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无人自航式水质监测船为北京冬奥会水源地提供保障

仪表产业 2021年05月10日 09:30:17 来源:合肥物质科学研究院人气:36145
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  【仪表网 仪表产业】随着2022年北京冬奥会的临近,官厅水库作为北京冬奥会水源地之一,水质安全保障成为重要的工作之一。为做好冬奥会水源地保护工作,近期北京市水务局牵头中国科学院合肥物质科学院研究院和苏州飞驰环保科技股份有限公司,成功研制了无人自航式水质监测船,目前在官厅水库开始试运行。
 
  我国现有的地表水监测主要以固定监测站点的在线监测和人工采样实验室分析为主,但是现有的监测体系存在着几点缺陷:首先是由于监测站建设成本高、部署密度低和覆盖区域有限,因此难以全面描述河湖水库的污染物分布数据;其次无论是在线监测还是人工采样,均存在检测的周期长、频率低的问题,因此无法准确反映河流污染物动态变化过程;最后,针对突发性或者偶然性的水污染事件,现有监测体系由于存在时间和空间分辨率不足的问题,难以对突发性污染事件进行快速预警和追踪扩散性污染源。
 
  针对上述问题,管理部门一般采用人工走航监测补充现有监测体系在时间和空间尺度上的监测分辨率问题,然而人工走航仍然存在仪器装备昂贵、人工成本高、检测流程复杂以及走航周期长等缺陷,因此难以大规模推广应用,多数只是在水站监测异常时以此进行核查。此外,虽然国内已有利用无人监测船进行监测,但其受限于无人船艇和水质检测的技术水平,现有的水质监测无人船多数是2米以内的便携式装置,只能实现有人值守时的取样检测,难以实现全天候的持续监测和高频次分析;其次,现有的水质监测无人船大多只能检测溶氧、浊度、pH值等常规五参数理化指标,难以对氮、磷、高锰酸盐指数等营养盐关键水质指标进行检测,且多数监测数据并非强制性国家标准,因而不被水环境监管部门认可。
 
  2018来以来,中国科学院合肥物质科学院研究院固体物理研究所余道洋博士主持研制的“水质监测水面机器人”连续四年被纳入《中国科学院自主研制科学仪器》产品名录,近期余道洋博士团队联合北京市水务局和苏州飞驰环保股份有限公司,在前期研究基础上进一步研发了多项成果:(1)研究出针对水中痕量污染物检测的先进材料及传感器件,开发了检测仪器的微流控进样系统及流路精确控制技术,研制出针对无人船艇的小型化、快速、原位和在线监测仪器;(2)针对复杂环境的野外库区,研发了无人船艇多模控制系统、跨平台操控系统和无网络一键巡航技术,解决自航式水质监测无人船在无人值守状态下的稳定性和可靠性;(3)针对船载多种检测仪器类型的不同,开发满足多种检测方法在时间和空间同步性的技术,解决不同检测方法的数据融合问题;(4)针对检测数据的可信度问题,研究多种检测方法和无人船巡航的轨迹数据融合技术,并通过多种数据的交互校验及追溯实现检测数据的防伪;(5)开发了水生态环境智慧管理平台,通过对水环境监测数据在时间和空间尺度上的演化分析,进一步实现水环境的过程管理和风险预警。
 
  该团队研制的无人自航式水质监测船是不锈钢材质,长3.6米,宽1.8米;最大排水量超过1.2吨,载荷超过300公斤;纯电动力,能续航8小时以上;最大速度10公里/小时,适用内河C级航区3级风浪作业。据悉,这是国内目前尺寸最大、功能最全和智能化程度最高的内河无人自航式水质监测船,2021年4月25日开始在北京市水务局管辖内的官厅水库进行调试和应用,该产品的应用将显著提升库区水环境监管的实效性、准确性和智能化技术水平。同时,该监测船具备快速移动和自航能力,可以进一步对水务局辖区内的其他库区和水源地进行快速监测和监管。随着2022年北京冬奥会的临近,奥运场馆区域的水源地安全保障是一项重要的任务,此装备的使用将会显著提升水源地管理装备的技术水平和先进性。
 
  据项目负责人余道洋博士介绍,自航式水质监测船是团队研究的水面机器人系列成果之一,其他研究成果还包括针对河湖长的智慧管理平台、水面智能保洁、水生态精准修复和过程管理、水文地质探测和测绘、应急救援、重要水域安防等。
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