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行業研究 | 基于水利信息化應用的無人船研究

 2022年全國水利工作會議1月6日在北京召開,水利部部長李國英為2022年全國水利工作劃重點,涵蓋防洪、排水、供水、非法采砂整治和水利科技創新等方面。

      李國英部長認為,今年水利工作任務重、挑戰多、要求高,要突出重點、把握關鍵。他在講話中強調,要優化水利科技投入機制、研發機制、應用機制、激勵機制,形成貫通產學研用的水利科技創新鏈條。

      無人船作為一種水面機器人,主要通過智能控制實現自主航行和任務執行,在多項水利工作中均有成熟應用。本文擬結合2022年我國水利工作重點,探討無人船在水利信息化中的作用和優勢。







2022年全面踐行新時代治水思路

      水利是現代農業建設開展的首要條件,是經濟社會發展的基礎支撐,是生態環境改善的必要保障,具有很強的戰略性、基礎性和公益性。

      黨中央、國務院在“十三五”時期對加強生態文明建設做出系列決策部署,各級水利部門積極作為、狠抓落實,取得了眾多階段性成果。

      “十四五”時期,水利事業發展規劃以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導,深入貫徹黨的十九大精神和“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時代治水思路。按照“水利工程補短板、水利行業強監管”的工作總基調,堅持以水而定、量水而行,合理布局防洪排澇,水資源配置、水生態保護修復。






無人船可滿足水利事業發展的

戰略需求和技術需求


      水利事業發展不僅有上述戰略需求,還有技術需求:不斷創新作業手段,提升水利科技服務質量。

      隨著人工智能、移動互聯網及大數據等新技術不斷融入傳統行業的各個環節,新興技術和水利行業也在不斷融合。

     自2014年起,云洲智能的無人船系統持續被水利部科技推廣中心認定為水利先進實用技術。包括全自動采樣、監測、測量和暗管探測在內的4項無人船系統,陸續列入年度水利先進實用技術重點推廣指導目錄。

     2018年10月,有關水利樞紐管理企業引入云洲ME120多功能測量無人船,通過搭載多波束系統進行水下地形測量。測量結果表明,與傳統測量方式相比,無人船不但走線更準,淺水區的測量數據獲取更容易,泄洪時在下游多地進行監測也更方便。

2.云洲ME120無人船黃河庫區多波束全覆蓋測量.jpg

圖 | 云洲ME120無人船黃河庫區多波束全覆蓋測量

       查閱公開資料可發現,類似的應用案例還有很多。近年來,不少單位已將無人船應用到監測、監管等領域,利用無人船作為移動監測監管平臺,實現水生態環境的實時監測監管,對現有監測監管網絡技術進行補充和功能延伸:

       監測領域,無人船在水質監測、水文測量、地形測量、庫容測量、航道測量、壩體檢測和水面工程檢測等方面均有應用。

       監管領域,無人船也已廣泛應用于污染源排查監控、排污監管、非法采砂監管、非法水利工程監管等方面。






無人船在水利信息化中的應用優勢

       當今世界經濟和社會發展,信息化已是大勢所趨,水利信息化亦被業內人士看作水利現代化的基礎和重要標志。

       具體到執行層面,從水利信息的采集、傳輸、存儲、處理和服務,都可以充分發揮無人船等現代信息技術的優勢。

優勢一:無人船移動實時全覆蓋,采集多項數據

       作為移動、實時、全覆蓋的感知端,無人船可以采集流域水量、水質等多項數據。

4.智慧水環境監測監管系統.jpg

圖 | 云洲智能建立的智慧水環境監測監管系統,

可利用多種技術手段實現多維度動態監測

優勢二:無人船自動化、標準化作業,降低人員風險

      無人船可以代替人自動化、標準化作業,極大降低人員風險。例如,在防洪或排澇時,無人船能靈活進入復雜多變的水域環境,實時獲得斷面流速、流量信息,為應急決策判斷提供及時、有效的水情數據支撐。

優勢三:無人船實時顯示數據,降低監測信息時滯性

      無人船可以動態實時監測,信息同步共享,構建數字化監測體系,降低時滯性,協助各部門單位第一時間做出科學高效的應急處置。

5.大數據監測監管平臺.png

圖 | 大數據監測監管平臺可顯示工作區域位置

和回傳現場畫面,并對水質因子實時監測分析






無人船水利應用方向介紹

      無人船的水利應用具有作業范圍廣、安全風險小的特點,能夠實現智能航行、自動采樣、實時影像采集等功能,作業效率成倍提高。

      云洲智能2013年推出第一款用于水生態資源保護的無人船后,不斷挖掘、滿足全球用戶專業需求,研制出多款型、多用途的無人船,服務于各大水利應用方向:

     水文監測:無人船可搭載多種型號的聲學多普勒流速剖面儀,完成水域流速、流量監測,擺脫對橋梁、租船及繩纜的依賴。

     水質監測:在傳統的固定站自動監測、浮標監測及人工監測點位之外區域,云洲無人船搭載水質分析儀進行監測任務,做到監測區域由點到面,實現全域覆蓋監測。

     監控、巡邏:執行非法采砂、非法傾倒、非法施工的監控,以及重點工程巡邏等任務時,無人船可按規劃航線自主航行,對江河湖庫、航道、港口、碼頭等轄區及設施進行巡邏監控,實時傳輸反饋現場情況,必要時還可以代替人喊話、警示、驅離、拍照和錄像,做到安全、立體的全天候快速響應。

     探測、測繪:無人船搭載單波束測深儀、多波束系統,可以測量水體深度,根據數據計算庫容,繪制等高線等工作。而搭載側掃聲吶、多波束系統、圖像聲吶和淺地層剖面儀等,無人船則可以進行航道測量、壩體檢測、橋墩沉積檢測、水域工程施工測繪等。

     污染源探測:云洲暗管探測無人船集成定位定向儀、高精度側掃聲吶,可探測沿岸水下暗管,幫助快速鎖定污染源。

     環境事件應急響應:針對水污染等突發環境事件,云洲無人船通過搭載在線監測儀等相關配件,可快速響應、趕赴事故現場,在事發水域不間斷水質監測,自動生成、繪制水質分布圖,實時掌握污染擴散情況。

3.水利無人船系列.png

圖 | 云洲智能水利應急系列無人船產品型號及主要功能


結語

      水利事業活動普遍存在覆蓋面積廣、環境復雜等問題,傳統作業方式的效率、安全性及工作范圍,已較難滿足水利工作的高質量要求。

      無人船吃水淺、循線精度高,其無人化、自主化的作業方式可拓寬作業范圍,提高作業效率,同時還能解決人員安全性問題,在水資源保護、岸線管理、水污染防治、水環境治理、水生態修復、執法監管等領域均有成熟應用,全面提升水利事業活動的效率和效能。

      整體而言,無人船的出現,為水利事業活動提供了全新的技術手段,對加強水利行業能力建設,夯實水利高質量發展基礎起到積極的推動作用。



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