机；所述船体的下方设有PH电极，PH电极经电缆与PH检测器相连，电缆的中部设置在深度调节机构上；所述船体的后侧设有两个导流圆管，两个导流圆管内均设有一个螺旋桨，第一直流电机和第二直流电机分别经传动轴与两个螺旋桨相连，且所述的传动轴贯穿船体的后侧；所述控制计算机连接有云端服务器，云端服务器与终端相连；所述船体的侧面还设有漂浮球。

前述的水质监测智能小船自动驾驶系统中，所述的甲板上设有固定槽，固定槽内设有自由度云台，所述的自由度云台包括水平舵机和垂直舵机，水平舵机的输出端设有支撑板，垂直舵机设置在支撑板上，且自由度云台经通信接口与控制计算机相连，所述网络摄像机与垂直舵机的输出端相连。

前述的水质监测智能小船自动驾驶系统中，所述船体的舱内还设有4G通讯模块，4G通讯模块经通讯接口与控制计算机相连；所述甲板上设有GPS信号接收器，GPS信号接收器与4G通讯模块上的GPS接口通过天线连接；所述甲板上还设有三色指示灯，三色指示灯与控制计算机相连；所述控制计算机经通讯接口连接有电压电流检测器。

前述的水质监测智能小船自动驾驶系统中，所述支撑板上还设有超声波测距仪，超声波测距仪与控制计算机相连。

前述的水质监测智能小船自动驾驶系统中，所述深度调节机构包括设置在甲板上的支撑架，支撑架上设有转动轴，转动轴上固定有滚轮，滚轮上设有第一导向孔，转动轴的一端设有与第一导向孔连通的第二导向孔，所述电缆绕设在滚轮上，且电缆贯穿第一导向孔和第二导向孔；所述船体的后侧还设有多个导向约束环，电缆贯穿每个导向约束环；所述甲板上还设有第三直流电机，第三直流电机的电机轴连接有主动皮带轮，转动轴的另一端设有被动皮带轮，主动皮带轮和被动皮带轮上包覆有皮带。

前述的水质监测智能小船自动驾驶系统中，所述船体的后侧还设有两个支撑块，两个支撑块的底部均设有一个连杆，两个连杆上均设有一块导流板，两块导流板分别设置在两个导流圆管的后方，且每块导流板的侧面均设有导流凸起。

前述的水质监测智能小船自动驾驶系统中，所述船体的前部设有安全气囊。

与现有技术相比，小船在航行的过程中，雷达对周边环境实时进行探测，并传输至控制计算机。控制计算机对雷达接收到的探测信息进行筛选，确定雷达接收到的探测信息为有效目标信号后，控制计算机确定雷达探测到的有效目标在像素坐标下存在的区域；同时，控制计算机驱动网络摄像机启用视觉检测。对网络摄像机拍摄到的图像进行视觉检测，进一步确定小船前方是否存在有效目标，如果存在有效目标则通过视觉检测确定有效目标在像素坐标系下的区域。在像素坐标系下，比较雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况，若重复值达到阈值，就判定探测信息准确，实施避障；若低于阈值，就判断为信息失准，随后判断雷达信号发出的纵向信号是否低于预警值，若低于预警值，则小船保持前行，若高于预警值，则实施避障。该方法可以有效地避开河道内的障碍物，从而实现小船的自主航行。

此外，本发明的PH电极经电缆与PH检测器相连，PH检测器与控制计算机相连，PH检测器通过PH电极采集的数据传输给控制计算机，控制计算机将采集的数据上传到云端服务器，云端服务器再发送到指定的终端，以实时获取水质信息，通过在甲板设置网络摄像机便可在终端实时监控本装置的工作环境。本发明的第一直流电机和第二直流电机通电后带动两个螺旋桨转动来驱动小船前进，并且电缆的中部设置在深度调节机构上，在无人驾驶的情况下按指定深度对不同地点进行水样的采集并对水质进行监测。转向时，由控制计算机发出的PWM波信号实现对第一直流电机和第二直流电机转速的控制，并通过两个螺旋桨的转速差完成对本装置的转向控制，转向操作简单且效果好。船体的侧面还设有漂浮球，由于漂浮球增大了本装置的漂浮力，遇大风大浪的情况船体不易侧翻。同时由于本装置的体积小，无论是在水面宽阔的环境，还是在窄河道或是水沟里，都能畅通行驶，因此，本装置具有不易受水体地形影响的优点。

本发明将网络摄像头设置在自由度云台上，能通过设定程序自动调整网络摄像机的视角，以实时监控本装置的工作环境。

本发明通过天线将GPS信号接收器与4G通讯模块上的GPS接口直接连接，采集的GPS信息通过4G模块发送给控制计算机，实时掌握本装置的位置信息。

本发明的支撑板上设有超声波测距仪，超声波测距仪与控制计算机相连，通过计算超声波之间的时间差来获取距离信息，从而躲避行驶过程中的障碍物，防止船体因与障碍物发生碰撞而损坏。

本发明的控制计算机经通讯接口连接有电压电流检测器，经程序计算后得出剩余电量百分比等信息，工作人员在终端便能收到该信息，在装置电量较少时，及时回收进行充电。

本发明的PH电极上设有质量块，通过质量块增加PH电极的重量，使PH电极下沉到指定深度。

本发明的两个导流圆管的后方均设置了一个导流板，导流板既能减小船体的震动，又能小幅度增加船速。导流板侧面的导流凸起具有能使减小导流板阻力的特点。

本发明船体的前部设有安全气囊，在船体与障碍物意外发生碰撞时保护船体不受损坏。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的等轴视图；

图3是本发明的主视图；

图4是船体舱内的结构示意图；

图5是深度调节机构的局部剖视图；

图6是本发明的通讯框架示意图；

图7是雷达探测到的三维信息映射到相机采集到的像素坐标系示意图；

图8是小船避障流程图；

图9是航向引导流程图；

图10是有效目标点在东北方向时的航向流程图。

附图中的标记为：1-船体，2-甲板，3-安全气囊，4-固定槽，5-自由度云台，6-水平舵机，7-垂直舵机，8-支撑板，9-超声波测距仪，10-网络摄像机，11-GPS信号接收器，12-三色指示灯，13-漂浮球，14-深度调节机构，15-支撑架，16-第三直流电机，17-主动皮带轮，18-被动皮带轮，19-皮带，20-滚轮，21-电缆，22-导流圆管，23-支撑块，24-连杆，25-导流板，26-导流凸起，27-导向约束环，28-螺旋桨，29-PH电极，30-质量块，31-控制计算机,32-PH检测器，33-电压电流检测器，34-4G通讯模块，35-第一直流电机，36-第二直流电机，37-转动轴，38-第一导向孔，39-第二导向孔，40-雷达，41-电子陀螺仪。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：水质监测智能小船的驾驶方法,如附图7和附图8所示，具体包括以下步骤：

(1)小船上的雷达对周边环境实时进行探测，并传输至控制计算机，雷达可探测的信息为：目标个数、目标的反射面积、目标距离、目标方位角、目标速度、信噪比。

(2)考虑到雷达在实际应用场景中会出现失准的情况，如船体颠簸时会出现误采集情况，因此，控制计算机对雷达接收到的探测信息进行筛选，确定雷达接收到的探测信息为有效目标信号后，控制计算机确定雷达探测到的有效目标在像素坐标下存在的区域，即通过网络摄像机标定的方法，确定网络摄像机参数，计算坐标转换式，舍去有效目标的纵向信息，确定雷达探测到的有效目标在像素坐标下存在的区域，同时，控制计算机驱动网络摄像机启用视觉检测。考虑到实时图片处理对计算力或数据传输的要求，且在航行过程中绝大部分是正常运行的情况，故只有在接收到雷达有效目标信号后，才启用视觉检测。

(3)利用YOLO V3算法，对网络摄像机拍摄到的图像进行检测，进一步确定小船前方是否存在有效目标，如果存在则将有效目标记录在像素坐标系下的区域。YOLO V3可探测到的信息为：目标种类，目标在像素坐标系下的位置(边框中心点、边框的高度、边框的宽度)。

(4)在像素坐标系下，比较雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况，若重复值达到阈值，就判定探测信息准确，实施避障。若低于阈值，就判断为信息失准，随后判断雷达信号发出的纵向信号(目标距离)是否低于预警值，即判断障碍物是否在安全距离之内，若低于预警值，则小船保持前行，若高于预警值，则实施避障。

所述的对探测信息进行筛选具体包括以下步骤：

(i)控制计算机判断雷达的信噪比是否在阈值之内，若信噪比不在阈值之内，则控制计算机过滤信息，若信噪比在阈值之内，则进入步骤(ii)；

(ii)核心计算机根据雷达实时的探测信息判断目标是否为接近状态，若目标为非接近状态，则控制计算机过滤信息，若目标为接近状态，则雷达进行连续探测，当DetectTime(DetectTime为雷达在连续进行探测的过程中成功接收到探测信息的次数)未达到预定值，即雷达在连续进行探测的过程中成功接收到探测信息的次数未达到预定值时，雷达初始化重新进行探测；当DetectTime达到预定值时，控制计算机输出目标信息。

作为优选，控制计算机输出目标信息后判断LostTime(LostTime为雷达在连续进行探测的过程中连续丢失探测信息的次数)是否超出预定值，即雷达在连续进行探测的过程中连续丢失探测信息的次数是否超出预定值，若LostTime超出预定值，则控制计算机重置DetectTime＝0，控制计算机过滤信息，若LostTime未超出预定值，则比较在像素坐标系下雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况。

如附图9所示，所述的水质监测智能小船的驾驶方法还包括对小船进行路径规划，所述路径规划包括以下步骤：

(a)控制计算机调用地图软件信息，获取将要航行水域的先验地图，在起点和终点的水域中选取若干点，作为阶段性目标点。所述的阶段性目标点需满足以下两点要求：

(I)各个阶段性目标点要处于河道中心。

(II)各个阶段性目标点之间的连线不能与岸线相交。

(b)读取地图上各阶段性目标点经纬度信息，借助GPS接收器确定小船经纬度，根据电子陀螺仪读取船头与正北方向的夹角(规定指向正北方向时角度值为0°，逆时针旋转角度为正，顺时针旋转角度为负)。

(c)根据东经北纬地区的经纬度分布特点(越往东，经度越大。越往北，纬度越大)，比较小船自身与阶段性目标点的经纬度的大小，确定阶段性目标点在小船为参考系下的相对方位(东北、东南、西北、西南)。

(d)依据小船先到达与阶段性目标点相同的经度再到达与阶段性目标点相同的纬度，或者依据小船先到达与阶段性目标点相同的纬度再到达与阶段性目标点相同的经度，得到小船的路径规划。

如附图10所示，以阶段性目标点初始位置在东北方向为例：

(A)在航行过程中没有障碍物时采取的策略：

根据船体姿态调整航向角度，向正北方向行驶。

达到与阶段性目标点相同纬度值时，调整航行姿态，向正东方向行驶。

达到当前阶段性目标点，并开始向下一个阶段性目标点的航行。

(B)在航行过程中遇到障碍物时采取的策略：

航行中与障碍物的相交会出现以下四种情况：

与阶段性目标点无经度值或纬度值相同时遇到障碍物：

情况①：向正东方向航行过程中遇到障碍物，则根据航行姿态调整方向立即向正北方航行。

情况②：向正北方向航行过程中遇到障碍物，则根据航行姿态调整方向立即向正东方向航行。

与阶段性目标点经度相同时遇到障碍物：(正在向正北方向航行过程中遇到障碍物)

情况③：由于小船已到达目标经度值附近，所以采取“回头”行驶策略，即根据航行姿态向西行驶，避开障碍物后，再调整航行姿态，继续向正北行驶，若遇到障碍物则转到情况②。

与阶段性目标点纬度相同时遇到障碍物：(正在向正东方向航行过程中遇到障碍物)

情况④：由于小船已到达目标纬度值附近，同样的，采取“回头”行驶策略，即调整航行姿态向南行驶，避开障碍物后，再调整航行姿态，继续向正东行驶，若遇到障碍物则转到情况①。

实现所述方法的水质监测智能小船自动驾驶系统，构成如附图1-6所示，包括船体1，船体1的顶部设有甲板2，在甲板2底部设置多个凸起，船体1顶部设置与多个凸起相对应的多个凹槽，将多个凸起嵌入对应的凹槽内，且每个凸起与每个凹槽过盈配合，从而将甲板2固定在船体1上。甲板2上设有网络摄像机10、雷达40和电子陀螺仪41，网络摄像机10可采用CS-C2C-1A1WFR网络摄像机，雷达40采用纳雷SP70C。船体1的舱内设有控制计算机31、PH检测器32、第一直流电机35和第二直流电机36，控制计算机31经通信接口与网络摄像机10、雷达40、电子陀螺仪41、PH检测器32、第一直流电机35和第二直流电机36，其中，控制计算机31使用的是树莓派3B+主板，搭载ARM Cortex-A53 CPU，拥有4个USB2.0接口，以及40个GPIO引脚等，具备所有PC的基本功能。本装置由连接7200mah 8A锂电池的PWR.A53.B电源板进行供电。所述船体1的下方设有PH电极29，PH电极29经电缆21与PH检测器32相连，电缆21的中部设置在深度调节机构14上，如附图1和附图5所示，所述深度调节机构14包括设置在甲板2上的支撑架15，支撑架15上设有转动轴37，转动轴37上固定有滚轮20，滚轮20上设有第一导向孔38，转动轴37的一端设有与第一导向孔38连通的第二导向孔39，所述电缆21绕设在滚轮20上，且电缆21贯穿第一导向孔38和第二导向孔39。所述船体1的后侧还设有多个导向约束环27，电缆21贯穿每个导向约束环27。所述甲板2上还设有第三直流电机16，第三直流电机16的电机轴连接有主动皮带轮17，转动轴37的另一端设有被动皮带轮18，主动皮带轮17和被动皮带轮18上包覆有皮带19，通过控制计算机31控制第三直流电机16带动皮带19传动，控制滚轮20正转与反转，从而控制PH电极29下沉的深度。PH电极29上设有质量块30，通过质量块30增加PH电极29的重量，辅助PH电极29下沉到指定深度，防止PH电极29上浮。所述船体1的后侧设有两个导流圆管22，两个导流圆管22内均设有一个螺旋桨28，第一直流电机35和第二直流电机36分别经传动轴与两个螺旋桨28相连，且所述的传动轴贯穿船体1的后侧。第一直流电机35和第二直流电机36通电后带动两个螺旋桨28转动来驱动小船前进。转向时，由控制计算机31发出的PWM波信号实现对第一直流电机35和第二直流电机36转速的控制，并通过两个螺旋桨28的转速差完成对本装置的转向控制。例如，第一直流电机35接收到的占空比比第二直流电机36接收到的占空比高时，第一直流电机35转速会大于第二直流电机36的转速，使本装置前进的受力不平衡，实现单侧转向前进，这种转向控制方法简单且效果好。所述船体1的后侧还设有两个支撑块23，两个支撑块23的底部均设有一个连杆24，两个连杆24上均设有一块导流板25，两块导流板25分别设置在两个导流圆管22的后方，且每块导流板25的侧面均设有导流凸起26，导流板25既能减小船体1的震动，又能小幅度增加船速，导流凸起26具有能使减小导流板25阻力的特点。所述控制计算机31连接有云端服务器，云端服务器与终端相连，终端可以是PC或手机。所述船体1的侧面还设有漂浮球13，由于漂浮球13增大了本装置的漂浮力，遇大风大浪的情况船体1不易侧翻。船体1的前部设有安全气囊3，在船体1与障碍物意外发生碰撞时保护船体1不受损坏。同时由于本装置的体积小，无论是在水面宽阔的环境，还是在窄河道或是水沟里，都能畅通行驶，因此，本装置具有不易受水体地形影响的优点。

如附图1所示，所述的甲板2上设有固定槽4，固定槽4内设有自由度云台5，所述的自由度云台5包括水平舵机6和垂直舵机7，水平舵机6的输出端设有支撑板8，垂直舵机7设置在支撑板8上，且自由度云台5经通信接口与控制计算机31相连，所述网络摄像机10与垂直舵机7的输出端相连。控制计算机31控制产生的PWM波占空比以控制两个舵机的转动角度。当本装置上电后，自由度云台5按照设定好的程序当自动回转至指定角度，并锁定网络摄像机10的视角。网络摄像机10可以与云端服务器进行实时数据传输，将视频画面上传至云端服务器，再发送到指定的手机APP客户端，以实时监控本装置的工作环境。

如附图1和附图4所示，所述船体1的舱内还设有4G通讯模块34，4G通讯模块34经通讯接口与控制计算机31相连。所述甲板2上设有GPS信号接收器11，GPS信号接收器11与4G通讯模块34上的GPS接口通过天线连接，并将采集的GPS信息通过4G通讯模块34发送至控制计算机31。

如附图1所示，所述甲板2上还设有三色指示灯12，三色指示灯12与控制计算机31相连。三色指示灯12由红、黄、绿三种颜色的LED灯组成，用来反映本装置程序运行的状态。初始状态下，LED灯为熄灭状态。总开关开启后，红灯亮起，表示系统开始运行，各内置模块开始初始化。随后红灯关闭，黄灯开始亮起，表示GPS接收器正在尝试接收信号，当控制计算机31获取到GPS信号后，黄灯熄灭绿灯亮起，表示所有程序运行正常，此时绿灯常亮。若绿灯亮起，黄灯仍未熄灭则表示GPS信号接收出错，无法返回有关GPS信息。

如附图1所示，所述支撑板8上还设有超声波测距仪9，超声波测距仪9与控制计算机31相连。通过计算超声波之间的时间差来获取距离信息，从而躲避行驶过程中的障碍物，防止船体1因与障碍物发生碰撞而损坏。

如附图4所示，所述控制计算机31经通讯接口连接有电压电流检测器33，电压电流检测器33的可测电压范围：0-36V，可测电流范围：DC 0-8A。经程序计算后得出剩余电量百分比等信息，工作人员在终端便能收到该信息，在装置电量较少时，及时回收进行充电。

工作原理：小船在航行的过程中，雷达对周边环境实时进行探测，并传输至控制计算机。控制计算机对雷达接收到的探测信息进行筛选，确定雷达接收到的探测信息为有效目标信号后，控制计算机确定雷达探测到的有效目标在像素坐标下存在的区域；同时，控制计算机驱动网络摄像机启用视觉检测。对网络摄像机拍摄到的图像进行视觉检测，进一步确定小船前方是否存在有效目标，如果存在有效目标则通过视觉检测确定有效目标在像素坐标系下的区域。在像素坐标系下，比较雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况，若重复值达到阈值，就判定探测信息准确，实施避障；若低于阈值，就判断为信息失准，随后判断雷达信号发出的纵向信号是否低于预警值，若低于预警值，则小船保持前行，若高于预警值，则实施避障。该方法可以有效地避开河道内的障碍物，从而实现小船的自主航行。

Claims (10)

1.水质监测智能小船的驾驶方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)小船上的雷达对周边环境实时进行探测，并传输至控制计算机；

(2)控制计算机对雷达接收到的探测信息进行筛选，确定雷达接收到的探测信息为有效目标信号后，控制计算机确定雷达探测到的有效目标在像素坐标下存在的区域；同时，控制计算机驱动网络摄像机启用视觉检测；

(3)对网络摄像机拍摄到的图像进行视觉检测，进一步确定小船前方是否存在有效目标，如果存在有效目标则通过视觉检测确定有效目标在像素坐标系下的区域；

(4)在像素坐标系下，比较雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况，若重复值达到阈值，就判定探测信息准确，实施避障；若低于阈值，就判断为信息失准，随后判断雷达信号发出的纵向信号是否低于预警值，若低于预警值，则小船保持前行，若高于预警值，则实施避障。

2.根据权利要求1所述的水质监测智能小船的驾驶方法，其特征在于：步骤(2)中所述的对雷达接收到的探测信息进行筛选具体包括以下步骤：

(i)控制计算机判断雷达的信噪比是否在阈值之内，若信噪比不在阈值之内，则控制计算机过滤信息，若信噪比在阈值之内，则进入步骤(ii)；

(ii)核心计算机根据雷达实时的探测信息判断目标是否为接近状态，若目标为非接近状态，则控制计算机过滤信息，若目标为接近状态，则雷达进行连续探测，当雷达在连续进行探测的过程中成功接收到探测信息的次数未达到预定值，即雷达在连续进行探测的过程中成功接收到探测信息的次数未达到预定值时，雷达初始化重新进行探测；当雷达在连续进行探测的过程中成功接收到探测信息的次数达到预定值时，控制计算机输出目标信息。

3.根据权利要求2所述的水质监测智能小船的驾驶方法，其特征在于：所述控制计算机输出目标信息后判断雷达在连续进行探测的过程中连续丢失探测信息的次数是否超出预定值，即雷达在连续进行探测的过程中连续丢失探测信息的次数是否超出预定值，若雷达在连续进行探测的过程中连续丢失探测信息的次数超出预定值，则控制计算机重置雷达在连续进行探测的过程中成功接收到探测信息的次数＝0，控制计算机过滤信息，若雷达在连续进行探测的过程中连续丢失探测信息的次数未超出预定值，则比较在像素坐标系下雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况。

4.根据权利要求1所述的水质监测智能小船的驾驶方法，其特征在于：该方法还包括对小船进行路径规划，所述路径规划包括以下步骤：

(a)控制计算机调用地图软件信息，获取将要航行水域的先验地图，在起点和终点的水域中选取若干点，作为阶段性目标点；

(b)读取地图上各阶段性目标点的经纬度信息，借助GPS接收器确定小船经纬度，根据电子陀螺仪读取船头与正北方向的夹角；

(c)根据东经北纬地区的经纬度分布特点，比较小船自身与阶段性目标点的经纬度的大小，确定阶段性目标点在小船为参考系下的相对方位；

(d)依据小船先到达与阶段性目标点相同的经度再到达与阶段性目标点相同的纬度，或者依据小船先到达与阶段性目标点相同的纬度再到达与阶段性目标点相同的经度，得到小船的路径规划。

5.实现权利要求1-4任一项所述方法的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：包括船体(1)，船体(1)的顶部设有甲板(2)，甲板(2)上设有网络摄像机(10)雷达(40)和电子陀螺仪(41)，船体(1)的舱内设有控制计算机(31)、PH检测器(32)、第一直流电机(35)和第二直流电机(36)，控制计算机(31)经通信接口与网络摄像机(10)、雷达(40)、电子陀螺仪(41)、PH检测器(32)、第一直流电机(35)和第二直流电机(36)；所述船体(1)的下方设有PH电极(29)，PH电极(29)经电缆(21)与PH检测器(32)相连，电缆(21)的中部设置在深度调节机构(14)上；所述船体(1)的后侧设有两个导流圆管(22)，两个导流圆管(22)内均设有一个螺旋桨(28)，第一直流电机(35)和第二直流电机(36)分别经传动轴与两个螺旋桨(28)相连，且所述的传动轴贯穿船体(1)的后侧；所述控制计算机(31)连接有云端服务器，云端服务器与终端相连；所述船体(1)的侧面还设有漂浮球(13)。

6.根据权利要求5所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述的甲板(2)上设有固定槽(4)，固定槽(4)内设有自由度云台(5)，所述的自由度云台(5)包括水平舵机(6)和垂直舵机(7)，水平舵机(6)的输出端设有支撑板(8)，垂直舵机(7)设置在支撑板(8)上，且自由度云台(5)经通信接口与控制计算机(31)相连，所述网络摄像机(10)与垂直舵机(7)的输出端相连。

7.根据权利要求5所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述船体(1)的舱内还设有4G通讯模块(34)，4G通讯模块(34)经通讯接口与控制计算机(31)相连；所述甲板(2)上设有GPS信号接收器(11)，GPS信号接收器(11)与4G通讯模块(34)上的GPS接口通过天线连接；所述甲板(2)上还设有三色指示灯(12)，三色指示灯(12)与控制计算机(31)相连；所述控制计算机(31)经通讯接口连接有电压电流检测器(33)。

8.根据权利要求6所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述支撑板(8)上还设有超声波测距仪(9)，超声波测距仪(9)与控制计算机(31)相连。

9.根据权利要求5所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述深度调节机构(14)包括设置在甲板(2)上的支撑架(15)，支撑架(15)上设有转动轴(37)，转动轴(37)上固定有滚轮(20)，滚轮(20)上设有第一导向孔(38)，转动轴(37)的一端设有与第一导向孔(38)连通的第二导向孔(39)，所述电缆(21)绕设在滚轮(20)上，且电缆(21)贯穿第一导向孔(38)和第二导向孔(39)；所述船体(1)的后侧还设有多个导向约束环(27)，电缆(21)贯穿每个导向约束环(27)；所述甲板(2)上还设有第三直流电机(16)，第三直流电机(16)的电机轴连接有主动皮带轮(17)，转动轴(37)的另一端设有被动皮带轮(18)，主动皮带轮(17)和被动皮带轮(18)上包覆有皮带(19)。

10.根据权利要求5所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述船体(1)的后侧还设有两个支撑块(23)，两个支撑块(23)的底部均设有一个连杆(24)，两个连杆(24)上均设有一块导流板(25)，两块导流板(25)分别设置在两个导流圆管(22)的后方，且每块导流板(25)的侧面均设有导流凸起(26)。

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