当前我国水资源面临的形势十分严峻,水污染严重、水生态环境恶化、水资源短缺等问题日益突出。我国对水污染事故的反应往往是,哪里有污染,就要到哪里探明当地以及附近水域的情况,要进行每半个小时一次的采样和监测,一直到水况恢复正常为止。
过去的几十年,水质采样都是依靠人工完成。划船取水,工作量大的同时操作也不安全,再加上目前国内水质监测人员紧缺,监测数据难以保证其准确性和实效性。
我国近十多年一直在发展在线监测技术,在水面放置浮漂,或者在湖边安装设备,通过管道抽取水样。但这种技术的建设成本比较高,而且监测位置是固定的,在天气不好,或者湖比较小的情况下,卫星遥感监测就无法进行。
自从环保工作的重要性被大众认知,相关部门在环保工作上的投入力度越来越大,随着2016年12月11日,《关于全面推行河长制的意见》正式出台,以及2017年9月1日环保部对于“全国地表水环境质量监测事权上收”的任务下达,作为“排头兵”的环境监测领域也迎来了它的新成员——无人船。
无人船学名叫“水面机器人”,是一种不需要人来操控,可以完全独立自主执行任务的船只,比较适合执行危险或者枯燥、重复的军用、民用任务,例如运用在军事打击、安防巡逻、地貌测绘、环境监测等领域。
无人监测船实现了无人船和水质监测的“跨界融合”,基于这种移动在线监测,可以实现很多过去实现不了的功能,比如把一个湖面地毯式监测一遍之后就可以拿到水质参数分布图,对于污染的分布、扩散情况一目了然,特别是对现在每年我国各大湖水藻爆发的预警和防治提出了新的办法和思路。
另外,利用无人监测船传回的即时信息,可以随时跟踪污染扩散的状况,增加了信息的透明度。采用无人船平台,可以搭载常规的单波束声呐、多波束声呐、侧扫声呐、浅层地表剖析仪器,并可配备常用小目标识别雷达、AIS、气象站、360度全视角云台、夜视摄像头等,为执行不同的任务提供保障。
在贺江应急事件中,仅仅两艘应急采样监测无人船就实现了360次共计720公斤的水样采集工作。
苏州河道多,过去清理水面垃圾一直靠人工,每年需要投入500多位环卫工人、270多条船,使用无人船后,其成本节省将近一半,只需50条无人船即可完成工作。
在2015年举国震惊的天津滨海新区爆炸、甘肃锑污染等事故处置工作中,无人船为环境监测工作提供了可靠的技术支援,更因此两度获国家环保部致信感谢。
镇江市丹阳和金坛交界的丹金槽河常年受氮磷污染,由于地理位置复杂,采用常规手段几乎无法获悉污染源头,通过无人监测船进行网格化监测,马上画出了整个流域的总磷污染分布图,根据高浓度的GPS点位分布,便清晰地断定了磷污染由1个工业企业排放支流和两个个乡镇生活污水排放所致。
通过无人监测船对现场工作的忠实还原,我们可以看到水样的各项监测数据、水面录制的视频,水下声呐系统所接收到的各种数据等等都非常清晰明了的呈现出来。很多排污暗管,人工查不出来,但是无人船可以,这就是无人船能够给环境监察工作人员带来的东西——信心!
一是更加安全,在与其他船只或暗礁发生碰撞危险,或遭遇到恶劣天气与危险流域时,相对于船员疲劳程度而言,远程操作可能更加安全。在无人船的设计方案中,船舶的操纵主要是通过专家决策系统与远程遥控系统在劳动条件更好的岸上进行操作,从而从根本上减少人为因素对船舶航行安全的影响。
二是更加高效,高效能的无人船平台可搭载多种测量或探测设备,如侧扫声纳、单波束声纳、多波束声纳、高精度惯导设备、磁力仪、小型潜水器、水质传感器等设备,能够自主完成河流地形测绘、资源勘探、环境监测等自动化作业。与传统有人船相比,采用无人船具有安全方便、精度高、成本低等优点,同时采用网络化集群控制技术,可实现多艘无人船相互协同作业,进一步提升工作效率。
三是更加经济,船上的绝大多数设备,如救生、消防、防污染与生活设施很大程度上是为船上工作人员服务的。在没有船员的情况下,这些设备将不再需要,既减少船舶重量又降低能耗,从而实现船舶建造及运营成本的减少及船舶载货能力的提升。此外,无人船舶也有助于优化航行路线、节省燃油等。
放眼国际,丹麦启动无人船研发项目,挪威开辟无人船试验区,韩国开发了无人船通用技术平台,荷兰正研发利用“浮动自驾无人船”实现载人和货运……
目前,全世界只有20多家企业生产无人船,我国无人船产品仍处于起步阶段,仅有少数企业实现了规模化生产,产品主要应用于民用领域。但是无人船前景广阔,应用价值不可小觑。
多次的实践证明,无人船在环保领域的应用优势远非人力可以比拟,它不仅能极大地缩短工作时间,提高工作效率,替代人完成偏远或恶劣环境下的全天候水域环境监测,由此还节约了大量的资源,这也为环保管理制度的创新提供了一种新思路。
根据相关机构和业内人士预测,以及目前国家站的建设投资估算,未来我国地表水自动监测仪器市场总金额将近50亿元。总之,随着技术的发展和人们环保理念的改变,无人技术必然是此后的主流趋势之一。