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01项目信息

项目：“点光成网”——面向地下空间通信盲区的照明协同中继一体化终端

学校：北京科技大学

队长： 陈墨

队员： 李贤、栾梦凡、左梦茹、许晶

老师：陈宏尧

项目背景

随着我国经济高速发展，城市化程度加深，科学高效地开发利用地下空间资源的需求越来越迫切。然而，目前传统通信方式在地势环境复杂多变，电磁干扰强的地下环境中，不可避免地造成通信覆盖范围的残缺，也因此出现通信盲区，并使地下空间数字化、智能化建设面临着严峻的挑战。因此，于地下空间中搭建可以实现大容量、长距离、抗遮挡、高可靠性的通信系统迫在眉睫。

另一方面，伴随人类活动范围的逐渐拓展，地下空间对全天候、不间断、广覆盖的照明需求与日剧增。与此同时，利用地下空间照明设施实现信息传递与交互，可有效弥补当前地下空间网络覆盖不足的问题。为此，团队基于LED可见光通信技术，研发了适用于地下空间的照明协同中继一体化终端——“点光者”。

项目介绍

地下通信的应用环境复杂多变，可见光信道以非视距链路为主，为了使地下可见光通信覆盖面满足通信需求，团队设计了三种类型的“点光者”终端，多种类型之间相互配合，以实现多路合成、单路分发等较复杂的功能，满足灵活组网的需求。

信息源将信息调制至可见光载波中，并输出至主链路，“点光者”Ⅰ型作为第1级输入，实现单路分发功能，将光信息流复制并分发至1号分支链路与2号分支链路。随后，以1号分支链路为例，可见光信号通过两个“点光者”Ⅲ型，实现了光信号的变向转发。光信号经过两个“点光者”Ⅲ型转发至“点光者”Ⅱ型，实现多路光信号的合成，最后再将信号发送至接收终端构建“点光成网”的光网络。在整个过程中，各终端设备位置均由全光网络覆盖算法确定，以消除通信盲区，当1号链路被遮挡时，系统可根据抗遮挡算法输出结果随即切换至2号分支链路，从而实现抗遮挡功能。

“点光者”兼顾地下空间的照明需求和通信需求，为地下空间的深入发展提供便利，因此其具有广阔的市场空间。本作品预备进军的行业领域发展尚处于早期，机遇大于挑战，具有相当的市场潜力。而“点光者”可见光中继终端的技术功能主要面向地下空间的通信需求，因此其主要目标市场是智慧矿产行业、智慧交通行业、地下商业体行业和市政管理部门。但这仅仅也是市场的一部分。可以说，“点光者”的目标市场的范围之广是超乎想象的。

目前，地下空间的开发利用仍处于不断地扩大发展中，在此背景下，“点光者”可见光中继终端所面向的将是覆盖数十个场景、数百种行业的巨型市场，其规模或将突破万亿级别，成为新时代地下通信系统中难以替代的一部分。不仅应用场景广泛，“点光者”还具有一定的经济效益。主要方面是减少碳排放量的效益、减少安全事故的效益和其他不可量化的效益。经过合理估算，合理的可见光中继项目可以为应用企业带来20%左右的成本节约和30%左右的效益提升，且其应用的正面效益远大于负面效益。

目前，“点光者”可见光中继终端设备仍处于研发阶段，尚有功能需要进一步完善，但我们相信，“点光者”的研发技术会越来越成熟。在未来，“点光者”能够为地下空间的智能化信息建设做出贡献，助力全国乃至全世界更快更好的利用更多的地下空间资源。

创新亮点

设计了三种类型的“点光者”终端，多种类型之间相互配合，以实现多路合成、单路分发等较复杂的功能，解决抗遮挡问题，满足灵活组网的需求。在传输速率达Gbps级别的同时误码率较低，达1.886*10^-6。

02项目信息

项目：健行智扶 ——自动扶正拐杖与康复管理的开拓者

学校：上海健康医学院

队长：解明佳

队员：崔宗辉、陈俊杰、方琳、唐丽

老师：唐红梅、杨智昉

项目摘要

基于如何解决社会老龄化趋势下因脊柱弯曲受限和肌张力增高的捡拾拐杖困难，团队成员从医工交叉出发，在自身医学背景的优势下借助自动化技术进行养老康复医疗器械产品研发，研发出无论拐杖从什么角度跌倒，都能徐徐直立起来的可自动扶正的智能化康复助行产品，同时将大数据应用于产品中实现健康平台实时检测生命信息、高精度定位功能等。团队围绕医养结合将个性化与智能化精准定位特殊老龄人群治疗康复，致力于为健康中国2030战略助力。

项目关键词

康复养老、医工交叉、医养结合、自动扶正

作品介绍

产品样图

基于如何解决社会老龄化趋势下老年人因脊柱弯曲受限和肌张力增高的捡拾拐杖困难，团队致力于研发康复养老智能产品，以实现养老康复家居智能化为目标，打造了“自动扶正”的智能拐杖，为老年人居家生活和外出行走带来福音。

团队通过医工结合和自动化控制技术研发，实现多功能，拐杖集收音机、导航定位、照明、摔倒预警闪光灯为一体，内有精准导航定位系统以及一键联络通讯。

搭建健康平台与用户微信绑定关联，团队后续计划与北斗卫星导航系统、滴滴叫车以及移动、联通等通信运营商合作，全面实现天气预报、通讯拨号、叫车等功能。把手处内置通讯系统处理模块发出信号，自动接到后台人工服务区。

拐杖主杖杆使用航空级碳素材料，轻盈牢固，分层空腔设计，满足各个功能所需空间。材料耐腐蚀性极好，而且不易折断，不易变形，十分轻便和稳固。

采用一定时间测定心跳血氧以及开启后与云端数据平台相联，实时上传老人行动轨迹、身体状况，用户家属想了解使用者当前具体的地点时，还可以通过微信公众号，实时查询到老人的坐标定位点。

平台界面

当检测到拐杖倒地时，杖杆自动扶正有效解决老年人弯腰捡起拐杖的困难，同时灯光警示寻求附近帮助，第一时间上传老人身体状况和位置信息，与家属取得联系。

产品把手处设置热敏传感器（用于判断老人是否在使用拐杖），把手中上部设光敏传感器（判断周围环境光照情况）。当感受到周围环境变暗、老人正在使用拐杖时，拐杖自带 LED 灯自动打开。真正实现智能开启灯光，简单有效，无需老人手动开启。

技术原理

拐杖包括拐杖杆，设置在拐杖杆顶端的把手，以及设置在拐杖杆底端的支撑机构，支撑机构包括支撑座，支撑座的侧部及底部固设有状态感应装置，支撑座的内部固设有控制装置和驱动装置；驱动装置的输出端固定连接拐杖杆底端；驱动装置和状态感应装置均与控制装置电连接；控制装置通过状态感应装置感应支撑座状态，以及根据支撑座状态，控制拐杖杆与支撑座进行相对旋转运动。

拐杖关键硬件产品设计

作品创新点

真正实现智能化养老康复助行工具自动扶正功能，无论从什么角度跌倒，都能徐徐直立起来；出行环境变化时借助热敏光敏传感器联合LED灯自动开启；一键人工后台实现叫车服务、天气预报等老人多需求想法组合点属于原创开发多模块联合系统；创新定位系统配置，最大精度室内外定位，极大便利了老年人的生活，让家人安枕无忧。

应用前景和市场

我们在医疗器械的养老辅助工具多功能智能拐杖正参与市场竞争。根据前期搜索调研，当前拐杖市场销量可观，不同于传统拐杖，新增功能类拐杖销售额逐渐上升。我们相信，这个领域未来主要趋势是向着生产多功能、智能化发展方向,同时操作便利,迎合用户群体的真实实际需要。我们的市场定位是发展老人居家出门使用的多功能智能拐杖。在过去的几年中，这个市场已经处于发展当中，最有发展前景的区域是养老行业市场产品。公司由于所处上海市得天独厚，工业产业园发达，制造业、互联网企业等众多公司齐聚，最有能力使制造商与公司产品相互合作共同打入现有的加工销售行业中。这种合作可以缩短进入市场的时间压力，减少劳动力成本的增加，最快投入市场。

03项目信息

项目：大油罐，云计算—新型智能液位计研制

学校：东营职业学院

队长：刘婧

队员：王欣、王艺凝、尚子杰、马晓蕾

老师：王飞飞

项目摘要

我国油气年损耗量高达3000万吨，经济损失约1500亿元，其中由于液位监测装置不密封造成的油气损耗占总量的15％左右，液位监测与传送失准造成泄漏引发生产事故占45%。将云计算智能监控技术应用于传统机械式液位监测装置，通过浮标导向滑轮优选、平衡重锤设计与试验、新型密封装置研制、配套ZIGBEE低功耗无限传输、配套物联云平台,研制SD-DS-19型智能油罐液位监测装置系列产品，实现了油罐液位监测装置的精确性、环保性和智能性。

项目关键词

液位计、密封、智能监控、云平台

作品介绍

在用的机械式浮子液位监测装置存在三类问题：机械式浮子钢丝力矩传送不准确、罐顶不密封造成油气外溢、无法实现智能化。

研制方箱式密封油密封装置，提高装置的承压能力和密封性；在液位监测装置中安装平衡阻尼器，稳定液位处于正确的位置；安装云计算智能监控器，通过与 ZIGBEE 射频模块结合，使整个系统具有分散采集、分散处理、无线传送、集中监控等功能。配套物联云平台实现远程数据采集、监控、分析、巡察、报警、归类、地理位置定位、数据报表曲线下载，手机等移动设备APP软件实现随时随地监控报警等功能。

该项目已累计稳定运行11184小时，实现节约油气损耗20万吨，实现直接经济效益近亿元，为加快形成新功能，实现产业的转型升级和价值增长增加动力。

技术原理

1. 密封方箱研制

密封方箱装置

利用密封油进行密封的原理，通过在装置中安装导向滑轮将钢丝导向罐外，并在装置中添加密封油进行油气密封，起到罐内外密封的作用。该装置外形为方箱型，内部通过两个定滑轮对钢丝绳进行导向后由罐内转向罐外，中间箱内加入密封油，对罐内外进行密封。

将“U”型导向设计结构改为容积式导向装置，提高装置承压能力；优选密度大，凝固点低、沸点高的不易挥发的液体介质作为密封油，提高稳定性；安装密封油标尺，随时掌握密封油油位，防止缺油造成油气外溢；安装排污丝堵，便于更换密封油和冬季排污放水。

2. 多功能检测仪

根据现场液位罐的几何形状设计三个连接钢带导向滑轮，一个信息码带导向滑轮，各导向滑轮均采用顶尖式，其转动阻力小，耐腐蚀性强，为信息码带及连接钢带起导向作用。在液位监测装置中安装平衡阻尼器和浮子引导装置，稳定液位处于正确的位置。避免进出料或者搅拌时液位晃动造成的浮子转动产生偏差。

多功能检测仪

通过分层ZIGBEE组液位监测装置系统,通过与 ZIGBEE 射频模块结合，使整个系统具有分散采集、分散处理、无线传送、集中监控等功能。采集模块包括编码器，转动柱转动时带动编码器转动，编码器转动时将转动柱、转动角位移或直线位移转换成电信号，同时对电信号数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式；处理模块包括CPU处理器，CPU处理器是读取编码器发送的信号，对编码器发送的信号译码并执行指令，编码器的输出端和CPU处理器的输入端相连，CPU处理器输入端和伺服电机与液位监测装置远程监控表盘输出端相连；执行模块包括伺服电机和液位监测装置远程监控表盘，伺服电机接收CPU处理器处理后的指令，将接收的指令转化为转矩和转速以驱动从齿轮转动，液位监测装置远程监控表盘接收CPU处理器发送后的指令，并且在液位监测装置远程监控表盘显示。

智能液位监测装置监控系统采集模块

一是由于无线传感器模块体积小且可无线传播数据的优点，节省了布线带来的麻烦；二是无线传感器模块可以放置于离信号源很近的位置，并且自身具有一定的数据处理能力，确保了采集信号的准确性；三是无线传感器适用于低功耗运作，配合独立电源可以在没有，外部电力的情况下进行数据的采集、发送，节省了资源。

智能多功能油田浮子液位计工作原理平面图

3. 智能终端

云平台负责收集并保存传感器上传的数据，拥有完整而严谨的后台协议，并可处理一定的业务逻辑。云平台可以为私有云、物联网云平台、以及第三方数据平台。配套物联云平台实现远程数据采集、监控、分析、巡察、报警、归类、地理位置定位、数据报表曲线下载，手机等移动设备APP软件实现随时随地监控报警等功能。

基于GPRS移动网络或NB-iot窄带物联网传输多输入端口的设备，该产品选用全网通物联网无线芯片，该芯片，支B1/B3/B8/B5/B20/B28 频段，配套物联云平台实现远程数据采集、监控、分析、巡察、报警、归类、地理位置定位、数据报表曲线下载，手机等移动设备APP软件实现随时随地监控报警等功能的产品；该款产品以微处理器为核心，能可靠的实现数据采集和处理，可设定下限及上限阀值等异常报警。

创新点

将传统静压式液位监测装置的工作、信号传输方式进行改进，通过与 ZIGBEE 射频模块结合，使整个系统具有分散采集、分散处理、无线传送、集中监控等功能。NB-iot窄带物联网产品安装位置必须有NB-iot基站信号，专用的物联网卡，费用低流量少.

通过对现有压力传感器的结构特性及应用的研究，针对其受温度影响产生测量误差，提出相应的温度补偿方法。

传统浮子式钢带液位监测装置，可以直观的显示油罐液位变化情况，但存在的问题是液位监测装置钢丝通过透光孔时，存在与罐口处接触不密封，从而导致罐内气体溢出，不利于环保，并且存在较大安全隐患。设计测量模块、液位测量模块、控制模块、密封模块，提高装置的承压能力和密封性、从而稳定浮子、低功耗运作，节省了资源。

发展前景

液位监测装置广泛应用于石油石化产业，而智能化、环保性、高效的新型液位监测装置已经成为液位测量仪表的新发展方向。油气全产业链中的油气损耗。我国油气资源紧缺，油气损耗大，由于液位监测装置不密封造成的油气损耗占总消耗量的15%左右；弥补市场空白。目前国内外还没有将机械式浮子液位监测装置的稳定性与无线监控的智能化结合方面的研究，市场前景可观；国内能源企业绿色转型步伐加快，新一代信息技术融合传统产业，助力能源企业绿色转型。石油石化行业将“绿色低碳”作为企业战略提出。