CN113089607A - 一种河涌智能清污系统及控制方法 - Google Patents

一种河涌智能清污系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于河道清污器械技术领域，公开了一种河涌智能清污系统及控制方法，双层截污网水面部分是塑料浮筒式活动拦污栅，水下部分是细纱网与半开导流管槽，细纱网垂直悬挂在塑料浮筒式活动拦污栅上；双层截污网以V字形安装在河涌里，双层截污网以V字形的V字底部安装有自动打捞设备；自动打捞设备顶端固定有太阳能发电系统，自动打捞设备上固定有智能化视觉监测装置。本发明中水面水下双层截污，可同时清理水上水下漂浮物，使细小漂浮物在水流的作用下流向自动打捞设备从而被清理。本发明可实现清理过程智能化，自行监测河涌内的垃圾信息，自动作出清理行为，从而使得河涌垃圾能够及时准确地得到清理，去人工化。

Description

一种河涌智能清污系统及控制方法
技术领域
本发明属于河道清污器械技术领域，尤其涉及一种河涌智能清污系统及控制方法。
背景技术
目前，河流中的垃圾流入海洋，对海洋生物的生长造成危害。为了清除河流中的垃圾，基本上是水上环卫工人每天清理河道垃圾，腥臭难闻，苦不堪言，且不一定安全，人工投入数量大，成本也不菲。同时采用人工操作效果不佳，仅对河涌水面上可见的漂浮垃圾进行拦截，水面下大部分漂浮垃圾得不到及时有效清理。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有技术中基本上是水上环卫工人每天清理河道垃圾，腥臭难闻，苦不堪言，且不一定安全，人工投入数量大，成本也不菲。
(2)现有技术中采用人工操作效果不佳，仅对河涌水面上可见的漂浮垃圾进行拦截，水面下大部分漂浮垃圾得不到及时有效清理。
解决以上问题及缺陷的意义为：利用大数据、智能化和创新的机械设计，结合清洁能源系统(纯电动)，创造性的制造出新河涌治理设备，极大的提高了漂浮垃圾的清理效率和便捷性，同时减少了因为清理行动伴随自身设备污染(燃油)。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种河涌智能清污系统及控制方法。
本发明是这样实现的，一种河涌智能清污系统，所述河涌智能清污系统设置有双层截污网；
双层截污网水面部分是塑料浮筒式活动拦污栅，水下部分是细纱网与半开导流管槽，细纱网垂直悬挂在塑料浮筒式活动拦污栅上；
双层截污网以V字形安装在河涌里，双层截污网以V字形的V字底部安装有自动打捞设备；
自动打捞设备顶端固定有太阳能发电系统，通过串联的太阳能电池组向串联电压为192V以上的300V以下的蓄电池组充电，使用“充电逆变组合机”进行充电放电控制，通过均衡器保证电池的充放电质量，并逆变为220V电压向用电设备供电，用电线路通过三线平均分配负载。
自动打捞设备上固定有智能化视觉监测装置。智能化视觉检测装置包括信息采集模块、中央处理模块、远程无线传输模块和控制实施模块。所述的信息采集模块包括红外摄像头和温度变送器；所述的红外摄像头和温度变送器均与所述的中央处理模块相连；所述的中央处理模块分别与所述的太阳能发电系统和控制实施模块相连；所述的红外摄像头用于采集自动压缩仓体前垃圾的图像；所述的温度变送器用于采集自动压缩仓体前河水的温度信息；所述的中央处理模块对采集到的图像进行分割处理，并与自动压缩仓体前漂浮物的图像进行对比，检测出漂浮污染物的数量和类型，并把检测数据远程无线传输模块反馈给在线河涌垃圾检测大数据系统，同时向所述的控制实施模块发送控制信息；所述的控制实施模块根据收到的控制信息进行打捞压缩作业.
进一步，所述半开导流管槽30度全线开口，开口处与细纱网无缝连接，悬挂在最下方。
进一步，所述自动打捞设备设置有左右浮体、编程逻辑控制系统模块、垃圾打捞传送带、垃圾回收箱；
垃圾打捞传送带与垃圾回收箱相适配，垃圾打捞传送带上安装有布满细缝的打捞板，整个传送带通过齿轮与液压马达连接。
进一步，所述太阳能发电系统设置有充电接口模块、储电池模块、开关模块、红外感应模块、太阳能模块、控制器模块、电量检测模块。
进一步，所述智能化视觉监测装置设置有信息采集模块、中央处理模块、远程无线传输模块和控制实施模块。
进一步，所述信息采集模块包括红外摄像头和温度变送器，红外摄像头和温度变送器均与中央处理模块相连；中央处理模块分别与太阳能发电系统、电池系统和控制实施模块相连。
本发明的另一目的在于提供一种所述河涌智能清污系统的控制方法，所述河涌智能清污系统的控制方法包括：当清污船处于静止状态时，通过设置于清污船船头的视觉监测装置采集到清污船前面的图像，传输给中央信息处理模块，通过对采集到的图像继续对比，监测出漂浮污染物的数量和类型，并把监测数据远程无线传输模块反馈给在线河涌垃圾监测大数据系统；同时通过所述中央控制系统进行图像数据分析结果，并根据结果向控制实施模块发送控制信息，控制实施模块根据收到的控制信息发送指令给液压系统的PLC模块，启动液压系统，液压系统驱动毛刷式集污系统的液压马达和链板传输系统的液压马达，使得毛刷式集污系统与链板传输系统同时开始工作，从而把漂浮垃圾从水中打捞到船上的垃圾回收仓中，同时实现了对设备运行实时控制(启停)与监控；中央控制系统会对设备运行实时控制(启停)与监控进行数据分析，形成数据模型，得出设备在所在河涌位置该在何时运行、运行多久的自动运行数据，从而实现设备自主智能化运行，同时通过大数据系统进行预警预报；并通过手机端实时控制与监控。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：从消除黑臭水体、人工经济投入、水质改善和恢复等看出，本发明非常具有探索意义的。
本发明中水面水下双层截污，可同时清理水上水下漂浮物，使细小漂浮物在水流的作用下流向自动打捞设备从而被清理。本发明可实现清理过程智能化，自行监测河涌内的垃圾信息，自动作出清理行为，从而使得河涌垃圾能够及时准确地得到清理，去人工化。截污数据可视化，提供长期实时在线的垃圾监测数据，并在终端通过大屏实现可视化显示分析，为管理者提供直观有力的垃圾种类、总量等信息。本发明具有灵活性，对小规模河涌同样具有适用性。
同时本发明还具有以下优点：已有的截污装置，不同于本发明中的河涌水面水下双层截污系统结构；本发明河涌智能清污系统可以自行监测河涌内的垃圾信息并自行清理的内容是现有装置不具备的。同时现有装置也不具有长期实时在线的垃圾监测数据，并在终端通过大屏实现可视化显示分析的内容功能。当细纱网上拦截的细小漂浮物下沉到半开导流管槽中，通过其导流到双层截污网V字形的V字底部。自动打捞设备的内部放置有与垃圾储存仓相适配的垃圾打捞传送带，传送带上安装有布满细缝的打捞板，整个传送带通过齿轮与电动机连接，使得传送带在系统的指令下，把水下水上的大小漂浮物打捞到到垃圾回收箱(袋)内。当垃圾装满时，会通过大数据系统进行预警预报。
本发明中太阳能发电系统，为河涌智能化清理装置提供电能。本发明中信息采集模块包括红外摄像头和温度变送器，红外摄像头和温度变送器均与中央处理模块相连；中央处理模块分别与太阳能发电系统和控制实施模块相连，红外摄像头用于采集垃圾传送入回收箱前的图像，温度变送器用于采集河水的温度信息；中央处理模块对采集到的图像进行分割处理，并与垃圾传送入回收箱前的图像进行对比，监测出漂浮污染物的数量和类型，并把监测数据远程无线传输模块反馈给在线河涌垃圾监测大数据系统；同时向所述的控制实施模块发送控制信息，控制实施模块根据收到的控制信息进行打捞作业。
极端情况下的行洪应对：在遇到极端情况下，如出现大量大型垃圾、水流量突然暴增等，在河的一边固定桩设置解脱机构，当设备受到阻力到一定量后自动解除固定，使得设备飘靠河涌的另岸边，从而减少行洪阻力与设备冲毁的情况。另外本发明有一套与plc控制系统连接的移动端控制APP，当遇到有行洪要求时，可以通过移动端远程解锁，使得船上的解脱机构自动解除固定。双重解锁设计，让设备能够减少运维风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的河涌智能清污系统结构示意图。
图2是本发明实施例提供的河涌智能清污系统侧面示意图。
图3是本发明实施例提供的河涌智能清污系统安装位置结构示意图。
图4是本发明实施例提供的太阳能发电系统结构示意图。
图5是本发明实施例提供的双层截污网结构示意图。
图6是本发明实施例提供的垃圾打捞传送带结构示意图。
图7是本发明实施例提供的全河面安装结构示意图。
图8是本发明实施例提供的半河面安装结构示意图。
图中：1、双层截污网；2、毛刷式集污系统；3、链板传输系统；4、防水电源控制箱；5、中控系统+操控台；6、液压站；7、伸缩式太阳能板；8、驾驶室；9、电动船载弦外机；10、高压电池系统；11、滑动导轨；12、垃圾回收箱；13、红外摄像头；14、智能化视觉监测装置；15、垃圾回收仓；16、塑料浮筒式活动拦污栅；17、细纱网；18、半开导流管槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种河涌智能清污系统及控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本实施例提供的河涌智能清污系统设置有双层截污网；双层截污网以V字形安装在河涌里，双层截污网水面部分是塑料浮筒式活动拦污栅16，水下部分是细纱网17与半开导流管槽18，细纱网17垂直悬挂在塑料浮筒式活动拦污栅16上，半开导流管槽30度全线开口，开口处与细纱网无缝连接，悬挂在最下方；当细纱网上拦截的细小漂浮物下沉到半开导流管槽中，通过其导流到双层截污网V字形的V字底部。
双层截污网以V字形的V字底部安装有自动打捞设备，自动打捞设备为双体船设置、编程逻辑控制系统、链板传输系统3、垃圾回收仓15。
自动打捞设备的内部放置有与垃圾回收仓15相适配的垃圾打捞传送带3，传送带上安装有布满细缝的打捞板，整个传送带通过齿轮与液压马达连接，使得传送带在系统的指令下，把水下水上的大小漂浮物打捞到到垃圾回收箱12(袋)内。当垃圾装满时，会通过大数据系统进行预警预报。
自动打捞设备顶端固定有太阳能发电系统7，太阳能发电系统7设置有充电接口模块、储电池模块、开关模块、红外感应模块、太阳能模块、控制器模块、电量检测模块，为河涌智能化清理装置提供电能。
自动打捞设备上固定有智能化视觉监测装置14，智能化视觉监测装置14设置有信息采集模块、中央处理模块、远程无线传输模块和控制实施模块。
信息采集模块包括红外摄像头13和温度变送器，红外摄像头13和温度变送器均与中央处理模块相连；中央处理模块分别与太阳能发电系统和控制实施模块相连；其中，红外摄像头用于采集垃圾传送入回收箱前的图像，温度变送器用于采集河水的温度信息中央处理模块对采集到的图像进行分割处理，并与垃圾传送入回收箱前的图像进行对比，监测出漂浮污染物的数量和类型，并把监测数据远程无线传输模块反馈给在线河涌垃圾监测大数据系统；同时向所述的控制实施模块发送控制信息，控制实施模块根据收到的控制信息进行打捞作业。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
广州市创新城市黑臭水体治理方式，全面开展“四洗”(“洗楼”“洗管”“洗井”“洗河”)行动，河流垃圾的打捞和清理对消除黑臭水体非常重要。
基于广州市开展的“四洗”行动、消除黑臭水体攻坚战，依托“互联网+”、“人工智能”、“大数据”等现代科技化手段，研发的河涌智能清污设备预期具有精细化、智能化功能，具体如下：
自动监测河涌内的垃圾信息，并自动作出清理行为指令；
可同时清理水上、水下漂浮物；
研发的产品具有灵活性，对小规模河涌同样具有适用性。
广州市典型河涌垃圾调查
地点：实地调研多条典型河涌，如石井河、大冲口涌、海珠涌、车陂涌等，并走访环卫工人(环卫所)。
时间：平水期、丰水期、枯水期，每次至少连续1周监测以及临时性的大雨或暴雨后。
方法：无人机航拍、走访、R语言、神经网络等大数据模型。
分析：对垃圾的性质、来源、种类、源头、影响、季节性、地理分布、走向、总量等数据进行大数据分析。
河涌智能清污设备的测试与应用，可应用在城市河涌、湖泊、水库和海洋；拦污栅可自动调节宽度；河宽不小于2m，水深不小于50cm；大雨和暴雨时段是垃圾入河和运输的集中时间，在设计上会重点考虑；细网长期运行后可能会堵塞，虽然可以定期清理，但在选材和设计上也会着重考虑。
本发明的工作原理为：安装与固定方式：分为两种情况，一是全河面安装，二是半河面安装，主要解决水流不足和水流过急的情况，以面对行洪和枯水季节。全河面安装的时，在设备对应的河两岸安装固定桩，与设备拦污栅连接；半河面安装时，设备拦污栅只需与河的一边连接固定桩，另外一边通过漂浮沉锚固定。两种方式中设备整体都是漂浮在水面上，可以有效解决河道常规行洪要求，如图7-图8所示。
极端情况下的行洪应对：在遇到极端情况下，如出现大量大型垃圾、水流量突然暴增等，在河的一边固定桩设置解脱机构，当设备受到阻力到一定量后自动解除固定，使得设备飘靠河涌的另岸边，从而减少行洪阻力与设备冲毁的情况。另外本发明有一套与plc控制系统连接的移动端控制APP，当遇到有行洪要求时，可以通过移动端远程解锁，使得船上的解脱机构自动解除固定。双重解锁设计，让设备能够减少运维风险。
垃圾监测：通过图形设别与红外监测技术，用设置在清污设备上的的全天候定焦摄像头实现无线宽带组网，对河涌监控断面的河道水面漂浮物进行全景实时视频监控和智能识别，快速的监测预测漂浮物类型和数量。设备电能：设备运行电能设计成一部分电能由太阳能提供、一部分由储蓄电池提供(需要定期更换)，条件允许直接市电。设备拦截率：本发明由于采取上下双层截污，除了清理水中上层漂浮垃圾外，可以把常规上层截污不彻底而下沉的漂浮垃圾拦截清理，当下层截污网孔径达到2cm时，可以清理水中60％直径大于等于2cm的漂浮垃圾。下层截污网清理：本发明由于长期置于水中，很容易黏附带状漂浮垃圾，因此把下层截污网与上层截污浮筒设计为挂钩链接，以便定期把下层截污网运回岸上清理。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种河涌智能清污系统，其特征在于，所述河涌智能清污系统设置有：
双层截污网；
双层截污网水面部分是塑料浮筒式活动拦污栅，水下部分是细纱网与半开导流管槽，细纱网垂直悬挂在塑料浮筒式活动拦污栅上；
双层截污网以V字形安装在河涌里，双层截污网以V字形的V字底部安装有自动打捞设备；
自动打捞设备顶端固定有太阳能发电系统，自动打捞设备上固定有智能化视觉监测装置。
2.如权利要求1所述河涌智能清污系统，其特征在于，所述半开导流管槽30度全线开口，开口处与细纱网无缝连接，悬挂在最下方。
3.如权利要求1所述的河涌智能清污系统，其特征在于，所述自动打捞设备设置有左右浮体、编程逻辑控制系统、垃圾打捞传送带、垃圾回收箱；
垃圾打捞传送带与垃圾回收箱相适配，垃圾打捞传送带上安装有布满细缝的打捞板，整个传送带通过齿轮与电动机连接。
4.如权利要求1所述的河涌智能清污系统，其特征在于，所述太阳能发电系统设置有充电接口模块、储电池模块、开关模块、红外感应模块、太阳能模块、控制器模块、电量检测模块。
5.如权利要求1所述的河涌智能清污系统，其特征在于，所述智能化视觉监测装置设置有信息采集模块、中央处理模块、远程无线传输模块和控制实施模块。
6.如权利要求5所述的河涌智能清污系统，其特征在于，所述信息采集模块包括红外摄像头和温度变送器，红外摄像头和温度变送器均与中央处理模块相连；中央处理模块分别与太阳能发电系统和控制实施模块相连。
7.如权利要求1所述的河涌智能清污系统，其特征在于，所述塑料浮筒式活动拦污栅与固定桩连接，固定桩设置解脱机构，解脱机构中plc控制系统与移动端控制APP连接。
8.一种如权利要求1～7任意一项所述河涌智能清污系统的控制方法，其特征在于，所述河涌智能清污系统的控制方法包括：传送带上安装有布满细缝的打捞板，整个传送带通过齿轮与电动机连接，使得传送带在系统的指令下，把水下水上的大小漂浮物打捞到到垃圾回收箱内；当垃圾装满时，会通过大数据系统进行预警预报；
红外摄像头用于采集垃圾传送入回收箱前的图像，温度变送器用于采集河水的温度信息中央处理模块对采集到的图像进行分割处理，并与垃圾传送入回收箱前的图像进行对比，监测出漂浮污染物的数量和类型，并把监测数据远程无线传输模块反馈给在线河涌垃圾监测大数据系统；同时向所述的控制实施模块发送控制信息，控制实施模块根据收到的控制信息进行打捞作业。
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