[发明专利]一种可自主选择净化水域的智能生态浮岛装置

说明书

本发明提供了一种可自主选择净化水域的智能生态浮岛装置，包括：主控单元、供电单元、推进单元、锚定单元、监测单元、通信单元、定位单元、上位机软件和云平台，主控单元规划运动路线、读取传感器数据、评估水质状况、控制浮岛运动；推进单元调节两侧螺旋桨的转速使浮岛前进、后退或转向；使用电机通过细绳悬挂铁锚组成锚定单元；使用浮床搭载植物组成净化装置对水体进行净化；定位单元实现定位、巡航、避障。本发明的有益效果是：克服传统生态浮岛不易进行标准化推广、机械化操作程度低、制作施工周期长等问题，为我国富营养化水体的治理提供一种低耗能清洁环保的治理模式。

技术领域

本发明涉及资源与环境技术领域，尤其涉及一种可自主选择净化水域的智能生态浮岛装置。

背景技术

随着经济的快速发展，我国所面临的水环境污染问题日益严重，湖泊、水库、水塘等地水质恶化及富营养化问题日渐突出。目前，我国在上述静水环境的水质治理领域基本采用的还是代价大、耗能高、自动化程度较低的治理方式，其中主要代表为：粗放型的化学试剂投放、大面积和高耗能的净水设备铺设以及固定式的水生植物种植。传统的净水方式，已经不能满足实际生活中人们低碳高效地净化水质的要求。目前我国的水质治理工程依然对移动生态浮岛的研究与应用相对不足。而非移动式生态浮岛方法，治理过程中考虑到污染物可能会随着水流进行扩散迁移，要达到一定的净化效果则需要浮岛覆盖面积达到水面的30％以上。因此，市场提出了提高浮岛的治理效率，满足社会可持续化发展，低能耗地利用生态杠杆提高治理效益的需要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种可自主选择净化水域的智能生态浮岛装置，本发明装置综合生态学、自动化设计、机械设计与计算机程序领域，使水域生态治理工作更加更加经济、灵活、智能化，符合现代化社会的发展要求。

该智能生态浮岛装置包括主控单元、供电单元、推进单元、锚定单元、监测单元、通信单元、定位单元、上位机软件和云平台，所述推进单元包括推进器，包括铁锚、减速电机和超声波收发装置；

上位机开机，并进行系统初始化，通过遥感或地理信息数据库获得待治理水域形状的栅格数据，将数据输入上位机软件中；在上位机软件中依据目标水域的经纬度信息，使用遍历算法，计算得到“s”型的最佳路径，通过云平台发送至浮岛主控单元；

主控单元启动两侧推进器，开始缓慢巡航；在航行过程中，主控单元将定位单元获取的当前位置与预定轨迹进行实时对比，若浮岛轨迹发生偏离，则通过控制算法进行轨迹纠正；浮岛侧面的超声波收发装置在浮岛行进中检测障碍物，在主控单元的控制下实现自主避障；主控单元通过调节浮岛两侧推进器的转速控制速度，利用差速实现转向；

浮岛运动的同时，监测单元实时读取水质数据，由主控单元内置程序判断出水质状况；当主控单元判断水质评分劣于阈值，则关闭推进器，系统判断开始治理；

放锚前，由浮岛上的超声波收发装置向水底发射信号测出水深d，主控单元确定放锚长度，同时应对水位上涨；

放锚后超声波收发装置每半时测一次水深，检测到水位有涨跌，主控单元控制电机调整放出的锚绳长度；

浮岛停下后，检测单元每隔4小时采集一次水质信息，当连续多次采集到水质优于阈值后，主控单元控制减速电机将铁锚提升至浮岛底部；主控单元控制开动推进器，浮岛沿原定轨迹继续遍历剩余水域，直至完成整个水域的治理；全过程采用通信单元将水质和位置坐标上传到云平台，用户在终端登录云平台后可查看数据和下发指令，可实现一键召回和前往特定位置的功能。

进一步地，所述主控单元采用STM32F103C8T6单片机，用于规划运动路线、读取传感器数据、评估水质状况和控制浮岛运动。