關(guān)于海洋垃圾污染及其新型海洋清理機(jī)器人的研究

曹文鵬 李偉嘉 郭懷睦 金星 劉燦

摘要：海洋占到地球表面的70%，是孕育生命的搖籃，也是地球上最為穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人口數(shù)量的不斷增加，海洋運(yùn)輸業(yè)實(shí)現(xiàn)了良好的發(fā)展，隨之而來的是大量的廢水、廢物等被傾入到海中，使得海水性狀出現(xiàn)變化，嚴(yán)重破壞了海洋的生態(tài)平衡。海洋垃圾是海洋污染物的一種。海洋垃圾的種類從簡單到復(fù)雜，數(shù)量從少到多，其危害從局部逐步擴(kuò)展到全球。海洋垃圾還是多種污染物的載體，通過生物鏈危害人類健康。當(dāng)前由于海洋污染造成了魚群死亡、赤潮泛濫、珍貴的海洋生物逐漸消失，海洋垃圾問題就難以得到徹底解決。政府和利益相關(guān)者應(yīng)采取緊急行動(dòng)應(yīng)對海洋垃圾污染，以實(shí)現(xiàn)海洋的可持續(xù)發(fā)展。因此必須要采取有效的措施進(jìn)行海洋垃圾污染治理。

關(guān)鍵詞：海洋垃圾、海洋污染、新型海洋清理機(jī)器人

1海洋垃圾污染現(xiàn)狀：

全世界每天大約有800萬件垃圾，每年大約有640萬噸垃圾進(jìn)入海洋。自1970以來，人們每年都放棄在海上積聚的漂浮垃圾，在北太平洋形成一個(gè)厚度約30米，面積達(dá)343×104平方千米的“垃圾洲”。海洋垃圾對商業(yè)捕魚、航運(yùn)和沿海旅游業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了負(fù)面影響，全球經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)130億美元。如果不采取有效措施，海洋生態(tài)環(huán)境將無法承受，人類將遭受損失。根據(jù)1997年美國科學(xué)院估計(jì)，全球每年約有640×104噸垃圾進(jìn)入海洋，每天約有800×104件垃圾進(jìn)入海洋，此外，每平方千米海洋表面上漂浮著超過13000件塑料垃圾。2002年海洋保護(hù)協(xié)會(huì)組織的國際海岸的清潔運(yùn)動(dòng)中，收集了超過6.2×104件海洋垃圾，質(zhì)量超過4000噸。南非海岸塑料瓶蓋的數(shù)量在20年間翻了10倍，北太平洋中的塑料垃圾的質(zhì)量已經(jīng)是浮游生物生物量的36倍，北海區(qū)域的垃圾數(shù)量也在不斷增加。海洋垃圾的分布在不同海域有所不同，大部分海洋垃圾都是聚積在遠(yuǎn)離陸地的海洋漩渦區(qū)，同時(shí)進(jìn)入海洋的垃圾大約有70%沉降至海底，15%漂浮在水體表面，15%駐留在海灘上。

2海洋垃圾來源：

進(jìn)入到21世紀(jì)，情況更為堪憂，原來局部的、僅局限在一些國家海岸的垃圾污染開始擴(kuò)展到全球。海洋垃圾的來源十分廣泛，主要包括陸源和海上兩部分，陸源主要來自海岸帶開發(fā)活動(dòng)、沿海地區(qū)的村鎮(zhèn)生產(chǎn)生活垃圾以及河流輸入等;海上主要是一些特定的海上活動(dòng)，包括油氣開發(fā)、海上傾廢、海上漁業(yè)、海上貨運(yùn)和海上娛樂活動(dòng)等。全球人類的生態(tài)影響已經(jīng)超出地球可持續(xù)承載力至少1.4倍。海洋是地球最重要的生態(tài)系統(tǒng)，它的生態(tài)超載應(yīng)得到有效解決。

3我國海洋垃圾污染現(xiàn)狀深層次原因：

造成海洋污染的因素多種多樣，包括自然因素和人為因素，其中人為污染為主要原因，其深層原因自然是人類本身。

3.1人類的高速發(fā)展對海洋的壓力

由于人類社會(huì)的高速發(fā)展.導(dǎo)致人口數(shù)量增加，人類生活水平提高。

3.2我國公民尚未形成愛護(hù)海洋的觀念

生活垃圾遠(yuǎn)洋傾倒，工農(nóng)業(yè)污水未經(jīng)處理排放入海等行為嚴(yán)重危害了海洋的生態(tài)平衡。隨著人民生活水平的提高，人民的環(huán)保意識(shí)也應(yīng)該樹立起來。

3.3海洋高端科技的發(fā)展

現(xiàn)代高科技發(fā)展已經(jīng)深人到海戰(zhàn)武器之中，一些國家還在海底建立了核基地。

3.4監(jiān)管機(jī)制的落后

我國的海洋環(huán)境監(jiān)管機(jī)制還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界上一些國家

4一種新型海洋清理機(jī)器人：

該新型海洋清理機(jī)器人是為了改進(jìn)人工打撈的不足而設(shè)計(jì)的，可以很大程度上提高固體垃圾的收集效率、擴(kuò)大收集范圍，減少人工成本，降低人員的工作強(qiáng)度。通過soliworks仿真模擬測試，工作效率可達(dá)每小時(shí)1800平方米，相較于人工，效率提高了30倍。

在控制方面該機(jī)器人以stm32為主控，通過算法智能識(shí)別，激光雷達(dá)建圖，slam系統(tǒng)路徑規(guī)劃，結(jié)合船體四周的超聲波傳感器、紅外傳感器以及在頂部的單目相機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)行駛，達(dá)到全面清理海洋漂浮垃圾的目的。

我們的核心技術(shù)是基于基于yolo-V3算法、HSV顏色空間模型和垃圾特征檢測的海面漂浮物識(shí)別，從而達(dá)到快速精準(zhǔn)的判斷。

5結(jié)束語：

本文在探討目前我國海洋環(huán)境遭受污染現(xiàn)況的同時(shí)，也提出了一種新型海洋清理機(jī)器人解決方案應(yīng)對海洋污染。

為了我們?nèi)祟惖纳眢w健康，為了我們的子孫后代看到美麗迷人的藍(lán)色海洋。讓我們立刻行動(dòng)起來吧，像熱愛生命那樣熱愛海洋，熱愛這人類共同的藍(lán)色家園。

參考文獻(xiàn)：

[1]渤海環(huán)境污染治理對策研究——以瀨戶內(nèi)海為參考，王黎黎，李寶敏，袁藝，大連海洋大學(xué)海洋法律與人文學(xué)院，海洋開發(fā)與管理.2021，38（03）

[2]水上垃圾清理機(jī)器人.陳華勇.兵工自動(dòng)化2018-11 37（11）

[3]基于arm的水上垃圾清理機(jī)器人設(shè)計(jì)方法.華洵.電腦知識(shí)與技術(shù)2018-11-10

指導(dǎo)老師：李陽陽

山東協(xié)和學(xué)院 山東濟(jì)南 250000