随着我国工业化进程的推进和经济不断发展,内陆江河面临着诸多受污染的风险。当污染事件出现后,有关部门往往因为找不到源头而错失最佳治理时机,因此研究一种快速灵活的水体污染源追踪定位方法和技术平台具有重要意义。本文围绕突发水质污染事件应急监测和污染源头追溯的需求,结合环保社会公益类科技项目,着重研究小型移动水质监测平台的路径规划、污染源追踪和系统实现等关键技术,设计开发了移动水质监测平台原型系统,开展了实验验证与分析。论文主要工作和创新点为:(1)面向小型移动式水质监测平台自动生成行进路径的需求,研究了运行边界不规则且可自动避开障碍物的路径规划算法。针对实际河道边界不规则、传统的算法容易陷入凹形障碍物“陷阱”、不易求解最短路径等问题,研究了一种结合遗传算法和人工势场法的全局静态路径规划方法,可以有效解决河道边界和障碍物信息较充分的路径规划问题;针对河道中某些路段可能会发生堵塞的问题,研究了 D*(Dynamic-star)动态规划算法,旨在面临新的障碍物时可快速生成新的全局最优路径。(2)针对河道污染物监测值分布不连续或浓度梯度过小导致小型移动式水质监测平台不易追踪到污染源头的问题,研究了联合行为规划法和浓度梯度法的污染源追踪定位算法。在分析不同类型的追踪算法的基础上,首先利用河道一维水质扩散模型、马尔科夫-蒙特卡罗快速抽样方法和小型平台的一组实测数据反演出污染源的初步位置;然后基于动态路径规划方法,结合行为规划法和浓度梯度法,指导小型移动平台进行污染源头追踪和定位;最后应用二维扩散模型进行案例计算,开展了污染源追踪定位算法的分析和验证。(3)为进一步分析和验证所研究的路径规划和污染源追踪定位方法的性能,设计开发了河道水质扩散模拟系统实验平台;结合氯化钠溶液扩散和源头追踪实验,对比分析了行为规划和浓度梯度法相结合方法和单一方法的溯源结果,重点分析了路径长短、追踪速度和定位准确度。(4)结合路径规划和污染源追踪定位算法的研究成果,自主研发了小型移动式水质监测平台。重点介绍了避障算法和污染事件溯源方法在移动水质监测平台上的软件实现技术和应用情况。目前,小型平台上已实现了全局静态路径规划和溯源算法。总体上具备了单点自主导航、多点自主导航和定点采样、污染源追踪定位、浓度分布图绘制等功能。结合现场实验,介绍了所研究技术和平台的应用情况。总体而言,论文研究工作和成果为城市供水和环境保护相关部门的日常水质监管和应急监测提供了小型移动式水质监测预警技术支持。