基于太阳能驱动的自主浮动表面车辆的高分辨率水样采集
机器人学
2025-12-11 v1
摘要
准确的水质评估需要空间分辨的取样，但大多数无人表面车辆(USV)只能获取有限数量的样本，或依赖单点传感器且代表性较差。本工作提出了一种太阳能驱动的全自主 USV，采用 novel syringe-based 采样架构，能够在单次任务中获取 72 个离散且降低交叉污染的水样。该车辆集成了 ROS 2 自主堆栈，包括 GPS-RTK 导航、LiDAR 和立体视觉障碍检测、Nav2 基于任务规划以及远程 LoRa 监控，能够在非结构化环境中可靠执行取样路线。平台集成了源自 Nav2 的行为树自主架构，实现任务级推理和感知导向导航。模块化 6x12 取样系统由分布式 micro-ROS 节点控制，提供确定性驱动、故障隔离和快速模块更换能力，实现超越先前报道的 USV 取样器的空间覆盖范围。在玻利维亚罗布azz地区 Achocalla 湖进行的现场试验显示，87% 的 waypoint 准确率、稳定的自主导航，以及与手动采集的参考样本相当的物理化学测量结果(温度、pH、导电率、总溶解固体)。这些结果表明，该平台能够可靠地实现高分辨率取样和自主任务执行，为偏远环境中的水体监测提供可扩展解决方案。
引用
@article{arxiv.2512.09798,
title = {High-Resolution Water Sampling via a Solar-Powered Autonomous Surface Vehicle},
author = {Misael Mamani and Mariel Fernandez and Grace Luna and Steffani Limachi and Leonel Apaza and Carolina Montes-Dávalos and Marcelo Herrera and Edwin Salcedo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.09798},
year = {2025}
}