河道黑臭水体原位修复无人船及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种河道黑臭水体原位修复无人船及其控制方法，包括船体，以及安装于船体上的水质监测传感器、曝气增氧装置、微生物菌剂投放装置等，所述控制系统包括通讯模块、处理器和主控制器，所述船体上还设有超声波传感器和碳纤维生态草投放装置，所述处理器对水质监测传感器所获取的当前水域的水质信息进行处理并计算微生物菌剂和碳纤维生态草的投放量，所述主控制器根据计算结果控制投放量进行水质的治理；当超声波传感器感应到船体某侧靠近河道岸边时，主控制器根据相应的传感器信号控制船体避开河岸，使船体在河道中以S型轨迹航行。本发明专利技术结合了物理和生物方法以达到无人化治理黑臭河道的目的，全过程无需人工参与，修复效果佳。修复效果佳。修复效果佳。

【技术实现步骤摘要】
河道黑臭水体原位修复无人船及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种水体修复装置，尤其涉及一种河道黑臭水体原位修复无人船及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着城镇化的推进，人们的生活水平越来越高，但是环境污染问题却是越来越严重。其中，水质的污染是一个重要的问题，由于缺乏有效治理，致使原本清澈的河水渐渐变成了黑臭水体。这样的黑臭水体除了散发出阵阵怪味、影响市容市貌以外，还严重影响了人们的生产及生活用水。因此，黑臭河道的治理已经成为迫在眉睫的问题。目前，针对黑臭河道的治理主要有物理方法、化学方法和生物方法三种。比如清淤、曝气充氧等是物理方法，投絮凝剂和强氧化剂等是化学方法，微生物强化修复、水生植物修复等是生物方法。但是无论使用哪种方法，都需要人工进行操作，但人长时间处于黑臭河道内会影响身体健康。
[0003]采用无人船替代人工进行黑臭河道的治理是大势所趋，中国专利CN211893585U，苑辉，曹映东，李海明，陈继跃，赵立伟.《一种用于黑臭地表水水体的自动检测无人船》中，提供了一种自动检测水体数据的无人船，包括遥控船单元和检测单元，遥控船单元包括检测船和遥控手柄；检测单元包括传感器、中继器、采集器、智能终端；采集器、传感器搭载在检测船上，采集器与传感器相连，中继器与采集器双向通信，中继器与智能终端双向通信；测量人员可以利用这种无人船在岸边或更远的区域遥控测量船完成水体面积、深度等基本数据的检测，也可以根据需要定点对COD、氨氮等常用污染指标进行快速检测，快速获得目标水体的相关参数。中国专利CN211198830U，范蓉芳，李艳丽.《一种河道修复系统》中，提供了一种用于河道修复的无人船系统，主要包括水质监测传感器、GPS定位模块、信号调理电路、信号发射模块、处理器、控制器、存储模块、无人船装置，其中无人船装置包括惯导系统、电源模块、曝气增氧装置和药剂投放装置，信号调理电路通过对水质监测传感器的信号处理后，通过信号发射模块发送至处理器，处理器将当前水域的水质信息存储于存储模块中，由控制器控制无人船装置进行水质的治理，其中惯导系统根据GPS定位模块的定位信息引导无人船行驶至水质污染严重水域进行水质治理工作。
[0004]但是，上述河道修复系统是通过实时监测水体参数来判断投放药剂，直到当水体的各项参数指标在预设值范围内时，处理器控制药剂投放装置停止工作。投入使用后发现按照这种方案投放的药剂或微生物常常过量，治理水体的效果往往不佳，有时候甚至导致了水体质量的进一步恶化。首先化学药剂的过量投放会造成一定的污染，其次针对微生物的投放，由于微生物本身具有成长性，其作用在投入水体当时并不直接显现，一旦投放过量，严重的将会导致水体生态失衡。再次，河道通常较宽，而现有的无人船只能在一个较小的范围内投料治理，因此上述河道修复系统往往还需要人工遥控无人船到达不同位置投放来实现全河道的治理，尚无法实现全自动投放。最后，在进行河道治理时单一依靠药剂的效果不理想。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种河道黑臭水体原位修复无人船及其控制方法，能够计算最佳的微生物菌剂投放量以提高水体治理效果，整个治理过程无需人工参与，达到全自动原位水体修复的目的。
[0006]技术方案：本专利技术所采用的技术方案是一种河道黑臭水体原位修复无人船，包括船体，以及安装于船体上的水质监测传感器、曝气增氧装置、微生物菌剂投放装置、控制系统以及电源模块，所述控制系统包括通讯模块、处理器和主控制器，其特征在于：所述船体上还设有超声波传感器和碳纤维生态草投放装置，所述处理器对水质监测传感器所获取的当前水域的水质信息进行处理并计算微生物菌剂和碳纤维生态草的投放量，所述主控制器根据计算结果控制微生物菌剂和碳纤维生态草的投放量进行水质的治理；当超声波传感器感应到船体某侧靠近河道岸边时，主控制器根据相应的传感器信号控制船体避开河岸，使船体在河道中以S型轨迹航行。
[0007]所述主控制器根据计算结果控制微生物菌剂的投放量进行水质的治理，是以计算结果为控制目标采用PID控制算法实现对微生物菌剂的投放量的控制。
[0008]所述处理器对水质监测传感器所获取的当前水域的水质信息进行处理并计算碳纤维生态草的投放量，是先获得若干次水质传感器采集的水质信息，根据灰色预测模型预测得到下一地点的水质信息，然后根据水质信息预测值投入相应的碳纤维生态草。
[0009]为实现船体在河道中以S型轨迹航行，所述超声波传感器优选设有四个，分别安装于船身四周，分别位于船头、船尾和船身两侧的中部。
[0010]本专利技术还提出一种应用于上述河道黑臭水体原位修复无人船的控制方法，包括以下步骤：
[0011](1)主控制器启动电机，控制无人船加速至一定速度前进；
[0012](2)在前进过程中，每间隔一段航行时间投放微生物菌剂和碳纤维生态草一次，处理器对水质监测传感器所获取的当前水域的水质信息进行处理并计算微生物菌剂和碳纤维生态草的投放量，主控制器根据计算结果控制微生物菌剂和碳纤维生态草的投放量进行水质的治理；同时，主控制器判断是否接收到船身左侧超声波传感器信号，如果是，控制无人船右转，如果否，则进入下一步；
[0013](3)主控制器判断是否接收到船身右侧超声波传感器信号，如果是，控制无人船左转，如果否，则进入下一步；
[0014](4)主控制器判断是否接收到船头超声波传感器信号，如果是，控制无人船后退，如果否，则进入下一步；
[0015](5)主控制器判断是否接收到船尾超声波传感器信号，如果是，控制无人船停止，航行结束，如果否，则继续以原速度前进。
[0016]其中，所述主控制器根据计算结果控制微生物菌剂的投放量进行水质的治理，是以计算结果为控制目标采用PID控制算法实现对微生物菌剂的投放量的控制。
[0017]所述处理器对水质监测传感器所获取的当前水域的水质信息进行处理并计算碳纤维生态草的投放量，包括以下步骤：
[0018](21)将某一水域获得的一系列水质传感器数据记为x
(0)
原始数列，x
(0)
＝[x
(0)
(1)，x
(0)
(2)，
…
，x
(0)
(n)]，
[0019](22)根据所述原始数列计算下一地点的水质信息预测值：
[0020][0021]式中，n为原始数列项数，其中
[0022][0023]式中，z
(1)
(t)＝0.5x
(1)
(t)+0.5x
(1)
(t
‑
1)，t＝2，3，
…
，n，x
(1)
是将原始数列x
(0)
进行逐项累加得到的新数列。
[0024](23)将水质信息预测值换算成对应的碳纤维生态草投放数据，由此可以计算出下一地点碳纤维生态草投放量。
[0025]在无人船前进的过程中，主控制器可以同时控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河道黑臭水体原位修复无人船，包括船体，以及安装于船体上的水质监测传感器、曝气增氧装置、微生物菌剂投放装置、控制系统以及电源模块，所述控制系统包括通讯模块、处理器和主控制器，其特征在于：所述船体上还设有超声波传感器和碳纤维生态草投放装置，所述处理器对水质监测传感器所获取的当前水域的水质信息进行处理并计算微生物菌剂和碳纤维生态草的投放量，所述主控制器根据计算结果控制微生物菌剂和碳纤维生态草的投放量进行水质的治理；当超声波传感器感应到船体某侧靠近河道岸边时，主控制器根据相应的传感器信号控制船体避开河岸，使船体在河道中以S型轨迹航行。2.根据权利要求1所述的河道黑臭水体原位修复无人船，其特征在于：所述主控制器根据计算结果控制微生物菌剂的投放量进行水质的治理，是以计算结果为控制目标采用PID控制算法实现对微生物菌剂的投放量的控制。3.根据权利要求1所述的河道黑臭水体原位修复无人船，其特征在于：所述处理器对水质监测传感器所获取的当前水域的水质信息进行处理并计算碳纤维生态草的投放量，是先获得若干次水质传感器采集的水质信息，根据灰色预测模型预测得到下一地点的水质信息，然后根据水质信息预测值投入相应的碳纤维生态草。4.根据权利要求1所述的河道黑臭水体原位修复无人船，其特征在于：所述超声波传感器设有四个，分别安装于船身四周，分别位于船头、船尾和船身两侧的中部。5.一种应用于权利要求4所述的河道黑臭水体原位修复无人船的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)主控制器启动电机，控制无人船加速至一定速度前进；(2)在前进过程中，每间隔一段航行时间投放微生物菌剂和碳纤维生态草一次，处理器对水质监测传感器所获取的当前水域的水质信息进行处理并计算微生物菌剂和碳纤维生态草的投放量，主控制器根据计算结果控制微生物菌剂和碳纤维生态草的投放量进行水质的治理；同时，主控制器判断是否接收到船身左侧超声波传感器信号，如果是，控制无人...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丹，戴有华，金文忻，陈秀珍，
申请(专利权)人：江苏农林职业技术学院，
类型：发明
国别省市：