隨著2022年北京冬奧會的臨近,官廳水庫作為北京冬奧會水源地之一,水質安全保障成為重要的工作之一。為了更好的做好冬奧會水源地保護工作,近期北京市水務局牽頭中國科學院合肥物質科學院研究院和蘇州飛馳環保科技股份有限公司,成功研製了無人自航式水質監測船,現時在官廳水庫開始試運行。
我國現有的地表水監測主要以固定監測網站的線上監測和人工採樣實驗室分析為主,但是現有的監測體系存在著幾點缺陷:首先是由於監測站建設成本高、部署密度低和覆蓋區域有限,囙此難以全面描述河湖水庫的污染物分佈數據;其次無論是線上監測還是人工採樣,均存在檢測的週期長、頻率低的問題,囙此無法準確的反映河流污染物的動態變化過程;最後,針對突發性或者偶然性的水污染事件,現有監測體系由於在時間和空間分辯率的不足,難以對突發性污染事件進行快速預警和追跡擴散性污染源。
針對上述問題,管理部門一般採用人工走航監測補充現有監測體系在時間和空間尺度上的監測分辯率問題,然而人工走航仍然存在儀器裝備昂貴、人工成本高、檢測流程複雜以及走航週期長等缺陷,囙此難以大規模的推廣應用,多數只是在水站監測异常時以此進行核查。此外,雖然國內已有利用無人監測船進行監測,但其受限於無人船艇和水質檢測儀器的科技水准,現有的水質監測無人船多數是2米以內的可擕式裝置,只能實現有人值守時的取樣檢測,難以實現全天候的持續監測和高頻次分析;其次,現有的水質監測無人船大多只能檢測溶氧、濁度、pH值等常規五參數理化名額,難以對氮、磷、高錳酸鹽指數等營養鹽關鍵水質名額進行檢測,且多數監測數據並非強制性國家標準,因而不被水環境監管部門認可。
2018來以來,中國科學院合肥物質科學院研究院固體物理研究所餘道洋博士主持研製的“水質監測水面機器人”連續四年被納入《中國科學院自主研制科學儀器》產品名錄,近期餘道洋博士團隊聯合北京市水務局和蘇州飛馳環保股份有限公司,在前期研究基礎上進一步研發了多項成果:(1)研究出針對水中痕量污染物檢測的先進資料及傳感器件,開發了檢測儀器的微流控進樣系統及流路精確控制科技,研製出針對無人船艇的小型化、快速、原位和線上監測儀器;(2)針對複雜環境的野外庫區,研發了無人船艇多模控制系統、跨平臺操控系統和無網絡一鍵巡航科技,解决自航式水質監測無人船在無人值守狀態下的穩定性和可靠性;(3)針對船載多種檢測儀器類型的不同,開發滿足多種檢測方法在時間和空間同步性的科技,解决不同檢測方法的數據融合問題;(4)針對檢測數據的可信度問題,研究多種檢測方法和無人船巡航的軌跡數據融合科技,並通過多種數據的互動校驗及追溯實現檢測數據的防偽;(5)開發了水生態環境智慧管理平臺,通過對水環境監測數據在時間和空間尺度上的演化分析,進一步實現水環境的過程管理和風險預警。
該團隊研製的無人自航式水質監測船是不銹鋼材質,長3.6米,寬1.8米;最大排水量超過1.2噸,載荷超過300公斤;純電動力,能續航8小時以上;最大速度10公里/小時,適用內河C級航區3級風浪工作。據悉,這是國內現時尺寸最大、功能最全和智能化程度最高的無人自航式水質監測船,2021年4月25日開始在北京市水務局管轄內的官廳水庫進行調試和應用,該產品的應用將顯著提升庫區水環境監管的實效性、準確性和智能化科技水准。同時,該監測船具備快速移動和自航能力,可以進一步對水務局轄區內的其他庫區和水源地進行快速監測和監管。隨著2022年北京冬奧會的臨近,奧運場館區域的水源地安全保障是一項重要的任務,此高科技產品的裝備的使用將會顯著提升水源地管理裝備的科技水准和先進性。
據專案負責人餘道洋博士介紹,自航式水質監測船是團隊研究的水面機器人系列成果之一,其他研究成果還包括針對河湖長的智慧管理平臺、水面智慧保潔、水生態精准修復和過程管理、水文地質探測和測繪、應急救援、重要水域安防等。
無人自航式水質監測船進行水上工作
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