近年来,我国各行各业对用水量的需求日益增加,水资源环境受到了严重挑战。政府对日常的水质监测任务提出了更高的要求,由过去的人工采样水质到如今使用无人船来进行水质监测,而无人船在未知水域中行驶需要考虑障碍物的影响。我国在无人船系统及其避障算法的研究尚处于起步发展阶段,同时也取得了一些实质性的进展,这一技术成为了现如今的研究热点。本文在分析国内外的无人船避障系统相关研究的基础上,设计了一种基于改进型APF算法的无人船避障及其水质监测系统。该系统采用物联网三层架构,包含了感知层、网络层、应用层。感知层主要由控制器模块、信息采集模块、驱动模块、电源模块组成,网络层由无线数传模块和GPRS模块组成,应用层由C#语言编写的无人船水质监测人机交互界面和SQL语言编写的数据库系统组成。无人船搭载感知层和网络层的设备模块,加入UCOSIII多任务操作系统,实时记录当前GPS坐标、方位角、模式选择,并将数据通过无线通信模块发送至监测软件进行处理。监测软件融合多线程技术提取有效数据,根据超声波测距信息利用改进型APF算法判断周围障碍环境,下达指令控制无人船的运动状态。无人船到达指定地点,等待一段时间进行水质检测任务,测量结束后,将结果传输至数据库方便日后查询。本系统经过多次试验,最终结果表明基于改进型APF算法的无人船避障及水质监测系统能够适用于未知水面上作业,不仅能够完成水质监测和避障任务,而且提供手动控制、地图标点、轨迹跟踪、自动导航、模式选择、水质历史信息查询等功能,拥有较为友好的人机交互界面。本系统具备较强的实用性与可行性,无人船在水域中运行稳定,数据传输准确,对目前水质监测、海洋测绘、农业水产养殖都具有指导意义。