CN218403772U

CN218403772U - 一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置

Info

Publication number: CN218403772U
Application number: CN202222456702.3U
Authority: CN
Inventors: 范功端; 刘灵珊
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2032-09-16

Abstract

本实用新型涉及一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，包括船体、太阳能供电系统、感知定位系统、超声除藻系统、污物收集系统和巡航推进系统，太阳能供电系统包括太阳能蓄电池组、太阳能控制器和柔性太阳能电池板；感知定位系统包括雷视一体机、惯性测量单元和北斗GNSS模块；超声除藻系统包括超声波电机和超声波换能器；污物收集系统包括传送带机构、中转斗、螺旋压滤筒和收集箱，传送带机构伸入水面，其后端经中转斗与螺旋压滤筒连接，螺旋压滤筒连接收集箱；巡航推进系统包括船体两侧的浮筒、螺旋桨和推进电机，浮筒包覆于推进电机外侧部，推进电机的输出端连接螺旋桨。该装置有利于对水体中的藻类及垃圾污染进行治理，功能丰富，使用效果好。

Description

一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域，具体涉及一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置。

背景技术

水资源污染问题是当前最突出的生态问题之一。造成水污染的原因，一方面是工业废水的肆意排放，使氮、磷等营养物质进入水域引起水体富营养化，造成藻类大量繁殖，消耗大量溶解氧导致鱼虾死亡，并释放藻毒素污染生活饮用水源；另一方面是向水体中丢弃生活垃圾，其中大多数漂浮垃圾难以自然降解，长时间的浸泡将增加水中微塑料的含量，严重破坏水生态平衡。

传统的水体藻类污染治理一般采用物理、化学和生物法，但存在有效期短、种源无法根除，且工艺复杂、能耗高、危害大等问题。超声技术是一种环境友好型除藻技术，主要通过超声波空化产生的高温高压和大量自由基来破坏藻类的结构及其细胞内的活性酶与活性物质，并干扰叶绿素的合成，使藻类的光能捕获能力降低，进而抑制光合作用，最终导致藻细胞死亡，从而达到有效治理藻类的目的。

对于在水面上长期漂浮的生活垃圾，对其进行清理是最为直接的水污染处理方式。水面垃圾清理通常依靠人为打捞，不仅工作效率低下，还有可能引发水上作业事故。因此，如何利用新兴技术自动高效地清理水面垃圾是目前工业界关注的热点问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，该装置有利于对水体中的藻类及垃圾污染进行治理，功能丰富，使用效果好。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，包括以浮游方式在水面上运行的船体以及设于船体上的太阳能供电系统、感知定位系统、超声除藻系统、污物收集系统和巡航推进系统，所述太阳能供电系统包括设于船体上的太阳能蓄电池组、太阳能控制器、逆变器和设于船体两侧浮筒上的柔性太阳能电池板，以利用太阳能发电为装置供电；所述感知定位系统包括雷视一体机、惯性测量单元和北斗GNSS模块，以检测、识别水面漂浮物以及实现装置定位；所述超声除藻系统主要由超声波电机和超声波换能器组成，以产生设定频率的电信号并转换为超声波作用于水体进行除藻；所述污物收集系统主要由传送带机构、中转斗、螺旋压滤筒和收集箱组成，所述传送带机构前端伸入水面，所述传送带机构后端经中转斗与螺旋压滤筒的进口连接，所述螺旋压滤筒的出口连接收集箱，以在装置前进过程中收集水面上漂浮的污物并压缩存储；所述巡航推进系统主要由船体两侧的浮筒、螺旋桨和推进电机组成，所述浮筒包覆于推进电机外侧部，所述推进电机的输出端朝向后侧并连接螺旋桨。

进一步地，所述浮筒为具有中部通孔的圆环柱型筒体，所述浮筒水平放置并连接于船体旁侧，所述推进电机设置于浮筒中部，所述柔性太阳能电池板覆盖于浮筒的上半侧部。

进一步地，所述柔性太阳能电池板为输出功率为200 W的柔性单晶硅太阳能电池板，其表面积的尺寸为150π mm×450 mm。

进一步地，所述雷视一体机由激光雷达和摄像头组成。

进一步地，所述激光雷达采用16线激光雷达，垂直视场角为-15~15°，水平视场角为360°，激光波长为905 nm，雷达有效探测距离为100 m，探测精度为±3 cm，供电范围为9V~36 V，垂直方向角度分辨率均匀分布，水平方向角度分辨率不均匀分布。

进一步地，所述摄像头采用单目摄像头，具有超广角镜头，最大像素为200~500 W，可手动调节焦距，配设COMS图像传感器，支持高分辨率输出。

进一步地，所述超声波换能器频率为40 kHz，所述超声除藻系统包括4个超声波换能器，分别对称布设于超声波电机前下侧以及船体后下侧，以扩大超声波的作用范围，提高装置的除藻效率。

进一步地，所述收集箱集成于船体的中空型腔中。

进一步地，所述船体上还设有主控制模块，所述主控制模块分别与太阳能控制器、雷视一体机、惯性测量单元、北斗GNSS模块、超声波电机、传送带机构、螺旋压滤筒和推进电机连接，以控制各组成系统工作。

进一步地，所述主控制模块上设有无线通信模块，以与外界进行无线通信和数据交互。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：提供了一种集多种水污染处理功能的太阳能除藻清污装置，该装置集成雷视一体机、IMU和北斗GNSS模块，提高了装置对水域环境的感知能力以及同步定位和构建高精度地图的能力；在此基础上，利用超声波技术抑制藻类生长繁殖，并通过污物收集系统对水面上漂浮的污物进行收集存储，对于水体中藻类污染和漂浮垃圾污染的治理具有很好的效果。此外，该装置利用太阳能供电，清洁无污染，安全无风险。因此，本实用新型具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例的装置结构示意图。

图中：1-船体；2-感应定位系统；3-太阳能蓄电池组；4-柔性太阳能电池板；5-超声波电机；6-超声波换能器；7-传送带机构；8-中转斗；9-螺旋压滤筒；10-浮筒；11-螺旋桨；12-推进电机。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，包括以浮游方式在水面上运行的船体1以及设于船体1上的太阳能供电系统、感知定位系统2、超声除藻系统、污物收集系统和巡航推进系统。

所述太阳能供电系统包括设于船体上的太阳能蓄电池组3、太阳能控制器、逆变器和设于船体两侧浮筒上的柔性太阳能电池板4，以利用太阳能发电为装置供电。

所述感知定位系统2包括雷视一体机、惯性测量单元和北斗GNSS模块，以融合激光雷达的三维点云和摄像头的图像信息来检测、识别水面漂浮物，同时激光雷达点云数据和IMU定位数据进行数据融合，并与北斗GNSS模块联合工作，有效构建陌生水域的高精度地图。

所述超声除藻系统主要由超声波电机5和超声波换能器6组成，以产生设定频率的电信号并将其转换为超声波，作用于水体以阻止藻类生长繁殖。

所述污物收集系统主要由传送带机构7、中转斗8、螺旋压滤筒9和收集箱组成，所述传送带机构前端伸入水面，所述传送带机构后端经中转斗与螺旋压滤筒的进口连接，所述螺旋压滤筒的出口连接收集箱，以在装置前进过程中收集水面上漂浮的污物并压缩存储。在本实施例中，所述收集箱集成于船体1的中空型腔中。

所述巡航推进系统主要由船体两侧的浮筒10、螺旋桨11和推进电机12组成，所述浮筒包覆于推进电机外侧部，所述推进电机的输出端朝向后侧并连接螺旋桨。

所述船体1上还设有主控制模块，所述主控制模块分别与太阳能控制器、雷视一体机、惯性测量单元、北斗GNSS模块、超声波电机5、传送带机构7、螺旋压滤筒9和推进电机12连接，以控制各组成系统工作。主控制模块可根据感知定位系统的识别信息生成路线，结合船体周边实时信息，调节装置的运行速度和方向，从而驱动装置的运行。主控制模块上还设置有无线通信模块，以与外界进行无线通信和数据交互。

在本实施例中，所述浮筒10为具有中部通孔的圆环柱型筒体，所述浮筒10水平放置并连接于船体1旁侧，所述推进电机12设置于浮筒10中部，所述柔性太阳能电池板4覆盖于浮筒10的上半侧部。所述柔性太阳能电池板4为输出功率为200 W的柔性单晶硅太阳能电池板，其表面积的尺寸为150π mm×450 mm。

在本实施例中，所述雷视一体机由激光雷达和摄像头组成。所述激光雷达采用16线激光雷达，垂直视场角为-15~15°，水平视场角为360°，激光波长为905 nm，雷达有效探测距离为100 m，探测精度为±3 cm，供电范围为9 V~36 V，垂直方向角度分辨率均匀分布，水平方向角度分辨率不均匀分布，采用网口传输数据，协议为UDP。所述摄像头采用单目摄像头，具有超广角镜头，最大像素为200~500 W，可手动调节焦距，配设COMS图像传感器，支持高分辨率输出，采用UVC视频协议。

在本实施例中，雷视一体机将图像信息与三维激光雷达点云数据融合，以解决由水面波纹和倒影引起的误识别问题，可提高筛选检测水面漂浮污物的准确性和可靠性。感知定位系统将激光雷达和IMU进行数据融合，并与北斗GNSS模块联合工作，以解决水面环境特征少、行进中易产生竖向漂移的问题，可提高同步定位和水面地图构建（SLAM）的有效性和鲁棒性。

在本实施例中，所述超声波换能器6的频率为40 kHz，所述超声除藻系统包括4个超声波换能器6，分别对称布设于超声波电机前下侧以及船体后下侧，以扩大超声波的作用范围，提高装置的除藻效率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims

1.一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，包括以浮游方式在水面上运行的船体以及设于船体上的太阳能供电系统、感知定位系统、超声除藻系统、污物收集系统和巡航推进系统，所述太阳能供电系统包括设于船体上的太阳能蓄电池组、太阳能控制器、逆变器和设于船体两侧浮筒上的柔性太阳能电池板，以利用太阳能发电为装置供电；所述感知定位系统包括雷视一体机、惯性测量单元和北斗GNSS模块，以检测、识别水面漂浮物以及实现装置定位；所述超声除藻系统主要由超声波电机和超声波换能器组成，以产生设定频率的电信号并转换为超声波作用于水体进行除藻；所述污物收集系统主要由传送带机构、中转斗、螺旋压滤筒和收集箱组成，所述传送带机构前端伸入水面，所述传送带机构后端经中转斗与螺旋压滤筒的进口连接，所述螺旋压滤筒的出口连接收集箱，以在装置前进过程中收集水面上漂浮的污物并压缩存储；所述巡航推进系统主要由船体两侧的浮筒、螺旋桨和推进电机组成，所述浮筒包覆于推进电机外侧部，所述推进电机的输出端朝向后侧并连接螺旋桨。

2.根据权利要求1所述的一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，所述浮筒为具有中部通孔的圆环柱型筒体，所述浮筒水平放置并连接于船体旁侧，所述推进电机设置于浮筒中部，所述柔性太阳能电池板覆盖于浮筒的上半侧部。

3.根据权利要求1所述的一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，所述柔性太阳能电池板为输出功率为200 W的柔性单晶硅太阳能电池板，其表面积的尺寸为150π mm×450 mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，所述雷视一体机由激光雷达和摄像头组成。

5.根据权利要求4所述的一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，所述激光雷达采用16线激光雷达，垂直视场角为-15~15°，水平视场角为360°，激光波长为905nm，雷达有效探测距离为100 m，探测精度为±3 cm，供电范围为9 V~36 V，垂直方向角度分辨率均匀分布，水平方向角度分辨率不均匀分布。

6.根据权利要求4所述的一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，所述摄像头采用单目摄像头，具有超广角镜头，最大像素为200~500 W，可手动调节焦距，配设COMS图像传感器，支持高分辨率输出。

7.根据权利要求1所述的一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，所述超声波换能器频率为40 kHz，所述超声除藻系统包括4个超声波换能器，分别对称布设于超声波电机前下侧以及船体后下侧，以扩大超声波的作用范围，提高装置的除藻效率。

8.根据权利要求1所述的一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，所述收集箱集成于船体的中空型腔中。

9.根据权利要求1所述的一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，所述船体上还设有主控制模块，所述主控制模块分别与太阳能控制器、雷视一体机、惯性测量单元、北斗GNSS模块、超声波电机、传送带机构、螺旋压滤筒和推进电机连接，以控制各组成系统工作。

10.根据权利要求9所述的一种基于雷视一体机的太阳能除藻清污装置，其特征在于，所述主控制模块上设有无线通信模块，以与外界进行无线通信和数据交互。