王永鼎,龐闖闖

(上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院,上海 201306)

北斗系統(tǒng)在水質(zhì)改良機(jī)中的應(yīng)用

王永鼎,龐闖闖

(上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院,上海 201306)

污水大量排放、過度養(yǎng)殖開發(fā)、生態(tài)環(huán)境惡化等因素對我國淡水資源造成了嚴(yán)重污染,水質(zhì)改良機(jī)對改善湖泊、城市河流、風(fēng)景區(qū)、養(yǎng)殖池塘等水質(zhì)有顯著效果。本文從我國湖泊污染現(xiàn)狀出發(fā),對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在水質(zhì)改良機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行了探索,相關(guān)構(gòu)想對改善我國淡水資源污染問題具有重要意義。

北斗系統(tǒng);淡水污染;水質(zhì)改良機(jī);應(yīng)用

0 引 言

我國湖泊眾多,分布廣闊。其中面積在1 km2以上的的天然湖泊有2 700多個(gè),總面積有91 000 km2,約占到我國國土面積的1%.但是我國大多數(shù)湖泊都受到不同程度的污染,其中一些城市湖泊、水庫都已達(dá)到中等營養(yǎng)化及重富營養(yǎng)化程度[1]。我國水污染形勢十分嚴(yán)峻,已由支流向主干延伸,城市向農(nóng)村蔓延,地表向地下滲透,陸地向海域發(fā)展。

目前,改善水污染的方法很多,其中利用水質(zhì)改良機(jī)改善水質(zhì)是一種綠色、節(jié)能、高效的方法。由于技術(shù)條件限制,傳統(tǒng)的水質(zhì)改良機(jī)多采用固定式、電網(wǎng)供電。這種設(shè)備工作范圍小,噪音大,耗電量多,移動困難,只適合在小面積的水域工作,不能滿足湖泊、水庫、河流等大水域的水質(zhì)改良[2]。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,全球定位導(dǎo)航技術(shù)日益成熟,我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將會應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)[3]。北斗系統(tǒng)精準(zhǔn)的定位、測速、授時(shí)和數(shù)據(jù)傳輸功能可以完美地實(shí)現(xiàn)水質(zhì)改良機(jī)在大水域行走作業(yè),作業(yè)范圍增大,提高了工作效率,使設(shè)備走向智能化。

1 水質(zhì)改良機(jī)系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述

1.1 太陽能水質(zhì)改良機(jī)系統(tǒng)

太陽能水質(zhì)改良機(jī)系統(tǒng)主要由光伏供電模塊、負(fù)載模塊、控制器模塊、浮體小船四部分組成，其工作原理框圖如圖1所示。

圖1 太陽能水質(zhì)改良系統(tǒng)原理框圖

光伏供電模塊由太陽能電池方陣、蓄電池組和控制電路組成,它是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的動力來源。負(fù)載模塊包括污水提升部分和轉(zhuǎn)向部分,工作原理:污水提升裝置是由直流水泵和進(jìn)水/排水管道組成,直流水泵把湖泊底層污水抽到湖面上層,促進(jìn)污水中有機(jī)物分解和營養(yǎng)鹽釋放,達(dá)到肥水調(diào)水,改善水質(zhì)的目的,同時(shí)出水口噴出的水產(chǎn)生的反作用力作為系統(tǒng)前行動力;轉(zhuǎn)向裝置是由轉(zhuǎn)向電機(jī)帶動螺旋槳改變浮體小船運(yùn)行方向的裝置?？刂破髂K是連接太陽能電池組、蓄電池和負(fù)載的樞紐,主要控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部件工作,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)各主要部件的保護(hù)作用[4-5]。浮體小船是承載系統(tǒng)各部件的浮體。

1.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是我國獨(dú)立研發(fā)設(shè)計(jì)的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),已于2012年12月27日正式提供區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。在體制上,與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS和歐盟的Galileo一樣,都屬于RNSS(Radio Navigation Satellite System)。都采用無源定位方式[6-7]。該系統(tǒng)主要由三部分組成:空間軌道衛(wèi)星段、地面監(jiān)控接收段和客戶使用段。空間部分由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成,不僅可以覆蓋全球,而且能大幅度提高精確度;地面控制部分為地面監(jiān)控系統(tǒng);用戶設(shè)備部分為北斗衛(wèi)星接收機(jī)。圖2所示為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成[8]。

圖2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成

雖然北斗系統(tǒng)進(jìn)入應(yīng)用階段時(shí)間還短,但是在不斷發(fā)展和成熟過程中,已在通信、減災(zāi)、交通、海洋漁業(yè)等方面發(fā)揮了重要的作用。隨著技術(shù)不斷地更新和系統(tǒng)升級,北斗系統(tǒng)提供的服務(wù)將會在更多的行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在水質(zhì)改良機(jī)中的應(yīng)用

2.1 北斗導(dǎo)航水質(zhì)改良機(jī)需要實(shí)現(xiàn)的功能

北斗導(dǎo)航水質(zhì)改良機(jī)主要由水質(zhì)改良機(jī)和北斗信息服務(wù)系統(tǒng)組成。水質(zhì)改良機(jī)是由太陽能電池、蓄電池、轉(zhuǎn)向電機(jī)、污水提升、控制器等一系列裝置組成;北斗信息服務(wù)系統(tǒng)主要由北斗衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星地面站、北斗水質(zhì)改良機(jī)船載終端、通信運(yùn)營服務(wù)中心、地面監(jiān)控指揮控制中心等組成[9-10]。要實(shí)現(xiàn)水質(zhì)改良機(jī)在遠(yuǎn)程控制下在湖面工作,設(shè)備需要滿足以下功能:

1) 太陽能供電

設(shè)備電源是由太陽能光伏列陣和蓄電池組成,在晴朗天氣下,由太陽能電池為負(fù)載供電,同時(shí)補(bǔ)充蓄電池的虧損;在陰雨天氣時(shí),由蓄電池為設(shè)備供電。

2) 小船系統(tǒng)的定位

船載北斗系統(tǒng)定位主要是利用北斗定位系統(tǒng)對移動小船進(jìn)行實(shí)時(shí)定位,采用地理信息系統(tǒng)(GIS)實(shí)時(shí)計(jì)算出移動小船的信息。

3) 無線遙控功能

小船船體上裝有無線通信模塊,地面檢測指揮控制中心在收到小船位置、當(dāng)前狀態(tài)、運(yùn)行速度、航行軌跡、經(jīng)緯度地理位置等信息后,可以通過遠(yuǎn)程無線遙控模塊改變移動小船的運(yùn)行速度和方向,使小船到指定位置工作。

4) 控制器控制功能。控制器是北斗導(dǎo)航水質(zhì)改良機(jī)的核心部分,是連接系統(tǒng)各部件的樞紐,控制各部件完成相應(yīng)的任務(wù)?？刂破鲗?shí)現(xiàn)的任務(wù)主要有:控制太陽能供電系統(tǒng)給設(shè)備供電,同時(shí)能夠避免蓄電池發(fā)生欠壓放電和過流放電,對蓄電池進(jìn)行保護(hù);處理收到的信號、信息,并給出相應(yīng)的指令信號,控制北斗船載終端收發(fā)信號、水泵提水速度、轉(zhuǎn)向電機(jī)正反轉(zhuǎn)等。

5) 水質(zhì)改良。設(shè)備的最終目的是把湖底底層污水抽到湖面,促進(jìn)有機(jī)物和營養(yǎng)鹽的分解,達(dá)到水質(zhì)改良的效果。

2.2 北斗導(dǎo)航水質(zhì)改良機(jī)工作過程分析

水質(zhì)改良機(jī)的工作狀態(tài)是根據(jù)浮體小船的位置、運(yùn)行速度、風(fēng)向的大小、需要工作的任務(wù)、工作水域位置和距離等因素決定的。與其他定位、導(dǎo)航系統(tǒng)相比較,北斗最大的特點(diǎn)是把小船運(yùn)行與通信結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤小船狀態(tài)。再利用無線遙控在室內(nèi)控制水質(zhì)改良機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),就可以做到對水質(zhì)改良機(jī)的實(shí)時(shí)控制。如圖3所示為北斗導(dǎo)航水質(zhì)改良機(jī)的原理框圖。

圖3 北斗導(dǎo)航水質(zhì)改良機(jī)原理框圖

3 結(jié)束語

本文通過對目前水質(zhì)改良機(jī)的發(fā)展趨勢和現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行分析,提出采用北斗定位系統(tǒng)和水質(zhì)改良機(jī)相結(jié)合進(jìn)行水質(zhì)改良工作。首先概述水質(zhì)改良機(jī)系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),介紹了其基本原理和組成,然后分析討論了北斗定位系統(tǒng)和水質(zhì)改良機(jī)相結(jié)合需要實(shí)現(xiàn)的功能和效果,最后分析北斗導(dǎo)航水質(zhì)改良機(jī)的工作過程。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在水質(zhì)改良機(jī)上的應(yīng)用,將湖泊中小船信息和陸地信息實(shí)時(shí)聯(lián)動共享,實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)觀察和控制水質(zhì)改良機(jī)的運(yùn)行,一改傳統(tǒng)水質(zhì)改良機(jī)工作范圍小、設(shè)備固定、電網(wǎng)供電、移動困難、噪音大等缺點(diǎn),為水質(zhì)改良提供了一種可靠有效的方法。從環(huán)境改善和水質(zhì)改良目前的發(fā)展形勢看,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在水質(zhì)改良機(jī)中的應(yīng)用前景十分廣闊。

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The Application of Beidou System in Water Quality Improvement machine

WANG Yongding,PANG Chuangchuang

(CollegeofEngineering,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China)

A large number of sewage emissions, excessive aquaculture development, deterioration of ecological environment caused serious pollution of water resources in China.To improve the water quality of Lake City, river, scenic areas, aquaculture ponds and other water quality improvement of the machine has significant effect.According to the current situation of lake pollution of our country, explores the application of Beidou satellite navigation system in improving water quality on the machine, the idea is of great significance to improve water pollution in china.

BeiDou system; water pollution; water quality improvement machine; application

2016-07-10

上海市科技興農(nóng)項(xiàng)目(滬農(nóng)科攻字(2014)第6-3號)

10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.06.024

S969

1008-9268(2016)06-0119-03

王永鼎(1963-),男,上海人,教授,研究方向?yàn)樗a(chǎn)與漁業(yè)機(jī)械研究。

龐闖闖(1990-),男,河南人,碩士,主要從事水產(chǎn)與漁業(yè)機(jī)械研究。

聯(lián)系人：龐闖闖 E-mail: chchpang@163.com