【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水体治理，尤其涉及一种水体富营养化治理机器人装置。
技术介绍
1、富含氮、磷元素的植物营养物类污染物分布广泛且含量较高，这些元素过量造成的水体富营养化问题对湖泊及流动缓慢的水体造成危害。水体富营养化不仅会导致水质恶化，还会引发蓝藻等有害藻类大量繁殖，消耗水中氧气，影响其他水生生物的生存，破坏水生生态系统的平衡。
2、经检索，中国专利号为cn216584358u的专利公开了一种湖库水体富营养化治理装置，包括水箱体，所述水箱体的下端固定连接有支脚，所述水箱体的上端通过支杆固定连接有储液箱，所述储液箱的下端设置有管道框体，所述管道框体的内部设置有用于释放钝化剂的释放组件，所述管道框体与水箱体之间设置有框体，框体内部安装有高压水泵，所述高压水泵的输出端通过导管与释放组件连接，本专利通过设置有释放组件，能够在大范围内对钝化剂进行分散释放，相对于现有的钝化剂投放方式而言，能够实现大范围的投放使其与水体进行充分混合，并且能够有效减少所需要花费的人工，提高对水体富营养化治理的效果。
3、但上述装置在实际的使用过程中，难以依据水域的富营养化的程度投放适量的钝化剂，钝化剂投放量过少可能难以达到预期的治理效果，投放量过多则可能浪费资源，甚至对水体造成二次污染，因此，需要提出一种水体富营养化治理机器人装置。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中，难以依据水域的富营养化的程度投放适量的钝化剂，钝化剂投放量过少可能难以达到预期的治理效果，投放量过多则可能
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种水体富营养化治理机器人装置，包括：
4、水质检测模块：负责检测水域中的水质参数；
5、富营养化程度评估模块：负责基于水质检测数据，评估当前水域的水体富营养化程度；
6、决策模块：负责根据评估结果制定钝化剂投放方案；
7、钝化剂投放模块：负责精准投放钝化剂到水体中；
8、所述钝化剂投放模块设置在清理机器人主体的上部，所述清理机器人主体的上部固定连接有固定架，所述固定架的内部固定连接有用于存放钝化剂的存储箱，所述固定架的内部固定连接有固定盘，所述固定盘的内部转动连接有转动盘，所述转动盘的一侧固定连接有用于运输钝化剂的运输槽，所述固定盘的内部设置有用于调节钝化剂运输量的容量调节机构，所述存储箱的下部固定连接有用于将存储箱内部钝化剂送入运输槽内部的第一投放管，所述固定盘的下部固定连接有用于将运输槽内部运输的钝化剂投放至水体的第二投放管。
9、上述技术方案进一步包括：
10、所述容量调节机构包括固定盘内部转动连接的第三转动轴，所述第三转动轴的上部固定连接有转动架，所述转动架的上部固定安装用于控制第三转动轴转动的转动控制电机，所述转动架的一侧转动连接有第四转动轴。
11、所述第四转动轴固定连接有齿轮，所述齿轮啮合连接有环形齿条，所述环形齿条固定连接有支撑架，所述支撑架与转动架之间为转动连接，所述支撑架与固定盘之间为固定连接。
12、所述第四转动轴固定连接有第一连接板，所述第一连接板转动连接有第二连接板，所述第二连接板远离第一连接板的一侧固定连接有滑动杆。
13、所述滑动杆与支撑架之间为滑动连接，所述滑动杆与运输槽之间为滑动连接，所述滑动杆远离第二连接板的一侧固定连接有用于调节运输槽内部存储钝化剂空间的滑动圆柱，所述滑动圆柱与运输槽之间为滑动连接。
14、所述固定架的一侧固定安装有运输量控制电机，所述运输量控制电机的输出端设置有第二转动轴，所述第二转动轴与转动盘之间为固定连接，所述第二转动轴与固定盘之间为转动连接。
15、所述清理机器人主体的上部固定安装有搅拌控制电机，所述搅拌控制电机的输出端设置有第一转动轴，所述第一转动轴与清理机器人主体之间为转动连接，所述第一转动轴固定连接有多个用于促进钝化剂在水体中的均匀分布的搅拌杆。
16、所述清理机器人主体的下部对称固定连接有防护箱，所述防护箱的内部设置有用于控制清理机器人主体在水面上移动的螺旋桨。
17、所述富营养化程度评估模块采用卷积神经网络算法对水体富营养化程度的精准预测和评估，所述卷积神经网络算法的具体步骤为：
18、输入数据表示：假设输入数据为一系列水质参数的多维数组，记为x，x的维度为批量大小，通道数，高度，宽度，分别表示输入的样本数量、通道数量、图像高度和图像宽度；
19、卷积操作：通过卷积核对输入数据进行滑动窗口的卷积操作，提取水体富营养化相关的特征，假设卷积核的维度为通道数，卷积核高度，卷积核宽度，记为w，卷积操作可以通过以下公式表示：
20、z[i,j]＝sum(sum(sum(x[:,:,i:i+h,j:j+w]*w)))+b
21、其中，z是卷积操作的输出，表示特征图，i和j表示特征图的位置，h和w分别表示卷积核的高度和宽度，b是偏置项；
22、激活函数：在卷积操作之后，应用relu对特征图进行非线性变换，增加网络的表达能力；
23、池化操作：通过在局部感知区域内选择平均值作为池化结果，减少特征图的空间维度，并保留重要的特征信息；
24、全连接操作：在经过多次卷积和池化操作之后，将特征图展开成一维向量，并输入至全连接层，全连接层中的每个神经元都与前一层的所有神经元相连，通过学习权重和偏置，建立输入特征与富营养化等级之间的复杂映射关系；
25、损失函数：使用交叉熵损失函数来度量模型的预测结果与真实标签之间的差距；
26、反向传播算法：使用反向传播算法来计算损失函数对于模型参数的梯度，并使用梯度下降来更新模型参数，不断优化模型的性能。
27、所述决策模块的具体步骤为：
28、评估结果接收与解析：首先接收来自富营养化程度评估模块的输出数据，并对接收到的评估数据进行解析，明确水体的富营养化程度和当前的主要污染特征；
29、决策规则制定：根据水体富营养化的不同等级和污染特征，预先建立一套完善的决策规则库，将解析后的评估结果与决策规则库进行匹配，寻找当前水体富营养化状况最符合的决策规则；
30、投放策略制定：根据匹配的决策规则，确定钝化剂的投放量；
31、反馈与调整：根据水质监控数据，对投放效果进行评估，根据效果评估结果和实际需求，对决策规则和投放策略进行必要的调整和优化。
32、本专利技术具备以下有益效果：
33、1、本专利技术中，当需要对钝化剂投放量进行调节时，启动转动控制电机使第三转动轴发生转动，最终可以使滑动圆柱在运输槽内部进行滑动，即可以改变运输槽内部运输钝化剂空间的大小，即可以依据水域的富营养化的程度投放适量的钝化剂，确保可以达到预期的治理效果且不会对水体造成二次污染。
【技术保护点】
1.一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述容量调节机构包括固定盘(5)内部转动连接的第三转动轴(21)，所述第三转动轴(21)的上部固定连接有转动架(19)，所述转动架(19)的上部固定安装用于控制第三转动轴(21)转动的转动控制电机(20)，所述转动架(19)的一侧转动连接有第四转动轴(22)。
3.根据权利要求2所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述第四转动轴(22)固定连接有齿轮(23)，所述齿轮(23)啮合连接有环形齿条(16)，所述环形齿条(16)固定连接有支撑架(15)，所述支撑架(15)与转动架(19)之间为转动连接，所述支撑架(15)与固定盘(5)之间为固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述第四转动轴(22)固定连接有第一连接板(24)，所述第一连接板(24)转动连接有第二连接板(25)，所述第二连接板(25)远离第一连接板(24)的一侧固定连接有滑动杆(18)。
5.根
6.根据权利要求1所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述固定架(2)的一侧固定安装有运输量控制电机(12)，所述运输量控制电机(12)的输出端设置有第二转动轴(14)，所述第二转动轴(14)与转动盘(26)之间为固定连接，所述第二转动轴(14)与固定盘(5)之间为转动连接。
7.根据权利要求1所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述清理机器人主体(1)的上部固定安装有搅拌控制电机(11)，所述搅拌控制电机(11)的输出端设置有第一转动轴(7)，所述第一转动轴(7)与清理机器人主体(1)之间为转动连接，所述第一转动轴(7)固定连接有多个用于促进钝化剂在水体中的均匀分布的搅拌杆(8)。
8.根据权利要求1所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述清理机器人主体(1)的下部对称固定连接有防护箱(9)，所述防护箱(9)的内部设置有用于控制清理机器人主体(1)在水面上移动的螺旋桨(10)。
9.根据权利要求1所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述富营养化程度评估模块采用卷积神经网络算法对水体富营养化程度的精准预测和评估，所述卷积神经网络算法的具体步骤为：
10.根据权利要求1所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述决策模块的具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述容量调节机构包括固定盘(5)内部转动连接的第三转动轴(21)，所述第三转动轴(21)的上部固定连接有转动架(19)，所述转动架(19)的上部固定安装用于控制第三转动轴(21)转动的转动控制电机(20)，所述转动架(19)的一侧转动连接有第四转动轴(22)。
3.根据权利要求2所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述第四转动轴(22)固定连接有齿轮(23)，所述齿轮(23)啮合连接有环形齿条(16)，所述环形齿条(16)固定连接有支撑架(15)，所述支撑架(15)与转动架(19)之间为转动连接，所述支撑架(15)与固定盘(5)之间为固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述第四转动轴(22)固定连接有第一连接板(24)，所述第一连接板(24)转动连接有第二连接板(25)，所述第二连接板(25)远离第一连接板(24)的一侧固定连接有滑动杆(18)。
5.根据权利要求4所述的一种水体富营养化治理机器人装置，其特征在于，所述滑动杆(18)与支撑架(15)之间为滑动连接，所述滑动杆(18)与运输槽(13)之间为滑动连接，所述滑动杆(18)远离第二连接板(25)的一侧固定连接有用于调节运输槽(13)内部存储钝化剂空...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪磊，储锦坤，王亚茹，崔家伟，周昊霖，张琦，笪俊杰，张博宇，王千森，
申请(专利权)人：淮北师范大学，
类型：发明
国别省市：
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