1、课题来源与背景。城市是人口经济的聚集地，也是水环境污染和破坏最严重的地区。水污染给人民群众的健康带来了不利影响，成为新时代我国最为突出的发展问题之一。当前，城市水环境监测仍以手工监测和监测站为主，监测频率低、作业强度大，监测成本高、位置固定，无法满足广域水环境高时空密度监视监测、污染应急追踪、岸边偷排调查取证的需求。为应对复杂的城市水环境污染形势，亟需研究新技术、新手段来提高对城市水体污染的监视监测能力。

     2、技术原理及性能指标。技术原理：该系统基于多种传感器数据融合，利用图像处理技术进行水域边界线检测，包括图像预处理、形态学梯度处理和形态学分水岭分割处理。无人艇采用基于多指标约束和贝塞尔曲线的双层路径规划方法，以及基于LPV模型的航向保持控制方法。无人机自主起降系统则通过动态差分GPS和IMU等传感器进行相对定位。 性能指标：无人艇-无人机系统具备高精度定位与导航能力，能够适应多种水域环境，包括近海、港湾、湖泊和河流。系统设计考虑了自扶正功能、定点控制、区域测扫、一键返航等功能，并能在≤3级风、≤2级浪的外部条件下稳定工作。

     3、技术的创造性与先进性。 创造性：系统创新性地提出基于形态学的水岸线检测方法，以及基于航向约束的位姿保持制导策略，提高了水岸线检测的准确性和无人艇的位姿保持能力。 先进性：采用自组网通讯技术，实现了无人艇与无人机之间的高效数据传输和协同作业。无人机自主起降引导系统的设计提高了起降的精确性和安全性。

     4、技术的成熟程度，适用范围和安全性。 成熟程度：技术已经进行了多次实际场景应用测试，验证了系统的稳定性与可靠性，成熟度较高。 适用范围：适用于水质采样、环境监测、测绘等宽广水域作业。 安全性：系统设计考虑了多种安全保护措施，如无人机的电磁铁降落辅助系统，以及无人艇的自动避障功能，提高了作业的安全性。

     5、应用情况。 针对力合科技（湖南）股份有限公司水质监测站的无人化水质监测及快速自动采样的需求，我单位提供了1套水面无人艇系统平台，并在湖南省湘乡市水府庙水库进行示范应用。水面无人艇系统平台可通过地面站传达指令给水面无人艇系统，引导搭载自动水质采样设备的无人艇航行至期望目标位置水域，自动将水样采集至固定于艇上的水样容器中，并自主返航，作业过程实现了全过程的无人干预。 应用期间，我单位在水府庙水库等区域共进行了30余次水质采样作业，系统整体运行稳定、可靠，通过高精度导航定位系统，可快速、精准地到达目标水域执行作业任务，有效地缩短了水样采集的作业时间，提高了作业效率，降低了作业成本。