CN109133364A - 可远程自控移动的人工生态系统 - Google Patents

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刘晓静
陈晓萌
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Abstract

本发明涉及一种可远程自控移动的人工生态系统，包含动力系统、检测系统、定位系统，可根据需要自由选取用于检测不同目标物的检测器；动力系统和定位系统结合，可以实现人工生态系统的任意方向行驶；wifi控制模块与接收模块连接，同时在手机上安装app，可以实现在任何有网络信号的地方控制，从而实现远距离控制人工生态系统移动。同时多功能遥控式可移动人工生态系统上GPS定位系统，能够实时向手机发送人工生态系统的地理位置与周围环境影像，可以随时掌握水周围环境情况及明显的水面水质变化。适用于自然河流、城市河道、湖泊等天然水体的水质深度净化和在实验室条件下的模拟试验。

Description

可远程自控移动的人工生态系统
技术领域
本发明涉及一种水处理技术，特别涉及一种可远程自控移动的人工生态系统。
背景技术
如今，自然河流和城市河道污染备受人们关注，污染不仅影响了景观环境，甚至还危及到人们的健康和大自然的和谐，景观水体具有重要的景观和生态价值，可以起到美化环境，改善小气候和调节生态环境的作用。但大多数城市景观水体为滞留或流动性较差的封闭缓流水体，自净能力差。人类活动的影响或雨水径流所携带的污染物进入水体后极易造成水体富营养化，水质恶化，严重影响了景观水体的生态景观功能。目前景观治理和生态修复是城市景观水体综合整治的重要目标。人工浮岛是利用水生植物及微生物净化水体的一种无污染、投资少、见效快的水体原位生态修复技术。由于人工浮岛植物在净化水质的同时还可以美化环境，因此近年来被广泛应用于天然景观河道与湖泊水体的治理，其净水原理主要是利用植物对氮磷等营养元素的吸收和根系微生物对污染物的降解来达到净化水质的目的。但是到目前为止，关于生态浮岛的研究只关注于植物的选取而未对浮岛进行技术上的创新，比如浮岛材料的选择、浮岛的移动与固定等。
发明内容
本发明是针对目前水环境修复与保护存在的问题，提出了一种可远程自控移动的人工生态系统，实现人工生态系统的智能化、功能化。
本发明的技术方案为：一种可远程自控移动的人工生态系统，包括动力系统、检测系统和定位系统，动力系统包括接收模块、发射模块、wifi信号接收控制器、电源、电机及螺旋桨；检测系统为安装在与水体直接接触区域的可按时自动检测水质的检测器装置；定位系统包括GPS定位器及与定位器关联的手机客户端；水面移动载体上GPS定位器信号送至手机客户端，手机客户端输出行驶路线到wifi信号接收控制器，wifi信号接收控制器将接收信号送至发射模块，发射模块将信号发出；水面移动载体上接收模块接收信号后输出驱动信号到电机，电机转动控制螺旋桨正反转，即控制水面移动载体移动，到达所需测试水域；检测系统置于水面移动载体上采集测试水域水质信号或治理水质信号通过检测系统可远程自控移动的人工生态系统发回手机客户端。
所述水面移动载体上有数个阵列排布的植物栽种孔，挺水植物固定在水面移动载体上，同时让根部通过植物栽种孔扎入水中。
所述检测系统包括水质检测器恶和其上安装的安装GPRS模块，GPRS模块将传感器模拟量数据采集转换成数字量传输到手机客户端。
本发明的有益效果在于：本发明可远程自控移动的人工生态系统，是一种智能的、可远程操控的、具有水质净化、自动检测功能和定位功能的多功能移动式人工生态系统装置；本装置包含动力系统、检测系统、定位系统，组装时可根据需要自由选取用于检测不同目标物的检测器；本装置与手机app(移动控制app，GPS定位)关联，app均为全中文界面，系统界面简洁，操作简单，适用于高、中、低文化水平人群。适用于自然河流、城市河道、湖泊等天然水体的水质深度净化和在实验室条件下的模拟试验。
附图说明
图1为本发明实验模拟河道所使用的可远程自控移动的人工生态系统俯视图；
图2为本发明实验模拟河道所使用的可远程自控移动的人工生态系统主视图；
图3为本发明系统中遥控式动力装置示意图；
图4为本发明系统中发射装置电路连接示意图；
图5为本发明实施方案中室内模拟河道的俯视图。
具体实施方式
可远程自控移动的人工生态系统主要包括动力系统、检测系统和定位系统，动力系统包括接收模块、发射模块、wifi信号接收控制器、电源、电机、转动轴及螺旋桨；检测系统是安装在与水体直接接触区域的可按时自动检测水质的检测器装置，检测器装置可根据水质监测与治理需求搭载不同的水质检测器(如溶解氧、电导率、TP、COD等)；定位系统包括GPS定位器及能够让研究人员在手机上查看人工生态系统在水体表面的具体位置，与定位器关联的app软件，app软件具有实景定位功能，能够在地图上看到水体表面及周围建筑环境的三维电子地图，帮助操作人员更准确、更快速地掌握人工生态系统的位置与状态。本发明中实景定位功能指的是能够显示整个区域的GPS卫星地图，即卫星地图，又称“卫星遥感图像或是卫星影像”，顾名思义，是借助卫星为媒介，向用户真实反馈地球地表面貌的图像，且卫星地图上看到的地表面貌是真实而实时的，分辨率最高可达0.6米，因此应用于湖泊河流中浮岛的实时定位是完全可行的。该功能的实现不需要摄像头，信息采集来自于卫星传输，只需下载手机app百度地图，或其他地图软件，与购买的GPS定位器进行连接，便可实现上述功能。
如图1和2所示实验模拟河道所使用的可远程自控移动的人工生态系统俯视图和主视图，在一块长方形亚克力浮板4上有数个阵列排布的植物栽种孔3，设置植物栽种孔3是为了将挺水植物固定在亚克力板4上，同时让根部通过植物栽种孔3扎入水中。长方形亚克力浮板4下方有数个亚克力浮球5，保证长方形亚克力浮板4浮在水面上，长方形亚克力浮板4尾部上面有亚克力控制盒1，亚克力控制盒1内有斜置的动力装置承载板6，两个电机2固定在动力装置承载板6上，通过转动轴7伸出亚克力控制盒1，转动轴7尾部接螺旋桨8。
如图3所示系统中遥控式动力装置示意图，亚克力控制盒1内除了电机2还有接收电路板9、GPS定位器10、电源(5V)11。
如图4所示系统中发射装置电路连接示意图，包括电源、发射板、wifi信号接收控制器，wifi信号接收控制器接收手机发出的指令送发射板，发射板将信号发出给亚克力控制盒1内接收电路板9；接收电路板9接收信号后输出驱动信号到电机，电机2转动控制螺旋桨8正反转，即控制漂浮在水上的长方形亚克力浮板4移动，到达所需测试水域。
在实验室模拟水质净化平台中，如图5所示，搭建的试验平台为一个环形的储水装置，包括固定台、水槽和挡板、水流推进器、速度测试仪、加热管、进水管、出水管、采样管、排污管、防水灯管、曝气头、电动驱动以及取样蠕动泵，模拟城市河流的水动力条件。
在实验室具体实施过程中，在平台底部铺设底泥，注入河水(上海市杨浦区海安路桥段)，在本发明所述的可远程控制的浮动式生态浮岛(图1、图2)上种上植物(旱伞草、菖蒲等)，驯化3天，待植物生长稳定后投加目标药物，浓度为10μg/L，本试验的目的是研究水生植物对城市河流中微污染物的去除效果。采样时间为0,0.5,1,2,5,10,15天，每次250mL水样和10mL混合沉积样，并在5、10、15天时采集植物样品，探究模拟实验中常规水质指标(氨氮、总磷、COD、TOC)的变化以及药物在水相、沉积相、植物相中的存在情况。浮动式浮岛每天在9:00和21：00分别移动一次，由手机app远程控制，此操作的目的是均匀水生植物的净化水域，提高净水效率。
在实验室具体实施过程中，由于是室内模拟试验，试验装置总长度为2m，而GPS定位系统的室内精度>1.5m，故室内试验不采用GPS定位系统。
在实验室具体实施过程中，不使用水质实时监测功能。
在具体实施过程中，所使用的生态浮岛为市场上常见的高密度聚乙烯材质的浮岛拼接板(330×330×65mm)拼接而成，高密度聚乙烯材料具有强度高,经久耐用,对生态无毒性,而且重量轻,浮力大,抗腐蚀,耐碱、海水、化学品、油渍侵蚀等优点,拼接面积和形状根据实际需要而定。
在具体实施过程中，动力装置的实际大小和比例根据浮岛的大小和载重来组装。
在具体实施过程中，GPS定位器安装在生态浮岛上，做好防水工作，手机上下载相关地图app，可在手机上查看浮岛在河道或湖泊中的具体位置，切换实景模式，即GPS地图，可查看湖泊或河流的卫星影像。
在具体实施过程中，将水质检测器安装在生态浮岛上，在浮岛上搭载水质检测仪，对水质进行实时监测，并将数据发送至后台软件，以此来掌握水质的实时情况。此功能在水质监测领域并未实现。然而，目前市场上具有的水质检测器能够对水质进行实时监测并通过连接的显示器显示监测数据。若要实现浮岛上搭载的水质检测器监测数据通过云端传输至其他设备端口，可在检测器上安装GPRS模块(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可将传感器模拟量数据采集转换成数字量传输到后台软件，实现对前端串口数据与模拟量数据分析和监控，在水质监测器上安装好GPRS模块后，开发相应的接收平台(网站或手机app)，建立通信连接通道，便能实现上述功能。

Claims (3)

1.一种可远程自控移动的人工生态系统，其特征在于，包括动力系统、检测系统和定位系统，动力系统包括接收模块、发射模块、wifi信号接收控制器、电源、电机及螺旋桨；检测系统为安装在与水体直接接触区域的可按时自动检测水质的检测器装置；定位系统包括GPS定位器及与定位器关联的手机客户端；水面移动载体上GPS定位器信号送至手机客户端，手机客户端输出行驶路线到wifi信号接收控制器，wifi信号接收控制器将接收信号送至发射模块，发射模块将信号发出；水面移动载体上接收模块接收信号后输出驱动信号到电机，电机转动控制螺旋桨正反转，即控制水面移动载体移动，到达所需测试水域；检测系统置于水面移动载体上采集测试水域水质信号或治理水质信号通过检测系统可远程自控移动的人工生态系统发回手机客户端。
2.根据权利要求1所述可远程自控移动的人工生态系统，其特征在于，所述水面移动载体上有数个阵列排布的植物栽种孔，挺水植物固定在水面移动载体上，同时让根部通过植物栽种孔扎入水中。
3.根据权利要求1所述可远程自控移动的人工生态系统，其特征在于，所述检测系统包括水质检测器恶和其上安装的安装GPRS模块，GPRS模块将传感器模拟量数据采集转换成数字量传输到手机客户端。
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