本發(fā)明涉及地表水體治理，具體為多功能無人船。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著生態(tài)文明建設(shè)與環(huán)境保護(hù)力度的加大，地表水體污染治理與生態(tài)保護(hù)已成為我國環(huán)境領(lǐng)域的重要課題之一。尤其在城鎮(zhèn)湖泊、河道、水庫以及近岸水域，由于污染源復(fù)雜且管理需求多樣化，傳統(tǒng)單一功能的水質(zhì)監(jiān)測、水面保潔或生態(tài)調(diào)查設(shè)備已難以適應(yīng)日益提高的治理要求。目前，主流的地表水體治理技術(shù)包括固定式水質(zhì)監(jiān)測站、便攜式水質(zhì)監(jiān)測儀、人工駕駛的清潔船、漂浮式垃圾收集裝置、無人機(jī)生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以及專業(yè)的水下地形測繪設(shè)備（如聲納測繪船）等。這些設(shè)備和技術(shù)在實際應(yīng)用中雖能解決一定的問題，但在實際運行中仍存在明顯不足與技術(shù)瓶頸，具體表現(xiàn)如下：

2、第一，現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)存在數(shù)據(jù)獲取效率與連續(xù)性不足的問題。目前廣泛使用的固定式監(jiān)測站雖能夠?qū)崟r采集水質(zhì)數(shù)據(jù)，但通常固定于某些特定點位，覆蓋范圍極為有限，且難以隨時調(diào)整監(jiān)測位置和頻率，難以應(yīng)對突發(fā)水污染事件和大面積水域的污染排查工作；而便攜式監(jiān)測設(shè)備則嚴(yán)重依賴人工操作，勞動強(qiáng)度高、人工成本高，難以實現(xiàn)長時間連續(xù)監(jiān)測任務(wù)，極大限制了水質(zhì)數(shù)據(jù)的連續(xù)性與實時性。

3、第二，傳統(tǒng)的水面清潔技術(shù)普遍效率低、能耗高、生態(tài)干擾明顯。目前普遍采用的人工駕駛清潔船或簡單的漂浮式垃圾收集裝置功能單一、智能化水平低，需要頻繁往返卸載垃圾，作業(yè)效率較低，燃料消耗和運行成本高；此外，機(jī)械清潔過程中通常忽略了生態(tài)保護(hù)需求，易對水域生態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響，如噪聲和振動干擾水生動物的正?；顒?。

4、第三，目前的生態(tài)監(jiān)測技術(shù)手段單一且缺乏聯(lián)動管理能力。當(dāng)前對水域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測多采用無人機(jī)航拍或岸基攝像頭監(jiān)測方式，但這些系統(tǒng)普遍為獨立運行，缺乏與水質(zhì)監(jiān)測、保潔作業(yè)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)動能力與協(xié)同性，導(dǎo)致水環(huán)境管理中生態(tài)數(shù)據(jù)的整合性和可利用性大幅降低，難以支撐精準(zhǔn)的生態(tài)調(diào)控決策。

5、第四，水下地形測繪技術(shù)裝備成本高、適應(yīng)性差，難以普及應(yīng)用。傳統(tǒng)水下測繪通常使用專業(yè)測量船搭載大型聲納設(shè)備，作業(yè)設(shè)備購置與維護(hù)成本高昂、運行費用高，且通常適用于開闊水域。在小型或狹窄的河道、淺灘區(qū)域適應(yīng)性不足，測繪難度較大，無法滿足更為細(xì)致的地表水域地形勘測需求。

6、第五，現(xiàn)有技術(shù)普遍缺乏突發(fā)應(yīng)急響應(yīng)能力與綜合功能集成。當(dāng)前水域治理設(shè)備多為單一功能設(shè)計，如水質(zhì)監(jiān)測、清潔保潔或生態(tài)監(jiān)測，功能碎片化嚴(yán)重，無法在突發(fā)環(huán)境事件或應(yīng)急救援場景中快速響應(yīng)。同時，水面應(yīng)急救援設(shè)備一般需人工操作，缺乏自動化與智能化響應(yīng)手段，難以在復(fù)雜環(huán)境條件下迅速有效地完成救援任務(wù)。

7、針對上述問題，迫切需要研發(fā)一種綜合多種功能、具備高度自動化與智能化運行能力的地表水體治理平臺，以實現(xiàn)水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境實時觀測、水面保潔、水下地形測繪以及突發(fā)事件應(yīng)急救援的一體化解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明本發(fā)明提供了一種集成度高、功能全面的多功能無人船，通過先進(jìn)的人工智能技術(shù)、精準(zhǔn)的導(dǎo)航控制系統(tǒng)、高效的清潔與救援模塊、實時的數(shù)據(jù)通信與智能分析平臺，解決了現(xiàn)有技術(shù)中功能碎片化、監(jiān)測效率低下、生態(tài)擾動嚴(yán)重、應(yīng)急響應(yīng)緩慢及設(shè)備適應(yīng)性差等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為地表水體環(huán)境治理提供了一種智能化、集約化、高效化的新型解決方案。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：多功能無人船，包括船體、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器模塊、執(zhí)行模塊和數(shù)據(jù)通信模塊，其中：

3、所述船體采用流線型設(shè)計，負(fù)載能力為55kg，抗風(fēng)浪等級達(dá)到3級以上；

4、所述動力系統(tǒng)采用混合能源驅(qū)動，包括太陽能電池板和鋰電池組，支持最高航速2.2m/s和工作航速1.2m/s；

5、所述控制系統(tǒng)基于人工智能算法，支持自主導(dǎo)航、路徑規(guī)劃和避障功能，導(dǎo)航精度控制在0.3m以內(nèi)；

6、所述傳感器模塊包括水質(zhì)傳感器探頭、視覺識別系統(tǒng)和聲納系統(tǒng)，用于實時采集水質(zhì)參數(shù)、魚鳥類信息和水下地形數(shù)據(jù)；

7、所述執(zhí)行模塊包括垃圾收集裝置和救援裝置，用于執(zhí)行水面保潔和應(yīng)急救援任務(wù)；

8、所述數(shù)據(jù)通信模塊包括無線通信天線，支持無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，將采集數(shù)據(jù)上傳至云端平臺。

9、優(yōu)選的，所述水質(zhì)傳感器探頭包括ph傳感器、溶解氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器和溫度傳感器，安裝于船體底部伸縮探頭內(nèi)，探頭下潛深度能夠調(diào)節(jié)至1m；所述控制系統(tǒng)根據(jù)水質(zhì)異常數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整巡航路徑和采樣頻率。

10、優(yōu)選的，所述垃圾收集裝置包括寬幅漏斗狀開口、旋轉(zhuǎn)滾輪和傳送帶，開口寬度為80cm，滾輪轉(zhuǎn)速范圍為0-50rpm，傳送帶將垃圾送入容量為20l的儲物倉；所述垃圾收集裝置下方還包括聲波驅(qū)散器，呈細(xì)長條狀，用于驅(qū)趕魚類；所述執(zhí)行模塊還包括多層濾網(wǎng)，依次為粗濾網(wǎng)、細(xì)濾網(wǎng)和活性炭吸附層，用于清除油污。

11、優(yōu)選的，所述視覺識別系統(tǒng)包括雙目攝像頭和單目攝像頭，所述雙目攝像頭分辨率為1920×1080，視場角120°，支持立體成像和目標(biāo)距離測量，所述單目攝像頭用于廣角監(jiān)控；所述控制系統(tǒng)內(nèi)置深度學(xué)習(xí)模型，識別精度≥95%，用于實時識別水域中的魚類和鳥類。

12、優(yōu)選的，所述聲納系統(tǒng)包括單波束測深儀和側(cè)掃聲納，單波束測深儀頻率為200khz，測深范圍0.5-100m，側(cè)掃聲納頻率為500khz，掃描寬度50m；所述控制系統(tǒng)根據(jù)聲納系統(tǒng)數(shù)據(jù)生成三維水下地形圖。

13、優(yōu)選的，所述救援裝置包括充氣式救生圈和機(jī)械抓取裝置，救生圈展開后直徑為1m，浮力50kg，所述機(jī)械抓取裝置為三爪式機(jī)械臂，抓取范圍0-30cm，抓力10kg；所述控制系統(tǒng)支持遙控器或移動終端發(fā)送救援指令。

14、優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)包括毫米波雷達(dá)和避障控制單元，雷達(dá)探測距離50m，當(dāng)障礙物距離≤4m時，所述控制系統(tǒng)調(diào)整航向或減速以進(jìn)行自動避障。

15、優(yōu)選的，所述船體采用可降解聚乳酸復(fù)合材料制成，所述動力系統(tǒng)包括太陽能電池板和能量回收系統(tǒng)，回收率達(dá)20%，噪音控制在50db以下，振動頻率≤10hz。

16、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)通信模塊通過無線通信天線支持wi-fi、4g或5g網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率≥10mbps；所述云端平臺提供數(shù)據(jù)存儲、分析和共享功能，支持生成水質(zhì)熱圖和生物分布圖。

17、優(yōu)選的，所述無人船能夠在水質(zhì)監(jiān)測、水面保潔、魚鳥類識別、水下地形測繪和應(yīng)急救援任務(wù)中自主切換運行模式，并通過所述控制系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級動態(tài)調(diào)整執(zhí)行順序。

18、工作原理：多功能無人船通過集成多種功能模塊實現(xiàn)水域管理的自動化操作；無人船依靠混合能源驅(qū)動，利用太陽能和電池提供動力，推動螺旋槳使船體在水面航行；控制系統(tǒng)基于人工智能算法，根據(jù)預(yù)設(shè)路徑或?qū)崟r指令規(guī)劃航線，并在檢測到障礙物時自動調(diào)整航向或減速；傳感器模塊實時采集水質(zhì)參數(shù)、拍攝水面生物圖像并探測水下地形，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至云端平臺執(zhí)；行模塊在航行中清理漂浮垃圾并吸附油污，同時在緊急情況下釋放救生裝置或抓取物體協(xié)助救援；所有任務(wù)通過控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，可根據(jù)環(huán)境變化動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級，確保高效完成水質(zhì)監(jiān)測、水面保潔、生物識別、地形測繪和應(yīng)急救援等工作。

19、本發(fā)明提供了多功能無人船。具備以下有益效果：

20、1、本發(fā)明通過將水質(zhì)監(jiān)測、水面保潔、魚鳥類識別、水下地形測繪和應(yīng)急救援功能集成于單一平臺，顯著提升了水域管理的綜合效率，無人船搭載多種傳感器和執(zhí)行模塊，能夠在一次巡航中同時完成多項任務(wù)，減少了傳統(tǒng)方法中需分別使用多種設(shè)備的時間和資源消耗，相較于分步操作效率提升約50%。

21、2、本發(fā)明無人船的控制系統(tǒng)基于人工智能算法，能夠根據(jù)水域環(huán)境和任務(wù)需求動態(tài)調(diào)整運行模式和執(zhí)行順序，具有較高的任務(wù)適應(yīng)性；通過集成路徑規(guī)劃和避障功能，無人船在檢測到障礙物（如距離4m內(nèi)的浮木）時可自動調(diào)整航向或減速，導(dǎo)航精度保持在±0.3m以內(nèi)；此外，系統(tǒng)支持根據(jù)水質(zhì)檢測到的污染數(shù)據(jù)優(yōu)先覆蓋高污染區(qū)域，采樣頻率從1hz調(diào)整至10hz，確保數(shù)據(jù)采集的針對性和準(zhǔn)確性。

22、3、本發(fā)明無人船采用可降解聚乳酸復(fù)合材料和太陽能驅(qū)動的動力系統(tǒng)，降低了運行過程中的環(huán)境影響，動力系統(tǒng)優(yōu)先使用太陽能，每小時發(fā)電量達(dá)180-200wh，減少了對化石燃料的依賴，碳排放量較傳統(tǒng)燃油船降低約90%。同時，垃圾收集裝置配備聲波驅(qū)散功能，在清理漂浮物時驅(qū)趕魚類，噪音控制在50db以下，振動頻率≤10hz，避免了對水生生物的直接傷害，適用于生態(tài)敏感水域。

23、4、本發(fā)明通過無線通信將水質(zhì)、生物和地形數(shù)據(jù)實時上傳至云端平臺，無人船為水域管理提供了全面的數(shù)據(jù)支持，云端平臺能夠處理每日10萬條數(shù)據(jù)記錄，生成水質(zhì)熱圖（分辨率1m×1m）和生物分布圖，數(shù)據(jù)傳輸速率≥10mbps，支持多機(jī)構(gòu)共享，數(shù)據(jù)利用率提高約60%。

24、5、本發(fā)明無人船的垃圾收集裝置和機(jī)械抓取裝置設(shè)計提高了水面保潔和應(yīng)急救援的執(zhí)行效率，垃圾收集裝置的漏斗狀開口和多層濾網(wǎng)每日可清理10-20kg漂浮垃圾，油污吸附能力達(dá)200mg/g活性炭；機(jī)械抓取裝置和充氣式救生圈可在30秒內(nèi)部署，救援響應(yīng)時間縮短至10分鐘以內(nèi)。在河流應(yīng)用中，無人船能在接到落水信號后以2.2m/s航速到達(dá)目標(biāo)點，救援成功率提升至90%。