《水質(zhì)監測用無(wú)人艇技術(shù)要求（試行）》（征求意見(jiàn)稿）編制說(shuō)明

1 項目背景

1.1 任務(wù)來(lái)源

      2017 年，原環(huán)境保護部辦公廳公布了《關(guān)于開(kāi)展 2017 年度國家環(huán)境保護標準項目實(shí)施工作的通知》（環(huán)辦科技函〔2017〕413 號），下達了《地表水無(wú)人艇水質(zhì)監測技術(shù)規范》的項目計劃，項目統一編號為 2017-26。

      本標準制訂的承擔單位為中國環(huán)境監測總站，協(xié)作單位為中國環(huán)境科學(xué)研究院、原天津市環(huán)境保護科學(xué)研究院。

1.2 工作過(guò)程

1.2.1 成立標準編制小組

      中國環(huán)境監測總站于 2017 年 6 月承擔了《地表水無(wú)人船水質(zhì)監測技術(shù)規范》標準制訂工作。接到工作任務(wù)后，按照《國家環(huán)境保護標準制修訂工作管理辦法》（國環(huán)規科技〔2017〕1  號），立即組織協(xié)作單位中國環(huán)境科學(xué)研究院、原天津市環(huán)境保護科學(xué)研究院的有關(guān)人員成立了標準編制組（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“編制組”），召開(kāi)了標準編制工作啟動(dòng)會(huì )。

1.2.2 查詢(xún)國內外相關(guān)標準和文獻資料

      2017 年 4 月~2017 年 10 月，標準編制組調研了國內外相關(guān)試驗方法的研究進(jìn)展，經(jīng)過(guò)對標準的全面查詢(xún)，目前國外尚無(wú)地表水無(wú)人艇監測相關(guān)標準；在自動(dòng)監測方面，查閱了ISO 國際標準及其他國內外有關(guān)標準和文獻（包括 OECD、ASTM 等以及國內相關(guān)標準）中關(guān)于水質(zhì)自動(dòng)監測標準化的內容，如 ISO 15839:2003《水質(zhì)在線(xiàn)監測設備及傳感器-參數及功能測試》（《Water quality -- On-line sensors/analysing equipment for water -- Specifications and performance  tests》），ASTM  D3864  –  12《在線(xiàn)水質(zhì)監測標準指南》（《Standard  Guide  for On-Line Monitoring Systems for Water Analysis》）， OECD 測試指南 236 號《水質(zhì)監測及凈化小型化系統》（《Nanosystems for Water Quality Monitoring and Purification》），對以上資料進(jìn)行了整理。同時(shí)也參考了《近岸海域水質(zhì)自動(dòng)監測技術(shù)規范》（HJ 731-2014）以及《地表水自動(dòng)監測技術(shù)規范》（HJ 915-2017）。

1.2.3 開(kāi)題論證

      2017 年 11 月 14 日，由中國環(huán)境監測總站科技處在北京組織召開(kāi)了該標準的開(kāi)題站內評審會(huì )。專(zhuān)家組聽(tīng)取了標準主編單位關(guān)于開(kāi)題報告的匯報，經(jīng)質(zhì)詢(xún)、討論，形成以下意見(jiàn)：

      1）明確地表水無(wú)人船的定義；

      2）明確本技術(shù)規范的適用范圍，建議將適用范圍限定為：采用地表水無(wú)人船進(jìn)行水質(zhì)監測的技術(shù)檢驗和評估；

      3）調整技術(shù)規范全文結構。會(huì )后，編制組根據專(zhuān)家意見(jiàn)對開(kāi)題報告和標準草案進(jìn)行了修改完善。

      2018 年 2 月 1 日，由原環(huán)境保護部環(huán)境監測司在北京組織召開(kāi)了該標準的開(kāi)題論證會(huì )。與會(huì )專(zhuān)家就編制組提交的標準開(kāi)題論證報告和標準草案內容進(jìn)行了質(zhì)詢(xún)和討論，認為標準編制單位提供的材料齊全，內容較完整，格式規范；制訂標準的技術(shù)路線(xiàn)合理，能滿(mǎn)足制訂工作需要。論證委員會(huì )通過(guò)該標準的開(kāi)題論證，同時(shí)提出了修改意見(jiàn)和建議。具體的論證意見(jiàn)和建議如下：

      1）將題目改為: 水質(zhì)無(wú)人艇監測技術(shù)規定（試行）。

      2）將適用范圍改為:  本規定適用于水質(zhì)監測無(wú)人艇技術(shù)性能和指標的要求及檢驗評估。

      3）進(jìn)一步規范文本語(yǔ)言表述方式。會(huì )后，編制組根據專(zhuān)家意見(jiàn)對開(kāi)題報告和標準草案進(jìn)行了修改完善。

1.2.4 編寫(xiě)標準征求意見(jiàn)稿和編制說(shuō)明

      2018 年 3 月~8 月，編制組完成《水質(zhì)無(wú)人艇監測技術(shù)規定（試行）》征求意見(jiàn)稿及編制說(shuō)明初稿的編寫(xiě)工作。

1.2.5 召開(kāi)技術(shù)研討會(huì )、開(kāi)展調研及通訊評審

      2018 年 8 月 29 日~30 日，編制組在珠海市組織召開(kāi)了該標準的技術(shù)研討會(huì )。就水質(zhì)無(wú)人艇監測相關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行集中研討，并對標準文本及編制說(shuō)明進(jìn)行修改完善。同時(shí)編制組前往珠海云洲智能科技有限公司、珠海市環(huán)境保護監測站開(kāi)展集中調研，廣泛聽(tīng)取意見(jiàn)及建議，進(jìn)一步完善標準文本及編制說(shuō)明。

      2018 年 11 月 10 日~22 日，編制組對形成的征求意見(jiàn)稿及編制說(shuō)明邀請 3 名行業(yè)內專(zhuān)家開(kāi)展通訊評審，廣泛聽(tīng)取意見(jiàn)及建議，進(jìn)一步完善標準文本及編制說(shuō)明。

      2019 年 6 月~10 月，編制組先后與珠海云洲智能科技有限公司、四方智能（武漢）控制技術(shù)有限公司、安徽科微智能科技有限公司等無(wú)人艇生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行交流與調研，在了解無(wú)人艇最新技術(shù)發(fā)展的基礎上，對標準文本進(jìn)行了進(jìn)一步的修改完善。

1.2.6 征求意見(jiàn)稿技術(shù)審查

      2020 年 5 月 9 日，由中國環(huán)境監測總站科技處通過(guò)視頻會(huì )議形式組織召開(kāi)了該標準征求意見(jiàn)稿的站內評審會(huì )。與會(huì )專(zhuān)家就編制組提交的標準的征求意見(jiàn)稿和編制說(shuō)明進(jìn)行了質(zhì)詢(xún)和討論，認為標準編制單位編制的標準文本格式規范，技術(shù)路線(xiàn)合理，內容較為全面。并建議進(jìn)一步規范術(shù)語(yǔ)和定義等文本語(yǔ)言表述方式。會(huì )后，編制組根據專(zhuān)家意見(jiàn)對征求意見(jiàn)稿和編制說(shuō)明進(jìn)行了修改完善。

      2020 年 6 月 23 日，由生態(tài)環(huán)境部生態(tài)環(huán)境監測司通過(guò)視頻會(huì )議形式組織召開(kāi)了該標準征求意見(jiàn)稿技術(shù)審查會(huì )。審查委員會(huì )聽(tīng)取了標準編制單位所做的標準征求意見(jiàn)稿及編制說(shuō)明的內容介紹，經(jīng)質(zhì)詢(xún)、討論，認為標準編制單位提供的材料齊全、內容完整，對國內外應用情況、標準及文獻進(jìn)行了充分調研，標準定位準確，技術(shù)路線(xiàn)合理可行，技術(shù)內容完整。審查委員會(huì )通過(guò)該標準征求意見(jiàn)稿的技術(shù)審查。建議按照以下意見(jiàn)修改完善后，提請公開(kāi)征求意見(jiàn)：

      1）建議題目改為《水質(zhì)監測用無(wú)人艇技術(shù)要求（試行）》；

      2）進(jìn)一步梳理規范性引用文件，修改完善采樣要求，監測儀器的性能指標和技術(shù)要求；

      3）按照HJ 168 和HJ 565 對標準文本進(jìn)行編輯性修改。會(huì )后，編制組根據專(zhuān)家意見(jiàn)對征求意見(jiàn)稿和編制說(shuō)明進(jìn)行了修改完善。

2 標準制訂的必要性分析

      對地表水環(huán)境進(jìn)行采樣監測是我國各級政府生態(tài)環(huán)境保護主管部門(mén)履行轄區內生態(tài)環(huán) 境保護監督管理的基礎工作。隨著(zhù)經(jīng)濟不斷發(fā)展，人民群眾對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的需求不斷提高， 環(huán)境管理對監測工作的要求越來(lái)越高。其中，日常監測、突發(fā)環(huán)境污染事件應急監測、環(huán)境科研監測中斷面不斷加密、點(diǎn)位數量不斷增加，使監測工作任務(wù)負荷增加；此外受到自然地理環(huán)境的影響，采樣人員往往處于危險的采樣環(huán)境中，其生命安全受到威脅也成為日益凸顯的問(wèn)題之一。因此亟需一種規范合理、安全可靠的技術(shù)裝置、采樣方法來(lái)解決和滿(mǎn)足目前地表水環(huán)境監測中所面臨的問(wèn)題和需求。

      隨著(zhù)無(wú)人艇技術(shù)的不斷提高，使用無(wú)人艇技術(shù)對地表水進(jìn)行采樣監測成為可能。但目前我國尚未制定相關(guān)的技術(shù)標準或規范，因此有必要開(kāi)展相關(guān)技術(shù)規范的制定研究工作。相關(guān)技術(shù)規范制定后，可以為無(wú)人艇用于地表水采樣監測操作提供科學(xué)、明確的技術(shù)要求，更好地為環(huán)境管理工作提供技術(shù)支撐。

      本標準的制訂有利于進(jìn)一步貫徹落實(shí)國務(wù)院印發(fā)的《水污染防治行動(dòng)計劃》和新環(huán)保法有關(guān)完善標準體系的要求。

3 國內外相關(guān)分析方法研究

3.1 無(wú)人艇發(fā)展歷程

      無(wú)人駕駛艇，其英文名字為（Unmanned surface vehicles 或者 Autonomous surface vehicles），簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)人艇（USV），它基于船舶，同時(shí)載有特殊功能設備包括控制設備以及通訊設備等，進(jìn)而在水面執行某些特殊操作。通常，可以將無(wú)人艇定義為能夠進(jìn)行遠程控制或是在沒(méi)有操作人員參與的情況下選擇自主操作模式，能夠接收相應指令，完成指定任務(wù)的智能化水面平臺。無(wú)人艇包括具有路徑規劃、自動(dòng)航行、自主環(huán)境感知能力的全自主型無(wú)人艇， 以及非自動(dòng)航行的遙控型無(wú)人艇和按照內置程序航行并執行任務(wù)的半自主型無(wú)人艇。它集船舶設計、人工智能、信息處理、運動(dòng)控制等專(zhuān)業(yè)技術(shù)為一體，涉及自動(dòng)駕駛、自主避障、規劃與導航、模式識別等多方面，可根據其使用功能的不同，采用不同的模塊，搭載不同的傳感器及設備。執行情報收集、監視偵察、掃雷、反潛、反恐、精確打擊、搜尋救助、水文地理勘察、環(huán)境監測等任務(wù)。

      無(wú)人艇的發(fā)展最早可追溯到 1898 年，當時(shí)著(zhù)名發(fā)明家尼古拉·特拉斯發(fā)明了名為“無(wú)線(xiàn)機器人”的遙控艇。無(wú)人艇在實(shí)戰中的首次亮相是二戰時(shí)期，最初只作為一次性的制導武器使用。20 世紀 50 年代，前蘇聯(lián)曾利用小型遙控式無(wú)人水面艇，用于向敵艦發(fā)動(dòng)自殺式攻擊； 20 世紀 90 年代，隨著(zhù)人們對無(wú)人艇認識的深入，無(wú)人水面艇在反潛、反水雷、海上偵察監視、目標搜索等方面的潛能漸漸顯露出來(lái)。 進(jìn)入 21 世紀，隨著(zhù)通信、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，制約無(wú)人艇發(fā)展的諸多技術(shù)瓶頸得以部分解決，各國加大了無(wú)人艇的研發(fā)力度，無(wú)人艇迎來(lái)了一段高速發(fā)展期。除國防軍事上的應用外，無(wú)人艇在民用領(lǐng)域發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。2000 年美國 MIT 的無(wú)人艇研究小組針對自主海岸勘探系統設計出“Auto Cat”號雙體無(wú)人艇， 可方便地部署并進(jìn)行勘測作業(yè)；2003 年，雅馬哈公司研制的“Kan-Chan”號無(wú)人艇可用于監控海洋和大氣的化學(xué)和物理參數，具有很長(cháng)的續航能力；2004 年英國普利茅斯大學(xué) MIDAS 科研小組研發(fā)的“Springer”號無(wú)人艇可用于內河、水庫和沿海等淺水水域污染物追蹤、環(huán)境和航道信息測量等。

      我國的無(wú)人艇技術(shù)發(fā)展迅速，盡管當下依舊是美國和以色列掌握著(zhù)無(wú)人艇的核心技術(shù)， 但是近年來(lái)隨著(zhù)國內改革開(kāi)放的繼續深化和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國在無(wú)人艇的研制方面顯示出了后來(lái)居上的趨勢。據不完全統計，目前中國已有超過(guò) 200 家無(wú)人艇公司。中國智慧、中國技術(shù)、中國產(chǎn)品已經(jīng)引領(lǐng)了世界無(wú)人艇行業(yè)的發(fā)展。各種不同的無(wú)人艇產(chǎn)品相繼推出，應用涵蓋了交通運輸、環(huán)保、測繪、安防巡邏、石油/天然氣等多個(gè)領(lǐng)域。 目前已有“SeaFly”“追夢(mèng)壹號”“筋斗云 0 號”“天象系列”“精海系列”“瞭望者 3 號”“遙測 5 號”“環(huán)保無(wú)人艇”等多款無(wú)人艇產(chǎn)品。

3.2 無(wú)人艇在環(huán)境監測系統內應用情況調研

      通過(guò)調研，初步了解國內環(huán)境監測系統開(kāi)展地表水無(wú)人艇水質(zhì)監測的地區和用戶(hù)，截止2019 年統計結果見(jiàn)圖 1。

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圖 1 國內環(huán)境監測系統開(kāi)展地表水無(wú)人艇監測的部分地區和用戶(hù)

3.3 無(wú)人艇在環(huán)境監測系統內應用案例

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