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《水质监测用无人艇技术要求(试行)》(征求意见稿)编制说明

1 项目背景

1.1 任务来源

      2017 年,原环境保护部办公厅公布了《关于开展 2017 年度国家环境保护标准项目实施工作的通知》(环办科技函〔2017413 号),下达了《地表水无人艇水质监测技术规范》的项目计划,项目统一编号为 2017-26

      本标准制订的承担单位为中国环境监测总站,协作单位为中国环境科学研究院、原天津市环境保护科学研究院。

1.2 工作过程

1.2.1 成立标准编制小组

      中国环境监测总站于 2017 6 月承担了《地表水无人船水质监测技术规范》标准制订工作。接到工作任务后,按照《国家环境保护标准制修订工作管理办法》(国环规科技〔20171  号),立即组织协作单位中国环境科学研究院、原天津市环境保护科学研究院的有关人员成立了标准编制组(以下简称“编制组”),召开了标准编制工作启动会。

1.2.2 查询国内外相关标准和文献资料

      2017 4 ~2017 10 月,标准编制组调研了国内外相关试验方法的研究进展,经过对标准的全面查询,目前国外尚无地表水无人艇监测相关标准;在自动监测方面,查阅了ISO 国际标准及其他国内外有关标准和文献(包括 OECDASTM 等以及国内相关标准)中关于水质自动监测标准化的内容,如 ISO 15839:2003《水质在线监测设备及传感器-参数及功能测试》(《Water quality -- On-line sensors/analysing equipment for water -- Specifications and performance  tests》),ASTM  D3864  –  12《在线水质监测标准指南》(《Standard  Guide  for On-Line Monitoring Systems for Water Analysis》), OECD 测试指南 236 号《水质监测及净化小型化系统》(《Nanosystems for Water Quality Monitoring and Purification》),对以上资料进行了整理。同时也参考了《近岸海域水质自动监测技术规范》(HJ 731-2014)以及《地表水自动监测技术规范》(HJ 915-2017)。

1.2.3 开题论证

      2017 11 14 日,由中国环境监测总站科技处在北京组织召开了该标准的开题站内评审会。专家组听取了标准主编单位关于开题报告的汇报,经质询、讨论,形成以下意见:

      1)明确地表水无人船的定义;

      2)明确本技术规范的适用范围,建议将适用范围限定为:采用地表水无人船进行水质监测的技术检验和评估;

      3)调整技术规范全文结构。会后,编制组根据专家意见对开题报告和标准草案进行了修改完善。

      2018 2 1 日,由原环境保护部环境监测司在北京组织召开了该标准的开题论证会。与会专家就编制组提交的标准开题论证报告和标准草案内容进行了质询和讨论,认为标准编制单位提供的材料齐全,内容较完整,格式规范;制订标准的技术路线合理,能满足制订工作需要。论证委员会通过该标准的开题论证,同时提出了修改意见和建议。具体的论证意见和建议如下:

      1)将题目改为: 水质无人艇监测技术规定(试行)。

      2)将适用范围改为:  本规定适用于水质监测无人艇技术性能和指标的要求及检验评估。

      3)进一步规范文本语言表述方式。会后,编制组根据专家意见对开题报告和标准草案进行了修改完善。

1.2.4 编写标准征求意见稿和编制说明

      2018 3 ~8 月,编制组完成《水质无人艇监测技术规定(试行)》征求意见稿及编制说明初稿的编写工作。

1.2.5 召开技术研讨会、开展调研及通讯评审

      2018 8 29 ~30 日,编制组在珠海市组织召开了该标准的技术研讨会。就水质无人艇监测相关技术问题进行集中研讨,并对标准文本及编制说明进行修改完善。同时编制组前往珠海云洲智能科技有限公司、珠海市环境保护监测站开展集中调研,广泛听取意见及建议,进一步完善标准文本及编制说明。

      2018 11 10 ~22 日,编制组对形成的征求意见稿及编制说明邀请 3 名行业内专家开展通讯评审,广泛听取意见及建议,进一步完善标准文本及编制说明。

      2019 6 ~10 月,编制组先后与珠海云洲智能科技有限公司、四方智能(武汉)控制技术有限公司、安徽科微智能科技有限公司等无人艇生产企业进行交流与调研,在了解无人艇最新技术发展的基础上,对标准文本进行了进一步的修改完善。

1.2.6 征求意见稿技术审查

      2020 5 9 日,由中国环境监测总站科技处通过视频会议形式组织召开了该标准征求意见稿的站内评审会。与会专家就编制组提交的标准的征求意见稿和编制说明进行了质询和讨论,认为标准编制单位编制的标准文本格式规范,技术路线合理,内容较为全面。并建议进一步规范术语和定义等文本语言表述方式。会后,编制组根据专家意见对征求意见稿和编制说明进行了修改完善。

      2020 6 23 日,由生态环境部生态环境监测司通过视频会议形式组织召开了该标准征求意见稿技术审查会。审查委员会听取了标准编制单位所做的标准征求意见稿及编制说明的内容介绍,经质询、讨论,认为标准编制单位提供的材料齐全、内容完整,对国内外应用情况、标准及文献进行了充分调研,标准定位准确,技术路线合理可行,技术内容完整。审查委员会通过该标准征求意见稿的技术审查。建议按照以下意见修改完善后,提请公开征求意见:

      1)建议题目改为《水质监测用无人艇技术要求(试行)》;

      2)进一步梳理规范性引用文件,修改完善采样要求,监测仪器的性能指标和技术要求;

      3)按照HJ 168 HJ 565 对标准文本进行编辑性修改。会后,编制组根据专家意见对征求意见稿和编制说明进行了修改完善。

2 标准制订的必要性分析

      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。随着经济不断发展,人民群众对生态环境质量的需求不断提高, 环境管理对监测工作的要求越来越高。其中,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;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。

      随着无人艇技术的不断提高,使用无人艇技术对地表水进行采样监测成为可能。但目前我国尚未制定相关的技术标准或规范,因此有必要开展相关技术规范的制定研究工作。相关技术规范制定后,可以为无人艇用于地表水采样监测操作提供科学、明确的技术要求,更好地为环境管理工作提供技术支撑。

      本标准的制订有利于进一步贯彻落实国务院印发的《水污染防治行动计划》和新环保法有关完善标准体系的要求。

3 国内外相关分析方法研究

3.1 无人艇发展历程

      无人驾驶艇,其英文名字为(Unmanned surface vehicles 或者 Autonomous surface vehicles),简称无人艇(USV),它基于船舶,同时载有特殊功能设备包括控制设备以及通讯设备等,进而在水面执行某些特殊操作。通常,可以将无人艇定义为能够进行远程控制或是在没有操作人员参与的情况下选择自主操作模式,能够接收相应指令,完成指定任务的智能化水面平台。无人艇包括具有路径规划、自动航行、自主环境感知能力的全自主型无人艇, 以及非自动航行的遥控型无人艇和按照内置程序航行并执行任务的半自主型无人艇。它集船舶设计、人工智能、信息处理、运动控制等专业技术为一体,涉及自动驾驶、自主避障、规划与导航、模式识别等多方面,可根据其使用功能的不同,采用不同的模块,搭载不同的传感器及设备。执行情报收集、监视侦察、扫雷、反潜、反恐、精确打击、搜寻救助、水文地理勘察、环境监测等任务。

      无人艇的发展最早可追溯到 1898 年,当时著名发明家尼古拉·特拉斯发明了名为“无线机器人”的遥控艇。无人艇在实战中的首次亮相是二战时期,最初只作为一次性的制导武器使用。20 世纪 50 年代,前苏联曾利用小型遥控式无人水面艇,用于向敌舰发动自杀式攻击; 20 世纪 90 年代,随着人们对无人艇认识的深入,无人水面艇在反潜、反水雷、海上侦察监视、目标搜索等方面的潜能渐渐显露出来。 进入 21 世纪,随着通信、人工智能等技术的发展,制约无人艇发展的诸多技术瓶颈得以部分解决,各国加大了无人艇的研发力度,无人艇迎来了一段高速发展期。除国防军事上的应用外,无人艇在民用领域发挥的作用也越来越大。2000 年美国 MIT 的无人艇研究小组针对自主海岸勘探系统设计出“Auto Cat”号双体无人艇, 可方便地部署并进行勘测作业;2003 年,雅马哈公司研制的“Kan-Chan”号无人艇可用于监控海洋和大气的化学和物理参数,具有很长的续航能力;2004 年英国普利茅斯大学 MIDAS 科研小组研发的“Springer”号无人艇可用于内河、水库和沿海等浅水水域污染物追踪、环境和航道信息测量等。

      我国的无人艇技术发展迅速,尽管当下依旧是美国和以色列掌握着无人艇的核心技术, 但是近年来随着国内改革开放的继续深化和经济的不断发展,我国在无人艇的研制方面显示出了后来居上的趋势。据不完全统计,目前中国已有超过 200 家无人艇公司。中国智慧、中国技术、中国产品已经引领了世界无人艇行业的发展。各种不同的无人艇产品相继推出,应用涵盖了交通运输、环保、测绘、安防巡逻、石油/天然气等多个领域。 目前已有“SeaFly”“追梦壹号”“筋斗云 0 号”“天象系列”“精海系列”“瞭望者 3 号”“遥测 5 号”“环保无人艇”等多款无人艇产品。

3.2 无人艇在环境监测系统内应用情况调研

      通过调研,初步了解国内环境监测系统开展地表水无人艇水质监测的地区和用户,截止2019 年统计结果见图 1

图 1 国内环境监测系统开展地表水无人艇监测的部分地区和用户

1 国内环境监测系统开展地表水无人艇监测的部分地区和用户

3.3 无人艇在环境监测系统内应用案例

 

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