机器人沉积物采样系统采样方法的评估

对来自河流、湖泊、水库、湿地及其他人工地表水体蓄水的沉积物进行分析，是刻画这些系统功能与健康的重要工具，但通常以人工方式开展。由于难以到达、污染或所需设备不便，这对人类而言成本高昂且可能危险与困难。机器人采样系统可减轻这些负担，但鲜有工作考察此类采样手段的效率，且此前无人研究所得样本的质量。本文呈现一项实验研究，评估并优化应用于机器人沉积物采样系统的沉积物采样模式，该系统可针对各类沉积物从自然与人工水体采集受最小扰动的沉积岩芯。为满足该需求，我们在实验室开发并测试了一个机器人采样平台，以在一系列沉积物类型与操作条件下测试功能。具体而言，我们聚焦于三种将圆柱形取芯装置插入沉积物的模式（线性、螺旋与锯齿形），针对三种沉积物类型（粗砂、中砂与粉砂）。结果表明，最优采样模式随沉积物类型而异，并可基于采样目标优化。我们考察了两个采样目标：最大化受最小扰动沉积物的质量，以及最小化单位样品质量的功耗。本研究为各类应用选择最优沉积取芯方法提供了有价值的数据，并为未来在一系列环境条件下的现场测试奠定了坚实基础。