論文の概要: High-Resolution Water Sampling via a Solar-Powered Autonomous Surface Vehicle

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.09798v1
• Date: Wed, 10 Dec 2025 16:12:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:40.263436
• Title: High-Resolution Water Sampling via a Solar-Powered Autonomous Surface Vehicle
• Title（参考訳）: ソーラーパワーの自律表面車両による高分解能水サンプリング
• Authors: Misael Mamani, Mariel Fernandez, Grace Luna, Steffani Limachi, Leonel Apaza, Carolina Montes-Dávalos, Marcelo Herrera, Edwin Salcedo,
• Abstract要約: この研究は、新しい注射器ベースのサンプリングアーキテクチャを備えた、太陽エネルギーで完全に自律的なUSVを提示する。 車両には、GPS-RTKナビゲーション、LiDAR、立体視障害物検出、Nav2ベースのミッションプランニング、長距離のLoRa監視を備えたROS 2自律スタックが組み込まれている。 アチョカラ・ラグーン(ラ・パス、ボリビア)のフィールド試験では、87%のウェイポイント精度、安定した自律航法、正確な物理化学的測定が示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Accurate water quality assessment requires spatially resolved sampling, yet most unmanned surface vehicles (USVs) can collect only a limited number of samples or rely on single-point sensors with poor representativeness. This work presents a solar-powered, fully autonomous USV featuring a novel syringe-based sampling architecture capable of acquiring 72 discrete, contamination-minimized water samples per mission. The vehicle incorporates a ROS 2 autonomy stack with GPS-RTK navigation, LiDAR and stereo-vision obstacle detection, Nav2-based mission planning, and long-range LoRa supervision, enabling dependable execution of sampling routes in unstructured environments. The platform integrates a behavior-tree autonomy architecture adapted from Nav2, enabling mission-level reasoning and perception-aware navigation. A modular 6x12 sampling system, controlled by distributed micro-ROS nodes, provides deterministic actuation, fault isolation, and rapid module replacement, achieving spatial coverage beyond previously reported USV-based samplers. Field trials in Achocalla Lagoon (La Paz, Bolivia) demonstrated 87% waypoint accuracy, stable autonomous navigation, and accurate physicochemical measurements (temperature, pH, conductivity, total dissolved solids) comparable to manually collected references. These results demonstrate that the platform enables reliable high-resolution sampling and autonomous mission execution, providing a scalable solution for aquatic monitoring in remote environments.
• Abstract（参考訳）: 正確な水質評価には空間的に解決されたサンプリングが必要であるが、ほとんどの無人表面車両(USV)は限られたサンプルしか収集できない。 この研究は、太陽エネルギーで完全に自律的なUSVで、ミッションごとに72個の個別の汚染最小限の水サンプルを取得することができる新しい注射器ベースのサンプリングアーキテクチャを特徴とする。 車両には、GPS-RTKナビゲーション、LiDAR、立体視障害物検出、Nav2ベースのミッションプランニング、長距離のLoRa監視を備えたROS 2自律スタックが含まれており、非構造環境におけるサンプリングルートの信頼性の高い実行を可能にしている。 このプラットフォームは、Nav2から適応した行動ツリーの自律アーキテクチャを統合し、ミッションレベルの推論と認識対応ナビゲーションを可能にする。 分散マイクロROSノードによって制御されるモジュール型6x12サンプリングシステムは、決定論的アクチュエータ、障害分離、高速モジュール置換を提供し、これまで報告されたUSVベースのサンプリングよりも空間的カバレッジを実現する。 Achocalla Lagoon (La Paz, Bolivia)のフィールド試験では、87%のウェイポイント精度、安定した自律航法、正確な物理化学的測定(温度、pH、伝導率、全溶解固体)が手作業で収集された基準に匹敵することを示した。 これらの結果から,遠隔環境における水文モニタリングのためのスケーラブルなソリューションとして,高分解能サンプリングと自律ミッション実行が可能なプラットフォームであることが示唆された。

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