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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 多功能生態(tài)觀光船
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 景區(qū)水面垃圾清理是一個(gè)長(zhǎng)期以來(lái)都未能良好解決的問題。另外，為了保障景區(qū)內(nèi)的安全，水上觀光區(qū)需要植入更加完善的安全監(jiān)控系統(tǒng)。然而，大范圍的監(jiān)控系統(tǒng)往往需要大量的資金，也需要更多的工作人員來(lái)完成監(jiān)控任務(wù)。投入過(guò)大，肯定會(huì)影響景區(qū)的效益。同時(shí)，定期檢測(cè)景區(qū)水質(zhì)也是保障景區(qū)效益的一個(gè)非常重要的方法。針對(duì)以上問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這款集垃圾收集、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)控等功能于一體的生態(tài)觀光船。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、產(chǎn)品設(shè)計(jì)背景 1、如今，旅游觀光成為一種時(shí)尚。每到旅游旺季，大量游客涌入景區(qū)。這不可避免的給景區(qū)環(huán)境造成嚴(yán)重的人為污染,特別是水質(zhì)污染造成大量生物死亡，嚴(yán)重破環(huán)生態(tài)平衡（如湖景區(qū)綠藻污染嚴(yán)重）。 2、大多湖區(qū)的垃圾清理還主要采用人工打撈的辦法，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。而另外一些科技含量高的清潔船體積大，噸位重，主要面向大型水域清潔難處理的油污等。而在湖區(qū)等小水域的垃圾清理機(jī)械化方面并沒有很好的解決措施。 3、水面安全狀況成為困擾人們的一個(gè)難題。當(dāng)發(fā)生水上事故時(shí)，由于水面寬廣，人們一眼望去很有可能看不出發(fā)生了什么意外情況，進(jìn)而忽略并導(dǎo)致事故未能及時(shí)得到解決。一個(gè)可移動(dòng)、方便快捷的水面安全監(jiān)控系統(tǒng)可以解決這一問題。 4、景區(qū)水質(zhì)的良好保持也是一個(gè)比較重要的問題，有必要定期進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，以保證景區(qū)不會(huì)出現(xiàn)水質(zhì)嚴(yán)重破壞的狀況。 5、水上事故有多種，而落水事故就是其中一種比較常見的事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，溺亡事故頻發(fā)，且救援效率不高。目前遇到落水事故，一般情況下的救援過(guò)程是：落水者呼救，其他人發(fā)現(xiàn)再報(bào)警，救援人員趕到了解情況再實(shí)施救援，這大大延長(zhǎng)了救援時(shí)間，我們知道溺水4-8分鐘內(nèi)是營(yíng)救最佳時(shí)機(jī)，超出這一時(shí)間生還幾乎無(wú)望。同時(shí)，救援事故發(fā)生畢竟是少數(shù)，平時(shí)救援裝備、人員閑置，成本投入大。 6、為響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和節(jié)約能源的號(hào)召，生態(tài)化、新能源化的產(chǎn)品是適合時(shí)代發(fā)展的要求的。景區(qū)面積廣，風(fēng)力一般較大，可以運(yùn)用風(fēng)力發(fā)電。 綜上所述，一種具備垃圾收集、水面安全監(jiān)控、水質(zhì)檢測(cè)、水上緊急救援和風(fēng)力發(fā)電等多種功能的生態(tài)觀光船是被迫切需要的。 二、產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn) 1、以子母船的形式實(shí)現(xiàn)功能分配，保證各種功能的良好實(shí)現(xiàn)。母船主要功能為觀光、清理水面垃圾、水質(zhì)檢測(cè)、緊急救援及風(fēng)力發(fā)電；子船主要功能為實(shí)現(xiàn)水面安全監(jiān)控。子船采用智能化裝備，通過(guò)遙控裝置實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，通過(guò)傳輸裝置將監(jiān)控裝置所探測(cè)到的水面狀況畫面?zhèn)鬟_(dá)給監(jiān)控人員，當(dāng)遇到緊急事故時(shí)，可以向母船上的工作人員發(fā)出警報(bào)，使母船快速趕來(lái)實(shí)施救援，以保證水面安全。 2、垃圾收集裝置與船體效仿雙體船的方式，分開實(shí)現(xiàn)不同功能，通過(guò)船的左右兩個(gè)側(cè)翼的上下擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)垃圾收集功能。 3、救援方式采用救生網(wǎng)拋出裝置，給落水者一個(gè)可以抓住、提供依附作用的物體，爭(zhēng)取更多的救援機(jī)會(huì)。 4、產(chǎn)品的操作和控制簡(jiǎn)便，有一定操作基礎(chǔ)的的工作人員即可很輕松地使用它，符合時(shí)代要求。 5、產(chǎn)品生態(tài)化，其造型美觀實(shí)用，與環(huán)境融為一體，更富情趣；充分利用風(fēng)能，節(jié)能環(huán)保。 三、各功能原理 1、垃圾收集原理 游艇利用兩個(gè)同步運(yùn)動(dòng)的側(cè)翼上下擺動(dòng)收集垃圾。側(cè)翼由動(dòng)力系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等幾個(gè)模塊組成。側(cè)翼在船體上一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下上下擺動(dòng)，當(dāng)開口向下的時(shí)候水帶動(dòng)垃圾涌入，開口向上的時(shí)候水從后口流出而垃圾被過(guò)濾出來(lái)。 為了提高垃圾收集的效率，我們又添加了驅(qū)動(dòng)的葉輪和排水系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)葉輪可以提供動(dòng)力加速側(cè)翼中的積水向后流動(dòng)，從而側(cè)翼開口向下的時(shí)候有利于水流帶動(dòng)垃圾涌入。排水系統(tǒng)在水流不足以從后口流出但仍然較多的情況下利用側(cè)翼的擺動(dòng)形成的壓力將水排出。 2、水面安全監(jiān)控原理 子船上裝有無(wú)線發(fā)射裝置和無(wú)線攝像頭以及GPS，子船根據(jù)指令按照設(shè)定軌跡在湖區(qū)中自動(dòng)運(yùn)行，可以到達(dá)工作人員到不了的盲點(diǎn)區(qū)域。母船上工作人員可以通過(guò)無(wú)線接收器接收信號(hào)，查看子船周圍的安全狀況，同時(shí)利用GPS定位子船的位置。 當(dāng)子船檢測(cè)到周圍有安全狀況時(shí)就可以報(bào)警，工作人員查看情況后就可以快速到達(dá)問題點(diǎn)解決問題。 3、水質(zhì)檢測(cè)原理 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們想到，即使水中所有可見的垃圾被清理干凈，水中仍有許多不可見的微型垃圾比如懸浮物質(zhì)、金屬離子等等影響水質(zhì)。這些物質(zhì)也導(dǎo)致水質(zhì)污染的一個(gè)很重要的因素，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危害水生生物以及湖區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境。所以，快速實(shí)時(shí)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)就顯得很有必要。 為此，我們?cè)诖霞闪艘豢疃鄥?shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀（型號(hào)：德國(guó)斯瑪特CX-401）。其主要性能如下： * 能測(cè)量pH值、電導(dǎo)率、TDS（懸浮物質(zhì)含量）、溶解氧等。 * 大屏幕LCD顯示，能儲(chǔ)存950組連續(xù)或獨(dú)立的測(cè)試結(jié)果，附溫度、時(shí)間和日期。 讀數(shù)更清晰。 * 內(nèi)置定時(shí)器，可定時(shí)監(jiān)測(cè)。并可自行設(shè)定數(shù)值報(bào)警。 * 電源模式，能用9V電池或12V電源適配器，能在室內(nèi)或長(zhǎng)時(shí)間在戶外工作。 * 具R-232、USB接口，方便儀器與計(jì)算機(jī)之間交換數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。 4、救援原理 救援裝置利用一連著彈簧的彈射器，彈射器一端連著彈簧，同時(shí)另一側(cè)連著舵機(jī)。準(zhǔn)備時(shí)舵機(jī)將彈射器拉起，此時(shí)彈簧由于被拉伸擁有彈力。發(fā)射時(shí)，遙控啟動(dòng)電熱絲燒斷連著舵機(jī)的繩子，此時(shí)由于彈簧的拉力就可以將救生網(wǎng)（救生圈）彈射到預(yù)定方向。 當(dāng)發(fā)生落水事故時(shí)，若事故發(fā)生地點(diǎn)在母船視線范圍內(nèi)，則母船上的工作人員操控船只快速駛向落水者的方位，當(dāng)?shù)竭_(dá)落水者所在位置的20米范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)遙控將救生網(wǎng)拋至落水者附近，以便落水者借以漂浮在水面不至于溺水，爭(zhēng)取救援時(shí)間；若事故發(fā)生地點(diǎn)在子船監(jiān)控范圍內(nèi)，則子船將事故情況傳達(dá)給母船，引導(dǎo)母船前去救援。該救援方式不僅適用于單人遇險(xiǎn)救援，還可以同時(shí)救助多人，提高了救援效率。 救生網(wǎng)拋出裝置通過(guò)遙控通電加熱熔斷拉繩來(lái)將救生網(wǎng)拋出，通過(guò)彈簧的伸長(zhǎng)量來(lái)度量彈射力度的大小。而且，該救生網(wǎng)拋出裝置可以實(shí)現(xiàn)360度全方位調(diào)節(jié)角度，使拋射方向更加精確。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、目的和思路： 景區(qū)水面垃圾清理是一個(gè)長(zhǎng)期以來(lái)未能良好解決的問題。另外，景區(qū)安全機(jī)制是保證景區(qū)效益的一個(gè)重要指標(biāo)。針對(duì)以上問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這款集垃圾收集、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)控等功能于一體的生態(tài)觀光船。 二、創(chuàng)新點(diǎn)： 1）以子母船的形式實(shí)現(xiàn)功能分配，保證各種功能的良好實(shí)現(xiàn)。母船主要功能為觀光、清理水面垃圾、水質(zhì)檢測(cè)、緊急救援及風(fēng)力發(fā)電；子船主要功能為實(shí)現(xiàn)水面安全監(jiān)控。子船采用智能化裝備，根據(jù)預(yù)定指令沿軌跡自動(dòng)運(yùn)行并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障，通過(guò)傳輸裝置將監(jiān)控裝置所探測(cè)到的水面狀況畫面?zhèn)鬟_(dá)給監(jiān)控人員，當(dāng)遇到緊急事故時(shí)，可以向母船上的工作人員發(fā)出警報(bào)，使母船快速趕來(lái)實(shí)施救援，以保證水上人身安全。 2）垃圾收集裝置與船體效仿雙體船的方式，通過(guò)船的左右兩個(gè)側(cè)翼的上下擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)垃圾收集功能。 3）水面安全監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)人監(jiān)控，并且可以集成在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)報(bào)警、圖像捕捉等功能。 4）救援方式采用救生網(wǎng)拋出裝置。 三、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 1、船的吃水線與側(cè)翼的擺幅相協(xié)調(diào)、船速與側(cè)翼上下擺動(dòng)的頻率相協(xié)調(diào)，使垃圾收集效果最佳。 2、子船上的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的圖像采集，并保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性和響應(yīng)速度。同時(shí)子船在指令下按某一軌跡自動(dòng)運(yùn)行的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)避障。 3、水質(zhì)檢測(cè)的穩(wěn)定性和相應(yīng)的速度。 4、救生網(wǎng)拋出裝置通過(guò)舵機(jī)拉動(dòng)拋射臺(tái)（可實(shí)現(xiàn)360度全方位調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)拋射力度，通過(guò)熔斷拉線（遙控）將救生網(wǎng)拋出。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)景區(qū)水域依然采用人工打撈的辦法。與之相比，我們的作品具有垃圾打撈方便、效率高的特點(diǎn)，且不需要人工直接介入打撈。作品打撈方式體現(xiàn)為通過(guò)一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)使船的兩個(gè)側(cè)翼的上下擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)垃圾收集功能。 2、子母船相互配合，共同確保水上景區(qū)安全。子船將其監(jiān)測(cè)到的景區(qū)狀況通過(guò)無(wú)線傳輸實(shí)時(shí)反映給母船上的工作人員，當(dāng)子船監(jiān)測(cè)到水上事故時(shí)，母船上的工作人員根據(jù)子船傳達(dá)的事故信息（事故緣由、事故地點(diǎn)、人數(shù)等）駕駛母船快速趕往事故地點(diǎn)進(jìn)行救援。 3、目前，大多數(shù)景區(qū)并沒有設(shè)置專門的救援裝置，或者只是簡(jiǎn)單的人工救援，效率低下，而且通常因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)不了而實(shí)現(xiàn)不了救援。我們?cè)诖显O(shè)置專門的救生網(wǎng)拋出裝置，在船距離落水者一定距離時(shí)（設(shè)計(jì)要求為小于20米），就能較準(zhǔn)確的將救生網(wǎng)彈射到落水者附近實(shí)現(xiàn)救援。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年11月申報(bào)**大學(xué)校團(tuán)委項(xiàng)目并成功立項(xiàng)；2011年4月參加**大學(xué)校級(jí)“挑戰(zhàn)杯”并獲特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 2011年1月已經(jīng)完成了作品實(shí)物模型，此刻作品正處于理論完善與模型完善階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 尚未確定技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 一、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1、集多功能于一體，節(jié)約成本，智能高效；2、操作簡(jiǎn)單，使用頻率高；3、節(jié)約勞動(dòng)力，垃圾收集效果顯著；4、子母船實(shí)時(shí)監(jiān)控景區(qū)安全狀況，減小安全隱患；5、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)，避免水質(zhì)嚴(yán)重污染；6、快速救援，爭(zhēng)取最佳救援時(shí)間。 二、適用范圍： 適用于如太湖、大明湖等水域較為廣泛的旅游景區(qū)。 三、市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)： 隨著人們對(duì)水上垃圾治理問題的重視度越來(lái)越高，對(duì)水上污染的治理力度必將不斷加深，多功能生態(tài)觀光船以其適用性高、成本低廉、操作簡(jiǎn)單、功能多樣且實(shí)用等一系列優(yōu)點(diǎn)，解決了諸多水上景區(qū)顯存的問題，具有良好的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1.海上垃圾收集船的設(shè)計(jì)與制造 劉正友，船舶設(shè)計(jì)通信，1994.01 該船具有收集、運(yùn)輸和收集固態(tài)和液態(tài)垃圾及艙底油污水的能力。收集垃圾后的排放物能滿足國(guó)際船舶污染物排放尺度及IMO73/78國(guó)際防污染公約的要求。 2.PLC節(jié)制器在垃圾收集船上的應(yīng)用切磋 楊偉南，珠江水運(yùn)，2001.02 經(jīng)過(guò)對(duì)垃圾船的垃圾收集/傳送裝配的PLC節(jié)制系統(tǒng)規(guī)范設(shè)計(jì)剖析,闡述了PLC節(jié)制系統(tǒng)在垃圾船上的應(yīng)用是可行的,而且具有提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益等利益。 根據(jù)以上研究的現(xiàn)狀可以看到，國(guó)內(nèi)針對(duì)城市內(nèi)河，旅游景區(qū)等水域的打撈設(shè)備的研制處于空白階段，以上研究都只是處于研究陳述和理論設(shè)計(jì)層面之上，而沒有真正能夠用于現(xiàn)實(shí)出產(chǎn)的水上垃圾打撈設(shè)備。 3.水濁度精確檢測(cè)技術(shù) Mike Sadar//程立//楊家建//方聞，中國(guó)建筑工業(yè).2008.06 濁度是一項(xiàng)重要的水質(zhì)指標(biāo)。 4.水質(zhì)自動(dòng)采樣器技術(shù)要求及檢測(cè)方法(HJ\T372-2007)/中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.03 根據(jù)以上研究可知，我國(guó)對(duì)對(duì)水質(zhì)檢測(cè)方面的研究主要針對(duì)飲用水，而在湖區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面還不夠完善。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 1.國(guó)外浮油收集裝配 薛棟生 ,王潤(rùn)基,交通環(huán)保,1980,01 日益嚴(yán)重的海洋油污染,引起了世界各海運(yùn)國(guó)家的普遍正視,並接踵查納磷器類防污染法子。本書收集了幾種國(guó)外使用較普遍的浮油收集裝配,以供參考借簽。 “拜克瑪”浮油收集裝配 “英國(guó)石油(BP)公司”研制了二種浮油收集裝配。一種為“拜克瑪”海上浮油收受接管裝配,另一種為“克瑪諾”小型浮油收受接管裝配。 2.新型口岸水域潔凈船 水路運(yùn)輸文摘,2001,03 新加坡海事與口岸打點(diǎn)局(MPA)比來(lái)將5艘出格設(shè)計(jì)的多用途船用于維護(hù)口岸水域的潔凈。其中兩艘斷根水面漂浮物，3艘收集靠泊船舶的垃圾。根據(jù)以上信息可以看到，國(guó)外對(duì)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針對(duì)海域等寬敞曠達(dá)水域的水上垃圾打撈，沒有專門針對(duì)景區(qū)水上固體垃圾清理的設(shè)備。
