水利部《“十四五”智慧水利建设规划》(水信息〔2021〕323号)要求“强化监测新技术手段应用”，《加强水利行业监督工作的指导意见的通知》(水监督〔2021〕222号)提出“充分发挥现代科技手段作用，推动监督方式和手段创新，提高监督效能”，对表《“十四五”水安全保障规划》中水资源集约节约安全利用能力、河湖生态保护治理能力进一步加强的目标，同样需要先进强大的监测感知能力和规范高效的监督管理手段保障其实现。近期，我们关注到新型智能无人船技术的有关信息，相对于无人机和传统无人船，其具有自动化程度高、水域监测覆盖能力强、监测内容丰富等方面优势，适合在水利相关业务领域内进行推广。

1水资源监测、河湖监管现状及问题

  “十三五”时期，水利信息基础设施建设全面推进，水政监察执法力度持续增强，水资源与河湖监测监管能力不断提升，水利工作效率和管理水平得到显著提高。进入“十四五”，立足新发展阶段，与水利高质量发展需求、国家信息化总体要求及信息技术日新月异进步相比，水资源监测和河湖监管信息化工作还存在着一定差距和薄弱环节。

1.1水资源监测现状和存在的问题

  经过长期的水文水资源监测设施建设，相关监测站网布局不断完善，监测能力不断提高，据统计，截至2020年底，全国共有水文站7757处、水位站16068处、雨量站53392处、水质站10962处，建成各类信息采集点约43.36万处，站点规模大幅提升，采集要素日益丰富，水资源信息综合采集体系初步形成。但与智慧水利建设要求和水利业务深度需求相比，目前水资源监测存在的问题主要体现在覆盖范围不足、智能化水平不高和透彻感知能力欠缺等方面问题。水文水资源监测站点均为点状布局，较难实现对面上监测的全覆盖，监测范围存在不足；水上、航空、航天等水空间管控信息采集得到一定应用，但整体智能化程度低，监测手段自动化程度不高，对人工投入的依赖性依然较大，智能摄像头、新型传感器、精确位置测量等应用不足，距离形成天空地一体化、支撑数字孪生流域的智能透彻感知体系还有较大距离。同时，基础通信保障能力不足，现有监测通信网络覆盖不全、带宽不足、通信基础薄弱，物联网技术未得到广泛应用，应急监测装备能力低、应急监测手段缺乏，应急通信装备和应急抢险通信保障能力不足。

1.2河湖监管现状和存在的问题

  “十三五”以来，通过全面强化河湖长制、开展流域专项执法行动、河湖“清四乱”等举措，河湖监管能力明显提升，河湖水事环境持续改善，同时铸就了一支强而有力的水政监察队伍。据统计，截至2021年底，全国共有各级水政监察队伍3256支，水政监察人员46473人，水政协管员10102人，近5年间正式立案查处水事违法案件共计10.4万件，现场制止违法行为58.6万次，巡查河道长度6810.7万公里，巡查湖泊水库面积1770.6万平方公里，为维护良好的河湖水秩序和水环境作出了重要贡献。

  河湖监管范围大，任务重，依靠当前水政监察人员人走车跑船巡的监管方式，巡查效率较为低下，同时耗费的人力物力也较大，据统计，2016—2021年，全国共出动水政监察人员1468.4万人次，车辆375.2万车次，船艇63.5万航次。同时当前的监管方式在时间和空间上的连续性也存在不足，特别是对于一些地处偏远隐蔽、地形复杂区域和“打游击”式的涉水违法行为很难发现和查处。依靠安装固定摄像头也只能实现河湖岸线的点监测，全域监测和水面监测的需求依然难以实现；如依靠无人机进行监测，一是配备数量不足，二是航程有限，三是空管限制，四是需要培养专业飞手，应用场景受限，难以满足日常监管需求。现场执法时，全国也仅为1/4的人员配备了执法记录仪、照相机等装备，绝大部分执法人员的取证设备用个人的手机，致使证据采集不规范、证据固定不及时等问题时有发生。

新型智能无人船设备的基本情况介绍

  新型智能无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面智能机器人，英文缩写为USV。这种“水面智能机器人”融合了船舶、通信、自动化、机器人控制、远程监控、网络化系统等技术，能实现自主导航、智能避障、远距离通信、视频实时传输和网络化监控等功能，可广泛应用于水面监测、科研勘探、水下测绘、搜索救援、安防巡逻乃至军事领域。

  新型智能无人船包含水面自主巡航机器人、智能停泊坞和可视化软件系统平台三个部分。

2.1水面自主巡航机器人

  水面自主巡航机器人的基本结构是一艘双体船，内置完善的水文、水质检测系统和多种传感器，可24小时无人值守自主完成指定水域的监测巡航，并实时采集自身所处水域的各种水资源相关数据和视频图像。此外，还可通过机器学习，对码头、桥梁、垃圾堆等涉河物体以及涉砂船舶进行图像与视频智能识别

2.2智能停泊坞

  智能停泊坞可以为水面自主巡航机器人提供补给，包括充电、补充水资源检测系统所需的耗材、移除水质测试系统产生的废液等。此外，船坞本身还是一个无人值守监测站和5G信号基站，既可以实时监测船坞所处一定范围内的水资源相关指标，还可以为无人船和周边其他监测设备提供5G信号传输支持和电力支持，可围绕其打造涉水物联产品生态圈。

2.3可视化管理系统平台

  可视化管理系统平台汇集所有水面自主巡航机器人和智能停泊坞获取的监测数据，可以建立相关的数据模型库，同时支持实时图像传输和VR远程控制，可将数据传输至省、市、县等各级水利业务平台系统和政府其他相关业务平台，方便水行政主管部门和其他相关职能部门远程查看和实时调用被监测水域的相关数据和影像。

3利用新型智能无人船提升水资源监测能力、强化河湖监管能力的主要应用场景及可行性

3.1利用新型智能无人船开展相关监测监督活动的应用场景

3.1.1水文水资源指标面上实时监测

  新型智能无人船可作为补强水文水资源基础设施建设的有效手段，在传统站点监测的基础上，以灵活机动的优势，扩大与强化对省界和重要控制断面水文水资源信息的监测范围和动态感知能力，由单点静态监测提升为点面结合动态监测。同时，无人船配备的先进监测设备，如终端柔性水尺，较传统电子水尺电源供给和数据传输更为稳定，旋桨式流速仪将流速、流量、流向测量一体化，压电式雨量传感器可在恶劣环境下实现全天候、长期连续在线实时监测等，可有效提升监测能力和效率，对升级改造传统监测系统，满足水利业务对水文数据和信息在空间尺度、时间频次等方面的不同需求具有积极意义。

3.1.2数字孪生模型构建的多要素数据采集

  新型智能无人船可作为数据采集设备，丰富感知要素，服务于数字孪生模型的构建。通过船体搭载各类智能传感器设定航路，可自动化、高频次、大范围从相关物理实体采集数据信息，为构建孪生模型，完成虚拟映射，采集精准物理参数和基础测绘数据。如通过搭载水下声呐成像设备、水下激光摄影设备、RTK设备等采集流域下垫面地形地貌、河道湖泊水下地形、重点工程区域水下地形等数据或影像，构建水下3D模型，搭载高清摄像机、DEM采集设备、激光雷达等设备，对水利工程、河道建筑物、水域岸线、周边地形等进行扫描测绘，完成数字映射。

3.1.3河湖日常巡查监管和执法辅助

  新型智能无人船可作为水政监察队伍开展河湖日常执法巡查监督的重要工具，缓解监管能力信息化水平低，提升执法效能和水平。新型智能无人船通过设定巡航线路，自主定时定点开展河道、湖泊、水库的巡查，其360°视频采集设备和北斗定位装置实时发现和监控水事违法行为，实现远程移动监管，快速预警防控，为执法工作由事后查处向事前预防处理转变提供支撑。如针对巡查中发现的轻微行为可通过远程喊话制止和驱离，对涉嫌违法的行为及时进行空间定位和图像证据采集固定，执法人员到场处置后，可全程记录执法过程，实现水行政执法预警防控及时化、执法操作规范化、执法过程痕迹化、执法监督严密化。

3.1.4应急监测处置现场支持

  新型智能无人船可作为应急监测和处置设备服务于洪水、水污染、高危工程处理等水利应急场景。新型智能无人船的双体式结构，具有较高的船身稳定性，宽大的船体和强劲的动力设备，可在湍急水流中正常行驶，同时可携带多种救援和监测设备到达应急救援现场，为灾区救援、灾情监测提供技术保障支持，有效减少和避免应急人员伤亡。如向洪水被困人员运送安全保障物资，对溃坝、决堤风险区进行近点实时监测，进入有害水污染区进行监测取样作业，亦可携带爆破设备进入堰塞湖或高危水利工程执行爆破任务。

3.2可行性分析

3.2.1技术可行性

无人船技术目前已非常成熟，行业应用也十分广泛。新型智能无人船作为迭代产品，彻底摆脱人工遥控操纵，实现自动化操作，减少了学习成本，提高了产品性能，具有便利性和先进性，且已获得国家实用新型专利、水利先进实用技术，并在河北省衡水湖东湖区域、邢台市朱庄水库等地进行了水资源环境监测应用实践，效果显著。日后随着5G和北斗技术发展日益成熟的加持，新型智能无人船未来应用前景广阔。

3.2.2安全可行性

新型智能无人船采用国产技术自主设计研发，控制系统核心部件为国产设备，软件平台数据库和中间件按照国家安可工作要求选用，定位系统采用北斗定位模块，数据传输主要依托国产5G网络，具备加密传输功能，系统设置主动防火墙，对网络窃密、远程破坏攻击有良好的抵御，能够及时主动发现并处置网络安全风险威胁，软硬件配置均能较好满足水利业务安全和数据安全管理需要。

3.2.3政策可行性

《“十四五”水安全保障规划》中就加强智慧水利建设，提升数字化网络化智能化水平中明确提出“充分利用高分遥感卫星、雷达、无人机、无人船……等监测手段”，《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《智慧水利建设顶层设计》《“十四五”智慧水利建设规划》3个文件中也明确将无人船列为新型监测手段加以应用，并予以资金保障，具备政策导向支持。

3.2.4经济可行性

新型智能无人船可通过购买服务的方式投入至水利业务，相较于一次性购入设备，使用门槛较低，服务费用也在绝大部分水利部门的财政承受能力之内。同时，新型智能无人船使用电力驱动，结构简单，后期运行维护费用也较低，既可免除传统船艇的燃料费用，又促进了节能减排的实施。此外，新型智能无人船取代人员进入危险环境下进行作业，人员安全得到有效保障，各项经济效益显著。4相关建议

无论是支撑相关监测监管和水政执法工作，还是支撑智慧水利建设，新型智能无人船技术都有其显著优势，值得探索其在水利行业推广应用的可能性。为此，提出如下建议。

4.1引进新型智能无人船技术，综合协同提升水利监测监管能力

新型智能无人船可作为水利监测监管的重要补充手段，利用其自动、灵活、经济、高效等技术优势，协同当前水文站网、无人机、遥感等手段已形成的监测监管网络，进一步提升水资源监测和河湖监管面上综合能力，支撑数字孪生流域智能透彻感知体系的建设。

4.2加强技术推介，推动各地试点应用新型智能无人船设备

考虑到新型智能无人船这一新兴技术尚未被水利行业广泛认知和接受，同时我国地域辽阔，不同地区自然地理条件、水域环境差异大，各地的实际管理需求也不相同，建议选择若干技术领先的产品向有条件的地区进行推介，推动部分地区试点试用，同时也有助于新型智能无人船技术根据不同实际应用场景继续完善。

4.3出台标准规范，推动新型智能无人船更好融入智慧水利体系

为了避免由于不同企业、不同技术间标准不统一，造成系统不兼容、数据接口不一致、业务需求无法得到完整高效满足等问题，应尽早组织研究建立相关标准规范，推动新型智能无人船等新型装备更好融入目前正在推进建设的智慧水利体系。

4.4加强政企合作，利用社会力量强化基层管理能力

近年来，我国部分企业积极探索无人船技术研发及应用，已取得显著成效。针对当前基层水行政主管部门人员有限和经费不足的现状，建议可积极运用政府与社会资本合作、政府购买服务等方式，发挥企业的技术和人才优势，将数据采集、实时监测、执法技术支持等方面业务交由社会力量承担，提高新技术的利用效率和效益，提升基层管理效能。

来源：水利发展研究2022，22（7）  作者：潘利业  李淼  马毅鹏