基本信息
- 项目名称：
- 无人驾驶太阳能动力自主环境监测船--“日月湖1号”
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- “日月湖一号”是一艘以ARM7为核心控制器的无人驾驶太阳能动力自主环境监测船，可监测船舶周边区域大气、水环境的各种参数及污染情况。利用太阳能光伏板和蓄电池来提供电能。通过GPS、电子罗盘和超声传感器进行定位及导航。通过GPRS与远程基站无线传输数据，实现船舶的远程控制及无线通讯，在全球任何一个有移动通讯网的地方均可实现对船舶的控制，并将监测到的环境参数和船舶周边影像传回到基站或手机上，并且实现对污染源疑似地区的自动搜索和船的自动泊位。自主监测船可替代人完成偏远或恶劣环境下的全天候水域环境监测。经调查此项目目前在国内处于空白。
- 详细介绍：
- 本系统由5个子系统组成，分别是船体驱动动力系统、能源供应系统、环境参数监测与显示系统、巡航驾驶控制系统和无线通讯系统。 1.船体驱动动力系统提供船前进的动力，从环保和零排放角度考虑，我们采用了直流电机驱动方式. 2.能源供应系统方面，采用以太阳能为主、蓄电池为辅的双能源供电系统， 3.环境参数监测与显示系统负责对水域环境参数监测，由大气监测传感器、水质传感器、单片机控制和LED显示及语音模块组成。 4.巡航驾驶控制系统负责船的无人驾驶控制，通过GPS、电子罗盘和超声波传感器进行定位及导航，实现设定路线航行、漫游、污染源搜索控制和自动归航泊位等功能。自动归航泊位功能可使船定时回基站维护。可在基站或通过手机遥控机械臂，使船处于停泊或出发状态。 5.无线通讯系统通过GPRS与基站无线数据传输，实现对船舶的远程控制及将监测到的环境参数和船舶周边影像传回到基站和手机上。 五大系统的配合工作共同完成了无人驾驶太阳能动力自动环境监测船的监测任务。
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
- 针对我国目前河流、湖泊等水域严峻的污染情况，以及人工监测方式繁琐，监测工作量大的现状，我们设计研发了这艘无人驾驶环境监测船，达到缩短监测周期，提高监测效率，数据实时传输的目的。设计思路： 1)开发一套环境监测系统，代替人工监测方式，并基于水质污染参数变化与船的路径来自动搜索污染源。 2)利用GPS、电子罗盘和超声波传感器，实现船的定位与导航以及避障工作，将现有成熟的导航技术集成在低成本的小型船舶中，在提高其智能性的同时，也使本项目在面向中低端市场更具竞争性。 3)通过GPRS通讯系统完成环境监测数据的实时远程传输，并在后期开发出了远程监测界面，实现了对船的实时远程监控。 4)可靠的能源供应系统，保证了船适合在多种天气情况下工作。解决了小型人工监测船由于受到时间和天气的影响无法长时间远距离的续航工作的难题。 创新点及技术关键: 1)针对我国污染情况较为严重，具有实时数据传输的小型无人环境监测船未见报道，本项目的研发将为我国湖泊、风景区等水域的大气水质情况监测提供很大帮助。 2)污染源搜索技术---监测船中央控制器会判断水质污染参数的变化与船行径轨迹变化的关系，自主搜索污染源疑似位置，并向基站发送报警 3)将双模式无线传输通讯方法应用于水域环境监测船中。将冗余技术应用于无线数据传输，与传统的人工监测船相比，提高了数据传输的可靠性，也提高了监测船工作效率。 4）开发了自动泊位机构，真正的实现了监测船从开始工作到泊位完全无人化。
科学性、先进性
- 1）自主航行--由程序设定轨迹，船自主完成导航，跟人工驾驶监测船相比，能更准确地到达监测的水域，而且不需考虑天气因素所带来的影响，同样节省了人力资源。 2）监测多种环境参数--可监测大气环境，如风速、风向、湿度、空气质量等；水体状况，如水温、PH值、溶氧度、氨氮等。 3）污染源自主搜索--监测船中央控制器会判断水质污染参数的变化与船行径轨迹的关系，自主搜索污染源疑似位置，提高了船的智能性。 4）清洁的能源动力系统--太阳能电池是36V/100W，共3块，总功率300W；选用的蓄电池是36V/12安时，共2组；能源切换使用，实现监测船的零排污。 5）人机交互--应用双模式无线传输通讯。a：由GPRS模块与上位机组成接收机与船上GPRS模块通讯。b：由手机与船上GPRS模块进行通讯。两种无线传输系统共同完成监测数据的传输。 6）完善的安全传感器组合--红外热释电传感器、进水传感器、遇到外人侵入、障碍物和碰撞等紧急情况，能及时报警，提高监测船的安全可靠性。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年6月，荣获浙江省第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 实验室完成阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、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
- 该船集成了一批环境监测传感器，可实现对环境实时、连续跟踪监测，对加大重点污染区域的监测力度定会带来很大帮助。 我们将环境监测系统与GPS等成熟技术有机集成，解决了系统集成的多个问题，将单项技术的优势转化成应用系统的优势。相比于其它监测船，其体积小，操作方便，对环境要求较高的景区的环境监测，更能体现其实时监测，快速作业的优势。同时，本项目成本低，可工作多年，相比人力，更具有经济优势。 我国2007年因污染造成天然渔业资源经济损失36.43亿元，其中内陆水域天然渔业资源经济损失为8.55亿元，海洋天然渔业资源经济损失为27.88亿元。本监测船的应用将会及时、及早发现隐情，从而减小损失。 本项目在我校的“日月湖”开展了实验。实验说明了该船有良好的市场应用前景，尤其是在水域保护领域。浙江省是一个旅游大省，河流、湖泊较多，且多属于风景区，对环境要求较高。该船的应用，节省人力，方便了环境参数的监测，对景区环境质量提升带来很大帮助，又可带来连锁的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 我国湖泊面临着严峻的环境问题。如西部湖泊萎缩、咸化、甚至干涸；东部湖泊围垦与网围养殖严重，污染加剧。我国北方和西部受自然环境的限制以及经济和社会的快速发展，水资源严重短缺；而水资源比较丰富的南方却因水环境的人为污染而造成水质性缺水，严重制约着人类的生存和区域的经济与社会发展，必须引起社会的高度重视和采取有力的措施，加强湖泊环境的保护与治理，维持人与自然的和谐和区域的可持续发展。但是内陆湖泊流域的环境监测工作一直由于工作量大、工作面广等多种因素难以进行频繁性监测，导致内陆湖泊大气水质情况的相关监测数据不能得以及时的更新。 目前国内环境监测船依然很少，主要代表有以下两种： 1）“天象一号”无人驾驶海上探测船。“天象一号”无人船气象探测系统能够提供的风速、风向、气温、湿度、水温等测量值。主要作业对象为气象情况。“天象一号”为北京奥运会的青岛奥帆赛的气象保障服务做出了很大的贡献，这也是世界上首次应用无人船进行气象探测。（） 2）“长江水环监2000”。（大型人工驾驶）这艘监测船能够快速、准确地进行长江水环境监测，监督、监测沿江入河排污状况，并对省界水体、重点污染河段及水污染事故实行动态监测。这艘船自2000年投入使用，在这次“长江行动”启动前，又专门配备了多套专业设备。 我们研发的这艘自主水域环境监测船不仅可以监测大气的相关的风速、风向、气温、湿度、气压、空气质量、光照、噪音、降雨量等数据，同样也可以监测水质的水温、PH值、溶氧度、氨氮等数据，而且具有数据实时传输等功能，具有很好的社会效益与价值，能为我国的环保事业作出一定的贡献。 随着中国政府对污染物控制和节能减排的日益重视，我国环境监测领域机遇大于挑战。未来几年，在中国自动化、多功能、即时的、系统化、智能型的高附加值产品会进一步受到青睐，重点发展的产品有水质自动监测系统、烟尘和SO2在线自动监测系统、有机污染物自动连续监测系统、重点污染源监测系统和在线便携式应急监测设备等。本项目迎合了社会的发展，势必会产生一定的市场价值。
