欧卡智能智慧水务解决方案 | 第三期 无人船水质监测解决方案
地表水环境监测
对地表水环境进行采样监测是我国各级政府生态环境保护主管部门履行辖区内生态环境保护监督管理的基础工作。各个水域场景下的水质监测是地表水环境保护的重要内容, 其监测数据是反映水质污染程度的重要依据, 监测数据的准确性将对环境保护措施制定与执行产生重要影响。 水质监测作为水环境监管的重要组成部分，可以提供监 测区域的水环境质量等级、水污染物质、污染超标倍数等数 据，为污染源排放控制、水污染预警、水污染治理等管理决 策提供理论支撑。
传统水质监测手段正面临挑战
人工采样效率低下
水质环境监测工作主要包括点位布设、水样采集与保存、实验室分析、数据处理和综合评价等 5 个环节, 其中水样采集是环境监测工作的基础, 其影响到监测数据的代表性、准确性、可比性和完整性。目前水质采样方法主要为人工现场取样, 而目前全国大部分城市内河受城市发展的限制，无法充分满足人工监测采样的条件，导致水体监测点位数量不够，覆盖率不足，监测数据不能很客观地反映监测区域的水质污染状况，无法做到及时的监管和提前的防治工作。
监测地点固定，样本代表性差
目前很多水域和流域仍然采用断点/断面的监测站或检测点的方式来监测水域环境，导致水质采样的地点无法改变，或者由于地理位置难以设置等客观问题导致的检测点选取有误，都会导致样本代表性差，最终得出的水质数据无法准确代表整个水域的实际数据。我国目前的水质污染监测系统的现场监控设备虽然发展较为成熟，但是远程监控的实现技术仍较为传统，无法起到实现实时，灵活监控的效果，同时预警应急检测能力较差，应对突发事件的能力不足。
现有水质数据收集时效性差
数据时效性差，不论是人工现场取样还是断电断面监测的方式，由于目前检测需要依靠人工协助，这些传统的水质监测手段并不能做到高频率、高频次的工作，数据具有滞后性，无法及时的更新和跟进，不具有连续性，这样的短效性数据也更难分析可能存在的灾害规律，无法起到防治作用。
成本高昂，现有监测手段应急能力不足
日常监测、突发环境污染事件应急监测、环境科研监测中断面不断加密、点位数量不断增加，使监测工作任务负荷增加；由于成本高昂，对于人员和技术要求高等因素，水质检测有时无法得到足够的重视，减少频次亦或者取消水质检测项目也是目前存在的成本问题，减少成本，节省人力物力也是我们需要考虑的问题。导致水域监测应急能力不足。
人工采样风险较高
此外受到自然地理环境的影响，采样人员往往处于危险的采样环境中，其生命安全受到威胁也成为日益凸显 的问题之一。因此亟需一种规范合理、安全可靠的技术装置、采样方法来解决和满足目前地表水环境监测中所面临的问题和需求。
欧卡无人船水质监测解决方案
用无人船实现全自动水质监测
欧卡无人船使用先进的航行算法完成路径规划并实现GPS自动导航，可实现自主航行，能够定时定量的进行全自动采样作业，并将取得的水质参数通过网络与云端实时传输共享到基站软件中，最终自动生成工作报告，如实记录采样工作的时间、地点和内容，实现水质实时监控、全方位监测的目的。
欧卡无人船平台
通信系统
控制系统
水环境监测载荷
欧卡无人智能水质检测系统
目前水环境监测主要通过水质在线自动监测站和人工监测实现。水质在线自动监测站主要用于重点断面水体的水 质状况、预警预报、污染物总量的连续监测。人工监测则是 依靠监测人员携带监测和采样设备利用船只到固定水域开 展监测工作。以上监测方式都有其局限性，水质在线监测自 动站无法移动且维护费用较高，仅限于重点断面的监测；人工监测不仅需要耗费大量人力物力，且为保证仪器和人员安全，在水域环境复杂、污染物毒性较大或者气象条件恶劣的 情况下难以进行作业。
欧卡无人智能水质监测系统由欧卡无人船、环境水质参数监控装置和远程服务监控平台三部分组成。欧卡无人船通过 GPS、电子罗盘进行定位及导航，利用船上的摄像设备实时采集区域周边的环境影像。通过船上搭载的多种传感器及辅助设备实现 对水质的自动采样和多参数测量。利用无线通讯可以实现对无人船的远程控制，并完成无人船与远程基站之间的数据 传输。该系统可以实现远程操控和采样，对 COD、pH、溶 解氧等多项理化指标进行定点监测、对同一点位水质进行连续监测采样（时间序列）、以污染源为中心的污染范围监测 （空间分布）、监测点位周边影像采集、现场监测数据传输、 数据分析与结果展示等功能。系统可应用于水质例行监测和污染事故应急监测，有助于提升监测系统的监测能力和数 据分析能力，为管理决策提供有力的理论支撑和依据。
系统优势
高频刚需的水域新型基础建设
欧卡智能无人船则通过全自主水面无人驾驶技术弥补了现有水质监测工作的缺陷， 用可靠稳定的无人智能水环境监测系统和无人船协同作为新型智能化水面平台可以搭载多种设备实现不同功能。无人船能够通过遥控和智能自主航行方式实现多点位多种水质参数的实时采集和分层水样的获取,有助于提升水质监测系统的监测能力和数据分析能力,为管理决策提供有力的理论支撑和依据。弥补了现有水质监测及采样工作的缺陷,降低监测的人力和财力成本,提高水质监测的及时性和有效性,实现有毒水环境污染物质的应急监测。
水环境网格化智能监管
以智能无人船平台为底座，构建水环境网格化智能监管信息化管理系统，实现随时随地的水管理，支撑水质监测、污染预警、污染溯源、目标考核等多项水环境综合管理业务。 通过大范围、高密度“网格无人船组合布点”，形成覆盖整个区域的在线水环境在线监控网格，促进治理水污染由凭经验、凭感觉、粗放式管理向网格化、实时化、精准化治理转变。辅助治理单位发现问题，“对症下药”。通过长期的连续监测，对管理手段和治理效果进行评价，为政府优化产业结构、推进产业转型升级、制定水污染防治决策支持行动计划等提供科学依据。 用无人船科技织密水环境监测保护网，建立城市水环境智能监控管理平台，实现城市化水环境的网格化监控管理，说清城市水环境现状与变化趋势，建立常态化水环境管理体系，基于多维数据分析实现水环境分析与问题追溯。
及时应急、精准获取
在当前技术环境下，仅凭光谱法传感器进行水质监测势必存在一定程度的误差，且多数水污染因子无法被传感器感知，故此可以通过搭载自动取样装置的无人船进行持续巡检，在污染发生的第一时间取样保存，用于分析精准水质与污染鉴定，这将为水质监管的质量与执法的及时性带来质变；
与传统固定监测站点不同的是，无人船可在水域任意位置进行多数量、网格化的监测布局，通过欧卡无人船替代固定监测站点，让监测从少数的几个断面，变为全流域的网格化覆盖，这对污染溯源与水质综合分析将是一个质的飞跃。使得水域监测的取样点可以更加灵活，更加精准，从而获取到更多样化、更准确的水质数据采样分析。由于无人船本身的灵活性，在发现紧急污染事件发生时，可以第一时间进行应急监测、应急污染溯源，在应对紧急污染现象发生时，无人船对固定监测站点的优势是压倒性的。而在水域常态化布置无人船监测点，可以省去维护固定监测站点或者临时购买应急监测服务的高昂成本，全面优化水域数据监测能力。
健全水域数据、提供决策依据
传统监测方式下因为监测点位覆盖少，数据质量差，数据总量少等问题，使得水环境大数据分析这一理念迟迟无法落地，新式无人船的引入则可有效解决这一问题，不仅可以全水域覆盖，还可以每分钟回传一次数据，并有取样器获取到的精准水质作为校准，长此以往便可获取高质量的海量数据，通过数据分析进行环境趋势预测，让水环境大数据能够真正落地应用。
结语
欧卡无人船利用人工智能的方法不断训练。在实际无人船运行时监控记录数据，同时根据运行结果继续优化算法，利用通信系统构成数据反馈闭环。为水域管理决策提供数据依据；通过无人船+5G应用实现水域水质动态监测，辅以水质评价模型，满足水质实时监控与评价的要求；通过全面梳理监测潜在污染源，构建水污染动力模型，实时预测污染源在水域中的扩散情况，为应对水污染突发事件应急决策提供支持；通过关键节点及水域区域无人船搭载摄像头，依托视频AI识别技术，实现水域水质安全智能识别全覆盖。欧卡无人船基于物联网、数据分析、GNSS定位、移动通信、视频压缩传输等技术，构建水域信息数据监控信息网，可实现了水质数据监测过程中航行轨迹的实时记录与显示、照片和视频等水域现场信息采集与上传、实时水质检测及应急监测环境搭建、监测信息查询统计等功能，为突发水事活动应急响应提供强有力的技术支撑，大幅提高了水事活动地监管能力。