申请/专利权人：中国地质大学(武汉)

申请日：2023-12-21

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN117762146A

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43;G01N33/18;H02J7/35;B63B35/44;C02F3/32;G05D109/30

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.12#实质审查的生效;2024.03.26#公开

摘要：本发明提供一种自选择最优路径的智能生态浮岛装置，包括：主控单元、供电单元、推进单元、锚泊单元、监测单元、通信单元、定位单元、上位机软件和云平台，主控单元规划运动路线、读取传感器数据、评估水质状况、控制浮岛运动并负责整体协调装置运行；推进单元调节两侧螺旋桨的转速使浮岛前进、后退或转向。创新性地设计动态治理模式与低电量治理模式，电量充足时，通过当前治理效果规划后续治理路径的方式提高治理效；低电量治理模式下，平衡自身能力补充与污染治理。实现路径规划与污染治理结合，根据自身状态与环境变化，灵活调整治理模式，减少污水治理中人力物力资源的消耗，为我国富营养化水体的治理提供一种智能低耗能清洁环保的治理模式。

主权项：1.一种自选择最优路径的智能生态浮岛装置，其特征在于：包括：主控单元、供电单元、推进单元、锚泊单元、监测单元、通信单元、定位单元、上位机软件和云平台，所述推进单元包括推进器、减速电机和超声波收发装置；上位机开机，并进行系统初始化，通过遥感或地理信息数据库获得待治理水域形状的栅格数据，将数据输入主控单元中；主控单元识别栅格数据后，进行初始目的地选择：在上位机软件中，根据周长均分原理，将水域按照周长四等分，四个等分点顺时针被确定为四个初始目的地，第五个初始目的地则确定于第一、三初始目的地连线与第二、四初始目的地连线的交点位置；主控单元启动两侧推进器，按照顺序前往第一、二、五、四、三目的地；在航行过程中，主控单元将定位单元获取的当前位置与预定轨迹进行实时对比，若浮岛轨迹发生偏离，则通过控制算法进行轨迹纠正；设置于浮岛装置侧面的超声波收发装置用于在浮岛装置行进中检测障碍物，并在主控单元的控制下实现自主避障；主控单元通过调节浮岛装置两侧推进器的转速控制浮岛装置的速度，利用差速实现转向；浮岛装置每到达一个初始目的地，关闭推进器，开始放锚，放锚前，由超声波收发装置向水底发射信号测出水深d，主控单元确定放锚长度，控制电机调整放出的锚绳长度，下放固定锚；完成浮岛装置在初始目的地的固定工作后，监测单元开始获取水质数据，由主控单元内置程序识别并记录水质数据；当浮岛装置在一个初始目的地停留超过第一预设时间后，主控单元控制电机收锚，前往下一个初始目的地，重复以上工作，直至完成所有初始目的地的数据采集工作；完成初始目的地的数据采集工作后，主控单元控制推进器前往第五初始目的地；主控单元开始规划治理过程的前进路径，以水面为平面进行二维平面建模，以第一、二、三、四初始目的地污染物浓度b1、b2、b3、b4与第五初始目的地污染物浓度b5、第一、二、三、四初始目的地与第五初始目的地距离J1、J2、J3、J4作为计算依据，以第五初始目的地为起点与第一、二、三、四初始目的地为终点的连线作为有方向的单位向量，进行矢量叠加，叠加结果便为的首次前进方向首次前进方向权重的计算公式如下： 其中，Qfn表示首次前进方向权重，qfn表示每次计算中第一无量纲因子，Jn表示第一、二、三、四初始目的地与第五初始目的地距离，bn表示初始目的地污染物浓度，qfi表示第i个初始目的地的权重，Ji表示第i个初始目的地与第五初始目的地距离，bi表示第i个初始目的地污染物浓度，n＝1、2、3、4，i＝1、2、3、4，b5表示第五初始目的地污染物浓度；依据首次前进方向权重及各单位向量，通过以下公式确定首次前进方向： 其中，Qf1、Qf2、Qf3、Qf4分别表示4个首次前进方向权重，分别表示以第五初始目的地为起点与第一、二、三、四初始目的地为终点的连线作为有方向的单位向量；第五初始目的地与第一、二、三、四初始目的地污染物浓度差值与其之间的距离比值越大，该方向权重越大；确定了首次前进方向后，主控单元控制开启推进器，按照首次前进方向前进；浮岛装置运动的同时，监测单元实时读取水质数据，主控单元每隔第二预设时间检测供电单元内剩余电量，并由主控单元内置程序记录水质数据；当主控单元检测到供电单元内电量高于或等于预设电量时，开启动态治理模式；主控单元动态规划治理过程的前进路径，并协调控制监测单元、推进单元、供电单元、定位单元与通信单元；当主控单元检测到供电单元内电量低于预设电量时，开启低电量治理模式；主控单元内置软件动态规划治理过程的前进路径，并协调控制监测单元、推进单元、供电单元、定位单元与通信单元；治理的全过程采用通信单元将水质和位置坐标上传到云平台，用户在终端登录云平台后可查看数据和下发指令，可实现一键召回和前往特定位置的功能。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国地质大学(武汉) 一种自选择最优路径的智能生态浮岛装置

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