隨著2022年北京的臨近，官廳水庫作為北京水源地之一，水質(zhì)安全保障成為重要的工作之一。為做好水源地保護(hù)工作，近期北京市水務(wù)局牽頭合肥物質(zhì)研究院和蘇州飛馳環(huán)保科技股份有限公司，成功研制了無人自航式水質(zhì)監(jiān)測(cè)船，目前在官廳水庫開始試運(yùn)行。
我國現(xiàn)有的地表水監(jiān)測(cè)主要以固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的在線監(jiān)測(cè)和人工采樣實(shí)驗(yàn)室分析為主，但是現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)體系存在著幾點(diǎn)缺陷：首先是由于監(jiān)測(cè)站建設(shè)成本高、部署密度低和覆蓋區(qū)域有限，因此難以全面描述河湖水庫的污染物分布數(shù)據(jù)；其次無論是在線監(jiān)測(cè)還是人工采樣，均存在檢測(cè)的周期長(zhǎng)、頻率低的問題，因此無法準(zhǔn)確反映河流污染物動(dòng)態(tài)變化過程；最后，針對(duì)突發(fā)性或者偶然性的水污染事件，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)體系由于存在時(shí)間和空間分辨率不足的問題，難以對(duì)突發(fā)性污染事件進(jìn)行快速預(yù)警和追蹤擴(kuò)散性污染源。
針對(duì)上述問題，管理部門一般采用人工走航監(jiān)測(cè)補(bǔ)充現(xiàn)有監(jiān)測(cè)體系在時(shí)間和空間尺度上的監(jiān)測(cè)分辨率問題，然而人工走航仍然存在儀器裝備昂貴、人工成本高、檢測(cè)流程復(fù)雜以及走航周期長(zhǎng)等缺陷，因此難以大規(guī)模推廣應(yīng)用，多數(shù)只是在水站監(jiān)測(cè)異常時(shí)以此進(jìn)行核查。此外，雖然國內(nèi)已有利用無人監(jiān)測(cè)船進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但其受限于無人船艇和水質(zhì)檢測(cè)的技術(shù)水平，現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測(cè)無人船多數(shù)是2米以內(nèi)的便攜式裝置，只能實(shí)現(xiàn)有人值守時(shí)的取樣檢測(cè)，難以實(shí)現(xiàn)全天候的持續(xù)監(jiān)測(cè)和高頻次分析；其次，現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測(cè)無人船大多只能檢測(cè)溶氧、濁度、pH值等常規(guī)五參數(shù)理化指標(biāo)，難以對(duì)氮、磷、高錳酸鹽指數(shù)等營(yíng)養(yǎng)鹽關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，且多數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并非強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，因而不被水環(huán)境監(jiān)管部門認(rèn)可。
2018來以來，合肥物質(zhì)研究院固體物理研究所余道洋博士主持研制的“水質(zhì)監(jiān)測(cè)水面機(jī)器人”連續(xù)四年被納入《自主研制科學(xué)儀器》產(chǎn)品名錄，近期余道洋博士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京市水務(wù)局和蘇州飛馳環(huán)保股份有限公司，在前期研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)了多項(xiàng)成果：(1)研究出針對(duì)水中痕量污染物檢測(cè)的材料及傳感器件，開發(fā)了檢測(cè)儀器的微流控進(jìn)樣系統(tǒng)及流路精確控制技術(shù)，研制出針對(duì)無人船艇的小型化、快速、原位和在線監(jiān)測(cè)儀器；(2)針對(duì)復(fù)雜環(huán)境的野外庫區(qū)，研發(fā)了無人船艇多?？刂葡到y(tǒng)、跨平臺(tái)操控系統(tǒng)和無網(wǎng)絡(luò)一鍵巡航技術(shù)，解決自航式水質(zhì)監(jiān)測(cè)無人船在無人值守狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可靠性；(3)針對(duì)船載多種檢測(cè)儀器類型的不同，開發(fā)滿足多種檢測(cè)方法在時(shí)間和空間同步性的技術(shù)，解決不同檢測(cè)方法的數(shù)據(jù)融合問題；(4)針對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的可信度問題，研究多種檢測(cè)方法和無人船巡航的軌跡數(shù)據(jù)融合技術(shù)，并通過多種數(shù)據(jù)的交互校驗(yàn)及追溯實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的防偽；(5)開發(fā)了水生態(tài)環(huán)境智慧管理平臺(tái)，通過對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間尺度上的演化分析，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的過程管理和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。
該團(tuán)隊(duì)研制的無人自航式水質(zhì)監(jiān)測(cè)船是不銹鋼材質(zhì)，長(zhǎng)3.6米，寬1.8米；排水量超過1.2噸，載荷超過300公斤；純電動(dòng)力，能續(xù)航8小時(shí)以上；速度10公里/小時(shí)，適用內(nèi)河C級(jí)航區(qū)3級(jí)風(fēng)浪作業(yè)。據(jù)悉，這是國內(nèi)目前尺寸、功能和智能化程度的內(nèi)河無人自航式水質(zhì)監(jiān)測(cè)船，2021年4月25日開始在北京市水務(wù)局管轄內(nèi)的官廳水庫進(jìn)行調(diào)試和應(yīng)用，該產(chǎn)品的應(yīng)用將顯著提升庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)管的實(shí)效性、準(zhǔn)確性和智能化技術(shù)水平。同時(shí)，該監(jiān)測(cè)船具備快速移動(dòng)和自航能力，可以進(jìn)一步對(duì)水務(wù)局轄區(qū)內(nèi)的其他庫區(qū)和水源地進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)和監(jiān)管。隨著2022年北京的臨近，場(chǎng)館區(qū)域的水源地安全保障是一項(xiàng)重要的任務(wù)，此裝備的使用將會(huì)顯著提升水源地管理裝備的技術(shù)水平和性。
據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人余道洋博士介紹，自航式水質(zhì)監(jiān)測(cè)船是團(tuán)隊(duì)研究的水面機(jī)器人系列成果之一，其他研究成果還包括針對(duì)河湖長(zhǎng)的智慧管理平臺(tái)、水面智能保潔、水生態(tài)精準(zhǔn)修復(fù)和過程管理、水文地質(zhì)探測(cè)和測(cè)繪、應(yīng)急救援、重要水域安防等。
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