CN111977803A - 一种智能模块化生态浮岛 - Google Patents

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侯晋芳
徐宾宾
张嘉莹
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CCCC First Harbor Engineering Co Ltd
Tianjin Port Engineering Institute Ltd of CCCC Frst Harbor Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种智能模块化生态浮岛，包括正三角形基础模块和正六边形基础模块两种形式的基础模块，能够根据景观设计需求组合拼装成所需形状。基础模块结构设计合理，拼装方便，每个基础模块中部预留有电气设备箱，底面设有用于安装悬浮气囊以及配重块的平衡槽，正面设有多个用于安装种植水生植物的固定网的预留空位。在生态浮岛上安装了风光互补供电系统、导航动力系统、植物栽培系统、曝气增氧系统、平衡配重系统、水质监测系统、远程通信系统等配套系统，能够实现导航、远程数据通信、远程遥控、水质监测以及曝气增氧等功能。

Description

一种智能模块化生态浮岛
技术领域
本发明属于水环境治理装置技术领域，具体涉及一种智能模块化生态浮岛。
背景技术
近年来，随着我国工业化、城市化进程逐步加快，大量城市河湖、流域水质污染程度不断加重，水体功能退化严重，社会关注度高。生态浮岛以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，通过生物修复方法达到净化水体的效果，同时具备景观作用，具有应用范围广、易于维护、成本低廉等特点。
传统生态浮岛形状较为固定，在景观设计及应用方面受到一定限制，且多为锚固形式，只能用于固定水域的定点修复，修复覆盖面较小。与此同时，在当今装备智能化的发展趋势下，传统生态浮岛功能略显单一，欠缺远程控制与数据交互能力，智能型、多功能化的生态浮岛已逐渐成为研究焦点。在此背景下，本发明设计开发了一种模块化智能型生态浮岛。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能模块化生态浮岛。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种智能模块化生态浮岛，包括正三角形基础模块和正六边形基础模块两种形式的基础模块；
正三角形基础模块的边长与正六边形基础模块的边长相同，正三角形基础模块的每个侧边以及正六边形基础模块的每个侧边分别设置有两个连接孔，各个侧边上的两组连接孔之间的孔间距都相同，以使多个正三角形基础模块、多个正六边形基础模块、以及正三角形基础模块和正六边形基础模块能够通过螺栓和两端螺帽根据景观设计需求进行组合拼装；
正三角形基础模块的中部和正六边形基础模块的中部预留有电气设备箱，该设备箱高于浮岛主体，上部配有防水盖板，引线开孔部位均采用线缆防水接头；
正三角形基础模块的底面和正六边形基础模块的底面都设有平衡槽，用于安装悬浮气囊以及配重块；
正三角形基础模块的正面和正六边形基础模块的正面均设有多个用于安装种植水生植物的固定网的预留空位。
在上述技术方案中，生态浮岛优选为采用一个正三角形基础模块和三个正六边形基础模块拼装而成，其中正三角形基础模块位于中心位置，三个正六边形基础模块分别与该正三角形基础模块的三个侧边一一连接。
在上述技术方案中，在生态浮岛上安装有风光互补供电系统、导航动力系统、植物栽培系统、曝气增氧系统、平衡配重系统、水质监测系统、远程通信系统等配套系统。
在上述技术方案中，在正三角形基础模块上安装风光互补供电系统、导航定位系统、远程通信系统以及曝气增氧系统的鼓风机；在每个正六边形基础模块上均安装水下动力系统和植物栽培系统，曝气增氧系统的曝气管环绕固定于每个正六边形基础模块下部，使用风管将正三角形基础模块上的鼓风机的出气口与三个正六边形基础模块上的曝气管连通；在其中一个正六边形基础模块上安装水质监测系统。
在上述技术方案中，所述风光互补供电系统，组合了风力发电与太阳能发电，两种能源互补以满足多种环境变化情况下的稳定供电。该风光互补供电系统由风机、太阳能电池板、供电控制模块、锂电储能模块组成。该该风光互补供电系统各组成模块应具备相应的防水、隔热性能，以避免遇水或线路老化所导致的供电系统损坏。供电系统配置数量应根据生态浮岛总耗电量进行设计，风光互补供电系统示意图见图8。
在上述技术方案中，所述导航动力系统由导航模块、高清摄像头、电机、传动杆、螺旋桨、转向舵以及控制模块组成，导航模块通过GPS定位芯片实时获取浮岛所处位置信息，并通过远程通信系统将位置信息实时传送至远程终端；导航动力系统配有的高清摄像头可进行360°转动，由远程终端经远程通信系统发送控制信号给导航动力系统的控制模块，进而控制模块对高清摄像头进行控制，用于操作浮岛移动时，通过高清摄像头实时观察周边水域障碍物情况；所述螺旋桨通过传动杆连接电机，配有转向舵控制前进方向，控制模块可控制电机启停及转向舵转向，同时连接远程通信系统，实现浮岛移动的远程操控。
在上述技术方案中，所述植物栽培系统包括固定网、种植篮及水生植物，在基础模块预留空位布置固定网，固定网为方形棋盘式网格，种植篮与固定网形状配套，种植篮左右两侧设置有两个挂耳，用于将种植篮固定在固定网上，种植篮内部种植水生植物。
在上述技术方案中，所述曝气增氧系统由鼓风机、风管、曝气管组成，鼓风机通过风管与曝气管连通，曝气管为柔性软管，曝气管单侧开孔，开孔角度与水平面呈30°角，曝气管安装时应使开孔面朝外，且气孔方向面向水下，保证气流斜下喷射入水，增大曝气面积。
在上述技术方案中，所述平衡配重系统由悬浮气囊和配重块组成，安装于基础模块预留的平衡槽内，悬浮气囊为橡胶材质充气气囊，长度略小于基础模块边长，充气后通过绑带固定在平衡槽内，配重块为矩形不锈钢材质，以减少金属腐蚀对水体环境的污染，配重块中心开孔，通过螺栓安装固定在平衡槽内。
在上述技术方案中，所述水质监测系统由监测传感器、数据采集模块、存储模块、传输线缆组成，监测传感器包括温度传感器、pH传感器、COD传感器、氧化还原电位传感器、氨氮传感器、溶解氧传感器、浊度传感器；数据采集模块采用多通道模块，可满足所有传感器同时采集数据，并可调节数据采集频率，将采集到的数据记录至存储模块，同时通过传输线缆将数据传输至远程通信系统；存储模块采用可移动存储介质，并设有备份存储功能，数据将同时存储在两套存储介质中，以保证数据的安全性；传输线缆采用柔性防水线缆，用于传感器、采集模块与远程通信系统间的数据传输。
在上述技术方案中，所述远程通信系统由终端模块、4G/5G无线模块组成，终端模块包括计算机客户端和手机应用程序两种形式，两种终端均可通过4G/5G无线模块连接生态浮岛，控制各系统启停与运行，实时传输数据，满足工作人员对生态浮岛的远程控制及指标监测。
本发明的优点和有益效果为：
本发明的生态浮岛采用模块化设计，能够根据景观设计需求将基础模块自由组合拼装成所需形状。基础模块结构设计合理，拼装方便，每个基础模块中部预留有电气设备箱，底面设有用于安装悬浮气囊以及配重块的平衡槽，正面设有多个用于安装种植水生植物的固定网的预留空位。
在生态浮岛上安装了风光互补供电系统、导航动力系统、植物栽培系统、曝气增氧系统、平衡配重系统、水质监测系统、远程通信系统等配套系统，能够实现导航、远程数据通信、远程遥控、水质监测以及曝气增氧等功能。
附图说明
图1.1是本发明中正三角形基础模块的正面立体结构示意图。
图1.2是本发明中正三角形基础模块的底面立体结构示意图。
图2.1是本发明中正六边形基础模块的正面立体结构示意图。
图2.2是本发明中正六边形基础模块的底面立体结构示意图。
图3是多个正三角形基础模块进行组合拼装的结构图。
图4是多个正六边形基础模块进行组合拼装的结构图。
图5是正三角形基础模块和正六边形基础模块之间进行组合拼装的结构图。
图6是正三角形基础模块和正六边形基础模块之间进行组合拼装的结构图。
图7是基础模块正面上的预留空位的局部结构放大图。
图8是风光互补供电系统示意图。
图9.1是固定网的结构示意图。
图9.2是种植篮的结构示意图。
图10是实施例二中采用一个正三角形基础模块和三个正六边形基础模块拼装而成的生态浮岛及其系统的示意图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
一种智能模块化生态浮岛，包括正三角形基础模块a和正六边形基础模块b两种形式的基础模块。
正三角形基础模块a的边长与正六边形基础模块b的边长相同，正三角形基础模块a的每个侧边以及正六边形基础模块b的每个侧边分别设置有两个连接孔(图1.2中，编号11-16为正三角形基础模块的连接孔，图2.2中，编号17-28为正六边形基础模块的连接孔)，各个侧边上的两组连接孔之间的孔间距都相同，以使多个正三角形基础模块a、多个正六边形基础模块b、以及正三角形基础模块a和正六边形基础模块b能够通过螺栓和两端螺帽根据景观设计需求进行组合拼装(参见附图3，是多个正三角形基础模块进行组合拼装的结构图；参见附图4，是多个正六边形基础模块进行组合拼装的结构图，图5和图6是正三角形基础模块a和正六边形基础模块b之间进行组合拼装的结构图)。
进一步的说，连接孔处设有螺帽凹槽，凹槽尺寸稍大于螺帽尺寸，以保证螺帽拧紧后不易脱出。
正三角形基础模块a的中部预留有电气设备箱1，正六边形基础模块b的中部也预留有电气设备箱2，用于安装配套系统中需要避免接触水源的电气设备。该设备箱高于浮岛主体，上部配有防水盖板，引线开孔部位均采用线缆防水接头，可满足电气设备全方位的防水需求。
正三角形基础模块a的底面和正六边形基础模块b的底面都设有平衡槽，用于安装悬浮气囊以及配重块。平衡槽的形状沿基础模块轮廓设置，即，正三角形基础模块底部平衡槽9的形状为正三角形，正六边形基础模块底部平衡槽10的形状为正六边形。
正三角形基础模块a的正面设有三个方形预留空位3、4、5，正六边形基础模块b的正面也设有三个方形预留空位6、7、8，用于种植水生植物，空位每边设有两组滑槽m，用于安装固定网。
实施例二
在实施例一的基础上，进一步的说，本发明的生态浮岛优选为采用一个正三角形基础模块a和三个正六边形基础模块b拼装而成(参见附图10)，其中正三角形基础模块a位于中心位置，三个正六边形基础模块b分别与该正三角形基础模块a的三个侧边一一连接。在生态浮岛上安装有风光互补供电系统、导航动力系统、植物栽培系统、曝气增氧系统、平衡配重系统、水质监测系统、远程通信系统等配套系统。具体来讲：
在正三角形基础模块a上安装风光互补供电系统、导航定位系统、远程通信系统以及曝气增氧系统的鼓风机。
在每个正六边形基础模块b上均安装水下动力系统和植物栽培系统，曝气增氧系统的曝气管环绕固定于每个正六边形基础模块下部。
在其中一个正六边形基础模块b上安装水质监测系统。
各配套系统安装完成后，进行基础模块拼装，即分别将三个正六边形基础模块与正三角形基础模块的拼接孔对齐，插入螺栓，于螺栓两侧使用螺母将基础模块间锁紧。使用风管将正三角形基础模块上的鼓风机的出气口与三个正六边形基础模块上的曝气管连通，以及连接风光互补供电系统、水下动力系统、导航定位系统、水质监测系统、曝气增氧系统与远程通信系统间的传输线缆，并连接各系统供电电路。
生态浮岛拼装完成后，需对生态浮岛整体进行平衡测试，通过在平衡槽内安装不锈钢配重块调整浮岛整体重心位于正三角形基础模块a的中心。配重块安装结束后，在所有的基础模块底部的平衡槽内安装悬浮气囊，其中，正三角形基础模块a三边各安装一组悬浮气囊，三个正六边形基础模块b采用间隔方式，每个三个正六边形基础模块底部安装三组悬浮气囊，将所有悬浮气囊充气，并进行绑扎固定。
实施例三
进一步的说，所述风光互补供电系统，组合了风力发电与太阳能发电，两种能源互补以满足多种环境变化情况下的稳定供电。该风光互补供电系统由风机、太阳能电池板、供电控制模块、锂电储能模块组成。该该风光互补供电系统各组成模块应具备相应的防水、隔热性能，以避免遇水或线路老化所导致的供电系统损坏。供电系统配置数量应根据生态浮岛总耗电量进行设计，风光互补供电系统示意图见图8。
所述导航动力系统由导航模块、高清摄像头、电机、传动杆、螺旋桨、转向舵以及控制模块组成。导航模块可通过GPS定位芯片实时获取浮岛所处位置信息，并通过远程通信系统将位置信息实时传送至远程终端；导航动力系统配有的高清摄像头可进行360°转动，可由远程终端经远程通信系统发送控制信号给导航动力系统的控制模块，进而控制模块对高清摄像头进行控制，用于操作浮岛移动时，通过高清摄像头实时观察周边水域障碍物情况；所述螺旋桨通过传动杆连接电机，配有转向舵控制前进方向，控制模块可控制电机启停及转向舵转向，同时连接远程通信系统，实现浮岛移动的远程操控。
所述植物栽培系统包括固定网、种植篮及水生植物，在基础模块预留空位布置固定网，固定网为方形棋盘式网格，种植篮与固定网形状配套，同样为方形，尺寸稍小于固定网网格尺寸，种植篮左右两侧设置有两个挂耳，用于将种植篮固定在固定网上，种植篮内部种植水生植物，固定网和种植篮示意图见图9.1和9.2，进一步的，所用固定网为3×3网格，将固定网嵌入滑槽内固定，网格中可安装5组种植篮，种植篮内可种植美人蕉、香蒲、旱伞草等有较强水质净化能力的水生植物。
所述曝气增氧系统由鼓风机、风管、曝气管组成，鼓风机通过风管与曝气管连通，曝气管为柔性软管，可任意弯折固定于浮岛主体水下部位，曝气管单侧开孔，开孔角度与水平面呈30°角，曝气管安装时应使开孔面朝外，且气孔方向面向水下，保证气流斜下喷射入水，增大曝气面积。
所述平衡配重系统由悬浮气囊和配重块组成，安装于基础模块预留的平衡槽内，悬浮气囊为橡胶材质充气气囊，长度略小于基础模块边长，充气后通过绑带固定在平衡槽内，配重块为矩形不锈钢材质，以减少金属腐蚀对水体环境的污染，配重块中心开孔，通过螺栓安装固定在平衡槽内。
所述水质监测系统由监测传感器、数据采集模块、存储模块、传输线缆组成，监测传感器包括温度传感器、pH传感器、COD传感器、氧化还原电位(ORP)传感器、氨氮传感器、溶解氧(DO)传感器、浊度传感器，共七类传感器，可基本涵盖黑臭水体及常规水体污染监测参数；数据采集模块采用多通道模块，可满足所有传感器同时采集数据，并可调节数据采集频率，将采集到的数据记录至存储模块，同时通过传输线缆将数据传输至远程通信系统；存储模块采用可移动存储介质，并设有备份存储功能，数据将同时存储在两套存储介质中，以保证数据的安全性；传输线缆采用柔性防水线缆，用于传感器、采集模块与远程通信系统间的数据传输。
所述远程通信系统由终端模块、4G/5G无线模块组成，终端模块包括计算机客户端和手机应用程序两种形式，两种终端均可通过4G/5G无线模块连接生态浮岛，控制各系统启停与运行，实时传输数据，满足工作人员对生态浮岛的远程控制及指标监测。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能模块化生态浮岛，其特征在于：包括正三角形基础模块和正六边形基础模块两种形式的基础模块；
正三角形基础模块的边长与正六边形基础模块的边长相同，正三角形基础模块的每个侧边以及正六边形基础模块的每个侧边分别设置有两个连接孔，各个侧边上的两组连接孔之间的孔间距都相同，以使多个正三角形基础模块、多个正六边形基础模块、以及正三角形基础模块和正六边形基础模块能够通过螺栓和两端螺帽根据景观设计需求进行组合拼装；
正三角形基础模块的中部和正六边形基础模块的中部预留有电气设备箱，该设备箱高于浮岛主体，上部配有防水盖板，引线开孔部位均采用线缆防水接头；
正三角形基础模块的底面和正六边形基础模块的底面都设有平衡槽，用于安装悬浮气囊以及配重块；
正三角形基础模块的正面和正六边形基础模块的正面均设有多个用于安装种植水生植物的固定网的预留空位。
在生态浮岛上安装有风光互补供电系统、导航动力系统、植物栽培系统、曝气增氧系统、平衡配重系统、水质监测系统、远程通信系统。
2.根据权利要求1所述的智能模块化生态浮岛，其特征在于：生态浮岛采用一个正三角形基础模块和三个正六边形基础模块拼装而成，其中正三角形基础模块位于中心位置，三个正六边形基础模块分别与该正三角形基础模块的三个侧边一一连接。
3.根据权利要求2所述的智能模块化生态浮岛，其特征在于：在正三角形基础模块上安装风光互补供电系统、导航定位系统、远程通信系统以及曝气增氧系统的鼓风机；在每个正六边形基础模块上均安装水下动力系统和植物栽培系统，曝气增氧系统的曝气管环绕固定于每个正六边形基础模块下部，使用风管将正三角形基础模块上的鼓风机的出气口与三个正六边形基础模块上的曝气管连通；在其中一个正六边形基础模块上安装水质监测系统。
4.根据权利要求1所述的智能模块化生态浮岛，其特征在于：所述风光互补供电系统包括风机、太阳能电池板、供电控制模块、锂电储能模块。
5.根据权利要求1所述的智能模块化生态浮岛，其特征在于：所述导航动力系统由导航模块、高清摄像头、电机、传动杆、螺旋桨、转向舵以及控制模块组成，导航模块通过GPS定位芯片实时获取浮岛所处位置信息，并通过远程通信系统将位置信息实时传送至远程终端；导航动力系统配有的高清摄像头可进行360°转动，由远程终端经远程通信系统发送控制信号给导航动力系统的控制模块，进而控制模块对高清摄像头进行控制，用于操作浮岛移动时，通过高清摄像头实时观察周边水域障碍物情况；所述螺旋桨通过传动杆连接电机，配有转向舵控制前进方向，控制模块可控制电机启停及转向舵转向，同时连接远程通信系统，实现浮岛移动的远程操控。
6.根据权利要求1所述的智能模块化生态浮岛，其特征在于：所述植物栽培系统包括固定网、种植篮及水生植物，在基础模块预留空位布置固定网，固定网为方形棋盘式网格，种植篮与固定网形状配套，种植篮左右两侧设置有两个挂耳，用于将种植篮固定在固定网上，种植篮内部种植水生植物。
7.根据权利要求1所述的智能模块化生态浮岛，其特征在于：所述曝气增氧系统由鼓风机、风管、曝气管组成，鼓风机通过风管与曝气管连通，曝气管为柔性软管，曝气管单侧开孔，开孔角度与水平面呈30°角，曝气管安装时应使开孔面朝外，且气孔方向面向水下，保证气流斜下喷射入水。
8.根据权利要求1所述的智能模块化生态浮岛，其特征在于：所述平衡配重系统由悬浮气囊和配重块组成，安装于基础模块预留的平衡槽内，悬浮气囊为橡胶材质充气气囊，长度略小于基础模块边长，充气后通过绑带固定在平衡槽内，配重块为矩形不锈钢材质，以减少金属腐蚀对水体环境的污染，配重块中心开孔，通过螺栓安装固定在平衡槽内。
9.根据权利要求1所述的智能模块化生态浮岛，其特征在于：所述水质监测系统由监测传感器、数据采集模块、存储模块、传输线缆组成，监测传感器包括温度传感器、pH传感器、COD传感器、氧化还原电位传感器、氨氮传感器、溶解氧传感器、浊度传感器；数据采集模块与监测传感器连接，采集各传感器的检测数据，将采集到的数据记录至存储模块，同时通过传输线缆将数据传输至远程通信系统；传输线缆采用柔性防水线缆，用于传感器、采集模块与远程通信系统间的数据传输。
10.根据权利要求1所述的智能模块化生态浮岛，其特征在于：所述远程通信系统由终端模块、4G/5G无线模块组成，终端模块包括计算机客户端和手机应用程序两种形式，两种终端均可通过4G/5G无线模块连接生态浮岛，控制各系统启停与运行，实时传输数据。
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