基本信息
- 項目名稱：
- 無人駕駛太陽能動力自主環(huán)境監(jiān)測船--“日月湖1號”
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- “日月湖一號”是一艘以ARM7為核心控制器的無人駕駛太陽能動力自主環(huán)境監(jiān)測船，可監(jiān)測船舶周邊區(qū)域大氣、水環(huán)境的各種參數(shù)及污染情況。利用太陽能光伏板和蓄電池來提供電能。通過GPS、電子羅盤和超聲傳感器進行定位及導航。通過GPRS與遠程基站無線傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)船舶的遠程控制及無線通訊，在全球任何一個有移動通訊網(wǎng)的地方均可實現(xiàn)對船舶的控制，并將監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)和船舶周邊影像傳回到基站或手機上，并且實現(xiàn)對污染源疑似地區(qū)的自動搜索和船的自動泊位。自主監(jiān)測船可替代人完成偏遠或惡劣環(huán)境下的全天候水域環(huán)境監(jiān)測。經(jīng)調(diào)查此項目目前在國內(nèi)處于空白。
- 詳細介紹：
- 本系統(tǒng)由5個子系統(tǒng)組成，分別是船體驅(qū)動動力系統(tǒng)、能源供應系統(tǒng)、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測與顯示系統(tǒng)、巡航駕駛控制系統(tǒng)和無線通訊系統(tǒng)。 1.船體驅(qū)動動力系統(tǒng)提供船前進的動力，從環(huán)保和零排放角度考慮，我們采用了直流電機驅(qū)動方式. 2.能源供應系統(tǒng)方面，采用以太陽能為主、蓄電池為輔的雙能源供電系統(tǒng)， 3.環(huán)境參數(shù)監(jiān)測與顯示系統(tǒng)負責對水域環(huán)境參數(shù)監(jiān)測，由大氣監(jiān)測傳感器、水質(zhì)傳感器、單片機控制和LED顯示及語音模塊組成。 4.巡航駕駛控制系統(tǒng)負責船的無人駕駛控制，通過GPS、電子羅盤和超聲波傳感器進行定位及導航，實現(xiàn)設(shè)定路線航行、漫游、污染源搜索控制和自動歸航泊位等功能。自動歸航泊位功能可使船定時回基站維護?？稍诨净蛲ㄟ^手機遙控機械臂，使船處于停泊或出發(fā)狀態(tài)。 5.無線通訊系統(tǒng)通過GPRS與基站無線數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對船舶的遠程控制及將監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)和船舶周邊影像傳回到基站和手機上。 五大系統(tǒng)的配合工作共同完成了無人駕駛太陽能動力自動環(huán)境監(jiān)測船的監(jiān)測任務(wù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 針對我國目前河流、湖泊等水域嚴峻的污染情況，以及人工監(jiān)測方式繁瑣，監(jiān)測工作量大的現(xiàn)狀，我們設(shè)計研發(fā)了這艘無人駕駛環(huán)境監(jiān)測船，達到縮短監(jiān)測周期，提高監(jiān)測效率，數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)哪康摹ＴO(shè)計思路： 1)開發(fā)一套環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，代替人工監(jiān)測方式，并基于水質(zhì)污染參數(shù)變化與船的路徑來自動搜索污染源。 2)利用GPS、電子羅盤和超聲波傳感器，實現(xiàn)船的定位與導航以及避障工作，將現(xiàn)有成熟的導航技術(shù)集成在低成本的小型船舶中，在提高其智能性的同時，也使本項目在面向中低端市場更具競爭性。 3)通過GPRS通訊系統(tǒng)完成環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時遠程傳輸，并在后期開發(fā)出了遠程監(jiān)測界面，實現(xiàn)了對船的實時遠程監(jiān)控。 4)可靠的能源供應系統(tǒng)，保證了船適合在多種天氣情況下工作。解決了小型人工監(jiān)測船由于受到時間和天氣的影響無法長時間遠距離的續(xù)航工作的難題。 創(chuàng)新點及技術(shù)關(guān)鍵: 1)針對我國污染情況較為嚴重，具有實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)男⌒蜔o人環(huán)境監(jiān)測船未見報道，本項目的研發(fā)將為我國湖泊、風景區(qū)等水域的大氣水質(zhì)情況監(jiān)測提供很大幫助。 2)污染源搜索技術(shù)---監(jiān)測船中央控制器會判斷水質(zhì)污染參數(shù)的變化與船行徑軌跡變化的關(guān)系，自主搜索污染源疑似位置，并向基站發(fā)送報警 3)將雙模式無線傳輸通訊方法應用于水域環(huán)境監(jiān)測船中。將冗余技術(shù)應用于無線數(shù)據(jù)傳輸，與傳統(tǒng)的人工監(jiān)測船相比，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，也提高了監(jiān)測船工作效率。 4）開發(fā)了自動泊位機構(gòu)，真正的實現(xiàn)了監(jiān)測船從開始工作到泊位完全無人化。
科學性、先進性
- 1）自主航行--由程序設(shè)定軌跡，船自主完成導航，跟人工駕駛監(jiān)測船相比，能更準確地到達監(jiān)測的水域，而且不需考慮天氣因素所帶來的影響，同樣節(jié)省了人力資源。 2）監(jiān)測多種環(huán)境參數(shù)--可監(jiān)測大氣環(huán)境，如風速、風向、濕度、空氣質(zhì)量等；水體狀況，如水溫、PH值、溶氧度、氨氮等。 3）污染源自主搜索--監(jiān)測船中央控制器會判斷水質(zhì)污染參數(shù)的變化與船行徑軌跡的關(guān)系，自主搜索污染源疑似位置，提高了船的智能性。 4）清潔的能源動力系統(tǒng)--太陽能電池是36V/100W，共3塊，總功率300W；選用的蓄電池是36V/12安時，共2組；能源切換使用，實現(xiàn)監(jiān)測船的零排污。 5）人機交互--應用雙模式無線傳輸通訊。a：由GPRS模塊與上位機組成接收機與船上GPRS模塊通訊。b：由手機與船上GPRS模塊進行通訊。兩種無線傳輸系統(tǒng)共同完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸。 6）完善的安全傳感器組合--紅外熱釋電傳感器、進水傳感器、遇到外人侵入、障礙物和碰撞等緊急情況，能及時報警，提高監(jiān)測船的安全可靠性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年6月，榮獲浙江省第十一屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室完成階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 該船集成了一批環(huán)境監(jiān)測傳感器，可實現(xiàn)對環(huán)境實時、連續(xù)跟蹤監(jiān)測，對加大重點污染區(qū)域的監(jiān)測力度定會帶來很大幫助。 我們將環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與GPS等成熟技術(shù)有機集成，解決了系統(tǒng)集成的多個問題，將單項技術(shù)的優(yōu)勢轉(zhuǎn)化成應用系統(tǒng)的優(yōu)勢。相比于其它監(jiān)測船，其體積小，操作方便，對環(huán)境要求較高的景區(qū)的環(huán)境監(jiān)測，更能體現(xiàn)其實時監(jiān)測，快速作業(yè)的優(yōu)勢。同時，本項目成本低，可工作多年，相比人力，更具有經(jīng)濟優(yōu)勢。 我國2007年因污染造成天然漁業(yè)資源經(jīng)濟損失36.43億元，其中內(nèi)陸水域天然漁業(yè)資源經(jīng)濟損失為8.55億元，海洋天然漁業(yè)資源經(jīng)濟損失為27.88億元。本監(jiān)測船的應用將會及時、及早發(fā)現(xiàn)隱情，從而減小損失。 本項目在我校的“日月湖”開展了實驗。實驗說明了該船有良好的市場應用前景，尤其是在水域保護領(lǐng)域。浙江省是一個旅游大省，河流、湖泊較多，且多屬于風景區(qū)，對環(huán)境要求較高。該船的應用，節(jié)省人力，方便了環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，對景區(qū)環(huán)境質(zhì)量提升帶來很大幫助，又可帶來連鎖的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 我國湖泊面臨著嚴峻的環(huán)境問題。如西部湖泊萎縮、咸化、甚至干涸；東部湖泊圍墾與網(wǎng)圍養(yǎng)殖嚴重，污染加劇。我國北方和西部受自然環(huán)境的限制以及經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，水資源嚴重短缺；而水資源比較豐富的南方卻因水環(huán)境的人為污染而造成水質(zhì)性缺水，嚴重制約著人類的生存和區(qū)域的經(jīng)濟與社會發(fā)展，必須引起社會的高度重視和采取有力的措施，加強湖泊環(huán)境的保護與治理，維持人與自然的和諧和區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。但是內(nèi)陸湖泊流域的環(huán)境監(jiān)測工作一直由于工作量大、工作面廣等多種因素難以進行頻繁性監(jiān)測，導致內(nèi)陸湖泊大氣水質(zhì)情況的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)不能得以及時的更新。 目前國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測船依然很少，主要代表有以下兩種： 1）“天象一號”無人駕駛海上探測船?！疤煜笠惶枴睙o人船氣象探測系統(tǒng)能夠提供的風速、風向、氣溫、濕度、水溫等測量值。主要作業(yè)對象為氣象情況?！疤煜笠惶枴睘楸本W運會的青島奧帆賽的氣象保障服務(wù)做出了很大的貢獻，這也是世界上首次應用無人船進行氣象探測。（） 2）“長江水環(huán)監(jiān)2000”。（大型人工駕駛）這艘監(jiān)測船能夠快速、準確地進行長江水環(huán)境監(jiān)測，監(jiān)督、監(jiān)測沿江入河排污狀況，并對省界水體、重點污染河段及水污染事故實行動態(tài)監(jiān)測。這艘船自2000年投入使用，在這次“長江行動”啟動前，又專門配備了多套專業(yè)設(shè)備。 我們研發(fā)的這艘自主水域環(huán)境監(jiān)測船不僅可以監(jiān)測大氣的相關(guān)的風速、風向、氣溫、濕度、氣壓、空氣質(zhì)量、光照、噪音、降雨量等數(shù)據(jù)，同樣也可以監(jiān)測水質(zhì)的水溫、PH值、溶氧度、氨氮等數(shù)據(jù)，而且具有數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)裙δ?，具有很好的社會效益與價值，能為我國的環(huán)保事業(yè)作出一定的貢獻。 隨著中國政府對污染物控制和節(jié)能減排的日益重視，我國環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域機遇大于挑戰(zhàn)。未來幾年，在中國自動化、多功能、即時的、系統(tǒng)化、智能型的高附加值產(chǎn)品會進一步受到青睞，重點發(fā)展的產(chǎn)品有水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)、煙塵和SO2在線自動監(jiān)測系統(tǒng)、有機污染物自動連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)、重點污染源監(jiān)測系統(tǒng)和在線便攜式應急監(jiān)測設(shè)備等。本項目迎合了社會的發(fā)展，勢必會產(chǎn)生一定的市場價值。
