随着我国经济社会的高速发展,水体资源的探测、开发与保护,日益引起人们的关注与重视。但是,现有的水质检测系统往往过于庞大昂贵,不够机动灵活,而且需要耗费大量的人力、物力进行支持与维护,不能够广泛应用。针对这一社会需求,通过总结国内外相关领域的经验技术,我们设计了适用于近海及湖泊环境的水质检测系统。该系统由以小型USV作为水面载体的数据采集部分和以PC机为主体的陆上数据处理基站两部分组成,具有小型化、智能化、模块化的特点,便于使用和维护。USV控制中心运行Android操作系统,在开发与设计过程中提供可视化的操作体验。系统搭载单波束声纳、GPS、位姿参考系统等多种传感器用于保障USV的航行安全。模块化设计的水质传感器组提供多种传感器接口,可根据实际需要搭配传感器类型,用于水体环境分析。本文以整个项目的设计流程为线索,着重对项目中涉及到的关键技术进行详细的论述,并通过湖泊实验验证项目的可行性。为保证航行安全,USV需要有实时的避障能力。在深入分析声纳控制命令的基础上,我们设计出探测范围自适应避障算法,同时将声纳扫描到的地形轮廓线分为“/”型、“U”型和“∩”型三类,并使用数学公式加以描述简化了计算,使USV的避障行为更具针对性。采用模糊控制技术对上述三种类型的地形分别进行处理,使避障算法更加智能。为获取水下地形,对水下环境进行更好的分析,我们采用点云处理的方法进行水下地图构建。首先,使用单波束声纳获取水下地形的二维极坐标切片信息,通过坐标变换生成直角坐标系下的二维地形切片。然后将切片数据按照一定的规则组合成三维点云,使用PCL点云库进行滤波处理,得到光滑规则的点云数据。最后使用blender辅助处理,应用覆盖---收缩的方法对水下地形进行建模,获得精度较高的建模效果。通过人工湖实验,我们以对水温参数的采集和分析为代表对系统性能进行验证。将USV按预先设定的GPS坐标点航行所采集到的坐标信息和水温数据进行分析,达到了预期的目标,验证了系统的可行性与实用性。