一种基于物联网的智能水面除藻船的制作方法

1.本实用新型涉及除藻船技术领域，具体是一种基于物联网的智能水面除藻船。


背景技术：

2.随着我国社会经济的持续高速发展，忽视了对湖泊的有效保护和管理，将各种工农业、生活污水等排入湖泊中，导致氮、磷等营养物质大量积累，造成了湖泊富营养化现象的发生，使得蓝藻等藻类在湖泊中过度生长繁殖，进一步地导致了湖泊蓝藻暴发现象的出现。蓝藻的暴发不仅破坏了湖泊生态系统的平衡，导致水生生物多样性以及生态系统稳定性的降低，而且藻类过度繁殖过程中分泌的毒素，如微囊藻毒素(microcystins,mcs)一方面会对水生生物的生长繁殖造成影响，另一方面对于以蓝藻暴发的湖泊作为饮用水水源的地区，将会使得饮用水水质存在安全隐患，影响供水质量，威胁到人类的健康。此外，蓝藻暴发后的湖泊还会造成水体浑浊、产生有毒有害气体，造成湖泊感官度下降，影响人类生存环境；增加污水处理厂的运行和处理成本等，不同程度上制约了区域社会经济的可持续发展。
3.而目前关于应对湖泊蓝藻大规模暴发的措施，最常见的是采用人工清捞进行处理，该方法的弊端也十分明显，一方面对于一些环境比较恶劣的区域，工作人员在清捞作业过程中很可能无法到达目的区域且存在着一定的安全隐患，另一方面人工清捞除藻的周期较长，运行及人力成本较高且效率低下，只能在藻类暴发至一定规模时才进行处理，无法做到对区域内进行实施监测并快速有效的处理。而其他处理措施，如生物抑制法和生态修复法，处理周期较长，对于大规模藻类暴发的区域，不能够达到及时有效的控制与处理；化学法处理，多会产生二次污染物，对水体及水生生物产生其他影响；大型除藻船作业处理，仅限于大型湖泊水域，而对于中小型湖泊则无法驶入进行除藻作业；此外还有电化学降解藻类等方法由于实验条件要求较高，仅停留在实验室理想状态下，难以大规模的投入到实际应用当中。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型目的在于针对现有技术中湖面除藻作业成本较高且效率低的问题，提供一种基于物联网的智能水面除藻船，以太阳能作为驱动能源，智能化控制的方式完成水面安全、环保的除藻作业。
5.技术方案：一种基于物联网的智能水面除藻船，包括扁平状圆柱形船体、能源模块、除藻作业模块、微处理器控制系统、远程控制模块以及推进模块；所述能源模块设置在所述船体的上方，为除藻作业模块、微处理器控制系统、远程控制模块以及推进模块提供电能；所述微处理器控制系统设置在所述船体内，所述微处理器控制系统与除藻作业模块、远程控制模块及推进模块连接；所述除藻作业模块包括除藻剂储存系统和所述除藻剂喷洒系统；所述除藻剂储存系统包括设置在所述船体内的除藻剂储存罐，所述除藻剂喷洒系统包括两根水平设置且相互交叉连通的管道，两所述管道设置在所述船体内，所述管道的两端均设有除藻剂喷头，所述除藻剂喷头位于船体外侧，所述除藻剂储存罐的出口通过连接管
与两所述管道的交叉处连通；所述推进模块包括设置在所述船体下方的两个螺旋桨推进器及设置在所述船体内的无刷电机；所述无刷电机与所述螺旋桨推进器电连接；所述远程控制模块包括设置在船体上端的5g天线、定向天线、定位天线以及位于人工控制端的岸基系统。
6.进一步的，所述能源模块包括太阳能自动跟踪装置，所述太阳能自动跟踪装置设置在所述船体的上方，所述太阳能自动跟踪装置的上方设有太阳能电池板，所述太阳能自动跟踪装置控制所述太阳能电池板使其与太阳光保持垂直状态；
7.所述能源模块的电源输出端与所述除藻作业模块、微处理器控制系统、远程控制模块以及推进模块的电源输入端相连接。
8.进一步的，所述除藻作业模块还包括设置在船体内的藻类荧光检测仪，藻类荧光检测仪的探头从所述船体的下端伸出所述船体；所述藻类荧光检测仪的数据输出端与所述微处理器控制系统中的数据接收端连接。
9.进一步的，所述除藻剂储存系统还包括设置在所述船体内的微型水泵和吸水管，所述微型水泵的进口与吸水软管的一端连接，所述吸水软管的另一端从所述船体的下端伸出所述船体；所述微型水泵的出口与所述除藻剂储存罐的进口连接。
10.进一步的，所述除藻剂储存罐上安装有除藻剂计量控制装置。
11.进一步的，所述吸水软管内设有过滤网。
12.进一步的，两所述管道垂直连通。
13.进一步的，两所述螺旋桨推进器分别设置在所述船体的左右两端。
14.进一步的，所述船体采用高分子聚酯碳纤维材料制作。
15.有益效果：1)本实用新型通过设置太阳能电池板转化太阳能的方式为除藻出船功能，节省了电能，同时通过微处理器控制系统和远程控制模块控制除藻作业，快速高效；2)两管道垂直设置，使除藻剂喷头均匀分布在船体的四周，可以将除藻剂均匀、精确的喷洒在藻类暴发的湖面上，完成除藻作业工作；3)太阳能自动跟踪装置，对太阳位置进行全方位的自动跟踪，并将太阳能转换为电能，使得在有限面积内采集更多太阳能，有效地实现了太阳能利用率最大化；4)藻类荧光检测仪可以藻作业前后水体水藻浓度情况，可以控制除藻剂的用量，也可以对除藻效果进行评价。
附图说明
16.图1为本实用新型的结构示意图；
17.图2为本实用新型内部结构示意图；
18.图3为本实用新型主视结构示意图；
19.图中标号：除藻剂喷头
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1；太阳能自动跟踪装置
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2；藻类荧光检测仪
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3；5g天线
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4；定位天线
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5；定向天线
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6；除藻剂储存罐
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7；除藻剂计量控制装置
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8；微型水泵
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9；螺旋桨推进器
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10；过滤网
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11；无刷电机
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12；吸水软管
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13。
具体实施方式
20.下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于实施例。
21.如图1
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3所示，一种基于物联网的智能水面除藻船，包括扁平状圆柱形船体、能源模块、除藻作业模块、微处理器控制系统、远程控制模块以及推进模块；所述船体采用高分子聚酯碳纤维材料制作。
22.所述能源模块设置在所述船体的上方，所述能源模块为除藻作业模块、微处理器控制系统、远程控制模块以及推进模块提供电能；所述能源模块的电源输出端与所述除藻作业模块、微处理器控制系统、远程控制模块以及推进模块的电源输入端相连接；所述能源模块包括太阳能自动跟踪装置2，所述太阳能自动跟踪装置2设置在所述船体的上方，所述太阳能自动跟踪装置2的上方设有太阳能电池板，所述太阳能自动跟踪装置2控制所述太阳能电池板使其与太阳光保持垂直状态。
23.所述微处理器控制系统设置在所述船体内，所述微处理器控制系统与除藻作业模块、远程控制模块及推进模块连接。
24.所述除藻作业模块包括除藻剂储存系统、所述除藻剂喷洒系统和藻类荧光检测仪3。
25.所述除藻剂储存系统包括除藻剂储存罐7和微型水泵9，所述微型水泵9的进口与吸水软管13的一端连接，所述吸水软管13的另一端从所述船体的下端伸出所述船体；所述微型水泵9的出口与所述除藻剂储存罐7的进口连接。所述除藻剂储存罐7上安装有除藻剂剂量控制装置8，所述吸水软管13内设有过滤网11。
26.所述除藻剂喷洒系统包括两根水平设置且相互交叉连通的管道，两所述管道垂直连通；两所述管道设置在所述船体内，所述管道的两端均设有除藻剂喷头1，所述除藻剂喷头1位于船体外侧，所述除藻剂储存罐7的出口通过连接管与两所述管道的交叉处连通。
27.所述藻类荧光检测仪3设置在所述船体内，所述藻类荧光检测仪3的探头从所述船体的下端伸出所述船体；所述藻类荧光检测仪3的数据输出端与所述微处理器控制系统中的数据接收端连接。
28.所述除藻剂储存系统包括除藻剂储存罐7和微型水泵9，所述微型水泵9的进口与吸水软管13的一端连接，所述吸水软管13的另一端从所述船体的下端伸出所述船体；所述微型水泵9的出口与所述除藻剂储存罐7的进口连接。所述除藻剂储存罐7上安装有除藻剂剂量控制装置，所述吸水软管13内设有过滤网11。
29.所述推进模块包括设置在所述船体下方的两个螺旋桨推进器10及设置在所述船体内的无刷电机12；所述无刷电机12与所述螺旋桨推进器10电连接；两所述螺旋桨推进器10分别设置在所述船体的左右两端。
30.所述远程控制模块包括设置在船体上端的5g天线4、定向天线6、定位天线5以及位于人工控制端的岸基系统。
31.本实用新型的船体为扁平的圆柱形结构，考虑到除藻作业航线复杂多变，扁平化圆柱体的设计则能够适应航线方向上的调整，省去了转向、掉头等步骤，便于船体进行全方位、任意方向上的航行作业，同时扁平化的设计能够很好的降低船体重心，与圆柱体形状上稳定性的优势相结合，很大程度上避免了在作业过程中由于大幅度的转向而导致船体在惯性作用下侧翻的危险，使得除藻作业更加安全、高效、快捷。
32.能源模块工作时，太阳能自动跟踪装置对太阳位置进行全方位的自动跟踪，保证电池板的平面与太阳光入射光线始终处于垂直的相对位置，使得在有限面积内采集更多太
阳能，有效地实现了太阳能利用率最大化。利用太阳能使其转换成电能为船体提供能源，节省了发电机等装置的制造、维护费用，同时省去了逆变以及蓄电等设备，很大程度上降低了能耗，提高使用效率，此外利用太阳能提供运行能源还避免了对环境造成污染等问题，最终达到节能环保的效果。
33.藻类荧光检测仪的探头从船体的下端伸出，探头对叶绿素荧光(即藻细胞中的叶绿素吸收光能后受激发而释放出的能量)的强弱进行检测，从而初步判断藻类的光合作用强度及生理状况，进而间接反映水体中的藻类生物量，使用过程简单方便且检测效果精确，并且将检测数据传输给微处理器控制系统通过5g天线实时传输至远程控制模块中人工控制端的岸基数据接受系统，以便人工控制端能够实时了解除藻作业前后水体水藻浓度情况，从而对除藻效果进行评价。
34.当藻类荧光检测仪检测到水体水藻浓度超标时，通过数据输出端将数据传输至微处理器控制系统中的数据接受端，并由其控制除藻剂储存系统中的微型水泵将湖水通过吸水软管输送至除藻剂储存罐中，期间由过滤网过滤掉一同被输送上来的水草等杂物，避免由于堵塞而增加运行和维修成本的问题，输送至除藻剂储存罐的湖水以一定比例与至除藻剂储存罐中的除藻剂混合，起到稀释除藻剂的效果。
35.除藻剂主要成分为过氧化氢，分解后无毒，不会对环境造成二次污染等环境影响，是一种安全环保的新型除藻剂。
36.除藻剂储存罐上安装有除藻剂剂量控制装置，微处理器控制系统将水藻浓度数据通过数据输出端传输至除藻剂剂量控制装置的数据接收端，除藻剂剂量控制装置根据藻类暴发的规模和水藻浓度超标量对除藻剂的喷洒用量进行调节与控制，除藻剂剂量控制装置即基于作业区域范围内藻类生长暴发情况的不同，从而根据一定比例控制除藻剂相应的喷洒剂量，使得除藻作业更加智能化，避免除藻剂浪费或用量不足等问题，节约成本并提高作业续航能力，达到高效的除藻效果。
37.在喷洒时，除藻剂喷头与湖面保持一定合适的距离，保证除藻剂在喷洒位置上的均匀性与精确性。运行时由除藻剂储存罐的除藻剂通过管道输送至除藻剂喷头处对富营养化的湖面进行喷洒，从而完成除藻作业工作。
38.远程控制模块可以采用华测导航公司的华微3号无人船远程控制模块。5g天线，可以将微处理器系统中的数据传输给人工控制端的岸基系统；定位天线，提供船体位置信息等的定位数据传输；定向天线，提供船体航行过程中航区、航线、航向等的方位数据传输。
39.螺旋桨推进器，用于推进船体航行并控制其方向；无刷电机，用于控制下方螺旋桨推进器的转动方向和转速。
40.本实用新型用于应对湖泊蓝藻暴发造成的水华现象。船体以太阳能作为驱动能源，对船体进行实时定位，采用软件规划于藻暴发区域内的除藻作业路线并进行远程控制，利用船上搭载的安全环保型除藻剂以及藻类荧光在线检测仪等实现除藻作业。通过智能化控制的方式完成水面安全、环保的除藻作业，最终实现对湖泊生态环境的保护，避免了由于富营养化带来的一系列水质安全、处理成本等问题。
41.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。