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无人监测船在河流污染溯源中的应用

2024-11-16 4 上传者：管理员

摘要：随着环保要求不断加强，精确追溯污染源头变得尤为重要。地方政府越来越注重提升水环境质量，而传统的人工监测方法方法存在效率低下、劳动强度大、风险高和成本高等缺点，急需新的解决方案来替代这种方法。在此背景下，无人监测船因其多项优势而被越来越多地应用于水污染的溯源工作中。本文通过对无人监测船进行分析，探讨了无人监测船在河流污染溯源中的应用优势及具体应用措施，以期提高河流污染溯源效能，更好地支持水环境保护工作。

关键词：
无人监测船
水域环境
污染溯源
河流污染
隐蔽
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无人监测船设计小巧而便携，具备极高的灵活性和隐蔽性，能够在各种水域环境中稳定运行。而且船只还具备智能化操作，能够快速而安全地执行监测任务。此外，其耐波性能良好，阻力小，航行速度快，能够保证在执行任务时的高效稳定。基于上述特点，无人监测船为提高水质监测的精确度提供了有效手段，符合当前环保战略的发展需求。因此将无人监测船应用到河流污染溯源中具有重要意义。

1、无人监测船概述

1.1通信设施

通信设施能确保岸基控制中心与无人船之间的有效数据交换和指令传输[1]。通信系统主要由地面基站软件i Boat BS3和相应的硬件设施组成，其中硬件包括一台高性能的笔记本电脑和专用的通信基站，支持无线电信号的发送与接收，使得控制人员可以远程操控无人船并获取重要的水质监测数据。此外，该系统还可配置4G通信模块，大幅提升系统的适用性及灵活性，能在网络覆盖条件下，实现更远距离的数据传输与指令控制，无论无人船身处何地，都能保持与岸基控制中心的稳定连接。通信设施设计不仅能提高操作便捷性，还支持在线水质监测、生成水质监测报告、暗管探测及流量测量等多种功能，使得无人监测船能在多种环境条件下发挥最大效能。

1.2智能设备

智能设备是无人监测船实现高效操作的关键组件之一，智能遥控器作为系统核心，使得操作人员可以在远距离下控制无人船的监测活动。遥控器具备360度的操作范围，意味着操作人员可以从任何角度对无人船进行精确操控，无论是前进、后退还是旋转，都能灵活应对复杂的水域环境[2]。另外，通过智能遥控器，操作人员可以安全地在岸上进行监测活动指导，避免直接进入存在危险或不稳定的水域，同时也极大地提高数据采集效率，使无人船更快速地响应环境变化并准确执行监测任务。

1.3在线监测系统

无人监测船装备了先进的在线水质监测仪器，使其能够在执行巡航任务时连续监测水质，并且实时检测多种关键水质参数，极大地增强监测的全面性。具体来说，能够测量电导率、溶解氧、pH值、氧化还原电位、叶绿素、蓝绿藻和氨氮等七种重要的水质指标。通过对重要参数实时监测，能够科学评估水体的健康状况并及早识别潜在的环境风险[3]。例如溶解氧水平可以反映水体中生物的呼吸活动情况，而pH值测定则有助于理解水体的酸碱状况。对叶绿素和蓝绿藻监测可以及时发现水华现象，氨氮监测则是评估水体受污染程度的重要指标。通过在线监测仪器，无人监测船不仅能提供准确的数据支持环境管理决策，还能实现对水质变化的快速响应，为环保工作提供科学依据。

1.4水中传感器散射波

无人监测船上装备的侧扫声呐系统是利用特定的声波散寻波原理来探测水下环境和物体。该系统通过船体两侧的换能器阵列发送声波脉冲，以球面波形式向外扩散，并在遇到水底或水中障碍物时产生反射波和反向散射波，也就是回波，会沿着原始传播路径返回到换能器。系统通过分析回波的到达时间和强度，可以确定水下物体的位置和特性[4]。由于声波传播速度是已知的，通过计算回波的传播时间差，可以准确测量出物体的距离，近距离目标产生的回波会比远距离目标更快地被换能器捕捉到。该技术不仅可以用于探测水底地形，还能有效识别沉船、水下障碍物和其他重要的水中结构，进而达到理想的污染溯源效果。

1.5高清视频监控系统

在无人监测船的装备体系中，高清视频监控系统结合了卫星通信与导航技术，能实现从水上到空中的无缝连接，构成一套综合的遥感监控网络。通过高清视频摄像头捕捉的实时画面可以直接回传到控制中心，为操作人员提供清晰的视觉数据，增强对船只周边环境的监控分析能力。该系统还支持虚拟现实技术后端的演示，使得远程操作人员能够通过虚拟现实界面深入感受到现场环境，仿佛亲身处于监测现场，不仅提升操作直观性，也能增强操作便捷性。此外，系统的远程控制功能允许操作人员在遥远的地点实施精确控制，配合自动驾驶技术，无人船可以实现高效自主航行，精准执行各项任务，确保在复杂水域中的安全高效运行。

2、无人监测船在河流污染溯源中的应用优势

2.1安全、快速、高效

与传统的人工水质采样相比，即使是对人工操作人员来说难以或无法到达的区域，如环境污染禁区或自然灾害后的危险水域，无人船也能够快速到达现场，极大地缩短污染事件响应时间，有助于及时控制并避免污染进一步扩散。传统的人工采样可能会使工作人员暴露在有害的化学物质或不稳定的水域环境中，而无人船则可以避免直接的人员风险，保障执行任务的安全性[5]。此外，无人船可以搭载多种传感器和采样设备，进行连续的数据收集分析，不仅提高数据质量，也能增强监测的全面性。基于无人船的高效操作，推广至实际监测中能够大幅减少人力物力投入，降低监测成本。

2.2监测成本低

传统的河流监测方法通常依赖于人工采样和现场检测，不仅耗费大量的人力和物力，而且往往效率低下，数据收集周期长，难以实现实时监控和快速响应。无人监测船通过自动化技术，配备多种高性能传感器，能够自动采集水质数据，同时还能实时将数据发送至监控中心，在减少人工采样需求的同时也极大地提高数据收集准确性。无人船的使用也能减少监测工作对复杂昂贵设备的依赖，在传统监测方法中，每一次采样活动都需要昂贵的仪器设备和多人操作，而无人监测船可以独立执行任务，减少了设备和人力成本，尤其适合进行长期监测，例如，在工业排放废物多的区域或生态敏感区，无人船可以持续不断地监测水质变化，提供大量有价值的数据支持环保决策。此外，无人船可以同时在多个位置进行监测，在大规模的河流系统中，传统方法需要多组人员同时在不同地点进行采样，而几艘无人船就可以覆盖同样的区域，增加监测的广度和深度，提高监测覆盖率，也使得监测数据更加全面，帮助监测人员更好地理解水体污染状况。

3、无人监测船在河流污染溯源中的具体应用

3.1实时收集数据

实时数据收集是无人监测船在河流污染监测中的核心功能，能够使船只在河流中24小时不间断地进行巡航和监测。无人船通过搭载各种高精度传感器，连续不断地采集关于水体的温度、pH值、溶解氧、浊度及各种化学污染物含量等数据，并通过无线网络实时传回控制中心，使得环保部门能够实时了解水体状况。通过实时收集水体数据，可以帮助监测人员迅速发现异常水质变化，及时对污染事件做出反应[6]。例如，若某区域重金属含量突然升高，无人船可以即刻报告信息，环保部门可以迅速调查并采取行动，查找污染源头并限制污染物进一步扩散。另外，实时监测还有助于分析污染物的分布及流向，通过持续的数据收集，并基于数据分析构建精确的水体模型，能预测污染物在不同天气和水流条件下的扩散路径，进而有针对性地制定治理措施。

3.2精确溯源定位

精确溯源定位是无人监测船在河流污染溯源中的另一项关键应用，通过装备在无人船上的高精度传感器收集数据，结合先进的水流模型和地理信息系统（GIS），环保部门能够精确地追踪污染物的来源及流向。在此过程中，不仅涉及污染检测，还包括复杂的数据分析和模型仿真，确保能追溯到污染的具体源头。通过实时监测水质参数，无人船可以快速识别出污染事件发生的类型，如化学品泄漏、工业废水非法排放等。一旦发现污染迹象，无人船将即刻将数据传回控制中心。环保部门随即利用GIS工具，结合收集到的地理和水文数据，分析污染物在水体中的传播路径。通过模拟河流的流速、流向和水文条件，建立相应的水流模型，可预测污染物的扩散趋势。例如，模型可以展示在特定雨量或水库放水情况下，污染物如何移动、稀释。确定污染源后，及时通知相关地区采取截污、清理或安全措施，防止污染进一步扩散。

3.3对难以接近区域进行监测

对于难以接近区域的监测，尤其是在对人类探测人员来说难以到达或者存在较高安全风险的环境中，无人船通过自动化操作，能够进入复杂危险的水域进行科学监测并收集数据，极大地提高了监测工作效率。例如，在洪水期间，河流水位迅速上升，流速加快，此种情况下，人工进入这些区域进行水质监测存在较大风险。而无人船就可以发挥优势，通过远程操控安全进入水位高涨的区域，收集水质变化、污染物质扩散等关键信息。此外，无人船在冰冷或污染严重的水域中也发挥着重要作用。在冬季，部分河流可能结冰，使得传统的船只难以进入；或者在某些工业区附近，水体被化学物质或有害生物污染严重，对人体健康构成威胁。无人船可以在极端条件下工作，不受气候和环境限制，保证持续监测效果。

3.4暗管探测声呐

在河流污染溯源中，无人监测船的暗管探测声呐模块发挥着重要作用，利用两侧的换能器阵列发射声波脉冲，当声波遇到水下的暗管等物体时，就会产生反射波和散射波。这些回波随后被同一换能器阵列接收，并根据回波的到达时间和强度，精确计算出物体的位置及特征[7]。此技术尤其适用于探测非法排放污染物的暗管。无人船搭载的声呐模块可以细致地扫描河床，及时发现隐藏在水下的排污管道，从而帮助环保部门追踪污染物源头，进而制定有效的污染治理措施。而且，利用暗管探测声呐，无人监测船可以在不干扰水域正常活动的情况下自动执行监测任务，大大提高污染源探测效率，保护河流水质。

4、结语

综上可知，河流污染溯源对于帮助环保部门更好地了解水体污染情况并采取针对性的治理措施具有重要意义，是加强环保工作的有效举措。因此，在未来发展过程中，相关部门应进一步加强对无人监测船的研究，借助该装备实现对河流污染溯源工作的科学规划，切实提高工作效率，进而为水污染治理工作提供更多支持，也为我国的水环境保护做出更多贡献。

参考文献:

[1]张艳博,李曼曼.基于水质监测和污染源在线监控数据的地表水河流断面污染溯源分析系统设计与实现[J].黑龙江环境通报,2024,37(2):33-35.

[2]朱容松.河流点源水污染溯源方法研究[D].镇江:江苏大学,2023.

[3]吉祝美,马晶晶,方里,等.王港河流域水环境质量溯源调查分析[J].环境监控与预警,2021,13(6):57-62.

[4]葛婧婧,王辉.无人监测船在河流污染溯源中的应用[J].绿色科技,2021,23(22):130-133.

[5]姚启干.兴化市主要河流污染断面溯源监测分析[J].黑龙江环境通报,2021,34(3):4-5,8.

[6]潘丹琳.河流水体污染特征分析及溯源研究[D].厦门:厦门大学,2021.

[7]李欣欣,王宁,姜秋俚,等.基于改进AFSA算法的河流突发水污染溯源[J].计算机系统应用,2020,29(7):139-144.

文章来源:纪夕发.无人监测船在河流污染溯源中的应用[J].黑龙江环境通报,2024,37(11):142-144.