一种无人船水质监测技术的运用

2018-02-14李倩倩

建材与装饰 2018年52期

李倩倩

（南京市六合区环境监测站江苏南京 211500）

我国是一个严重缺乏淡水的国家，经济发展客观上加剧了工业污染的排放，日益增长的水资源需求和水污染增大造成了矛盾。因此水环境治理成为当务之急。无人船又被称为幽灵船，近年来，结合多种高新技术已经在环保监测领域取得了广泛的应用。无人船从本质说是一种自动化水上机器人，使用无人船技术监测数据精度高，成本低、测量及时、灵活性好、覆盖范围广，可以实现对水质的实时监控。未来随着智能化水平的不断提升，无人船在危险河道和海洋代替人类进行重复性工作将会成为主要趋势。

1 水质监测无人船总体设计方案

1.1 需求分析

该无人船的研发依托于环保局的环保项目，本着经济实用的原则，全面补充环境监测部门现有的监测方法，确保监测长期性、水质代表性、系统安全性及运行经济性。无人船要能够提供水质采样功能，水质监测功能，自主巡航功能，多视觉传感功能，能够满足狭小水域作业的特点。除了自主巡航之外，无人船还应该具备远程遥控功能，方便操作人员完成一些复杂的作业程序。

1.2 船身设计

船身采用双体流线型，降低重心，确保航行平稳，为了增加船体的抗风功能，船身采用了防颠覆的设计，并且注入防水和防沉的等理念。为了提高抗腐蚀性，船身采用高强度耐腐蚀合金材料，在考虑经济性的前提下，可以采用玻璃钢等较轻的材料。为了提升环保意识，船身设计为绿色和蓝色两种，船上负载在30kg以下。

1.3 船上系统

上位机系统，通过卫星地图进行定位，规划水域巡航路线，用户在上位机系统进行水位控制。无线传输系统，通过无线信号无人船与上位机之间的指令与数据之间的下达与传输。无人船控制单元，包括电机驱动模块、通信模块、定位模块、电子罗盘模块、超声波避障模块等。水样采集单元，系统自动化收集水样，船上要装至少20个采水瓶。水质监测单元，比如蓝绿藻、水中油、叶绿素A、浊度、氨氮等分析仪器，具体分析到温度、pH值、电导率等因素。为了确保船上的系统绝对不受利益关系的困扰，数据绝对真实，信息系统采用联网方式进入到多个终端，及时查阅和发布，这样就能避免篡改数据等行为发生。

1.4 系统动力

为了实现节能的目的，本船不安置传统柴油发动机或者是电池动力，而是采用了一种新式的漂流式动力系统，利用海浪的动力进行发电。同时配备太阳能系统，利用船载波浪系统进行发电。本船在行驶中主要依靠海浪动力和漂流的作用，同时在行驶中利用海浪进行发电，是一种高度清洁的能源，能够避免行使过程带来的污染。

2 无人船水质监测技术的运用

2.1 将应急管理和日常监测联系起来

环保部门要建立日常监测和应急管理机制，一旦发现事故，要紧急启动救援机制和治理机制。日常监测中要制定排查路线，比如对河道边走边测，采用分析同时推进，按照规划路线系统部署。同时还可以采用漂流的方式让无人船各个河口进行随机检测，检测过程中如果出现重大问题，无人船要发出警报，比如在检测过程中发现漏油事件，河面有油漂浮，为了避免出现更大的危害，要立刻发警报，然后紧急进行处理。个别无人船可以安装部分紧急自动清理装置，比如油污和重金属污染等，无人船可以自动进行紧急清理，吸附油污。同时，还要考虑到极端天气影响下或者水域环境高度复杂下的特殊情况，比如在雨雪冰雹天气会对测绘产生什么影响，如何确保地理位置准确。

2.2 利用无人船监测技术判断污染源

无人船监测的一个重要目的是及时判断污染源，予以根治，2012年镇江发生苯酚水源地污染事故就是一个典型事例。污染源找不到，不能根除污染的源头弊病，那么污染的危害就会持续扩大。镇江自来水事件是典型的一艘无人船改善一条工作线，无人船通过采集分析获取数据，之后机器人绘制出污染物状态分布图，专业人员根据分布图、气象状况和企业分析，就可以判断哪里出现污染。镇江自来水事件给无人船环保监测工作带来了一定的启示，未来只需要根据水污染物浓度变化就能够逐渐发现污染源，通过对污染的连续跟踪，能够进一步全面掌握水质状况，这样就可以制定出应急方案。

2.3 利用无人船深入重污染区

在一些重污染地区，会因为人员无法进入而迟迟不能解决，而机器人就不存在这一问题所以只要规划好无人船的路线，机器人就能够自行分析。比如丹金槽河段常年受氮磷污染，这里的地理相关复杂，人工检测难度非常高，即使是环保局进行大量排摸的工作，也很难招到门路，在采用无人监测船之后，只用GPS定位就发现了4个污染源。还有一些地区的污染对船也会造成伤害，比如高温、辐射、有毒、爆炸、腐蚀等危险，这种情况下可以给无人船配备足够的视觉系统，让无人船能够众览全局，操作人员通过屏幕就能够获取数据。

3 无人船监测技术未来的发展趋势

3.1 采样分析报表一体化

未来无人船监测技术越来越像一体化的方向发展，通过多个智能传感器对现场进行检测，同时系统还能够分析检测结果，形成系统的报表，方便决策人员进行具体分析。比如，无人船船身安装温度传感器，直接感受水温，将连续的温度变化报告和PH值、矿物质含量等系统报告结合起来，研究人员直接就能够获得数据。因此，未来计算机的信息处理能力将会是无人船监测技术发展的核心内容。

3.2 监测工作智能化

智能机器人是未来大的发展趋势，无人船将会和5G物联网等技术接合在一起，通过搭载多种传感器和多普勒剖面仪（ADCP）、单波束声纳、放射性检测仪等设备，实现自动化的流量、水深、核辐射测量等工作。尤其是提高无人船的智能避险功能，比如强化视觉系统，对航行中的障碍物和危险物进行自主判断，确保能够安全航行。

3.3 动力方式清洁化

当前无人船的一个重大问题就是船体较小，抗风浪的能力较差，而且一般都是采用锂电池续航，这种方式造成能源浪费，而且存在无人船一旦不能回收，就会造成严重污染的危险。因此，未来随着技术水平的不断提高，无人船使用风浪作为自身动力是一种可行的发展趋势，这样可以大大降低无人船二次污染的几率，同时提高能源利用效率。