基本信息
- 项目名称：
- 多功能生态观光船
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 景区水面垃圾清理是一个长期以来都未能良好解决的问题。另外，为了保障景区内的安全，水上观光区需要植入更加完善的安全监控系统。然而，大范围的监控系统往往需要大量的资金，也需要更多的工作人员来完成监控任务。投入过大，肯定会影响景区的效益。同时，定期检测景区水质也是保障景区效益的一个非常重要的方法。针对以上问题，我们设计了这款集垃圾收集、水质监测、安全监控等功能于一体的生态观光船。
- 详细介绍：
- 一、产品设计背景 1、如今，旅游观光成为一种时尚。每到旅游旺季，大量游客涌入景区。这不可避免的给景区环境造成严重的人为污染,特别是水质污染造成大量生物死亡，严重破环生态平衡（如湖景区绿藻污染严重）。 2、大多湖区的垃圾清理还主要采用人工打捞的办法，费时又费力。而另外一些科技含量高的清洁船体积大，吨位重，主要面向大型水域清洁难处理的油污等。而在湖区等小水域的垃圾清理机械化方面并没有很好的解决措施。 3、水面安全状况成为困扰人们的一个难题。当发生水上事故时，由于水面宽广，人们一眼望去很有可能看不出发生了什么意外情况，进而忽略并导致事故未能及时得到解决。一个可移动、方便快捷的水面安全监控系统可以解决这一问题。 4、景区水质的良好保持也是一个比较重要的问题，有必要定期进行水质检测，以保证景区不会出现水质严重破坏的状况。 5、水上事故有多种，而落水事故就是其中一种比较常见的事故。据统计，溺亡事故频发，且救援效率不高。目前遇到落水事故，一般情况下的救援过程是：落水者呼救，其他人发现再报警，救援人员赶到了解情况再实施救援，这大大延长了救援时间，我们知道溺水4-8分钟内是营救最佳时机，超出这一时间生还几乎无望。同时，救援事故发生毕竟是少数，平时救援装备、人员闲置，成本投入大。 6、为响应可持续发展和节约能源的号召，生态化、新能源化的产品是适合时代发展的要求的。景区面积广，风力一般较大，可以运用风力发电。 综上所述，一种具备垃圾收集、水面安全监控、水质检测、水上紧急救援和风力发电等多种功能的生态观光船是被迫切需要的。 二、产品设计创新点 1、以子母船的形式实现功能分配，保证各种功能的良好实现。母船主要功能为观光、清理水面垃圾、水质检测、紧急救援及风力发电；子船主要功能为实现水面安全监控。子船采用智能化装备，通过遥控装置实现无人驾驶，通过传输装置将监控装置所探测到的水面状况画面传达给监控人员，当遇到紧急事故时，可以向母船上的工作人员发出警报，使母船快速赶来实施救援，以保证水面安全。 2、垃圾收集装置与船体效仿双体船的方式，分开实现不同功能，通过船的左右两个侧翼的上下摆动来实现垃圾收集功能。 3、救援方式采用救生网抛出装置，给落水者一个可以抓住、提供依附作用的物体，争取更多的救援机会。 4、产品的操作和控制简便，有一定操作基础的的工作人员即可很轻松地使用它，符合时代要求。 5、产品生态化，其造型美观实用，与环境融为一体，更富情趣；充分利用风能，节能环保。 三、各功能原理 1、垃圾收集原理 游艇利用两个同步运动的侧翼上下摆动收集垃圾。侧翼由动力系统、过滤系统、排水系统等几个模块组成。侧翼在船体上一曲柄摇杆机构的带动下上下摆动，当开口向下的时候水带动垃圾涌入，开口向上的时候水从后口流出而垃圾被过滤出来。 为了提高垃圾收集的效率，我们又添加了驱动的叶轮和排水系统。驱动叶轮可以提供动力加速侧翼中的积水向后流动，从而侧翼开口向下的时候有利于水流带动垃圾涌入。排水系统在水流不足以从后口流出但仍然较多的情况下利用侧翼的摆动形成的压力将水排出。 2、水面安全监控原理 子船上装有无线发射装置和无线摄像头以及GPS，子船根据指令按照设定轨迹在湖区中自动运行，可以到达工作人员到不了的盲点区域。母船上工作人员可以通过无线接收器接收信号，查看子船周围的安全状况，同时利用GPS定位子船的位置。 当子船检测到周围有安全状况时就可以报警，工作人员查看情况后就可以快速到达问题点解决问题。 3、水质检测原理 在设计的过程中我们想到，即使水中所有可见的垃圾被清理干净，水中仍有许多不可见的微型垃圾比如悬浮物质、金属离子等等影响水质。这些物质也导致水质污染的一个很重要的因素，严重时会危害水生生物以及湖区周边生态环境。所以，快速实时的水质监测就显得很有必要。 为此，我们在船上集成了一款多参数水质监测仪（型号：德国斯玛特CX-401）。其主要性能如下： * 能测量pH值、电导率、TDS（悬浮物质含量）、溶解氧等。 * 大屏幕LCD显示，能储存950组连续或独立的测试结果，附温度、时间和日期。 读数更清晰。 * 内置定时器，可定时监测。并可自行设定数值报警。 * 电源模式，能用9V电池或12V电源适配器，能在室内或长时间在户外工作。 * 具R-232、USB接口，方便仪器与计算机之间交换数据进一步分析。 4、救援原理 救援装置利用一连着弹簧的弹射器，弹射器一端连着弹簧，同时另一侧连着舵机。准备时舵机将弹射器拉起，此时弹簧由于被拉伸拥有弹力。发射时，遥控启动电热丝烧断连着舵机的绳子，此时由于弹簧的拉力就可以将救生网（救生圈）弹射到预定方向。 当发生落水事故时，若事故发生地点在母船视线范围内，则母船上的工作人员操控船只快速驶向落水者的方位，当到达落水者所在位置的20米范围内时，通过遥控将救生网抛至落水者附近，以便落水者借以漂浮在水面不至于溺水，争取救援时间；若事故发生地点在子船监控范围内，则子船将事故情况传达给母船，引导母船前去救援。该救援方式不仅适用于单人遇险救援，还可以同时救助多人，提高了救援效率。 救生网抛出装置通过遥控通电加热熔断拉绳来将救生网抛出，通过弹簧的伸长量来度量弹射力度的大小。而且，该救生网抛出装置可以实现360度全方位调节角度，使抛射方向更加精确。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、目的和思路： 景区水面垃圾清理是一个长期以来未能良好解决的问题。另外，景区安全机制是保证景区效益的一个重要指标。针对以上问题，我们设计了这款集垃圾收集、水质监测、安全监控等功能于一体的生态观光船。 二、创新点： 1）以子母船的形式实现功能分配，保证各种功能的良好实现。母船主要功能为观光、清理水面垃圾、水质检测、紧急救援及风力发电；子船主要功能为实现水面安全监控。子船采用智能化装备，根据预定指令沿轨迹自动运行并可实现自动避障，通过传输装置将监控装置所探测到的水面状况画面传达给监控人员，当遇到紧急事故时，可以向母船上的工作人员发出警报，使母船快速赶来实施救援，以保证水上人身安全。 2）垃圾收集装置与船体效仿双体船的方式，通过船的左右两个侧翼的上下摆动来实现垃圾收集功能。 3）水面安全监测实现全天候无人监控，并且可以集成在计算机上实现报警、图像捕捉等功能。 4）救援方式采用救生网抛出装置。 三、技术关键和主要技术指标： 1、船的吃水线与侧翼的摆幅相协调、船速与侧翼上下摆动的频率相协调，使垃圾收集效果最佳。 2、子船上的监测系统能够实现远距离的图像采集，并保证传输的稳定性和响应速度。同时子船在指令下按某一轨迹自动运行的时候实现自动避障。 3、水质检测的稳定性和相应的速度。 4、救生网抛出装置通过舵机拉动抛射台（可实现360度全方位调节）调节抛射力度，通过熔断拉线（遥控）将救生网抛出。
科学性、先进性
- 1、调研发现，大多数景区水域依然采用人工打捞的办法。与之相比，我们的作品具有垃圾打捞方便、效率高的特点，且不需要人工直接介入打捞。作品打捞方式体现为通过一个曲柄摇杆机构使船的两个侧翼的上下摆动，实现垃圾收集功能。 2、子母船相互配合，共同确保水上景区安全。子船将其监测到的景区状况通过无线传输实时反映给母船上的工作人员，当子船监测到水上事故时，母船上的工作人员根据子船传达的事故信息（事故缘由、事故地点、人数等）驾驶母船快速赶往事故地点进行救援。 3、目前，大多数景区并没有设置专门的救援装置，或者只是简单的人工救援，效率低下，而且通常因为发现不了而实现不了救援。我们在船上设置专门的救生网抛出装置，在船距离落水者一定距离时（设计要求为小于20米），就能较准确的将救生网弹射到落水者附近实现救援。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年11月申报**大学校团委项目并成功立项；2011年4月参加**大学校级“挑战杯”并获特等奖。
作品所处阶段
- 2011年1月已经完成了作品实物模型，此刻作品正处于理论完善与模型完善阶段。
技术转让方式
- 尚未确定技术转让方式
作品可展示的形式
- 模型、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、技术特点和优势： 1、集多功能于一体，节约成本，智能高效；2、操作简单，使用频率高；3、节约劳动力，垃圾收集效果显著；4、子母船实时监控景区安全状况，减小安全隐患；5、实时监测水质，避免水质严重污染；6、快速救援，争取最佳救援时间。 二、适用范围： 适用于如太湖、大明湖等水域较为广泛的旅游景区。 三、市场前景预测： 随着人们对水上垃圾治理问题的重视度越来越高，对水上污染的治理力度必将不断加深，多功能生态观光船以其适用性高、成本低廉、操作简单、功能多样且实用等一系列优点，解决了诸多水上景区显存的问题，具有良好的应用前景。
同类课题研究水平概述
- 国内研究现状 1.海上垃圾收集船的设计与制造 刘正友，船舶设计通信，1994.01 该船具有收集、运输和收集固态和液态垃圾及舱底油污水的能力。收集垃圾后的排放物能满足国际船舶污染物排放尺度及IMO73/78国际防污染公约的要求。 2.PLC节制器在垃圾收集船上的应用切磋 杨伟南，珠江水运，2001.02 经过对垃圾船的垃圾收集/传送装配的PLC节制系统规范设计剖析,阐述了PLC节制系统在垃圾船上的应用是可行的,而且具有提高工作效率和经济效益等利益。 根据以上研究的现状可以看到，国内针对城市内河，旅游景区等水域的打捞设备的研制处于空白阶段，以上研究都只是处于研究陈述和理论设计层面之上，而没有真正能够用于现实出产的水上垃圾打捞设备。 3.水浊度精确检测技术 Mike Sadar//程立//杨家建//方闻，中国建筑工业.2008.06 浊度是一项重要的水质指标。 4.水质自动采样器技术要求及检测方法(HJ\T372-2007)/中华人民共和国环境保护行业标准 中国环境科学出版社，2008.03 根据以上研究可知，我国对对水质检测方面的研究主要针对饮用水，而在湖区水质监测方面还不够完善。 国外研究现状 1.国外浮油收集装配 薛栋生 ,王润基,交通环保,1980,01 日益严重的海洋油污染,引起了世界各海运国家的普遍正视,並接踵查纳磷器类防污染法子。本书收集了几种国外使用较普遍的浮油收集装配,以供参考借签。 “拜克玛”浮油收集装配 “英国石油(BP)公司”研制了二种浮油收集装配。一种为“拜克玛”海上浮油收受接管装配,另一种为“克玛诺”小型浮油收受接管装配。 2.新型口岸水域洁净船 水路运输文摘,2001,03 新加坡海事与口岸打点局(MPA)比来将5艘出格设计的多用途船用于维护口岸水域的洁净。其中两艘断根水面漂浮物，3艘收集靠泊船舶的垃圾。根据以上信息可以看到，国外对水上垃圾的治理力度和投入力度都很大，可是大部分投入都是用于水面油污的措置和针对海域等宽敞旷达水域的水上垃圾打捞，没有专门针对景区水上固体垃圾清理的设备。
