一、项目背景及选题的意义
随着世界各国对海洋资源开发的日益重视，水下机器人在海洋勘探、海洋 牧场监测、海洋工程设施检查等方面的应用越来越广泛。水下机器人是复杂海 洋环境工作中的重要运载工具，可以帮助人类更好地了解海洋和其他环境问题， 其中自主水下航行器由于其具有良好的运动控制性能和环境感知能力，在各行 各业都取得了显著成效[1,2]。党的十八大以来，我国在保护海洋生态环境方面持 续发力，启动了国家级海洋牧场示范区建设。进入生态文明新阶段，海洋牧场的意义早已超过了传统的耕海牧渔、渔业生产，更因其在海洋生态方面的显著作用日益受到关注，因此面向海洋渔业的水下机器人发展具有广阔的前景。
Karimanzira 等在水下机器人上搭载导电率、溶氧等传感器，并设计了任务规划及制导系统，实现了大范围养殖水质监测。Fore 等讨论了水下机器人在精准渔业养殖方面的优势[4]为了高效、精准地进行养殖监测和作业，还需要对养殖区的水质、生物及周边其他环境进行监测。东华理工大学的赖云波设计一款面向海洋牧场网箱养鱼的小型水下机器人，通过改进模块硬件和软件设计，可以使机器人较好地自主航行，并且具有良好地人机交互界面。纪培国，李帅帅等针对水产养殖水质监测普遍存在的水质采样频率低、效率低，不能及时反馈水质的问题，设计了一款仿生机器鱼，可以灵活监测不同区域水质情况。江苏大学的崔建军基于窄带物联网技术设计了渔业水质智能监测系统，实现了对渔业养殖过程中的水环境参数的实时监测和动态预测预警并能够对养殖水质自动调节。天津理工大学的魏小敏在其论文中以物联网技术为基础以渔业养殖环境为研究对象，设计开发了一套渔业养殖水环境的智能监测系统，该系统集数据采集、自动传输、数据处理、远程手动控制和智能控制决策于一体。目前 在原有国家的水下机器人研究背景下，面向海洋牧场的机器人的发明与研究存在着较大的可行性。因此，研究水下机器人在海洋牧场的应用尤为重要，在保证节能减排的同时也让海洋养殖业得到较好的发展。
二、支撑作品的现有理论与技术
海洋环境监测项目既包括风向、气温、气压、温度、光照、降雨量、水位、 流速、流向、风速等常规参数，还包括叶绿素、蓝藻、氨氮、高锰酸盐指数、 全氮指标、磷酸盐、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、硅酸盐、重金属等多个参数。
目前，海洋环境监测方法有两种途径：一种是现场测量，即现场利用传感 器取样，直接测量水质参数;还有一种方法，也是很有用的方法就是"小型实验 室"，该方法是将复杂的采样分析过程更为简易化，解决了目前陆地实验室内的 分析方法向水下转移的问题，并且研制了一种类似于水下小实验室的特殊仪器， 也就是海水被泵入仪器进行测量。利用水下机器人海洋环境监测系统，可以结 合二者的优点，其内容包括数据采集、数据智能分析、大数据传输、大数据中 心云平台和智慧电源；数据采集主要用于采集影响海洋环境的各种传感器参数，数据智能分析与数据采集相连，对采集到的大数据进行及时处理，并根据处理
后的大数据对海洋环境进行状况评价，同时通过数据传输将分析结果传输到云平台。云平台将接收到的数据进行存储，并向数据分析处理模块发送设备控制 信号，从而可以及时改变水下机器人的活动状态，同时保证整个水下机器人系 统的稳定供电。基于水下机器人的海洋环境监测系统的结构简单、灵活、方便。通过各系统模块的相互配合，从而实现对海洋环境的智能监测，并将监测分析结果传送到系统大数据中心，通过以上所有流程保证海洋环境状况的及时检测和早期处理。
三、水下机器人应用前景
1、未来渔业资源应用
我国有着巨大的市场需求。我国有近 14 亿人口，随着新时代人民对美好生 活的追求和向往，天然健康、安全优质的海洋产品需求量将越来越大，为远洋 渔业提供了巨大的市场发展空间，海洋特别是远洋渔业资源仍有较大潜力。国 家也将会不断加大对渔业机械化的扶持力度，逐步提高海产品生产的集中化和 调整海产品结构，中国海产品机械化步伐将会持续加快。农业生产是国家产业 基础，国内的经济发展和社会稳定会受到它的直接影响，借鉴先进国家渔业的 发展经验，大力发展渔业机器人技术，不断提到海洋资源利用率及产品生产率，我国将会从一个渔业大国转变成为渔业强国。
2、海洋资源的研究和开发
近年来，随着国民经济的快速发展，越来越多的污染物排放到海洋中，使 我国海洋环境污染日趋严重。各类恶性海洋环境污染事故频发，生态环境日益 失衡。海洋环境监测技术的发展，将为促进海洋资源管理、环境保护、突发灾
害监测、海洋生产生活、各种军事等活动提供更好的信息平台和预警装备，为 我国水域经济的振兴和海洋国土的合理开发提供有力保障。海洋环境监测在控制环境污染、保护海洋环境方面具有十分重要的作用。 海洋环境监测是现代海洋社会发展的必然产物，这不仅与海洋经济发展有关， 而且与海洋环境高质量甲亢发展息息相关。海洋环境监测技术的优势有很多，比如具有高效性、实时性、连续性等等。这不仅对于海洋保护的经济成本有正相关作用，也对海洋环境保护起着十分重要的作用。随着计算机技术和自动化技术的发展，一种能够携带多种监测仪器和工具的水下机器人应运而生。与潜水员水下作业相比，ROV 水下作业具有作业范围广、劳动强度高、安全可靠等优点。因此，水下机器人在海洋环境监测中发挥着越来越重要的作用。
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