CN114872842A - 一种水域水葫芦智能收集处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水域水葫芦智能收集处理系统和方法，系统包括智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统以及远程监控中心，智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统均与远程监控中心通信连接，智能控制系统与平板遥控系统通信连接，视频监控系统分别与智能控制系统和平板遥控系统通信连接；智能控制系统用于船舶设备的智能化监测与控制；平板遥控系统用于施工人员对全船设备无线遥控；视频监控系统用于实时全过程视频监控；远程监控中心用于实时接收各系统传输的数据，并根据接收的信息综合决策，实现船舶设备的远程遥控、状态监测、多船协同、产量统计、航迹规划、数据存储以及工艺分析。本发明满足了施工现场无人化要求，极大提高施工效率。

Description

一种水域水葫芦智能收集处理系统和方法

技术领域

本发明属水上清污打捞技术领域，特别是涉及一种水域水葫芦智能收集处理系统和方法。

背景技术

水葫芦作为一种外来入侵物种，因其繁殖能力极强、根系发达、生长速度快，生长过程中需要消耗大量的氧气，又广泛存在在于我国的河流湖泊中，因此严重影响和破坏我国的生物多样性和生态环境。另外，由于其会大量覆盖于河道湖面，导致其严重阻塞河道，影响运输，对水产养殖、环保旅游等行业也产生一定的影响。由此造成的直接经济损失和自然生态造成的损失难以估量。据悉，我国每年用于打捞水葫芦的费用就高达数亿元。但是水葫芦并不是百害而无一利，由于水葫芦含有丰富的氮、磷、钾等营养元素，可以作为农作物的肥料，因此也具有很好的利用价值，如果能够高效率、低成本的打捞，并得到合理的处理和利用，能够产生较高的经济效益。

现有水葫芦打捞方法一般采用切割器将水葫芦收集打捞，然后通过传送带输送至船舱或收集箱后，采用人工的方式将水葫芦转运至岸端或运输船。但由于水葫芦打捞船属于河湖流域航行的小型工程船舶，船舶尺寸一般设计较小，加上打捞至船舶后的水葫芦比较蓬松，又相互缠绕，船舶很难大量储存，人工转运起来也较为不便，因此不仅需要耗费大量的人力物力，而且效率低下。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水域水葫芦智能收集处理系统和方法，该系统包括智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统以及远程监控中心，可为水葫芦打捞施工提供一套智能化收集处理系统，从收集、输送、压缩处理到转运不仅可以满足施工现场无人化要求，而且能够极大提高施工效率。

本发明是这样实现的，一种水域水葫芦智能收集处理系统，包括智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统以及远程监控中心，所述智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统均与远程监控中心通信连接，所述智能控制系统与平板遥控系统通信连接，所述视频监控系统分别与智能控制系统和平板遥控系统通信连接；

所述智能控制系统包括施工定位与轨迹显示系统、数据采集与监视控制系统、监测报警系统和PLC控制系统；所述智能控制系统用于水葫芦收集处理船舶设备的智能化监测与控制；

所述平板遥控系统用于施工人员在岸端或船端任意位置对全船设备的无线遥控；

所述视频监控系统用于对包括船舶周围施工水域、粉碎装置、水平剪刀、收集输送装置、上料输送装置、压缩打包装置、滚筒输送装置以及船舶机舱设备的实时全过程视频监控；

所述远程监控中心用于实时接收智能控制系统传输的现场船舶设备监测数据、报警数据、船舶定位信息、航向信息以及控制反馈数据，平板遥控系统传输的无线遥控反馈数据，及视频监控系统传输的现场施工全过程视频信息，并根据接收的信息综合决策，实现船舶设备的远程遥控、状态监测、多船协同、产量统计、航迹规划、数据存储以及工艺分析。

优选的，所述智能控制系统进行智能化监测与控制的船舶设备包括粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置、上料输送装置、压缩打包装置、滚筒输送装置、明轮、柴油机、发电机、液压系统以及其他辅助设备。

优选的，所述施工定位与轨迹显示系统由计算机、网络系统、DGPS、罗经、收集器液压缸行程、吃水传感器、纵横倾角仪及系统软件组成，用于实现船舶的施工轨迹显示及姿态监测，同时支持施工背景文件、水深文件及无人机影像图(tiff)的导入、显示与删除，支持工作线文件及电子围栏文件的制作、导入、显示、修改与删除。

优选的，所述数据采集与监视控制系统用于施工操作人员在进行水葫芦收集处理过程中设备的数据采集、状态监测以及设备控制，同时结合神经网络和模糊控制理论进行参数寻优，实现收集处理过程的智能化控制。

优选的，所述PLC控制系统用于结合施工定位与轨迹显示系统和数据采集与监视控制系统，实现设备的单动控制、联动控制以及一键施工自动控制。

进一步优选的，所述联动控制是指根据预设的参数，实现粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置以及上料输送装置的一键启动和一键停止。

进一步优选的，所述一键施工自动控制包括收集装置自动控制、压缩打包装置自动控制、滚筒输送装置自动控制以及自动驾驶。

更进一步优选的，所述收集装置自动控制是指粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置、上料输送装置的自动控制；可根据预设参数、压缩打包速率、输送带传输速率、水葫芦数量实现水平剪刀的入水深度自动调节，及实现粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置的输送带以及上料输送装置的输送带的速度控制。

更进一步优选的，所述压缩打包装置自动控制包括主缸压缩次数控制和包块长度控制两种控制模式，所述主缸压缩次数控制是依据每个包块压缩成型时主缸压缩物料的次数实现自动控制，所述包块长度控制是依据每个包块压缩成型时包块的长度实现自动控制。

更进一步优选的，所述滚筒输送装置自动控制包括存包模式、连续作业模式和一键出料模式三种控制模式，所述存包模式是将包块依次存放在滚筒输送装置的滚筒输送带上，直至存满整个滚筒输送带，然后输送至运输船舶上；所述连续作业模式是将包块通过滚筒输送带实时自动输送到运输船舶上；所述一键出料模式是在存包模式包块存满整个滚筒输送带后一键将所有包块输送至运输船舶。

更进一步优选的，所述自动驾驶是指根据规划的施工航迹线，结合实时定位信息、罗经、对地航速、明轮转速、压缩打包效率、输送效率、运输船速度，通过控制四个明轮实现船舶的自动驾驶。

上述水域水葫芦智能收集处理方法，过程如下：

首先通过智能控制系统或远程监控中心完成自动驾驶航迹规划和施工参数预设，船舶自动航行至指定位置，然后通过智能控制系统、平板遥控系统或远程监控中心，发出“一键施工”控制信号启动打捞作业，所有设备启动并准备就绪；

水平剪刀下放至设定深度，开始进行收集打捞，此时船舶沿预设施工航迹线进行自动驾驶打捞作业，收集输送装置将收集的水葫芦通过上料输送装置输送至压缩打包装置，压缩打包装置处的光电传感器采集到料满信号后，根据相应控制模式开始进行压制、穿丝、绕丝、切丝、顶出操作，完成压缩打包工作；

然后将包块输送至滚筒输送装置，滚筒输送装置采集到包块到达信号后，根据相应控制模式自动完成输送工作，最终将包块输送至运输船舶，完成整个收集处理施工流程。

本发明具有的优点和积极效果是：

与现有技术相比，本发明通过智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统以及远程监控中心结合，并综合利用了计算机、网络传输、传感器、智能控制、远程通信、优化算法等相关技术实现了水葫芦从收集、输送、压缩处理到转运的打捞施工过程的现场无人化，创造性的采用压缩打包、自动转运、自动驾驶等方式，极大提高了水葫芦打捞的施工效率，降低了人力和运输转运等成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的水域水葫芦智能收集处理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的压缩打包装置及滚筒输送装置的布置示意图；

图3为本发明实施例提供的水域水葫芦智能收集处理系统的流程示意图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

首先需要说明的是，本发明的水域水葫芦智能收集处理装置，主要包括依次连接的收集输送装置、上料输送装置、压缩打包装置和滚筒输送装置，所述收集输送装置的前端设置有粉碎装置、水平剪刀和圆盘切刀，所述粉碎装置用于将水葫芦送入收集输送装置的输送带上，所述水平剪刀用于切割水葫芦，所述圆盘切刀位于水平剪刀的两侧，用于将水域中成片的水葫芦分隔开。

水葫芦通过收集输送装置前端的粉碎装置、水平剪刀和圆盘切刀收集水葫芦，并输送至上料输送装置，经上料输送装置将水葫芦输送至压缩打包装置，对水葫芦进行打包，再将包块输送至滚筒输送装置，经滚筒输送装置将包块输送至运输船舶，完成整个收集处理。

参阅图1，本发明实施例提供的一种水域水葫芦智能收集处理系统，包括智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统以及远程监控中心，所述智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统均与远程监控中心通信连接，所述智能控制系统与平板遥控系统通信连接，所述视频监控系统分别与智能控制系统和平板遥控系统通信连接。

所述智能控制系统包括施工定位与轨迹显示系统、数据采集与监视控制系统、监测报警系统和PLC控制系统；所述智能控制系统用于水葫芦收集处理船舶设备的智能化监测与控制。

其中，智能化监测与控制的船舶设备包括粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置、上料输送装置、压缩打包装置、滚筒输送装置、明轮、柴油机、发电机、液压系统以及其他辅助设备。

所述施工定位与轨迹显示系统主要由计算机、网络系统、DGPS、罗经、收集器液压缸行程、吃水传感器、纵横倾角仪及系统软件组成，用于实现船舶的施工轨迹显示及姿态监测，同时支持施工背景文件、水深文件及无人机影像图(tiff)的导入、显示与删除，支持工作线文件及电子围栏文件的制作、导入、显示、修改与删除。

所述数据采集与监视控制系统用于施工操作人员在进行水葫芦收集处理过程中设备的数据采集、状态监测以及设备控制，同时结合神经网络和模糊控制理论进行参数寻优，实现收集处理过程的智能化控制。

所述PLC控制系统用于结合施工定位与轨迹显示系统和数据采集与监视控制系统，实现设备的单动控制、联动控制以及一键施工自动控制。

本实施例中，所述联动控制是指根据预设的参数，实现粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置以及上料输送装置的一键启动和一键停止。

所述一键施工自动控制包括收集装置自动控制、压缩打包装置自动控制、滚筒输送装置自动控制以及自动驾驶。

其中，所述收集装置自动控制是指粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置、上料输送装置的自动控制；可根据预设参数、压缩打包速率、输送带传输速率、水葫芦数量实现水平剪刀的入水深度自动调节，及实现粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置的输送带以及上料输送装置的输送带的速度控制。

所述压缩打包装置自动控制包括主缸压缩次数控制和包块长度控制两种控制模式，所述主缸压缩次数控制即是依据每个包块压缩成型时主缸压缩物料的次数实现自动控制，所述包块长度控制即是依据每个包块压缩成型时包块的长度实现自动控制。

如图2所示，压缩打包装置及滚筒输送装置布置示意图，压缩打包装置完成压缩打包处理后将包块输送至滚筒输送装置，滚筒输送装置的滚筒输送带通过自动控制完成包块输送工作。

所述滚筒输送装置自动控制包括存包模式、连续作业模式和一键出料模式三种控制模式。所述存包模式即是将包块依次存放在滚筒输送带上，直至存满整个滚筒输送带，然后输送至运输船舶上；所述连续作业模式即是将包块通过滚筒输送带实时自动输送到运输船舶上；所述一键出料模式即是在存包模式包块存满整个滚筒输送带后一键将所有包块输送至运输船舶。

所述自动驾驶是指根据规划的施工航迹线，结合实时定位信息、罗经、对地航速、明轮转速、压缩打包效率、输送效率、运输船速度，通过控制四个明轮实现船舶的自动驾驶。

其中，实时定位信息、对地航速、对地航向通过RTK-GPS高精度定位系统获得。

所述平板遥控系统用于施工人员在岸端或船端任意位置对全船设备的无线遥控；

其中，无线遥控采用无线接入点(无线AP)和4G/5G网络相结合的方式进行组网，在无线AP覆盖范围内优先选择无线AP进行无线遥控，超出覆盖范围则优先选择4G/5G网络进行无线遥控。

所述视频监控系统用于对包括船舶周围施工水域、粉碎装置、水平剪刀、收集输送装置、上料输送装置、压缩打包装置、滚筒输送装置以及船舶机舱设备的实时全过程视频监控；

所述远程监控中心用于实时接收智能控制系统传输的现场船舶设备监测数据、报警数据、船舶定位信息、航向信息以及控制反馈数据，平板遥控系统传输的无线遥控反馈数据，及视频监控系统传输的现场施工全过程视频信息，并根据接收的信息综合决策，实现船舶设备的远程遥控、状态监测、多船协同、产量统计、航迹规划、数据存储以及工艺分析。

其中，远程监控中心4接收的数据传输采用4G/5G网络。

水域水葫芦智能收集处理方法，具体过程如下：

如图3所示，水葫芦智能收集处理的具体施工流程为：首先通过智能控制系统或远程监控中心完成自动驾驶航迹规划和施工参数预设，船舶自动航行至指定位置，然后通过智能控制系统、平板遥控系统或远程监控中心，发出“一键施工”控制信号启动打捞作业，所有设备启动并准备就绪；

水平剪刀下放至设定深度，开始进行收集打捞，此时船舶沿预设施工航迹线进行自动驾驶打捞作业，收集输送装置将收集的水葫芦通过上料输送装置输送至压缩打包装置，压缩打包装置处的光电传感器采集到料满信号后，根据相应控制模式开始进行压制、穿丝、绕丝、切丝、顶出操作，完成压缩打包工作；

然后将包块输送至滚筒输送装置，滚筒输送装置采集到包块到达信号后，根据控制模式自动完成输送工作，最终将包块输送至运输船舶，完成整个收集处理施工流程。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种水域水葫芦智能收集处理系统，其特征在于，包括智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统以及远程监控中心，所述智能控制系统、平板遥控系统、视频监控系统均与远程监控中心通信连接，所述智能控制系统与平板遥控系统通信连接，所述视频监控系统分别与智能控制系统和平板遥控系统通信连接；

所述智能控制系统包括施工定位与轨迹显示系统、数据采集与监视控制系统、监测报警系统和PLC控制系统；所述智能控制系统用于水葫芦收集处理船舶设备的智能化监测与控制；

所述平板遥控系统用于施工人员在岸端或船端任意位置对全船设备的无线遥控；

所述视频监控系统用于对包括船舶周围施工水域、粉碎装置、水平剪刀、收集输送装置、上料输送装置、压缩打包装置、滚筒输送装置以及船舶机舱设备的实时全过程视频监控；

所述远程监控中心用于实时接收智能控制系统传输的现场船舶设备监测数据、报警数据、船舶定位信息、航向信息以及控制反馈数据，平板遥控系统传输的无线遥控反馈数据，及视频监控系统传输的现场施工全过程视频信息，并根据接收的信息综合决策，实现船舶设备的远程遥控、状态监测、多船协同、产量统计、航迹规划、数据存储以及工艺分析。

2.根据权利要求1所述的水域水葫芦智能收集处理系统，其特征在于，所述智能控制系统进行智能化监测与控制的船舶设备包括粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置、上料输送装置、压缩打包装置、滚筒输送装置、明轮、柴油机、发电机、液压系统以及其他辅助设备。

3.根据权利要求1所述的水域水葫芦智能收集处理系统，其特征在于，所述施工定位与轨迹显示系统由计算机、网络系统、DGPS、罗经、收集器液压缸行程、吃水传感器、纵横倾角仪及系统软件组成，用于实现船舶的施工轨迹显示及姿态监测，同时支持施工背景文件、水深文件及无人机影像图(tiff)的导入、显示与删除，支持工作线文件及电子围栏文件的制作、导入、显示、修改与删除。

4.根据权利要求1所述的水域水葫芦智能收集处理系统，其特征在于，所述数据采集与监视控制系统用于施工操作人员在进行水葫芦收集处理过程中设备的数据采集、状态监测以及设备控制，同时结合神经网络和模糊控制理论进行参数寻优，实现收集处理过程的智能化控制。

5.根据权利要求1所述的水域水葫芦智能收集处理系统，其特征在于，所述PLC控制系统用于结合施工定位与轨迹显示系统和数据采集与监视控制系统，实现设备的单动控制、联动控制以及一键施工自动控制。

6.根据权利要求5所述的水域水葫芦智能收集处理系统，其特征在于，所述联动控制是指根据预设的参数，实现粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置以及上料输送装置的一键启动和一键停止。

7.根据权利要求5所述的水域水葫芦智能收集处理系统，其特征在于，所述一键施工自动控制包括收集装置自动控制、压缩打包装置自动控制、滚筒输送装置自动控制以及自动驾驶。

8.根据权利要求7所述的水域水葫芦智能收集处理系统，其特征在于，所述收集装置自动控制是指粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置、上料输送装置的自动控制；可根据预设参数、压缩打包速率、输送带传输速率、水葫芦数量实现水平剪刀的入水深度自动调节，及实现粉碎装置、水平剪刀、圆盘切刀、收集输送装置的输送带以及上料输送装置的输送带的速度控制；

所述压缩打包装置自动控制包括主缸压缩次数控制和包块长度控制两种控制模式，所述主缸压缩次数控制是依据每个包块压缩成型时主缸压缩物料的次数实现自动控制，所述包块长度控制是依据每个包块压缩成型时包块的长度实现自动控制；

所述滚筒输送装置自动控制包括存包模式、连续作业模式和一键出料模式三种控制模式，所述存包模式是将包块依次存放在滚筒输送装置的滚筒输送带上，直至存满整个滚筒输送带，然后输送至运输船舶上；所述连续作业模式是将包块通过滚筒输送带实时自动输送到运输船舶上；所述一键出料模式是在存包模式包块存满整个滚筒输送带后一键将所有包块输送至运输船舶。

9.根据权利要求7所述的水域水葫芦智能收集处理系统，其特征在于，所述自动驾驶是指根据规划的施工航迹线，结合实时定位信息、罗经、对地航速、明轮转速、压缩打包效率、输送效率、运输船速度，通过控制四个明轮实现船舶的自动驾驶。

10.一种水域水葫芦智能收集处理方法，其特征在于，过程如下：

首先通过智能控制系统或远程监控中心完成自动驾驶航迹规划和施工参数预设，船舶自动航行至指定位置，然后通过智能控制系统、平板遥控系统或远程监控中心，发出“一键施工”控制信号启动打捞作业，所有设备启动并准备就绪；

水平剪刀下放至设定深度，开始进行收集打捞，此时船舶沿预设施工航迹线进行自动驾驶打捞作业，收集输送装置将收集的水葫芦通过上料输送装置输送至压缩打包装置，压缩打包装置处的光电传感器采集到料满信号后，根据相应控制模式开始进行压制、穿丝、绕丝、切丝、顶出操作，完成压缩打包工作；

然后将包块输送至滚筒输送装置，滚筒输送装置采集到包块到达信号后，根据相应控制模式自动完成输送工作，最终将包块输送至运输船舶，完成整个收集处理施工流程。

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