一种垃圾清理船的垃圾处理系统

1.本发明涉及垃圾打捞技术领域，具体涉及一种垃圾清理船的垃圾处理系统。


背景技术：

[0002][0003]
目前，我国海洋垃圾清理基本仍处于人工打捞及垃圾清理船对垃圾进行打捞后运送到岸上集中进行处理，这种处理方式因需要不断将打捞上来的垃圾运送上岸而存在清理效率过低，能源消耗过高等问题。
[0004]
随着科学技术的不断革新，人们对提高垃圾清理船的垃圾打捞及处理效率，减少垃圾清理的能源消耗的可持续型处理技术的需求十分迫切，目前正在研究新的垃圾打捞、垃圾处理和垃圾的二次利用的处理方法。


技术实现要素：

[0005]
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种垃圾清理船的垃圾处理系统，能尽快识别定位垃圾的位置，提高水面垃圾清理效率，并对水面垃圾进行自动打捞、烘干、粉碎、焚烧和净化，相关设备均集成于船体上，节约了中途转运的时间和成本，提高垃圾处理效率；极大程度上减少了对环境的污染，促进了垃圾清理行业对垃圾的有效利用。
[0006]
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0007]
一种垃圾清理船的垃圾处理系统，包括设置于船体上的视觉识别系统、打捞装置、烘干机、粉碎机、蒸汽管道、焚烧装置及烟气净化装置，打捞装置的末端位于烘干机的进口上方，烘干机的出口与粉碎机的进料口相连，焚烧装置的进口端与粉碎机的出料口连接，焚烧装置的排气端与烟气净化装置连接，视觉识别系统与船体控制器连接。
[0008]
按照上述技术方案，视觉识别系统设置于打捞装置的一侧，安装在船体前端。
[0009]
按照上述技术方案，打捞装置包括打捞传送带，打捞传送带沿传送带的长度方向依次间隔分布有多个挡条，挡条为漏斗网兜。
[0010]
按照上述技术方案，焚烧装置的排气端与烟气净化装置之间连接有排气管道，焚烧装置外缠绕有蒸汽管道，蒸汽管道与烘干机连接。
[0011]
按照上述技术方案，蒸汽管道还连接有发电系统。
[0012]
按照上述技术方案，发电系统包括斯特林发动机和能源存储装置，斯特林发动机的进气端与蒸汽管道连接，斯特林发动机的输电端与能源存储装置。
[0013]
按照上述技术方案，烘干机内置有蒸汽盘管，蒸汽管道通过蒸汽盘管与烘干机连接。
[0014]
按照上述技术方案，蒸汽管道与烘干机之间的连接管道上设有流量控制阀。
[0015]
按照上述技术方案，视觉识别系统为hsv视觉识别系统。
[0016]
按照上述技术方案，视觉识别系统识别水中垃圾的具体过程为：视觉识别系统提
取漂浮物的背景特征作为处理特征，通过把带有漂浮物的海面图片处理为二值图像，视觉识别系统去除二值图像中的噪点，再对此二值图像漂浮物的轮廓信息进行提取和保存，得到轮廓集，当保存的轮廓集不为空时，计算出轮廓集中面积最大的轮廓并计算该轮廓的质心，同时，计算出最大轮廓的外接圆半径和圆心，当此外接圆的半径大于设定值时，外接圆内的物体被判断为垃圾，把此外接圆在原图像中绘制出来，同时也把之前得到该轮廓的质点绘制出来；外接圆内的物体即为垃圾，轮廓的质点即为垃圾的质点，由此完成了垃圾轮廓的提取。
[0017]
本发明具有以下有益效果：
[0018]
1、本发明能尽快识别定位垃圾的位置，提高清理效率，并对水面垃圾进行自动打捞、烘干、粉碎、焚烧和净化，相关设备均集成于船体上，节约了中途转运的时间和成本，提高垃圾处理效率；不仅可以实现水面垃圾的自动清理，还能够有效利用打捞上来的垃圾，将其转化为清洁能源利用起来，同时烟气净化装置对硫化物和硝化物的处理，也使得焚烧产生的气体符合国家排放标准，极大程度上减少了对环境的污染，促进了垃圾清理行业对垃圾的有效利用。
[0019]
2、本发明采用蒸汽管道与烘干装置及发电装置结合，将垃圾烘干时产生的水蒸气和利用垃圾焚烧转化的高温水蒸气通过蒸汽管道一部分通入烘干装置，通过蒸汽的热量对垃圾进行加热烘干；另一部分通入发电装置，利用蒸汽的热能进行发电。通过程序控制阀门控制蒸汽流量及流向，使得垃圾焚烧产生的热能能够高效利用；本发明通过对打捞上来的垃圾进行处理并焚烧，使得海洋垃圾能够产生热能为烘干机提供高温水蒸气、为发电装置提供能量来源，有效利用了清洁能源，同时减少了船体的能源消耗，不再需要将打捞上来的垃圾送往岸上，进一步推动了海洋垃圾清理业的智能化步伐。
附图说明
[0020]
图1是本发明实施例中垃圾清理船的垃圾处理系统的结构示意图；
[0021]
图2是本发明实施例中打捞装置的结构示意图；
[0022]
图3是本发明实施例中烘干机的结构示意图；
[0023]
图4是本发明实施例中粉碎机的结构示意图；
[0024]
图5是本发明实施例中焚烧装置的结构示意图；
[0025]
图中，1-视觉识别系统，2-打捞装置，3-烘干机，4-粉碎机，5-焚烧装置，6-烟气净化装置，7-漏斗网兜，8-履带，9-传动器，10-进料漏斗，11-副蒸汽管道，12-出料口，13-电加热丝，14-漏斗，15-转动轴，16-粉碎器，17-破碎辊，18-进料口，19-焚烧炉，20-主蒸汽管道。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0027]
参照图1所示，本发明提供的一个实施例中的一种垃圾清理船的垃圾处理系统，包括设置于船体上的视觉识别系统1、打捞装置2、烘干机3、粉碎机4、蒸汽管道、焚烧装置5及烟气净化装置6，打捞装置2的末端位于烘干机3的进口正上方，烘干机3的出口与粉碎机4 的进料口相连，焚烧装置5的进口端与粉碎机4的出料口连接，焚烧装置5的排气端与烟气净化装置6连接，视觉识别系统1与船体控制器连接；当识别系统识别出水中的垃圾后，识别系
统向船体传递打捞信号，打捞船就会向着识别出垃圾的地方前进，打捞装置2开始打捞工作及烘干机3、粉碎机4和焚烧装置5进行后续的处理工作；如果识别出来不是垃圾，就向船体传递避开障碍物的信号，打捞船就会避开障碍物，向着下一个识别出垃圾的地方前进。
[0028]
进一步地，视觉识别系统1设置于打捞装置2的一侧，安装在船体前端。
[0029]
进一步地，打捞装置2包括打捞传送带，打捞传送带沿传送带的长度方向依次间隔分布有多个挡条，挡条为漏斗网兜7，能够对打捞上来的垃圾进行初步滤水。
[0030]
进一步地，打捞传送带的输出端与烘干机3进口之间设有进料漏斗10。
[0031]
进一步地，焚烧装置5的排气端与烟气净化装置6之间连接有排气管道，焚烧装置外缠绕有蒸汽管道，蒸汽管道与烘干机3连接，以达到对燃烧所产生热量的充分利用。
[0032]
进一步地，蒸汽管道还连接有发电系统。
[0033]
进一步地，发电系统包括斯特林发动机和能源存储装置，斯特林发动机的进气端与蒸汽管道连接，斯特林发动机的输电端与能源存储装置。
[0034]
进一步地，烘干机3内置有蒸汽盘管，蒸汽管道通过蒸汽盘管与烘干机3连接。
[0035]
进一步地，烘干机3内还设有电辅热。
[0036]
进一步地，所述蒸汽管道连接着三个部分，主要的部分是连接到焚烧装置5以收集蒸汽，一部分连接到烘干机3以维持烘干装置的工作温度当蒸气的烘干工作完成后，蒸气液化，随烘干出的液体一同排出烘干机3；另一部分连接斯特林发动机发电，斯特林发动机的气缸与高温蒸汽接触以进行等容放热的过程，当高温蒸汽液化后，斯特林发动机的气缸与液体接触以进行等容吸热的过程，液体过剩时，将排出斯特林发动机，得到的电通过变流器和逆变器将电放入锂电池进行储存。
[0037]
蒸汽管道分为主蒸汽管道20和副蒸汽管道11，焚烧装置5通过主蒸汽管道20与斯特林发动机连接，通过副蒸汽管道11与烘干机3连接；在垃圾烘干机3底部铺设了蛇形的蒸汽盘管，高温蒸汽在蒸汽盘管中进行环流维持干燥区的高温环境以烘干湿垃圾，而加热垃圾所产生的热蒸汽则再次进入副蒸汽管道11系统中循环。在船只刚刚启动时，利用电辅热装置对垃圾进行加热烘干并在产生足够的蒸汽供副蒸汽管道11系统循环使用后停止使用电辅热装置。由于副蒸汽管道11中蒸汽温度相对较低，需要从主蒸汽管道20中获取高温蒸汽以达到烘干装置的工作温度，在副蒸汽管道11中设有温度传感器，流量控制阀门控制系统通过实时监测副蒸汽管道11的温度变化来调整从主蒸汽管道20中流入副蒸汽管道11的高温蒸汽流量。
[0038]
垃圾在焚烧装置5中燃烧并加热锅炉产生高温蒸汽进入主蒸汽管道20，主蒸汽管道20 系统部分蒸汽流向副蒸汽管道11系统维持副蒸汽管道11系统的工作温度，另一部分则流向发电装置用于发电。
[0039]
进一步地，蒸汽管道与烘干机3之间的连接管道上设有流量控制阀。
[0040]
进一步地，视觉识别系统1为hsv视觉识别系统1，hsv视觉识别系统1为颜色模型视觉识别系统。
[0041]
进一步地，视觉识别系统1识别水中垃圾的具体过程为：视觉识别系统1提取漂浮物的背景特征作为处理特征，通过把带有漂浮物的海面图片处理为一张二值图像(将漂浮物的海面图片处理为二值图像是指：将海面背景处理为黑色，将漂浮物处理为白色特征)，hsv视觉识别系统1先利用开运算去除二值图像中的噪点，再利用机器视觉对此二值图像漂
浮物的轮廓信息进行提取和保存，得到轮廓集，当保存的轮廓集不为空时，计算出轮廓集中面积最大的轮廓并计算该轮廓的质心，同时，计算出最大轮廓的外接圆半径和圆心，当此外接圆的半径大于设定值时，外接圆内的物体被判断为垃圾，把此外接圆在原图像中绘制出来，同时也把之前得到该轮廓的质点绘制出来；外接圆内的物体即为垃圾，轮廓的质点即为垃圾的质点，由此完成了垃圾轮廓的提取。
[0042]
进一步地，hsv视觉识别系统1的漂浮物特征提取：目标特征化是实现实时、准确识别目标的关键。作为关键步骤，特征提取的目的是获取一组分类特征，若仅仅以提取垃圾特征作为特征处理，这种方式会增加识别难度。本算法采用提取背景特征作为特征处理，通过把带有漂浮物的海面图片处理为一张二值图像，可有效做到以海面的黑色为背景，垃圾显示白色的特征，从而正确提取信息。算法的过程可分以下几步进行：
[0043]
1)特征形成。根据摄像头捕获的背景作为一组特征，可以在任何时刻获取，捕获一张不含有漂浮物的背景图片作为特征向量；总体来说就是根据被识别的对象产生一组特征，可以是图像当前帧的直接测量值，也可以是将当前帧作某些变换后得到的值。
[0044]
2)颜色系统变换。在对背景处理前，需要将图片从rgb空间颜色矩转化为hsv空间颜色矩。由于人类的视觉通常对亮度较于敏感，相比较颜色浓淡影响更大，为了更好地对色彩区分、处理和识别，都会采用hsv色彩空间，它更适合人的视觉特性。
[0045]
3)特征选择。湖面漂浮物比较多样，有塑料瓶、塑料袋、树枝和树叶等，它们的形状大小以及颜色特征都是各式各样的。图像特征值的选取方式有很多，包括特征物体的颜色向量、周长、面积、质心等。本系统是在于定位垃圾在图像的分布位置与针对多种垃圾判断打捞优先级，这与物体的质心与图像中所占面积息息相关。因此，以质心与面积作为图像的代表性特征最适合。基于以上方法，可以完成对垃圾的分类识别工作。
[0046]
1、hsv视觉识别系统
[0047]
阈值算法实现步骤：在对拍摄背景处理前，将hsv颜色空间分为n类，类心分别为 center_i＝(h_i，s_i，v_i)，且每一类均有颜色空间向量最低值iowerhsv_i和颜色空间向量最高值up-perhsv_i(i＝1，2，3
…
)。获取背景图片后，对图片进行全面分析。首先，计算图片每个像素到每个颜色空间类心的距离dist(px_k，i)(k为像素编号，i为类别编号)，将其归属于最近的类心。即类别判别规则：若dist(px_k，i)《dist(px_k，j)(j＝l，2，
…
，n其中i≠j)，则px_k 属于第i类。若某个类别i(i可为1，2，3，
…
，n)中的的像素点数量count_i超过预先设定的阈值thresh-old(常数)，则该类别颜色空间加入候选集canset中。接着，将候选集canset中所有的颜色空间类别与待处理帧进行阈值运算，得出结果集，将结果集中的每个掩膜图进行叠加或运算，得到颜色空间合并集merset。颜色空间合并集merset再与待处理帧进行掩膜操作，提取出背景掩膜。最后，将背景掩膜进行取反运算，得到垃圾掩膜，即识别到垃圾。
[0048]
经过阈值分割的图像存在各种噪声点，为了提高海面目标检测的精度，需要对图像进行形态学去噪处理。
[0049]
采用先闭运算后开运算的形态学处理方法，填充小孔、弥合缝隙，消除小物体和较小的孤立噪声点，从而精确地提供有效信息。
[0050]
[0051][0052]
其中
⊕
、分别代表形态学膨胀和腐蚀运算，i为二值图像，b为结构元素。
[0053]
通过加入形态学处理图像后，发现该方法在一定程度上克服了海面背景产生的噪声影响，基本上能将目标与海面背景区分开。
[0054]
2、安全警报器
[0055]
焚烧装置5内部设有超温警报器和超压警报器，超温警报器上的温度检测探头对焚烧装置5内部的温度实时监控，当温度超过950℃时，超温警报器会报警，同时，超温警报器旁的灭火装置开始喷水对焚烧装置5实施灭火；超压警报器的气压检测探头对焚烧装置5内部的压强实时监控，当压强超过设定值时，超压警报器就会报警，并同时打开焚烧装置5与尾气处理装置的通风口，在保证安全和不污染环境的情况下与外界进行空气流通。当船体接收到报警信号后，垃圾处理系统会立即停止工作，防止意外的发生，当装置内部的温度和压强均恢复正常后，垃圾处理系统继续工作。
[0056]
本发明的工作原理：本发明一种新型垃圾清理船的垃圾处理系统，其特征在于，包括： hsv视觉识别系统1，打捞装置2，烘干机3，粉碎机4，蒸汽管道，焚烧装置5及烟气净化装置6。
[0057]
如图2所示，漏斗网兜7之间通过履带8连接，当hsv视觉识别系统1识别出塑料垃圾后，传动器9带动履带8转动，履带8再带动漏斗网兜7持续运动，从而连续的将垃圾打捞上船，同时，漏斗网兜7将打捞上来的垃圾进行初步滤水。
[0058]
如图3所示，垃圾从进料漏斗10进入烘干机3，当塑料垃圾快要装满烘干机3时，开始烘干工作，电加热丝13可将垃圾进行热烘干，周围铺设副蒸汽管道11，垃圾在进行烘干时产生的高温水蒸气可通过副蒸汽管道11进行环流维持干燥区的高温环境以烘干湿垃圾，烘干后的垃圾从出料口12排出。
[0059]
如图4所示，烘干后的垃圾从漏斗14进入粉碎装置，粉碎装置内部由转轴、破碎刀片及动力装置构成粉碎器16。转轴连接动力装置，通过带动刀片旋转不断将投入的垃圾进行粉碎切割处理。粉碎后的垃圾从漏斗14排出后，通过转动轴15向下运输。
[0060]
如图5所示，这是一种结构紧凑的垃圾焚烧装置5，装置上方装有破碎辊17，能够对进入焚烧装置5的垃圾进行进一步粉碎，粉碎后经进料口18进入下方的焚烧炉19进行燃烧，并在燃烧过程中加热锅炉产生大量的热蒸汽进入主蒸汽管道20储存热能供后续利用。
[0061]
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。