基金项目：2023年校级大学生创新创业训练计划项目：智能水面环境垃圾识别收集船发展现状探析（2023ZKDCKJ56X)；2023年度广东省普通高校特色创新类项目《现代企业财务数字化转型的理论逻辑及建设路径》（2023WTSCX157）；2022年湛江科技学院科研项目重点项目《基于信息技术下的会计票据图像识别与智能化管理探索》（ZKXJKY2022010）

Abstract: With the improvement of global environmental protection awareness and the rapid development of science and technology, intelligent surface environmental garbage identification collection ship will be environmental protection as an innovative technical tool, has gradually been widely concerned. With the in-depth development of artificial intelligence, Internet of Things and other technologies, intelligent garbage collection ship is expected to make new breakthroughs in performance and function. This paper analyzes the working principle and technical characteristics of intelligent surface environmental garbage identification collection ship, discusses the application status of the collection ship, investigation and case analysis, domestic and foreign development trends, and makes a future prospect of the market prospect. It aims to help us better understand the advantages and disadvantages of the existing technology, and provide a reference for the future improvement and development.

Key words: intelligent surface environment; garbage identification collection ship; water environmental governance; development trend

随着全球环境保护意识的提升和科技的快速发展，智能水面环境垃圾识别收集船（以下简称“智能垃圾收集船”）将环境保护作为一项创新的技术工具，被渐渐受到广泛关注。由于水体污染问题日趋严重，漂浮在水体中的废弃物已经对水体质量及生态环境造成了很大的威胁。智能垃圾收集船是一种新型的水面环境保护装备，此设备采用图像识别、自主导航及机器人等方法，对漂浮在水面上的废弃物进行自动识别、定位与收集。利用知识产权的先进技术，实现船舶在复杂变化的水体环境下高效作业，降低人为干扰，提升清污效率。目前，智能垃圾收集船已经在世界各地使用，尤其在湖泊、河流和海洋等水域环境治理中发挥了重要作用。同时，在国家对环境保护的重视以及对污水处理的要求不断提升的背景下，智能垃圾收集船具有巨大的市场潜力，并将在今后的水环境治理中发挥重要作用可实现对水体中废弃物的自动识别与回收，对提升水体净化效率、降低人为干预具有重要意义。

1智能水面环境垃圾识别收集船工作原理与技术特点

1.1工作原理

智能垃圾收集船的工作原理：利用该装置自动检测水面上的垃圾，进行识别，识别完成后，然后捕获漂浮在水上的垃圾，自动收集器会启动垃圾收集装置进行垃圾的过滤，将垃圾分装到贮藏箱中。当贮藏箱装满垃圾后，智能水面环境垃圾识别收集船会自动返回收集点，将垃圾转移至垃圾处理厂进行分类处理。该船能高效、快速、大范围地清除水上漂浮的废弃物及污染物，是水上环境保护的重要装备。

1.2技术特点

智能垃圾收集船技术特点：垃圾识别、模型对比、智能捡拾、自动返航等一系列功能集于一体，设备性价比较高。利用该装置捕获漂浮在水上的废物，并把它们放入贮藏箱。具体而言，本船采用影像辨识技术，精确辨识出漂浮在水面上的废弃物，再由机器手臂、吸污泵等装置将其回收至船内。同时，该船还配备了GPS导航系统和无线通信技术，可以自主巡航至垃圾实际出现区域进行清理，并将清理情况实时传输给监控中心。智能水面环境垃圾识别收集船是一种具备高效性、自主性、精准性、环保性、智能的先进环保设备，对于改善水域环境、保护水资源具有重要意义。

例如，通过调查海口东湖投入海南首艘无人驾驶清洁船，这艘船可实现90%以上的水面自动清理，工作效率是原来人工的20倍左右。该船采用2.4G/5G通讯方式，船体配有高清摄像头、雷达等，可以实时远程监测河道，操控无人船驾驶，来应对紧急情况。在智能模式下，无人船会自动规划清洁路线，采取面式清扫，新能源动力可续航6--8小时。

此外，中科院合肥智能机械研究所也研发出适用多种水域、可清扫多种水面漂浮物和垃圾的智能水面清扫无人船，并在上海和常州成功试航^[1]。

2智能水面环境垃圾识别收集船应用现状

2.1技术依赖

在复杂多变的水域环境下，各类垃圾是否能够被精确识别仍是一项亟待解决的技术问题。智能水面环境垃圾识别收集船高度依赖先进的技术和设备，并且依赖先进的传感器和控制系统来实现自主导航、自主避障、高精度图像识别和分类等功能。如果传感器或控制系统出现故障或不稳定，将会导致船只无法正常运行或收集垃圾的效果下降。而这也就意味着，如果这些先进的技术和设备出现了问题，就可能会影响到整个清洁工作。

2.2维护成本

智能水面环境垃圾识别收集船的研究开发与生产的费用很高，它涉及到很多先进的设备，材料以及技术方面的投入，这就使得它在市场推广方面受到了一定程度的制约。首先，基于无人机、图像识别、机器学习、物联网等先进技术与装备，存在维修费用高的问题。其次，收集船的保养费用也与船舶所用的材质及生产技术密切相关，收集船的强度高，抗腐蚀，生产技术先进，维修费用高。另外，水面环境漂浮物辨识回收船还需对其进行定期的维护与维修，其中包括设备运行状态的检测、易损件的更换、船体的清洗等，这都是一笔不小的费用。

2.3环境适应性

虽然智能水面环境垃圾识别收集船可以在多种水域环境下工作；然而，在一些特定的环境中，如水质，水流，风力，极端气候或重度污染等，都会对其性能产生一定的影响。要求有很高的稳定性和耐用性。收集船在复杂多变的水域环境下，将面临风浪、海流等诸多不利因素的影响，所以必须采用高强耐腐蚀的材料与结构，以保证船舶的稳定与耐用。

3智能水面环境垃圾识别收集船的调查与案例分析——主要集中在水域清洁和环保领域

3.1城市河道清洁

智能水面环境垃圾识别收集船可以在城市河道中自主巡航，利用影像辨识技术，对水上漂浮物如塑料袋、饮料瓶、水草等进行精确识别与回收。在降低人为干扰的前提下，有效地改善了河流的水质，改善了河流的生态环境。

3.2湖泊水库保护

在湖泊和水库中，由于面积广阔，人工清洁难度较大。智能水面环境垃圾识别收集船可以在这些水域中自主工作，及时清理水面垃圾，防止垃圾对水质和生态环境的污染。同时，对水环境质量状况进行实时监测，也能为湖、库等生态环境的保护提供数据支撑。

3.3旅游景区水域清洁

在旅游景区的水域中，由于游客众多，水面垃圾问题尤为突出。而智能水面环境垃圾识别收集船则可以实现对水域内的垃圾自动巡游及清扫作业，从而达到维护水体洁净、美化，提高风景区整体形象的目的。

3.4海洋垃圾清理

在海洋环境中，垃圾问题同样严重。智能水面环境垃圾识别收集船长期大规模的海洋垃圾清除作业是可行的。利用影像辨识技术，可对各类海洋废弃物如渔网、塑料瓶、轮胎等进行精确的辨识与回收，为保护海洋环境尽一份力。

在这些应用案例中，智能水面环境垃圾识别收集船都是作为环保和水域清洁的重要工具和装备，在环保和水域清洁领域发挥了重要作用。随着这一技术的不断发展，智能水面环境垃圾识别收集船装备的不断改进，必将在今后的环境保护工作中发挥更加重要的作用。

4智能水面环境垃圾识别收集船的国内外发展趋势与市场前景

4.1国内外发展趋势

在国外，智能水面环境垃圾识别收集船的技术相对成熟，多个系列的清理船已成为国外治理水域、保护水域的主要设备。例如，美国UMI公司研发的dtrashCat系列清理船，利用导流门、传送带、船艉传送带进行垃圾打捞；意大利GLOBECO公司研发的Dolphin生态清理船，能够处理多种垃圾的收集，包括大件垃圾、化学溢出物和泄漏油等，同时它还具有水体氧化处理以及探测和消防功能^[2]。

在国内，智能水面环境垃圾识别收集船的发展相对较晚，但近年来也取得了一些进展。例如，中国船舶重工集团研发的清漂1号，2004年，中船重工第704研究所承接长江电力设计项目，研制开发了三峡坝区1号清漂船的专用清漂装置，2006年在坝区顺利完成装船任务，并在当年投入使用，设备运行状况良好，功能显著，采用了多项先进的技术，专为电站而设计，能够清洁水面，确保电站的安全运行。为进一步增强使用功能、拓展使用范围、提高清推漂效果和打捞效率，满足多功能、多区域、多季节的使用要求，有必要对专用清漂装置进行设计改进和优化^[3]。

对比国内外发展现状，国外的清理装置不仅设备相对先进，使用寿命普遍长，而且功能全面，自动化程度高。搭配GPS定位和对水况的实时监测能够比较好地处理紧急情况，并且使用相对较少的人力成本便可完成清洁工作。相比国外，我国清洁船发展特点是起点高，发展快，直接向智能化发展。而且具有成本低，日常维护费用低等特点，因此在出口国外也具有很大的竞争力。但是国内大部分的水面清理船都存在着船体太小，只能清理小体积漂浮垃圾；动力不足，清理时长和垃圾量都很有限^[4]。目前，该领域的研究主要集中在嵌入式系统上，缺乏通用的计算平台，不具备自主搜寻、导航、影像辨识能力强、不能实现复杂地形下的自主避障等缺点。

随着科技的进步，如人工智能，计算机视觉，以及机器学习，智能水面环境垃圾识别收集船将具备更高的识别精度和更强大的垃圾分类能力目前，智能水面环境垃圾识别收集船主要应用于城市河道、湖泊水库、旅游景区和海洋等水域的清洁工作。未来，随着技术的不断进步和设备的完善，在此基础上，本项目的研究成果可拓展到更广泛的水域、不同的场景，具有更高的智能程度，实现更加自主和智能化的作业方式。随着国际环境保护意识的日益增强，以及国家对环境保护工作的关注，国家将获得更多的政策扶持，以及更多的市场机遇。

4.2市场前景

目前，国内外水面机器人的主要用途有水采样及水质监测、水下地貌测绘和水文测量、水面垃圾清理、巡逻及救援等。续航动力是束缚水面机器人发展的一大技术难题。余道洋指出，现有的垃圾清理水面机器人多数都是小型船体，清理的垃圾有限，采用电池供电，动力不足。比如，全自动水面保洁船最多清理1立方米小型垃圾，最长巡航8小时^[5]。

另外，相较于传统的人工清洁方式，智能水面环境垃圾识别收集船可以自主巡航、精准识别并收集水面垃圾，大大提高了清洁效率。不仅可以节约大量的人力、物力及时间费用，还可以增强清洗作业的安全可靠性。随着人类环保意识的增强，水生态环境的保护也越来越受到人们的关注。水面垃圾对水域环境造成污染和破坏，导致水体富营养化等生态问题。智能水面环境垃圾识别收集船可以通过对水面垃圾的自动识别，及时将水面垃圾回收并进行无害化处理，实现“从源头上治理，从根本上解决”的目标，有效地减少了水面垃圾对水域环境的污染和破坏，保护水域生态平衡和生物多样性。

随着技术的不断进步和设备的完善，应用领域的适用范围会更广，商机无限。智能水面环境垃圾识别收集船的研发和应用涉及人工智能、计算机视觉、机器学习等多个领域的技术创新。通过本项目的研究，随着技术的不断发展和完善，这些都将促进我国相关行业的转型与升级，为我国经济增长提供新的动能。

5结语

现在智能垃圾收集船作为一种创新的环保设备，具有巨大的潜力和发展前景。该系统将先进的图像识别与智能控制方法相结合，实现了对复杂水体中各类废弃物的精确识别与采集，从而实现对水体生态环境的有效保护。随着科学技术的发展和应用的深入，上述问题将逐步被解决。未来智能技术的持续发展提高和普及，我们有理由相信，智能水面环境垃圾识别收集船将在未来的城市河道清洁和水域保护中发挥更加重要的作用。综上所述，智能水面环境垃圾识别收集船作为一种创新的环保设备，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。它将在保护水域生态环境、提升城市河道清洁效率方面发挥重要作用，为构建美丽宜居的水环境作出积极贡献。

参考文献：

[1]任帅.固定双桨推进无人船的自抗扰运动控制研究[D].大连海事大学,2019.

[2]李天翔,周海燕,谢深炎等.智能水面监测清理设备的研制[J].电脑知识与技术术,2019,15(15):261-262+265.

[3]石峰.三峡坝区1号清漂船专用清漂装置的设计及改进[J].船舶工程,2009,31(04):30-32.

[4]蔡孟凯,黄淑新,贺诗等.城市小型湖泊水面智能清洁装置设计[J].机电工程技术,2018,47(02):49-53+136.

[5]“风光互补”自主式水面机器人-高智商的水面清洁工[J].传感器世界,2016,22(01):45.