湖泊是陆地生态系统的重要组成部分,具有非常重要的生态功能和经济功能。近年来,对湖泊不合理的开发和利用导致我国湖泊面临越来越严重的生态问题。为了维护湖泊的生态安全,需要对湖泊生态环境进行实时、全面、精确的监测。目前,我国对湖泊水域进行监测的方式主要有断面监测、自动站监测、浮标站监测和遥感监测,这些传统的监测方式存在监测灵活性差、监测效率低和成本高昂等缺点。无人监测船的出现弥补了传统监测方式的不足,其具有监测灵活性强、监测范围广、自动测量、监测功能扩展性强、成本低等优点。然而目前市场上投入使用的无人监测船大多采用螺旋桨推进器或喷水推进器作为推进装置,此类无人船在湖泊复杂水域环境中,往往会由于推进器操控性能不足而无法完成监测任务。相比其他常用的船舶推进器,摆线推进器能够在360°范围内任意且快速地改变推力的大小和方向,具备更为优良的操控性能。针对无人船推进器操控性能不足的问题,本文开展了基于摆线推进器的无人监测船系统的研究,在研究的基础上结合物联网和云计算技术搭建了一个具备手动控制、远程监控、自主航行和自主避障功能的无人监测船监测平台,并通过实验验证了监测平台的可靠性。本文的主要研究内容如下:(1)进行了无人监测船系统的总体方案设计。在分析系统功能需求的基础上,提出了系统的总体设计方案,并依次进行了船载系统、云服务器系统和岸基系统的设计。(2)为提高无人监测船的操控性能,开展了无人监测船操控特性的研究。分析了摆线推进器的工作原理以及无人船的运动控制原理,在此基础上开展了摆线推进器水动力性能仿真研究并基于仿真结果优化了无人船的操控方式。(3)为提高无人监测船自主导航和自主避障的能力,开展了无人监测船路径规划方法的研究。设计了无人监测船的路径规划方案;采用了 A*算法对无人船进行全局路径规划,开发了具备全局规划路线自动生成功能的岸基软件,提高了无人船的自主航行能力;采用了双重模糊控制算法对无人船进行局部路径规划,并通过数值仿真验证了算法的可行性,提高了无人船的自主避障能力。(4)搭建了无人监测船监测平台并进行了实验研究。结合物联网和云计算技术依次进行了船载系统、云服务器系统和岸基系统的实现工作,搭建了一个无人监测船监测平台;进行了监测平台的下水实验,实验结果表明,所设计的无人监测船监测平台具备了手动控制、远程监控、自主航行和自主避障功能,可用于湖泊复杂水域的环境监测。