CN108557002A - 一种清漂船及其清漂方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种清漂船及其清漂方法，清漂船包括船体、清漂系统和动态路径规划控制系统，船体采用双体船结构，清漂系统包括漂浮式垃圾围栏和垃圾围栏收放器，漂浮式垃圾围栏与船体间形成半封闭的垃圾回收区，垃圾通过双体船两片体之间进入垃圾回收区，并随船移动，垃圾围栏收放器调节漂浮式垃圾围栏的长度，动态路径规划控制系统包括超声波传感器和单片机信息处理系统，超声波传感器安装于船首，实现对漂浮垃圾的识别，单片机信息处理系统对所得信息进行分析，确定漂浮垃圾的位置，并进行路径规划。本发明清漂船可以实现景区湖泊、河道等清理水域的自动路径规划，优化清漂路线，从而实现对水面漂浮物的自动清理，提高清漂效率。

Description

一种清漂船及其清漂方法

技术领域

本发明涉及水域清污技术领域，具体涉及一种清漂船及其清漂方法。

背景技术

水域污染一直以来是困扰经济发展、生活健康的主要难题之一。对于城市内河、景区湖泊、水库等特定水域，由于其不仅是人们生活用水的主要水源也是重要的观赏与娱乐场所，污染物存在的影响更加直接与严重，一方面影响了人们正常用水，另外一方面破坏了环境的观赏性。因此对于特定水域的污染物进行清理十分重要。

城市内河、景区湖泊、水库等水域的污染物主要是漂浮垃圾。对于漂浮垃圾的清理，目前最常用的两种方式，分别是人力治理与大型船体的机械化作业。其中，人力治理的劳动强度大，安全性低，不能24小时连续作业，工作质量难以保证；大型船体的机械化作业的治理机动性差，出行成本高，且作业期间极为影响景区的参观环境，两种方式都并不适用于上述特定水域。与此同时，城市内河、景区湖泊、水库等水域的污染物清理方式还必须满足二次污染少、清漂过程美观等特殊要求。为了解决这一问题，需要一种清洁、智能的小型清漂船。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种清漂船及其清漂方法，它可实现在城市内河、景区湖泊、水库自动规划路径并对其水面漂浮物进行清理，提高清漂效率、降低清漂风险。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种清漂船，包括船体和清漂系统，所述船体采用双体船结构，包括两个片体和连接两个片体的甲板桥，甲板桥上设置设备舱室；所述清漂系统包括漂浮式垃圾围栏和垃圾围栏收放器，所述漂浮式垃圾围栏由垃圾围栏收放器释放于所述船体后方，漂浮于水面上，漂浮式垃圾围栏与船体间形成半封闭的垃圾回收区，垃圾通过双体船两片体之间进入垃圾回收区，并随船移动，所述垃圾围栏收放器用于调节所述漂浮式垃圾围栏的长度；

所述清漂船还包括设置于所述设备舱内的动态路径规划控制系统，所述动态路径规划控制系统包括超声波传感器和单片机信息处理系统，所述超声波传感器安装于船首，实现对漂浮垃圾的识别，并将探测信号传递至单片机信息处理系统，单片机信息处理系统对所得信息进行分析，确定漂浮垃圾的位置，并进行路径规划。

上述方案中，所述漂浮式垃圾围栏包括若干个依次相连的聚乙烯浮体，所述聚乙烯浮体内部用环保型聚氨酯填充发泡，连接好的聚乙烯浮体通过聚氨酯外套包裹成带。

上述方案中，所述垃圾围栏收放器包括双回转装置、拉力传感器和电机，所述双回转装置和电机均设置于所述设备舱室内，所述电机驱动所述双回转装置正转或反转，所述漂浮式垃圾围栏的首端穿过所述船体的一个片体后与所述双回转装置连接，所述漂浮式垃圾围栏的尾端与所述拉力传感器连接，所述拉力传感器安装于所述船体的另一个片体末端，所述双回转装置正转实现漂浮式垃圾围栏的投放、反转实现漂浮式垃圾围栏的收拢。

上述方案中，所述清漂船还包括设置于所述设备舱内的清漂系统控制系统，所述拉力传感器对所述漂浮式垃圾围栏所受拉力进行监测，并将监测信号传递至所述清漂系统控制系统进行分析，所述清漂系统控制系统根据监测信号测算出所收集的漂浮垃圾量，从而判断所需要释放漂浮式垃圾围栏的长度。

上述方案中，所述清漂船还包括风光储混合推进系统，所述风光储混合推进系统包括风光储互补发电系统和推进装置，所述风光储互补发电系统包括风力发电机组、光伏组件和蓄电池，所述风力发电机组安装于所述船体的片体上，所述光伏组件安装于所述设备舱室的顶部，所述蓄电池安装于所述设备舱室内；所述风力发电机组、光伏组件、蓄电池共同作为清漂船的动力来源，当风力发电机组、光伏组件所提供的能量能够支持清漂船工作，则由它们直接供能，多余电量存储于蓄电池；当风力发电机组、光伏组件所提供的能量不够支持清漂船工作，则蓄电池同步供电。

上述方案中，所述推进装置为吊舱式推进器，所述吊舱式推进器有两个，分别安装于两片体下方。

上述方案中，所述风力发电机组采用垂直轴风力涡轮机，光伏组件采用柔性太阳能电池，蓄电池采用锂离子蓄电池。

上述方案中，所述动态路径规划控制系统针对不同的水域能够基于算法实现不同的运行方式，针对狭长水域采用改进的往复前进式巡航，针对广阔水域采用改进的内螺旋逻辑路线与栅格法相结合的循环式巡航。

本发明还提出利用上述的清漂船实现的清漂方法，该方法包括以下步骤：

S1、清漂船通过对不同水域的判断，采取合适的方式进行全局路径规划：在狭长水域，清漂船采用改进的往复前进式巡航方式；在广阔水域，清漂船采用改进的内螺旋逻辑路线与栅格法相结合的循环式巡航方式；

S2、在确定了全局路径后，清漂船在行进过程中依靠超声波传感器对较大水域范围内的漂浮垃圾数量与分布情况进行扫描识别，探测出船体前方的漂浮垃圾的位置信息，通过船上搭载的单片机信息处理系统对信息进行即时处理，从而进行下一步的清理路径规划：当探测出漂浮垃圾时，以清理漂浮垃圾为目标进行局部最优路径规划，若未探测出漂浮物，则继续全局路径规划；

S3、动态路径规划控制系统将路径规划信息指令传到风光储混合推进系统，推进系统按照所规划的路径巡航；

S4、在巡航过程中，垃圾围栏收放器释放漂浮式垃圾围栏，拉力传感器对漂浮式垃圾围栏所受拉力进行监测，监测数据通过清漂系统控制系统进行分析，并以此测算出所收集的漂浮垃圾量，从而判断所需要释放漂浮式垃圾围栏的长度，进而完成清漂过程。

本发明的有益效果在于：

本发明清漂船采用双体船结构，在两片体末端安装长度可调的漂浮式垃圾围栏对漂浮垃圾进行收集，漂浮式垃圾围栏通过垃圾围栏收放器调节其长度，能够更高效、简便地完成水面漂浮物的清理，双体船结构不仅增加了垃圾回收区的存储空间，还提高了船体稳定性。另外在清漂船上设置动态路径规划控制系统对被清污水域进行路径规划，实现对水面漂浮物的全面清理，保证清污效果。

本发明清漂船基于风光储混合的推进方式，使得清漂船不会因动力问题产生二次污染。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明清漂船的立体结构示意图；

图2是图1所示清漂船的侧剖视图；

图3是本发明清漂船的往复前进式巡航方式示意图；

图4是本发明清漂船的内螺旋逻辑路线与栅格法相结合的循环式巡航方式示意图。

图中：100、清漂船；10、船体；11、片体；12、设备舱室；21、漂浮式垃圾围栏；211、聚乙烯浮体；212、聚氨酯外套；221、双回转装置；222、拉力传感器；223、电机；311、风力发电机组；312、光伏组件；313、蓄电池；32、推进装置；41、超声波传感器；42、单片机信息处理系统；50、清漂系统控制系统；200、垃圾回收区。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-2所示，为本发明一较佳实施例的清漂船100，该清漂船100主要运用于城市内河、景区湖泊、水库等水域的漂浮垃圾清理，清漂船100包括船体10和安装于船体10上的清漂系统，船体10采用双体船结构，包括两个片体11和连接两个片体11的甲板桥，甲板桥上设置设备舱室12。清漂系统包括漂浮式垃圾围栏21和垃圾围栏收放器，漂浮式垃圾围栏21由垃圾围栏收放器释放于船体10后方，漂浮于水面上，漂浮式垃圾围栏21与船体10间形成半封闭的垃圾回收区200，垃圾通过双体船两片体11之间进入垃圾回收区200，并随船移动，垃圾围栏收放器用于调节漂浮式垃圾围栏21的长度。

漂浮式垃圾围栏21包括若干个依次相连的聚乙烯浮体211，聚乙烯浮体211内部用环保型聚氨酯填充发泡，连接好的聚乙烯浮体211通过聚氨酯外套212包裹成带。

垃圾围栏收放器包括双回转装置221、拉力传感器222和电机223，双回转装置221和电机223均设置于设备舱室12内，电机223驱动双回转装置221正转或反转，漂浮式垃圾围栏21的首端穿过船体10的一个片体11后与双回转装置221连接，漂浮式垃圾围栏21的尾端与拉力传感器222连接，拉力传感器222安装于船体10的另一个片体11末端，双回转装置221正转实现漂浮式垃圾围栏21的投放、反转实现漂浮式垃圾围栏21的收拢。由于漂浮式垃圾围栏21的长度可以调节，能够更高效、简便地完成水面漂浮物的清理，双体船结构不仅增加了垃圾回收区200的存储空间，还提高了船体稳定性。

清漂船100还包括设置于设备舱内的动态路径规划控制系统，动态路径规划控制系统包括超声波传感器41和单片机信息处理系统42，超声波传感器41安装于船首，实现对漂浮垃圾的识别，超声波传感器41不断监测数值信息，并将探测信号传递至单片机信息处理系统42，单片机信息处理系统42对所得信息进行分析，确定漂浮垃圾的位置，并进行路径规划，实现对水面漂浮物的全面清理，保证清污效果。

动态路径规划控制系统针对不同的水域能够基于算法实现不同的运行方式，针对河道等狭长水域采用改进的往复前进式巡航(如图3所示)，针对湖面等广阔水域采用改进的内螺旋逻辑路线与栅格法相结合的循环式巡航(如图4所示)。

清漂船100还包括风光储混合推进系统，风光储混合推进系统包括风光储互补发电系统和推进装置32。风光储互补发电系统包括风力发电机组311、光伏组件312和蓄电池313，风力发电机组311安装于船体10的片体11上，光伏组件312安装于设备舱室12的顶部，蓄电池313安装于设备舱室12内。风力发电机组311、光伏组件312、蓄电池313共同作为清漂船100的动力来源，当风力发电机组311、光伏组件312所提供的能量能够支持清漂船100工作，则由它们直接供能，多余电量存储于蓄电池313；当风力发电机组311、光伏组件312所提供的能量不够支持清漂船100工作，则蓄电池313同步供电。本发明清漂船100基于风光储混合的推进方式，使得清漂船100不会因动力问题产生二次污染。

本实施例中，风力发电机组311采用垂直轴风力涡轮机，光伏组件312采用柔性太阳能电池，蓄电池313采用锂离子蓄电池。推进装置32为吊舱式推进器，吊舱式推进器有两个，分别安装于两片体11下方，使其可以在水面漂浮前进。

清漂船100还包括设置于设备舱室12内的清漂系统控制系统50，拉力传感器222对漂浮式垃圾围栏21所受拉力进行监测，并将监测信号传递至清漂系统控制系统50进行分析，清漂系统控制系统50根据监测信号测算出所收集的漂浮垃圾量，从而判断所需要释放漂浮式垃圾围栏21的长度。

本发明还提出了利用上述清漂船100实现的清漂方法，该方法包括以下步骤：

S1、清漂船100通过对不同水域的判断，采取合适的方式进行全局路径规划：在河道等狭长水域，清漂船100采用改进的往复前进式巡航方式；在水库、景观湖等广阔水域，清漂船100采用改进的内螺旋逻辑路线与栅格法相结合的循环式巡航方式。

当采用改进的往复前进式巡航方式进行全局路径规划时，基于GPS确定起始位置，依靠超声波传感器41探测前方岸线距离，结合船体10实际的航速、航向、风向、水流速度等数据运用CFD方法模拟船舶操纵计算出清漂船100转U型弯需要的距离，并计算出安全转弯距离范围，运用LOS循迹控制方法确保清漂船100按照预定的路径航行，并在安全转弯距离内进行U型转弯，直至巡航结束。

当采用改进的内螺旋逻辑路线与栅格法相结合的循环式巡航方式进行全局路径规划时，基于GPS确定起始位置，依靠超声波传感器41，将探测到的信息统一划分在清漂船100正前方一定范围的矩形栅格中，在栅格内进行障碍物、漂浮垃圾的分类、识别及跟踪，运用LOS循迹控制方法确保清漂船100运行至栅格i_n底部之后旋转90°，形成下一个栅格进行运行，直至巡航结束。

S2、在确定了全局路径后，清漂船100在行进过程中依靠超声波传感器41对较大水域范围内的漂浮垃圾数量与分布情况进行扫描识别，当探测出船体10前方的漂浮垃圾的位置信息，通过船上搭载的单片机信息处理系统42对信息进行即时处理，由探测到的需要清理的漂浮垃圾组成若干必须经过的路径点，两个相邻路径点之间的航线根据遗传算法进行搜寻和优化，得出局部最优规划路径；以静水中的规划路径结果为基础，考虑水流影响进行路径修正，以保证水流中的路径规划结果仍然满足船舶操纵性约束条件；若未探测出漂浮物，则继续全局路径规划，在航行过程中遇到的障碍物，结合Dijkstra双桶算法进行避障。

S3、动态路径规划控制系统将路径规划信息指令传到风光储混合推进系统，推进系统按照所规划的路径巡航。

S4、在巡航过程中，垃圾围栏收放器释放漂浮式垃圾围栏21，拉力传感器222对漂浮式垃圾围栏21所受拉力进行监测，监测数据通过清漂系统控制系统50进行分析，并以此测算出所收集的漂浮垃圾量，从而判断所需要释放漂浮式垃圾围栏21的长度，进而完成清漂过程。

采用本发明的清漂方法，可实现在城市内河、景区湖泊、水库自动规划路径并对其水面漂浮物进行清理，提高清漂效率、降低清漂风险。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种清漂船，包括船体和清漂系统，其特征在于，所述船体采用双体船结构，包括两个片体和连接两个片体的甲板桥，甲板桥上设置设备舱室；所述清漂系统包括漂浮式垃圾围栏和垃圾围栏收放器，所述漂浮式垃圾围栏由垃圾围栏收放器释放于所述船体后方，漂浮于水面上，漂浮式垃圾围栏与船体间形成半封闭的垃圾回收区，垃圾通过双体船两片体之间进入垃圾回收区，并随船移动，所述垃圾围栏收放器用于调节所述漂浮式垃圾围栏的长度；

所述清漂船还包括设置于所述设备舱内的动态路径规划控制系统，所述动态路径规划控制系统包括超声波传感器和单片机信息处理系统，所述超声波传感器安装于船首，实现对漂浮垃圾的识别，并将探测信号传递至单片机信息处理系统，单片机信息处理系统对所得信息进行分析，确定漂浮垃圾的位置，并进行路径规划。

2.根据权利要求1所述的清漂船，其特征在于，所述漂浮式垃圾围栏包括若干个依次相连的聚乙烯浮体，所述聚乙烯浮体内部用环保型聚氨酯填充发泡，连接好的聚乙烯浮体通过聚氨酯外套包裹成带。

3.根据权利要求1所述的清漂船，其特征在于，所述垃圾围栏收放器包括双回转装置、拉力传感器和电机，所述双回转装置和电机均设置于所述设备舱室内，所述电机驱动所述双回转装置正转或反转，所述漂浮式垃圾围栏的首端穿过所述船体的一个片体后与所述双回转装置连接，所述漂浮式垃圾围栏的尾端与所述拉力传感器连接，所述拉力传感器安装于所述船体的另一个片体末端，所述双回转装置正转实现漂浮式垃圾围栏的投放、反转实现漂浮式垃圾围栏的收拢。

4.根据权利要求3所述的清漂船，其特征在于，所述清漂船还包括设置于所述设备舱内的清漂系统控制系统，所述拉力传感器对所述漂浮式垃圾围栏所受拉力进行监测，并将监测信号传递至所述清漂系统控制系统进行分析，所述清漂系统控制系统根据监测信号测算出所收集的漂浮垃圾量，从而判断所需要释放漂浮式垃圾围栏的长度。

5.根据权利要求1所述的清漂船，其特征在于，所述清漂船还包括风光储混合推进系统，所述风光储混合推进系统包括风光储互补发电系统和推进装置，所述风光储互补发电系统包括风力发电机组、光伏组件和蓄电池，所述风力发电机组安装于所述船体的片体上，所述光伏组件安装于所述设备舱室的顶部，所述蓄电池安装于所述设备舱室内；所述风力发电机组、光伏组件、蓄电池共同作为清漂船的动力来源，当风力发电机组、光伏组件所提供的能量能够支持清漂船工作，则由它们直接供能，多余电量存储于蓄电池；当风力发电机组、光伏组件所提供的能量不够支持清漂船工作，则蓄电池同步供电。

6.根据权利要求5所述的清漂船，其特征在于，所述推进装置为吊舱式推进器，所述吊舱式推进器有两个，分别安装于两片体下方。

7.根据权利要求5所述的清漂船，其特征在于，所述风力发电机组采用垂直轴风力涡轮机，光伏组件采用柔性太阳能电池，蓄电池采用锂离子蓄电池。

8.根据权利要求1所述的清漂船，其特征在于，所述动态路径规划控制系统针对不同的水域能够基于算法实现不同的运行方式，针对狭长水域采用改进的往复前进式巡航，针对广阔水域采用改进的内螺旋逻辑路线与栅格法相结合的循环式巡航。

9.利用权利要求1所述的清漂船实现的清漂方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、清漂船通过对不同水域的判断，采取合适的方式进行全局路径规划：在狭长水域，清漂船采用改进的往复前进式巡航方式；在广阔水域，清漂船采用改进的内螺旋逻辑路线与栅格法相结合的循环式巡航方式；

S2、在确定了全局路径后，清漂船在行进过程中依靠超声波传感器对较大水域范围内的漂浮垃圾数量与分布情况进行扫描识别，探测出船体前方的漂浮垃圾的位置信息，通过船上搭载的单片机信息处理系统对信息进行即时处理，从而进行下一步的清理路径规划：当探测出漂浮垃圾时，以清理漂浮垃圾为目标进行局部最优路径规划，若未探测出漂浮物，则继续全局路径规划；

S3、动态路径规划控制系统将路径规划信息指令传到风光储混合推进系统，推进系统按照所规划的路径巡航；

S4、在巡航过程中，垃圾围栏收放器释放漂浮式垃圾围栏，拉力传感器对漂浮式垃圾围栏所受拉力进行监测，监测数据通过清漂系统控制系统进行分析，并以此测算出所收集的漂浮垃圾量，从而判断所需要释放漂浮式垃圾围栏的长度，进而完成清漂过程。