激光断面检测

近年来，我国在河流(湖泊)不同行政区域(县、市)之间的断面建设水质监测系统，监测上游水体的相应参数，以水体质量状况，作为上游行政区域对下游行政区域是否支付生态补偿费的依据。　　这在一定程度上，增强了地方对河流(湖泊)水质保护的责任，促进了河流(湖泊)的环境保护。但一位地方环境监测部门的技术人员也表示，“这个系统并不能完全满足目前地方政府对河流(湖泊)环境保护的监测需求，应该对水环境进行全方位、实时监测，打造水质监测信息的综合评价、管理、预警及决策支持服务平台。”　　现行断面水质监测还有待完善　　可为不同区域生态补偿提供依据 但监测点位数量不足，掌握数据不全，无法追溯污染源、预警、对治理提出建议　　国内河流(湖泊)一般横跨几个甚至更多的行政区域，目前在不同区域之间的断面，已基本建设齐全水质监测系统。系统可以检测出反映水质的COD、氨氮、总磷等参数。如果这些参数达不到一定标准，上游的地方政府需向下游的政府支付生态补偿费。　　“随着河流(湖泊)环境保护的进一步加强，上述监测系统已不能满足需求，需要进一步完善。据了解目前的水质自动站监测周期较长，4个小时监测一次，即便1小时监测一次，也难以及时发现水体水质的变化。”某地环境监测站技术人员表示，一些企业偷排不达标污水有时就需几分钟、十几分钟，污水流过断面自动站时，不一定正好监测出污染超标数据。许多时候，这些污水已经被稀释，即使流过断面时自动站正好监测了，也难以准确监测到污水的真实浓度。利用这个系统，难以追溯污染来源。　　业内人士认为，上述监测系统的监测点位数量明显不足，掌握数据不全，无法全面、及时监测水质状况，以及帮助执法人员查找污染来源。　　要实现水质监管目标，除了需要掌握水质状况、查找污染源，还需要通过对海量的水质监测数据进行分析，提前预测预警河流(湖泊)污染事件，并能对流域治理及污染减排提出科学建议。　　断面监测也可网格化　　基准站提供精准数据，在工业园区、排污企业的污水入河口等敏感区，增设实时监测站点组建趋势站,可第一时间发现污染事件及污染源头　　针对断面水质自动监测站的不足，河北先河环保科技股份有限公司组织科研团队，研发了水质网格化智能监测系统，为全面开展河流(湖泊)环境保护提供支撑。　　据先河环保总裁陈荣强介绍，水质网格化智能监测系统包括监测系统和软件平台，监测系统用于及时、全面监测数据，软件平台进行分析、评价数据，为管理、预警、治理提供支撑。　　监测系统主要包括基准站和趋势站。系统以断面水质自动监测站为基础组建基准站，精准地监测水质COD、氨氮、总磷等多项指标。在适当的敏感区域诸如：工业园区、污水处理厂和排污企业的污水入河口，以及饮用水水源地流入口，增设实时监测站点组建趋势站，快速反映水质变化情况。　　在趋势站布设大量传感器采集数据，由于传感器较基准站的设备便宜，可露天使用并且安装灵活、方便，可以实现快速监测，第一时间发现污染事件及污染源。　　虽然传感器监测的数据没有基准站监测的精准，但在数据平台智能调控下，一方面可以结合基准站数据对趋势站数据进行整体智能监控，并利用数据质量管理平台，实现对趋势站的数据质量控制，提升趋势站数据准确性 另一方面，趋势站数据实时反映水质趋势，与基准站精准数据综合分析，可准确确定污染源头，从而实现对水质状况精准、全面、及时反映。　　实现测、预、管、评、治功能　　软件平台分析处理数据，快速找到水体污染物入口，对污染事件预警，打开监测与监管衔接通道，对流域污染减排提出建议　　实时监测数据通过无线传输，上传汇总至云计算数据存储分析平台——软件平台，对大数据分析和处理，通过手机、电脑等多种方式和维度将分析结果进行展现。　　“系统可实时监测水体的变化，快速找到水体污染物入口，及时发现偷排偷放行为，精准做到水体污染靶向治理。”陈荣强表示。　　同时，系统可根据区域水体监测情况，利用水利、地理等信息，对污染流域分布进行分析，利用专业的环境数据分析模型，对河流(湖泊)污染事件的影响范围、湖泊藻类暴发等进行预测预警。　　环境监测站技术人员表示：“水质网格化监测系统可打通环境监测与监管衔接的通道。”据了解，系统管控模块运行机制包括发布管控指令、实施管控措施、反馈管控效果三部分，对污染事件全程进行监控，确保污染事件得到及时有效处理。　　水质网格化智能监测系统不仅能追溯污染源、预测预警，还能通过数据分析，对流域污染减排提出建议。　　基于大数据，系统可分析探索各污染物指标、扩散和变化规律，反演出当地污染来源及各各污染来源的贡献量。结合现有模型，计算污染排放因子对流域内水体质量的影响，建立不同的减排方案，并对方案实施效果进行情景模拟，评估不同措施的经济环境性价比，为决策提供支持。　　陈荣强介绍说，水质网格化智能监测系统已通过专家论证。目前，先河环保已经建设了软件平台，组建了数据分析团队，正在与河北省衡水市等地洽谈合作，预计近期项目将进入实施阶段。

记者从北京大学获悉，该校马仁敏研究员和戴伦教授合作，实现了一种新型激光增强表面等离激元探测技术。　　这种新型探测技术的强度探测品质因子比传统的表面等离激元(SPR)探测器高400倍左右。同时成本低，尺寸仅为微米量级，在一根头发丝的端面上即可制备数以千计的探测器。　　“该探测器所具有的极高灵敏度、低成本和小体积的特点可能会使其在疾病的早期诊断、公共场所的安全监测和环境食品卫生等领域发挥重要的作用。”马仁敏说。　　表面等离激元是一种局域在金属介质界面的局域电磁模式，通过将光频段的电磁波与贵金属中的自由电子的振荡耦合，将电磁场的能量限制在很小的尺度内，其振荡频率对周围环境非常敏感。通过探测由周围折射率变化引起的等离激元共振模式的变化形成的表面等离激元探测器是一种实时和不需要荧光标记的新型探测器。近20年以来，其在疾病诊断、生物化学研究与应用和环境监控等领域取得了非常大的成功。　　马仁敏说，用于产生等离激元共振的金属中自由电子的振荡所带来的欧姆损耗在传统的等离激元探测器中不可避免，从基本物理原理上来讲，是进一步提高探测器灵敏度的障碍。马仁敏研究小组将激光原理引入到了表面等离激元探测器中，利用激光中的受激辐射光放大补偿了欧姆损耗，在前期气相超灵敏爆炸物检测的基础上(Nature Nanotechnology, 2014)，实现了液相激光增强表面等离激元(LESPR)探测器。　　新的探测器主要包括金属层和增益介质层，增益介质层形成在金属层上 在增益介质层和金属层的界面上形成表面等离激元模式，此模式由增益介质层的边界限制从而形成表面等离激元激光腔 待测液体覆盖在增益介质层上 激发光经过待测液体入射至增益介质层，增益介质在激发光的泵浦下产生受激辐射，经由激光腔反馈放大产生表面等离激元激光，该表面等离激元激光的波长和强度与待测液体的折射率有关。　　在实验中应用了戴伦教授合成的发光波长在700纳米左右的硒化镉纳米晶体作为增益材料，其发光波长正好位于生物组织和水散射和吸收较小的700纳米到900纳米的窗口波长。相比于通常应用于等离激元激光中的金属银，他们使用了金。　　“金虽然具有较高的欧姆损耗，但其化学性质远比银稳定，适合应用于生物和其他复杂环境的应用。”戴伦教授说。　　在实验中，除了预期的激光效应补偿欧姆损耗使得等离激元共振的谐振线宽显著变窄意外，他们还发现激光增强表面等离激元探测器具有传统表面等离激元探测器所不具有的高斯光谱线型和无背景辐射的优点。　　“这些特点使激光增强表面等离激元探测器具有高达84000的强度探测品质因子，比传统的表面等离激元探测器的强度探测的品质因子高400倍左右。”马仁敏说，“同时，因为使用了微腔效应，整个激光增强表面等离激元探测器的尺寸仅为微米量级，在一根头发丝的端面上即可制备数以千计的探测器，具有低成本、小型化、规模化集成的优点。”　　该工作目前已被领域内的知名期刊Nanophotonics接收发表，北京大学博士后王兴远，博士生王逸伦和王所为文章共同第一作者，马仁敏研究员和戴伦教授为通讯作者。同时他们也为该探测器申请了发明专利。

p 　　日前，从中科院合肥研究院获悉，中科院合肥研究院智能研究所“973”首席科学家刘锦淮研究员课题组研发出“风光互补”自主式水面机器人。这款水面自动清洁机器人由水面漂浮物自动回收装置和水面机器人组成，类似于家庭清洁机器人，主要应用于各种海洋、湖泊、河道、滩涂及景区内的湖泊、池塘的固体垃圾、浮萍等清理，以及危险区域进行远程作业，提高安全性和高效性。 /p p style=" text-align: center " & nbsp img width=" 250" height=" 333" title=" 风光互补水面机器人.JPG" style=" width: 250px height: 333px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/insimg/0c277c09-0e58-48a5-9415-05a96aee0ab2.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / img width=" 250" height=" 250" title=" 02.png" style=" width: 250px height: 250px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/insimg/7fcca8d7-72b0-4a3b-bb84-7059f2ebb0ab.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 风光互补水面机器人通用平台 /strong /p p 　　据介绍，该水面机器人相对于现有水面无人船具有独特优势：动力来源于大容量电池、风力和太阳能发电混合电源系统，解决了水面机器人长时间持续巡航的动力问题 采用视觉和雷达双模目标识别方法，在此基础上自主开发了水面目标的路径优化和自主壁障等智能算法，解决了水面机器人的全局路径规划和局部实时避障问题 融合了多模导航系统、三维电子罗盘、驱动器自动调速控制技术、高带宽无线数据实时传输技术以及人工智能等技术，解决了水面目标自动控制问题 /p p 　　此外，该项目研究成果以水面机器人为通用平台，可搭建多种自主研制的具有行业领先水平的水质监测仪器并小型化后集成到水面机器人平台之中，形成水质监测移动实验室，取代目前常用的水质固定监测站或者监测浮标，实现任意水域、全天候、原位和低成本水质监测与预警。 /p p 　　据相关科研人员介绍，国内现有的水面机器人水质检测与采样技术一般只能在线检测常规的水质五参数指标，很难全面的检测水中有机物、营养盐和重金属，只能采取把水样采集好后再到实验室去检测，因此无法实现水中重金属等重要污染物的原位和实时检测。另外，现有技术一般只能检测水域的浅层水，无法检测水域中不同深度层面的水质立体断面污染分布状况。本项目以水面机器人为平台，结合研制的新型小型化重金属检测仪器、不同深度水质自动采样装置以及水质原位在线检测装置，实现了水质立体断面的原位和实时检测与污染状态分析。 /p p 　　目前，中科院合肥研究院智能所已形成样机，并正积极推进产业化进程。 br/ /p