CN116104066A - 一种海面油污清理智能装置、海面油污清理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一般清洁技术领域，具体涉及一种海面油污清理智能装置、海面油污清理方法，用于海面油污清洁，包括船体，船体具有空腔，空腔内设有第一驱动电机，第一驱动电机的活动端通过转轴与螺旋桨连接，螺旋桨位于船体尾部；船体头部连接有油污清理结构，油污清理结构通过吸油管与储油结构连通，储油结构位于船体空腔内；船体的左右两侧设有浮筒，所述浮筒能够为船体提供浮力；船体顶部连接有太阳能电池板和视觉传感器，所述太阳能电池板与蓄电池连接，蓄电池固定在位于船体尾部的电池仓中，视觉传感器位于船体头部，视觉传感器两侧固定连接有照明灯。本发明装置进行作业过程中不需要人工的参与，工作效率高，节省成本。

Description

一种海面油污清理智能装置、海面油污清理方法
技术领域
本发明涉及一般清洁技术领域，具体涉及一种海面油污清理智能装置、海面油污清理方法。
背景技术
随着石油工业和海上运输业的发展，以及海洋经济活动的日益频繁，导致海上原油泄露的事故频繁发生。据统计，全世界每年有数百万吨的原油流入海洋。原油泄露不仅仅对人类的财产安全造成威胁，而且对海洋生物以及生态环境造成了恶劣的影响。
目前，清理海面油污的传统方法是人工驾驶船只使用围油栅将油污围控，并利用清理设备对油污进行清理回收，此种方法不仅成本高。而且当面对较为复杂的海面环境时，如大雾、多雨等天气，工作人员将会因视线受阻而无法实时的操纵船只，当需要作业面积过大时，则需大量船只和人员进行长时间工作，且由于油污中含有苯、芳香烃、硫化氢等有毒气体，不利于工作人员的身体健康。
发明内容
本发明公开了一种海面油污清理智能装置、海面油污清理方法，解决现有技术中人工清理油污成本高、难度大、易中毒的问题。
本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
一种海面油污清理智能装置，包括船体，所述船体具有空腔，空腔内设有第一驱动电机，所述第一驱动电机的活动端通过转轴与螺旋桨连接，螺旋桨位于船体尾部；所述船体头部连接有油污清理结构，油污清理结构通过吸油管与储油结构连通，储油结构位于船体空腔内；船体的左右两侧设有浮筒，所述浮筒能够为船体提供浮力；船体顶部连接有太阳能电池板和视觉传感器，所述太阳能电池板与蓄电池连接，蓄电池固定在位于船体尾部的电池仓中，视觉传感器位于船体头部，视觉传感器两侧固定连接有照明灯。
进一步地，所述油污清理结构包括滚筒组件；所述滚筒组件通过固定架固定连接在船体上；所述滚筒组件包括吸油滚筒和滤油滚筒，吸油滚筒与滤油滚筒之间具有接触面积，吸油滚筒上设有吸油毡；所述吸油滚筒两端设有主动齿轮，滤油滚筒两端设有从动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮相啮合；吸油滚筒与滤油滚筒连接处的下方设有集油盒。
进一步地，所述储油结构包括储油仓和吸油泵；所述储油仓通过吸油管与集油盒连通；吸油管上设有吸油泵，所述吸油泵为油污从油污清理结构进入到储油仓提供动力。
进一步地，所述固定架包括固定杆和连接块，所述固定杆通过连接块固定在船体上，连接块之间设有加强杆；所述固定杆之间通过连接杆固定连接，固定杆上设有通孔，滤油滚筒通过传动轴连接在固定架上，所述传动轴位于通孔中，传动轴通过连接件固定在固定杆上；所述连接件能够辅助滤油滚筒与吸油滚筒之间产生相对位移。
进一步地，所述连接件包括固定块和弹簧，所述弹簧一端连接传动轴，另一端连接在固定块上。
进一步地，所述吸油滚筒具有腔体，所述腔体中设有第二驱动电机，第二驱动电机通过联动轴与主动齿轮连接，联动轴两端连接在固定架上；所述滤油滚筒表面设有纹路，能够增加滤油滚筒与吸油毡之间的摩擦力。
进一步地，所述空腔中设有控制结构，所述控制结构包括总控模块、定位模块和通信模块；所述定位模块与通信模块都与总控模块连接，定位模块能够确定海面上油污的位置；通信模块能够向岸上回传控制回执和数据信息。
本发明的另一个目的是提供对一种海面油污清理智能装置的控制方法。
一种海面油污清理方法，装置启动后，通过视觉传感器采集船体四周的海面图像，然后通过控制结构中的图像识别模块确定是否存在油污；若不存在油污返航结束作业，若存在油污，通过控制结构中的三维视觉标定模块建立油污空间特征点世界系坐标，然后对装置的运动路径规划，使装置运动至油污坐标点后通过油污清理结构对油污清理，清理完毕后，重复上述流程，直至处理完油污后返航。
进一步地，所述图像识别模块首先选取油污训练样本，确定样本类别后，提取油污的特征点；在海面图像输入后，对图像进行预处理，然后通过SVM分类器分类图像，最后输出识别结果图像确定是否存在油污。
进一步地，所述三维视觉标定模块在接收到存在油污信号后，定位模块建立相机世界系坐标，根据油污特征点建立像素系坐标，相机世界系坐标与像素系坐标结合后得到图像场景位姿参数；同时视觉传感器采集船体四周视图，建立油污特征点空间图像坐标，最后得到油污空间特征点世界系坐标。
本发明的有益技术效果是：
本发明通过视觉传感系统采集主体四周海面的图像，根据提前录入油污与海水的不同特征点确定油污的位置，然后自行规划路线，到达油污位置后，通过油污清理结构对油污进行清理。整个作业过程不需要人工的参与，工作效率高，节省成本。将吸油毡固定在吸油滚筒上，吸油毡吸取油污后，通过滤油滚筒将油污排到集油盒中，最终从集油盒中进入到储油仓中，吸油毡就能够重复利用。不仅提高了吸油毡的油污吸取效率，也降低了人工成本和原料成本。在吸油滚筒与滤油滚筒两端设有齿轮，能够保证滚筒之间保持相同的角速度转动，并且避免了由于油污带来的摩擦力减小导致转速不同而无法滤油的问题。滤油滚筒通过连接件固定在固定架上，能够保证两个滚筒之间的弹性相切，能够提高滤油的效率。
附图说明
图1为一种海面油污清理智能装置示意图。
图2为滚筒组件与固定架连接示意图。
图3为吸油滚筒示意图。
图4为一种海面油污清理智能装置俯视图。
图5为一种海面油污清理方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种海面油污清理智能装置，包括船体1，所述船体1具有空腔，空腔内设有第一驱动电机2，所述第一驱动电机2的活动端通过转轴3与螺旋桨4连接，螺旋桨4位于船体1尾部；所述船体1头部连接有油污清理结构5，油污清理结构5通过吸油管6与储油结构7连通，储油结构7位于船体1空腔内；船体1的左右两侧设有浮筒8，所述浮筒8能够为船体1提供浮力；船体1顶部连接有太阳能电池板9和视觉传感器10，所述太阳能电池板9与蓄电池11连接，蓄电池11固定在位于船体1尾部的电池仓12中，所述蓄电池11能够为装置提供动力。视觉传感器10位于船体1头部，视觉传感器10两侧固定连接有照明灯13。所述空腔中设有控制结构，所述控制结构包括总控模块15、定位模块16和通信模块17；所述定位模块16与通信模块17都与总控模块15连接，定位模块16能够确定海面上油污的位置；通信模块17能够向岸上回传控制回执和数据信息。所述第一驱动电机2与控制结构连接，共有两个驱动电机，每个驱动电机都连接螺旋桨4，当船体1需转弯时，控制结构会控制螺旋桨4的转速，使两个螺旋桨4的转速不同，以此实现船体1在海面上的自由运动。当船体1到达油污处时，油污清理结构5会将油污清理后，通过吸油管6排入到储油结构7内暂存，增大装置的污油储存，提高装置的清理效率。所述视觉传感器10能够采集船体1四周的海面情况，并将数据输入到控制结构中。所述照明灯13与控制结构连接，当控制结构接收到光照不足的信号时，控制打开照明灯13。
如图2和图3所示，所述油污清理结构5包括滚筒组件；所述滚筒组件通过固定架50固定连接在船体1上；所述滚筒组件包括吸油滚筒51和滤油滚筒52，吸油滚筒51与滤油滚筒52之间具有接触面积，吸油滚筒51上设有吸油毡；所述吸油滚筒51两端设有主动齿轮53，滤油滚筒52两端设有从动齿轮54，所述主动齿轮53与从动齿轮54相啮合；吸油滚筒51与滤油滚筒52连接处的下方设有集油盒55。所述吸油滚筒51具有腔体，所述腔体中设有第二驱动电机56，第二驱动电机56通过联动轴57与主动齿轮53连接，联动轴57两端连接在固定架50上；所述滤油滚筒52表面设有纹路，能够增加滤油滚筒52与吸油毡之间的摩擦力。当装置到达指定位置后，第二驱动电机56启动，使吸油滚筒51旋转，通过吸油毡将海面上的油污吸取到吸油毡上，位于吸油滚筒51两侧的主动齿轮53会驱动从动齿轮54旋转，从动齿轮54使滤油滚筒52旋转，将吸入吸油毡中的油污排入到集油盒55中。滤油滚筒52表面的纹路能够增加滤油滚筒52与吸油滚筒51之间的摩擦力，能够使油污的过滤效率提高。
如图4所示，所述储油结构7包括储油仓71和吸油泵72；所述储油仓71通过吸油管6与集油盒55连通；吸油管6上设有吸油泵72，所述吸油泵72为油污从油污清理结构5进入到储油仓71提供动力。油污进入到集油盒55后，吸油泵72启动，通过吸油管6将油污吸入到储油仓71中，提高装置的工作时长，提高工作效率。
所述固定架50包括固定杆41和连接块42，所述固定杆41通过连接块42固定在船体1上，连接块42之间设有加强杆43；加强杆43能够增加固定架50强度，防止固定架50长时间使用变形，影响清理油污的效率。所述固定杆41之间通过连接杆44固定连接，固定杆41上设有通孔46，滤油滚筒52通过传动轴45连接在固定架50上，所述传动轴45位于通孔46中，传动轴45通过连接件47固定在固定杆41上；所述连接件47能够辅助滤油滚筒52与吸油滚筒51之间产生相对位移。所述连接件47包括固定块48和弹簧49，所述弹簧49一端连接传动轴45，另一端连接在固定块48上。吸油毡在经过吸油后体积会变大，此时弹簧49处于伸长状态，滤油滚筒52就会与吸油滚筒51产生相对位移，弹簧49会额外提供压力，提高滤油效率。
如图5所示，一种海面油污清理方法，装置启动后，通过视觉传感器10采集船体1四周的海面图像，然后通过控制结构中的图像识别模块确定是否存在油污；若不存在油污返航结束作业，若存在油污，通过控制结构中的三维视觉标定模块建立油污空间特征点世界系坐标，然后对装置的运动路径规划，使装置运动至油污坐标点后通过油污清理结构5对油污清理，清理完毕后，重复上述流程，直至处理完油污后返航。
所述图像识别模块首先选取油污训练样本，确定样本类别后，提取油污的特征点；在海面图像输入后，对图像进行预处理，然后通过SVM分类器分类图像，最后输出识别结果图像确定是否存在油污。
所述油污与海水相比的特征点：由于海面油污通常是黑褐色，因此海面对光的反射系数远大于油污对光的反射系数，因此被油污所覆盖的区域相比海面区域具有更低的灰度值。通过对图像灰度分布的对比度、变化量和角二矩阵计算进行纹理分析估测图像不同区域内纹理的粗糙光滑程度，当油膜覆盖于海洋表面，会减小海洋表面张力，致使海面的粗糙度发生变化，使得油膜表面相比普通海面粗糙度更低，更加光滑。由于表面张力作用，海面油污在海面一般呈现不规则的曲面块状或带状分布。
所述三维视觉标定模块在接收到存在油污信号后，定位模块16建立相机世界系坐标，根据油污特征点建立像素系坐标，相机世界系坐标与像素系坐标结合后得到图像场景位姿参数；同时视觉传感器10采集船体1四周视图，建立油污特征点空间图像坐标，最后得到油污空间特征点世界系坐标。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海面油污清理智能装置，其特征在于，包括船体（1），所述船体（1）具有空腔，空腔内设有第一驱动电机（2），所述第一驱动电机（2）的活动端通过转轴（3）与螺旋桨（4）连接，螺旋桨（4）位于船体（1）尾部；所述船体（1）头部连接有油污清理结构（5），油污清理结构（5）通过吸油管（6）与储油结构（7）连通，储油结构（7）位于船体（1）空腔内；船体（1）的左右两侧设有浮筒（8），所述浮筒（8）能够为船体（1）提供浮力；船体（1）顶部连接有太阳能电池板（9）和视觉传感器（10），所述太阳能电池板（9）与蓄电池（11）连接，蓄电池（11）固定在位于船体（1）尾部的电池仓（12）中，视觉传感器（10）位于船体（1）头部，视觉传感器（10）两侧固定连接有照明灯（13）。
2.根据权利要求1所述的一种海面油污清理智能装置，其特征在于，所述油污清理结构（5）包括滚筒组件；所述滚筒组件通过固定架（50）固定连接在船体（1）上；所述滚筒组件包括吸油滚筒（51）和滤油滚筒（52），吸油滚筒（51）与滤油滚筒（52）之间具有接触面积，吸油滚筒（51）上设有吸油毡；所述吸油滚筒（51）两端设有主动齿轮（53），滤油滚筒（52）两端设有从动齿轮（54），所述主动齿轮（53）与从动齿轮（54）相啮合；吸油滚筒（51）与滤油滚筒（52）连接处的下方设有集油盒（55）。
3.根据权利要求2所述的一种海面油污清理智能装置，其特征在于，所述储油结构（7）包括储油仓（71）和吸油泵（72）；所述储油仓（71）通过吸油管（6）与集油盒（55）连通；吸油管（6）上设有吸油泵（72），所述吸油泵（72）为油污从油污清理结构（5）进入到储油仓（71）提供动力。
4.根据权利要求3所述的一种海面油污清理智能装置，其特征在于，所述固定架（50）包括固定杆（41）和连接块（42），所述固定杆（41）通过连接块（42）固定在船体（1）上，连接块（42）之间设有加强杆（43）；所述固定杆（41）之间通过连接杆（44）固定连接，固定杆（41）上设有通孔（46），滤油滚筒（52）通过传动轴（45）连接在固定架（50）上，所述传动轴（45）位于通孔（46）中，传动轴（45）通过连接件（47）固定在固定杆（41）上；所述连接件（47）能够辅助滤油滚筒（52）与吸油滚筒（51）之间产生相对位移。
5.根据权利要求4所述的一种海面油污清理智能装置，其特征在于，所述连接件（47）包括固定块（48）和弹簧（49），所述弹簧（49）一端连接传动轴（45），另一端连接在固定块（48）上。
6.根据权利要求2所述的一种海面油污清理智能装置，其特征在于，所述吸油滚筒（51）具有腔体，所述腔体中设有第二驱动电机（56），第二驱动电机（56）通过联动轴（57）与主动齿轮（53）连接，联动轴（57）两端连接在固定架（50）上；所述滤油滚筒（52）表面设有纹路，能够增加滤油滚筒（52）与吸油毡之间的摩擦力。
7.根据权利要求4所述的一种海面油污清理智能装置，其特征在于，所述空腔中设有控制结构，所述控制结构包括总控模块（15）、定位模块（16）和通信模块（17）；所述定位模块（16）与通信模块（17）都与总控模块（15）连接，定位模块（16）能够确定海面上油污的位置；通信模块（17）能够向岸上回传控制回执和数据信息。
8.一种海面油污清理智能装置的海面油污清理方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任一所述的一种海面油污清理智能装置，包括：装置启动后，通过视觉传感器（10）采集船体（1）四周的海面图像，然后通过控制结构中的图像识别模块确定是否存在油污；若不存在油污返航结束作业，若存在油污，通过控制结构中的三维视觉标定模块建立油污空间特征点世界系坐标，然后对装置的运动路径规划，使装置运动至油污坐标点后通过油污清理结构（5）对油污清理，清理完毕后，重复上述流程，直至处理完油污后返航。
9.根据权利要求8所述的一种海面油污清理智能装置的海面油污清理方法，其特征在于，所述图像识别模块首先选取油污训练样本，确定样本类别后，提取油污的特征点；在海面图像输入后，对图像进行预处理，然后通过SVM分类器分类图像，最后输出识别结果图像确定是否存在油污。
10.根据权利要求8所述的一种海面油污清理智能装置的海面油污清理方法，其特征在于，所述三维视觉标定模块在接收到存在油污信号后，定位模块（16）建立相机世界系坐标，根据油污特征点建立像素系坐标，相机世界系坐标与像素系坐标结合后得到图像场景位姿参数；同时视觉传感器（10）采集船体（1）四周视图，建立油污特征点空间图像坐标，最后得到油污空间特征点世界系坐标。
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