紅樹(shù)林有“海岸衛(wèi)士”和“海洋綠肺”之稱(chēng)，在控制海岸侵蝕、防御臺(tái)風(fēng)、凈化海水和保護(hù)生物多樣性等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)作用。近年來(lái)，湛江市通過(guò)加大紅樹(shù)林保護(hù)修復(fù)投入，保護(hù)新增紅樹(shù)林人工造林、紅樹(shù)林補(bǔ)植撫育以及營(yíng)造海岸帶生態(tài)林等，逐步恢復(fù)紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)。
由廣東海洋大學(xué)學(xué)生吳志安、陳俊延、劉大華、賴(lài)永朋和鄒小田組成的南紅生態(tài)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，以湛江建設(shè)“紅樹(shù)林之城”，積極推進(jìn)紅樹(shù)林保護(hù)和修復(fù)工作為契機(jī)，聚焦紅樹(shù)林種植修復(fù)的要點(diǎn)、難點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作出一款可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)規(guī)劃路徑、自動(dòng)播種、巡航檢測(cè)、水陸兩棲行走、人機(jī)交互等功能的紅樹(shù)林生態(tài)植被修復(fù)機(jī)器。該項(xiàng)目在今年8月舉辦的第十屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中榮獲全國(guó)一等獎(jiǎng)。
助力實(shí)現(xiàn)紅樹(shù)林生態(tài)植被的高效修復(fù)
“紅樹(shù)林種植作業(yè)領(lǐng)域目前以人工種植為主，具有效率低下、種植精度低、存活率偏低等問(wèn)題，海邊灘涂環(huán)境作業(yè)也存在一定安全隱患，影響紅樹(shù)林修復(fù)保護(hù)工作的進(jìn)一步開(kāi)展?！眻F(tuán)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)吳志安介紹：“為了使紅樹(shù)林的重要生態(tài)價(jià)值得到高效利用，保護(hù)優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，團(tuán)隊(duì)希望設(shè)計(jì)出一款適合灘涂作業(yè)的紅樹(shù)林種植機(jī)器，以實(shí)現(xiàn)紅樹(shù)林生態(tài)植被的高效修復(fù)?！?/span>
據(jù)介紹，該款紅樹(shù)林生態(tài)植被修復(fù)機(jī)器由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)、傳送苗筒系統(tǒng)、種植系統(tǒng)四部分組成，四個(gè)部分各司其職，以自動(dòng)傳送代替人工種植，提高安全系數(shù)；以自動(dòng)播種代替人工播種，提高種植密度；以自動(dòng)巡航代替人工巡航，降低養(yǎng)護(hù)難度。
與輔助類(lèi)機(jī)器有本質(zhì)上的不同，該機(jī)器最大的優(yōu)勢(shì)是可以直接參與紅樹(shù)林灘涂種植。在機(jī)器結(jié)構(gòu)方面，該機(jī)器采用獨(dú)特的半履帶半氣墊船結(jié)構(gòu)，既解決了灘涂作業(yè)時(shí)的塌陷難題，降低了人工成本，又為漲潮時(shí)機(jī)器作業(yè)提供了更強(qiáng)的助力，實(shí)現(xiàn)了水陸兩棲作業(yè)。在軟件功能方面，該機(jī)器配備攝像頭，利用視覺(jué)識(shí)別算法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)觀(guān)測(cè)水中紅樹(shù)林樹(shù)苗和周邊情況。
為了提升用戶(hù)體驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了配套的網(wǎng)站和APP，方便用戶(hù)通過(guò)APP查看機(jī)器自動(dòng)種植作業(yè)的進(jìn)度。此外，紅樹(shù)林生態(tài)修復(fù)機(jī)器集成了多種傳感器，如溫度傳感器、TDS水質(zhì)檢測(cè)傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌o(wú)線(xiàn)煙霧傳感器、熱成像傳感器等，將種植過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題通過(guò)云端傳輸給工作人員，方便工作人員及時(shí)制定補(bǔ)救計(jì)劃。
“機(jī)器集自動(dòng)規(guī)劃路徑、自動(dòng)播種、巡航檢測(cè)、水陸兩棲、人機(jī)交互等功能于一體，實(shí)現(xiàn)了從早期種植到后期養(yǎng)護(hù)的全自動(dòng)化?！眳侵景脖硎荆骸敖?jīng)過(guò)多次改進(jìn)和迭代，目前該款機(jī)器已具有自動(dòng)化程度高、種植效率高和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)?！?/span>
高效協(xié)作成就更優(yōu)的項(xiàng)目成果
吳志安來(lái)自機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，他主要負(fù)責(zé)統(tǒng)領(lǐng)調(diào)度整個(gè)團(tuán)隊(duì)，以確保工作順利進(jìn)行，是團(tuán)隊(duì)的主心骨。來(lái)自相同專(zhuān)業(yè)的另一名成員陳俊延則主要負(fù)責(zé)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及組裝，來(lái)自電子信息工程專(zhuān)業(yè)的劉大華主要負(fù)責(zé)硬件選材和硬件設(shè)計(jì)，來(lái)自數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的賴(lài)永朋則負(fù)責(zé)軟件設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)，來(lái)自機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)的鄒小田主要負(fù)責(zé)文案資料的收集及整理等。團(tuán)隊(duì)分工明確，配合默契，各成員在團(tuán)隊(duì)合作中都能盡其所能發(fā)揮專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，盡情施展專(zhuān)業(yè)才能，使團(tuán)隊(duì)有效實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的高效率合作。
項(xiàng)目從構(gòu)思到成型到落地凝聚了團(tuán)隊(duì)所有成員的心血?！凹t樹(shù)林生態(tài)植被修復(fù)機(jī)器屬于近海種植機(jī)器，國(guó)內(nèi)很少有人研究，在沒(méi)有前人經(jīng)驗(yàn)可借鑒，更沒(méi)有捷徑可走的情況下，團(tuán)隊(duì)完全是摸著石頭過(guò)河?！眳侵景舱f(shuō)。
在構(gòu)建傳送苗筒系統(tǒng)時(shí)，團(tuán)隊(duì)多次請(qǐng)教紅樹(shù)林保護(hù)局的專(zhuān)家學(xué)者，收集紅樹(shù)林的種類(lèi)、苗株的大小，才最終確定了以更為便捷的種植桶豎直運(yùn)輸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大型種植倉(cāng)橫向運(yùn)輸。
“在比賽前期的準(zhǔn)備過(guò)程中，最困難的是機(jī)器的設(shè)計(jì)。由于紅樹(shù)林生長(zhǎng)環(huán)境特殊，大部分傳統(tǒng)機(jī)器無(wú)法完成紅樹(shù)林的種植任務(wù)。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)上要充分考慮環(huán)境因素的影響，并以適應(yīng)紅樹(shù)林生長(zhǎng)環(huán)境為目標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)器結(jié)構(gòu)。”吳志安回顧道，“我們嘗試了很多種方法想讓機(jī)器適應(yīng)環(huán)境，雖然一次次失敗，但團(tuán)隊(duì)毫不氣餒，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、翻閱文獻(xiàn)、查找論文，設(shè)計(jì)了一稿又一稿，嘗試了一次又一次，終于設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)合理的機(jī)器。”
為“紅樹(shù)林之城”建設(shè)貢獻(xiàn)青春力量
“團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)靈感最早來(lái)源于一次紅樹(shù)林相關(guān)社會(huì)調(diào)研?！眻F(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師李德榮提到，在調(diào)研中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前紅樹(shù)林種植中存在的問(wèn)題，從而產(chǎn)生了打造全自動(dòng)紅樹(shù)林種植機(jī)器，助力生態(tài)環(huán)境修復(fù)的念頭。湛江提出打造“紅樹(shù)林之城”，團(tuán)隊(duì)成員們更希望能夠利用自己的專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，為紅樹(shù)林生態(tài)修復(fù)貢獻(xiàn)青春力量。
目前，紅樹(shù)林生態(tài)植被修復(fù)機(jī)器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了傳送、種植、監(jiān)測(cè)等基本功能，接下來(lái)，團(tuán)隊(duì)還將對(duì)機(jī)器進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，如提高種植效率、拓展樹(shù)苗保護(hù)功能、完善水質(zhì)檢測(cè)功能等?！凹热晦r(nóng)業(yè)種植可以機(jī)械化，那生態(tài)修復(fù)也應(yīng)該可以?！闭劦巾?xiàng)目的未來(lái)，吳志安認(rèn)為，未來(lái)的紅樹(shù)林修復(fù)工作可以往智能機(jī)械化方面發(fā)展，因?yàn)闄C(jī)器種植更安全，更高效，更有保障?！凹t樹(shù)林生態(tài)的建立和維護(hù)并不是一個(gè)團(tuán)隊(duì)，一臺(tái)機(jī)器就能夠完成的，我們還是希望能有更多人去了解紅樹(shù)林，大家齊心協(xié)力，才能‘點(diǎn)綠成金’，打造‘紅樹(shù)林之城’，我們也一定會(huì)繼續(xù)堅(jiān)持下去，幫助湛江打響生態(tài)保護(hù)的這張名片?！?/span>
