无人自航式水质监测船为北京冬奥会水源地提供保障

　　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。为了更好的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，研制成功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缺陷：首先在空间尺度上，采样点稀疏、单一和固定，无法全面描述河湖水库在立体断面的污染物分布数据；其次在时间尺度是瞬时和低频次的，无法准确的反映河流污染物的迁移演化过程；最后，针对突发性或者偶然性的水污染事件，无法以足够的分辨率捕获短时间尺度的事件，也难以从稀疏的样本中追踪扩散性污染源。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，因此难以大规模的推广应用，多数只是在水站监测异常时进行核查。国内虽然有利用无人监测船进行监测，但是受限于无人船艇和水质检测仪器的技术水平，现有的水质监测无人船多数都是2米以内的便携式结构，只能实现有人值守的取样检测，难以实现全天候持续监测和高频次分析;其次，现有的水质监测无人船多数只能检测溶氧、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，而且多数也非强制性国家标准，因此不能作为水环境监管部门的认证数据。

　　2018来以来，中国科学院合肥物质科学院余道洋博士主持研制的“水质监测水面机器人”连续被纳入《中国科学院自主研制科学仪器》产品名录，该团队近期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高活性敏感材料及传感器件，开发了检测仪器的微流控进样结构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)针对不同检测方法和不同类型的检测数据，解决检测仪器在时间和空间的一致性，以及不同检测数据的异构融合；(4)针对检测数据的可信度问题，通过检测取样点与无人船巡航的时间、轨迹、速度和GIS数据融合，实现检测数据在时间和空间的反演以及多种检测数据之间的交互校验；(4)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。

　　研制的无人自航式水质监测船不锈钢材质，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，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，据悉是国内目前尺寸最大、功能最全和智能化程度最高的自航式水质监测无人船，2021年4月25号开始在北京市水务局管辖内的官厅水库调试和应用，该产品的应用将显著提升库区的水环境监管的实效性、准确性和智能化技术水平。由于该自航式水质监测船具备快速移动和自航能力，进一步可以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，上述高科技产品的装备将显著提升水源地管理装备的技术水平和先进性。

　　据项目负责人中国科学院合肥物质科学研究院余道洋博士介绍，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。