關于海洋垃圾污染及其新型海洋清理機器人的研究

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，也是地球上最為穩定的生態系統。隨著社會經濟的不斷發展以及人口數量的不斷增加，海洋運輸業實現了良好的發展，隨之而來的是大量的廢水、廢物等被傾入到海中，使得海水性狀出現變化，嚴重破壞了海洋的生態平衡。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雜，數量從少到多，其危害從局部逐步擴展到全球。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。政府和利益相關者應采取緊急行動應對海洋垃圾污染，以實現海洋的可持續發展。因此必須要采取有效的措施進行海洋垃圾污染治理。

關鍵詞：海洋垃圾、海洋污染、新型海洋清理機器人

1海洋垃圾污染現狀：

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厚度約30米，面積達343×104平方千米的“垃圾洲”。海洋垃圾對商業捕魚、航運和沿海旅游業的發展產生了負面影響，全球經濟損失每年高達130億美元。如果不采取有效措施，海洋生態環境將無法承受，人類將遭受損失。根據1997年美國科學院估計，全球每年約有640×104噸垃圾進入海洋，每天約有800×104件垃圾進入海洋，此外，每平方千米海洋表面上漂浮著超過13000件塑料垃圾。2002年海洋保護協會組織的國際海岸的清潔運動中，收集了超過6.2×104件海洋垃圾，質量超過4000噸。南非海岸塑料瓶蓋的數量在20年間翻了10倍，北太平洋中的塑料垃圾的質量已經是浮游生物生物量的36倍，北海區域的垃圾數量也在不斷增加。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離陸地的海洋漩渦區，同時進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：

進入到21世紀，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活動、沿海地區的村鎮生產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，包括油氣開發、海上傾廢、海上漁業、海上貨運和海上娛樂活動等。全球人類的生態影響已經超出地球可持續承載力至少1.4倍。海洋是地球最重要的生態系統，它的生態超載應得到有效解決。

3我國海洋垃圾污染現狀深層次原因：

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人類的高速發展對海洋的壓力

由于人類社會的高速發展.導致人口數量增加，人類生活水平提高。

3.2我國公民尚未形成愛護海洋的觀念

生活垃圾遠洋傾倒，工農業污水未經處理排放入海等行為嚴重危害了海洋的生態平衡。隨著人民生活水平的提高，人民的環保意識也應該樹立起來。

3.3海洋高端科技的發展

現代高科技發展已經深人到海戰武器之中，一些國家還在海底建立了核基地。

3.4監管機制的落后

我國的海洋環境監管機制還遠遠落后于世界上一些國家

4一種新型海洋清理機器人：

該新型海洋清理機器人是為了改進人工打撈的不足而設計的，可以很大程度上提高固體垃圾的收集效率、擴大收集范圍，減少人工成本，降低人員的工作強度。通過soliworks仿真模擬測試，工作效率可達每小時1800平方米，相較于人工，效率提高了30倍。

在控制方面該機器人以stm32為主控，通過算法智能識別，激光雷達建圖，slam系統路徑規劃，結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實現精確的自動行駛，達到全面清理海洋漂浮垃圾的目的。

我們的核心技術是基于基于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別，從而達到快速精準的判斷。

5結束語：

本文在探討目前我國海洋環境遭受污染現況的同時，也提出了一種新型海洋清理機器人解決方案應對海洋污染。

為了我們人類的身體健康，為了我們的子孫后代看到美麗迷人的藍色海洋。讓我們立刻行動起來吧，像熱愛生命那樣熱愛海洋，熱愛這人類共同的藍色家園。

參考文獻：

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

[2]水上垃圾清理機器人.陳華勇.兵工自動化2018-11 37（11）

[3]基于arm的水上垃圾清理機器人設計方法.華洵.電腦知識與技術2018-11-10

指導老師：李陽陽

山東協和學院 山東濟南 250000