一种基于GPS定位的污染土壤修复系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于GPS自动定位的土壤重金属修复系统，包括行走机构，行走机构上依次设有掘进装置、破碎装置、搅拌装置、输液装置、主控制系统和定位导航系统，可实现对污染土壤的自动采样和在线检测，并根据检测结果预先规划好行进路线以及修复处方图，行进过程中由定位导航装置实时获取小车的位置信息，并反馈至主控制系统内与路线图以及修复处方图进行匹配，自动调整小车的运动状态、掘进深度以及施药量，实现不同污染程度的土壤的变量修复。该土壤修复系统集土壤样品采集、土壤修复于一体，且自动化程度高，可减少污染土壤对操作人员的危害，提高效率，该系统可应用于大规模工程，实现各种污染场地的高效、快速修复。

A system and method for remediation of contaminated soil based on GPS location

The invention discloses a soil repair system based on GPS automatic positioning, including walking mechanism, walking mechanism is provided with a driving device, a crushing device, a stirring device, an infusion device, the main control system and navigation system, can realize the automatic sampling and on-line detection of contaminated soil, and according to the detection results of pre planning the route is good and the repair prescription map, location information moving process by positioning navigation device to obtain the real time, and feedback to the main control system and the roadmap and repair prescription map matching, automatic adjustment of the movement of the car, driving depth and spray volume, realize the variables of different pollution degree of soil remediation. The soil remediation system integrates soil sample collection and soil remediation, and has high automation. It can reduce the harm of contaminated soil to operators and improve efficiency. The system can be applied to large-scale projects to achieve efficient and rapid repair of various contaminated sites.

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPS定位的污染土壤修复系统及方法
本专利技术属于土壤修复领域，具体涉及一种重金属污染土壤自动化修复系统及方法，尤其涉及一种可自动定位与变量修复的重金属污染土壤原位修复小车及方法。
技术介绍
重金属污染已成为备受关注的全球性环境污染问题之一，我国重金属污染也十分严重。农业土地的污染，会造成生产的粮食的污染；农业部环保监测系统曾对全国24省、市320个严重污染区8223万亩土壤调查发现大田类农产品超标面积占污染区农田面积的20％，其中重金属超标占污染土壤和农作物的80％。土壤重金属污染治理和修复主要从两方面着手：(1)活化作用：增加重金属的溶解性和迁移性，去除重金属；(2)钝化作用：改变重金属在土壤中的存在形态，降低重金属的迁移性和生物有效性。钝化的方法处理重金属污染土壤得到了广泛的应用，其主要原理是将适量重金属稳定化药剂与污染土壤混合均匀，使土壤中的重金属与稳定化药剂发生反应，提高重金属的稳定性，降低重金属的水溶性、扩散性以及生物有效性，从而减轻其危害。现有技术分为原位修复和异位修复，异位修复需要将土壤挖掘并运输到其他地方集中治理，工序复杂且工程投资大、易破坏土壤结构的问题，且易增加对操作者的潜在危害，不适用于大面积污染土壤修复。原位修复的方法存在药剂与土壤混合不充分，不能深入土壤治理的缺点，且通常使用人工施加的模式，该方式效率低下、劳动强度大、药剂投加量无法控制、药剂投加不均匀、工作不连续，同时实际污染情况不一样，现有技术难以实现变量修复，导致药品浪费，土壤修复效果差。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种自动化程度高的重金属污染土壤原位修复系统，免去土壤运输步骤和填埋步骤，减少人力劳动，同时能实现智能变量修复，根据污染区域的实际情况来规划差别作业，由定位导航系统来引导实施，并能及时反馈修复系统的状态以便调整。土壤受污染程度存在明显的差别是变量施药修复的出发点和依据。(二)技术方案为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于GPS自动定位的土壤重金属修复装置，包括主控制系统、行走机构、姿态传感器、车架、动作机构、土壤采样器、输液装置、压力传感器和定位导航系统，可预先规划修复装置的采样路线和修复路线图，由导航实施完成污染土壤的采样和检测工作，根据检测结果得出修复处方图，再由定位导航系统引导动作机构和输液装置进行土壤挖掘、破碎、施药、搅拌，从而实现不同污染程度的土壤的变量修复。所述车架固定在行走机构上方，姿态传感器固定在行走机构或车架上，输液装置、定位导航系统和主控制系统固定在车架上，压力传感器固定在输液装置底端，动作机构、土壤采样器固定于车架底端，所述定位导航系统、姿态传感器、压力传感器、土壤采样器的输出端分别连接主控制系统的第一至四输入端，所述主控制系统的第一至三输出端分别连接行走机构、动作机构、土壤采样器的输入端，第四输出端连接输液装置的输入端，所述定位导航系统用于获得第一信号，所述姿态传感器用于获得第二信号，所述压力传感器用于获得第三信号，所述土壤采样器用于获得第四信号，所述主控制系统用于根据所述第一至四信号用于获得第一至五控制信号；所述行走装置用于根据第一控制信号行走；所述动作机构用于根据第二控制信号对土壤进行挖掘、破碎、搅拌处理；所述土壤采样器用于根据第三控制信号对污染土壤进行采样并检测；所述输液装置用于根据第四控制信号对待检测土壤进行加水溶解，根据第五控制信号对污染土壤进行施药。所述主控制系统包括设定模块、切换模块、规划模块、导航实施模块，所述规划模块的第一输入端作为主控制系统的第四输入端，所述规划模块的输出端连接导航实施模块的第一输入端，所述设定模块的第一、二输出端分别连接切换模块的输入端、规划模块的第二输入端，切换模块的输出端连接规划模块的第三输入端，所述导航实施模块的第二至四输入端作为主控制系统的一至三输入端，导航实施模块的第一至四输出端作为主控制系统的第一至四输出端，所述定位导航系统的第二输出端连接规划模块的第四输入端；所述设定模块用于获得电源信号、采样路线图及修复路线图，所述规划模块用于根据定位导航系统的第一信号获得电子地图，根据电子地图、电源信号、设定信号获取采样路线图或修复路线图，并根据修复路线图和第四信号获得修复处方图，所述导航实施模块用于根据采样路线图、修复路线图或修复处方图，以及第一至三信号获得第一至五控制信号。所述切换模块包括切换控制模块、第一切换单元、第二切换单元，所述切换控制模块的输入端作为切换模块的输入端，切换控制模块的第一输出端连接第一切换单元的输入端，第二输出端连接第二切换单元的输入端，第一切换单元的输出端作为切换模块的第一输出端，第二切换单元的输出端作为切换模块的第二输出端。所述行走机构包括第一驱动装置、左履带行走机构、右履带行走机构，用于在受污染土面上行走、转向。所述第一驱动装置作为行走机构的输入端，分别与左履带行走机构、右履带行走机构连接，控制行走机构的速度和方向；所述左履带行走机构安装在车架下方的左侧；所述右履带行走机构安装在车架下方的右侧。所述姿态传感器为加速度传感器、陀螺仪超声波距离传感器、影像传感器、红外传感器或激光测距传感器，安装在左履带行走机构或右履带行走机构上，可以得到行走装置的速度数据和方向数据。所述动作机构包括第二驱动装置、掘进装置、破碎装置、搅拌装置，所述第二驱动装置作为动作机构的输入端，固定在车架上方，与掘进装置、破碎装置、搅拌装置分别连接，以小车前进方向为前，所述掘进装置、破碎装置、搅拌装置从前到后依次由升降座固定在车架的底端，左履带行走机构、右履带行走机构之间，所述掘进装置用于将地面土壤掘开，所述破碎装置用于破碎掘开的土壤，所述搅拌装置为多层搅拌桨，用于将修复剂与土壤充分混合，所述第二驱动装置作为动作机构的输入端，依次与掘进装置、破碎装置、搅拌装置相连，控制其作业。所述输液装置包括液体箱、控制阀、输液管、喷头，所述液体箱可更换的固定在车架上方，采样时用于盛装水，修复时用于盛装修复剂溶液，所述液体箱下端出口连接所述控制阀的入口，所述控制阀具有第一导液口、第二导液口，控制阀的第一导液口作为输液装置的第一出口，控制阀的第二导液口通过输液管连通喷头的入口，所述喷头固定于搅拌装置的升降座底端，喷头的出口对准地面，所述控制阀的输入端分别作为输液装置的输入端，根据第四控制信号开启或关闭第一导液口，根据第五控制信号开启或开闭第二导液口。所述定位导航系统为差分定位系统，包括基准站、流动站、存储模块和控制模块，可实时确定小车的位置，所述基准站包括基准接收器、校正接收器、校正发射器，固定在距离作业地区10km以内的任意位置，并且保持在作业期间位置固定不变，以该基准站为原点0在主控制系统中建立二维坐标系；所述流动站固定于小车前端顶部，包括动态接收器、校正接收器、导航处理器，所述控制模块作为定位导航系统的输出端，用于将流动站的实时位置通传递给主控制系统，匹配入坐标系，由主控制系统发出行走机构和动作机构的控制信号。所述基于GPS定位的重金属污染土壤变量修复方法步骤如下：地理位置与土壤信息获取：在所述基于GPS自动定位的小车进行土壤修复操作前，先带流动站绕污染区域行走一周以得到电子地图，从而在主控制系统内建立坐标系，计算出区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPS定位的重金属污染土壤变量修复系统，其特征在于，包括行走机构、车架，还包括定位导航系统、姿态传感器、主控制系统、土壤采样器、输液装置、动作机构、压力传感器，其中，所述车架固定在行走机构上方，姿态传感器固定在行走机构或车架上，输液装置、定位导航系统和主控制系统固定在车架上，压力传感器固定在输液装置底端，动作机构、土壤采样器固定于车架底端；所述定位导航系统、姿态传感器、压力传感器、土壤采样器的输出端分别连接主控制系统的第一至四输入端，所述主控制系统的第一至三输出端分别连接行走机构、动作机构、土壤采样器的输入端，第四输出端连接输液装置的输入端，所述定位导航系统用于获得第一信号，所述姿态传感器用于获得第二信号，所述压力传感器用于获得第三信号，所述土壤采样器用于获得第四信号，所述主控制系统用于根据所述第一至四信号获得第一至五控制信号，所述行走装置用于根据第一控制信号行走；所述动作机构用于根据第二控制信号对土壤进行挖掘、破碎、搅拌处理；所述土壤采样器用于根据第三控制信号对污染土壤进行采样并检测；所述输液装置用于根据第四控制信号对污染土壤进行加水溶解，根据第五控制信号对污染土壤进行施药。

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS定位的重金属污染土壤变量修复系统，其特征在于，包括行走机构、车架，还包括定位导航系统、姿态传感器、主控制系统、土壤采样器、输液装置、动作机构、压力传感器，其中，所述车架固定在行走机构上方，姿态传感器固定在行走机构或车架上，输液装置、定位导航系统和主控制系统固定在车架上，压力传感器固定在输液装置底端，动作机构、土壤采样器固定于车架底端；所述定位导航系统、姿态传感器、压力传感器、土壤采样器的输出端分别连接主控制系统的第一至四输入端，所述主控制系统的第一至三输出端分别连接行走机构、动作机构、土壤采样器的输入端，第四输出端连接输液装置的输入端，所述定位导航系统用于获得第一信号，所述姿态传感器用于获得第二信号，所述压力传感器用于获得第三信号，所述土壤采样器用于获得第四信号，所述主控制系统用于根据所述第一至四信号获得第一至五控制信号，所述行走装置用于根据第一控制信号行走；所述动作机构用于根据第二控制信号对土壤进行挖掘、破碎、搅拌处理；所述土壤采样器用于根据第三控制信号对污染土壤进行采样并检测；所述输液装置用于根据第四控制信号对污染土壤进行加水溶解，根据第五控制信号对污染土壤进行施药。2.如权利要求1所述的重金属污染土壤变量修复系统，其特征在于，所述主控制系统用于根据所述第一至四信号获得第一至五控制信号的具体方法为：根据第一至第三信号获得第一控制信号，根据第一信号、第三信号及第四信号获得第二控制信号，根据第一信号获得第三控制信号，根据第一信号、第三信号获得第四控制信号，根据第一信号、第三信号及第四信号获得第五控制信号。3.如权利要求2所述的重金属污染土壤变量修复系统，其特征在于，所述动作机构包括第二驱动装置、掘进装置、破碎装置、搅拌装置，所述第二驱动装置固定在车架上，所述掘进装置、破碎装置、搅拌装置按行走机构的前进方向从前到后依次排列，由升降座固定在车架的底端，末端指向地面，所述搅拌装置为多层搅拌桨；所述第二驱动装置的输入端作为所述动作机构的输入端，第一至三输出端分别连接掘进装置、破碎装置、搅拌装置的输入端，所述第二驱动装置用于根据第二控制信号获得掘进信号，破碎信号，搅拌信号，所述掘进装置用于根据掘进信号将地面土壤掘开，所述破碎装置用于根据破碎信号破碎掘开的土壤，所述搅拌装置用于根据搅拌信号，对土壤进行搅拌。4.如权利要求3所述的重金属污染土壤变量修复系统，其特征在于，所述掘进装置包括位于掘进装置最底端的钻头，所述钻头的顶端可瓣状开合，内部设置有可从顶端延伸出来的土壤采样器。5.如权利要求4所述的重金属污染土壤变量修复系统，其特征在于，所述土壤采样器包括取样头、传动机构、化验槽、重金属电化学传感器、进水管，所述取样头直径为2cm～10cm，位于传动机构的下端，所述传动机构的上端连接化验槽，控制端连接取样头，所述化验槽固定于车架上，内部设置有重金属电化学传感器，所述进水管在垂直方向上贯穿车架，出口端位于车架下端，化验槽上方，进口端连接输液装置的第一出口；所述传动机构的输入端作为土壤采样器的输入端，所述重金属电化学传感器的输出端作为土壤采样器的输出端；所述取样头用于采集污染土壤，所述传动机构用于将污染土壤传送至化验槽，所述化验槽用于盛放待检测的土壤，所述进水管用于导出输液装置中的液体。6.如权利要求5所述的重金属污染土壤变量修复系统，其特征在于，所述输液装置包括液体箱、控制阀、输液管、喷头，所述液体箱可更换的固定在车架上方，所述液体箱下端出口连接所述控制阀的入口，所述控制阀具有第一导液口、第二导液口，控制阀的第一导液口作为输液装置的第一出口，控制阀的第二导液口通过输液管连通喷头的入口，所述喷头固定于搅拌装置的升降座底端，喷头的出口对准地面；所述控制阀的输入端作为输液装置的输入端，所述控制阀用于根据第四控制信号开启或关闭第一导液口，并根据第五控制信号开启或开闭第二导液口。7.如权利要求6所述的重金属污染土壤变量修复系统，其特征在于，所述控制阀为先导式液体电磁阀。8.一种用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶步黎，崔国英，吴彦敏，李凤涛，于龙，聂敏，
申请(专利权)人：武汉市园林建筑工程公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42