“水环境侦察兵”守护北京的优美河湖

2022年的初夏,北京相比往常有些“安静”——面对仍处于胶着状态的疫情,餐饮商家、大型商场、公园景区等在不同程度上按下了暂停键,以确保首都早日走出本轮疫情的阴霾。

为了落实疫情防控要求,圆明园遗址公园实行了限流措施。虽然部分游客的游览计划只能暂时搁置,但圆明园里也有了平日难得的清静,连栖息在园中的动物也感受到了这份悠闲。前不久,一组园子里的照片引起了人们的兴趣:一只苍鹭叼着刚捕到的鱼,悠闲、惬意地站在湖面漂浮的白色圆盘上,正准备享用美餐。阳光、碧水、绿草、苍鹭,这些要素构成了一幅优美的画卷。眼尖的网友还发现了一个细节:照片里的白色圆盘在北京很多河湖水域都看到过,这个像浮漂一样的东西到底是什么?

2022年5月,圆明园中的一只苍鹭悠闲地站在湖面漂浮的白色圆盘上

实际上,这是北京市水务局在水质监测领域引入的一项黑科技——“水环境侦察兵”。它以芯视界科技自主研发的量子点光谱传感技术为基础,由智能终端和配套的软件系统构成,即便是在疫情防控的情况下,依然可以确保水质监测工作不受影响。

“侦察兵”+河长制=24小时不间断巡河

众所周知,党的十九大以来,中央和各级地方政府都对推进生态文明建设提出了更高的要求,完善生态环境监测体系是其中重要一环。在这样的大背景下,北京市水务局积极引入最新的技术和产品,增强水质监测能力,积极推动智慧水务的升级。2020年4月,北京市水务局与国家级高新技术企业芯视界科技合作,由水务局下属的北京市智慧水务发展研究院(前身为北京市水利自动化研究所)牵头,启动了“河湖水质实时监测与示范项目”,也就是前面提到的“水环境侦察兵”。

曾有人将“水环境侦察兵”比喻为用来监测河湖水质的“机器人”。从普通人的视角上看,它就是网友口中“漂浮在水面上的圆盘”,但在圆盘之下,是一套完整的水环境监测智能系统。它以芯视界科技自主研发的量子点光谱传感设备——芯禹®S20地表水监测终端为核心,集合了传感、物联网、软件、数据库等多种技术,构成了水质实时监测和排污溯源的大数据平台。

芯禹®S20地表水监测终端

由于北京已经建立了四级河长制,辖区内的河湖水域都有相应专人负责。为了能把水质监测情况实时发送给一线管理人员,“水环境侦察兵”系统还对接了“北京市河长制湖长制信息管理系统”以及“北京河长”APP。

一位水务领域的专业人士这样解释“水环境侦察兵”的作用:放置在河湖水域的芯禹®设备通过量子点光谱传感芯片,以10分钟/条的采集频率,实现对所监测水域的化学需氧量(CODcr)、电导率、溶解氧、浊度等参数的全天候监测;所监测的数据再通过配套的软件系统,快速反馈给管理部门。因此,一旦出现排污的现象,“水环境侦察兵”就会实时告警巡河人员,有利于快速处置,实现精细化管理。

简而言之,“水环境侦察兵”与河长制密切配合,实现24小时不间断巡河,为北京的水环境治理保驾护航。

未雨绸缪,疫情防控中的水质监测

传统的水质监测工作是通过实验室人工检测或在河湖岸边建立监测站的方式,经过采样、保存、运输、实验室测量等多个环节,才能完成一次监测闭环。这不仅导致传统水质监测手段有成本高、过程复杂、监测频率低、发现问题不及时等难以完全克服的问题,而且诸多环节都需要人工参与完成。在疫情严峻的情况下,传统水质监测的人工环节可能受到一些影响。

“水环境侦察兵”将传统方式的多个环节直接缩短到实时、原位监测一个环节,并且无需人工的日常参与,降低了疫情期间人员外出、接触的频率,还能够实时、高效地完成监测工作。“水环境侦察兵”能够做到这一点,归根结底是源于其自身的智能化特点:在不出现自然和人为意外因素的情况下,设备一次布设可以长时间使用;通过稳定的光谱数据传输、运算、分析系统,管理人员可以通过电脑、手机等设备实时了解水质情况……

即便是环境复杂的自然水域,“水环境侦察兵”也可以在疫情防控期间实现无人化的水质监测,并确保实时性和灵敏性

未雨绸缪永远好过临渴掘井。为了提高水质监测质量而引入的“水环境侦察兵”,不仅给北京市民带来了美丽河湖,而且为疫情防控形势下水质监测工作不降质提供了坚实的技术基础。据悉,在北京市水务局的“河湖水质实时监测与示范项目”中,已有200个水质监测点布设在北运河、温榆河、潮白河、坝河等36条河流上,涉及朝阳、通州、房山、昌平等16个区,主要监测入河排水口、国家考核断面、河道断面、闸口等。

芯视界科技和量子点光谱传感技术

作为“水环境侦察兵”的研发方,芯视界科技有着浓厚的科技创新基因。

身为清华大学的博士生导师,芯视界科技的创始人和首席科学家鲍捷于2015年在《自然》杂志上发表了题为《基于胶体量子点纳米材料的光谱仪》的论文,首次将量子点光谱传感技术公之于世。这在全球范围内是一项颠覆性技术,因为光谱被视为物质的指纹,对于采集基础物质信息意义重大。量子点光谱传感技术的问世,打破了国际光谱传感技术数十年的发展瓶颈,引领全球进入了光谱仪微型化时代。

2016年,芯视界科技正式成立。通过将量子点精准合成为成百上千种尺寸,并根据不同尺寸量子点对特定光谱范围敏感的特性,芯视界科技将量子点列阵集成到微型芯片上。这把实验室使用的大型光谱分析仪器缩小了近1000倍,可以搭载到手机、电脑、无人机等多种终端设备上。为量子点光谱传感技术在各领域的应用提供了无限可能,“水环境侦察兵”的芯禹®S20地表水监测终端就是该技术的产业化成果之一。除此之外,芯视界科技还开发了适用于污水、雨水等多种管网环境的芯禹®R10排水管网监测终端。

生态环境是量子点光谱传感技术的首个产业化成果落地领域,不断开拓和创新智慧化运用场景是芯视界科技追求的目标。因此,可以期待这项颠覆性技术未来会成熟地运用在智慧医疗、智慧交通、智能制造等多个领域。