《無人船船載水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)》

ICS

N

團體標準

T/CAQI2020-xxx

T/CWEC2020-xxx

無人船船載水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)

Waterqualitymonitoringsystemofunmannedsurfacevehicle

（征求意見稿）

2020-xx-xx發(fā)布2020-xx-xx實施

中國質(zhì)量檢驗協(xié)會

發(fā)布

中國水利企業(yè)協(xié)會

T/CAQI2020-xxx

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無人船船載水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)

1范圍

本標準規(guī)定了無人船船載水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的組成、功能、技術(shù)要求、檢驗方法、標志、包

裝、運輸以及貯存。

本標準適用于水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的無人船船載水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計、制造和應(yīng)用。

2規(guī)范性引用文件

本標準內(nèi)容引用了下列文件中的條款。凡是不注明日期的引用文件，其有效版本適用于

本標準。

GB3838地表水環(huán)境質(zhì)量標準

GB8978污水綜合排放標準

GB/T9359水文儀器基本環(huán)境試驗條件及方法

GB_T13603船舶蓄電池裝置

GB/T17626.3電磁兼容試驗和測量技術(shù)射頻電磁場輻射抗擾度試驗

GB/T32705實驗室儀器及設(shè)備安全規(guī)范儀用電源

HJ915地表水自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范

SZY205水資源監(jiān)測設(shè)備質(zhì)量檢驗

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標準。

3.1

船載水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)shipbornewaterqualitymonitoringsystem

能夠搭載到船上進行水質(zhì)采樣、測量、及數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑诰€分析系統(tǒng)。

4總則

4.1系統(tǒng)組成

無人船船載水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)主要由采配水單元、水質(zhì)監(jiān)測傳感單元、采集/控制/傳輸/儲存

單元、電源單元以及系統(tǒng)控制終端單元組成。

4.2系統(tǒng)功能

無人船船載水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)是通過接收到的無線指令要求，按照要求的測量頻率對指定位

置的目標水質(zhì)進行實時測量，將監(jiān)測數(shù)據(jù)及相關(guān)信息自動存儲并傳送至地面接收端。

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5技術(shù)要求

5.1工作環(huán)境要求

應(yīng)符合GB/T9359船載儀器有關(guān)規(guī)定。

5.2性能指標

5.2.1監(jiān)測參數(shù)

根據(jù)GB3838和GB8978，監(jiān)測參數(shù)選擇應(yīng)按照表1執(zhí)行。

表1無人船船載系統(tǒng)水文水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)

水體必測參數(shù)選測參數(shù)

總磷、總氮、揮發(fā)酚、揮發(fā)性有機物、油

水溫、pH值、電導(dǎo)率、濁度、溶類、重金屬、總有機碳、溶解性有機碳、

河流解氧、氧化還原電位、化學(xué)需氧量、生化需氧量、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、色

氨氮、葉綠素a、高錳酸鹽指數(shù)度、透明度、總懸浮物、藻類密度、石油

類、流量、流速、流向、水位等

總磷、總氮、揮發(fā)酚、揮發(fā)性有機物、油

水溫、pH值、電導(dǎo)率、濁度、溶

類、重金屬、總有機碳、溶解性有機碳、

解氧、氧化還原電位、化學(xué)需氧量、

湖、庫生化需氧量、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、色

氨氮、葉綠素a、藍藻密度、高錳

度、透明度、總懸浮物、石油類、流量、

酸鹽指數(shù)

流速、流向、水位等

5.2.2功能要求

5.2.2.1應(yīng)具有水質(zhì)檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲等功能。

5.2.2.2應(yīng)能實現(xiàn)實時在線自動監(jiān)測，運行穩(wěn)定，維護量少。

5.2.2.3支持多種接口方式，可擴展其他監(jiān)測參數(shù)。

5.2.2.4應(yīng)具有自檢功能。

a）檢測設(shè)備應(yīng)能檢查和設(shè)置系統(tǒng)工作參數(shù)；

b）檢測設(shè)備應(yīng)能檢測傳感器狀態(tài)；

c）檢測設(shè)備應(yīng)能檢測存儲器狀態(tài)及剩余容量；

d）檢測設(shè)備應(yīng)能檢測通信狀態(tài)；

e）檢測設(shè)備應(yīng)能檢測電池剩余電量或電池狀態(tài)。

5.2.2.5采配水單元要求

a）采用采配水方式測量方式的，應(yīng)具有水樣收集池。水樣收集池應(yīng)具有進水和出水通

道，且應(yīng)方便取出進行清潔。

b）樣品采集部件及流路管路的材質(zhì)應(yīng)選用耐高溫、防腐蝕和不吸附、正常工作時不與

水體各種污染物發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)的材料，應(yīng)不影響目標污染物的正常測量。質(zhì)量可靠，

不易破裂。

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c）采配水的收集和預(yù)處理方式，采配水的軟管及采樣瓶在作業(yè)前應(yīng)清洗干凈，無雜物；

對于溫度較高的環(huán)境，應(yīng)及時將水樣從監(jiān)測系統(tǒng)中取出并冷藏。

5.2.2.6水質(zhì)監(jiān)測傳感單元要求

水質(zhì)監(jiān)測傳感單元性能指標應(yīng)滿足HJ915中表A.2要求。

水質(zhì)監(jiān)測傳感單元外觀表面應(yīng)具有防濕熱腐蝕、防鹽霧腐蝕以及防霉菌腐蝕等功能。

5.2.2.7數(shù)據(jù)采集、控制、傳輸、存儲單元要求

a）數(shù)據(jù)采集

應(yīng)能夠?qū)λ|(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時采集，尤其要注意航速、測量間隔要與水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)響

應(yīng)頻率相匹配。

b）數(shù)據(jù)控制

應(yīng)能夠根據(jù)接收到的任務(wù)指令要求，按照設(shè)定位置、時間、采集頻率等進行測試。

c）數(shù)據(jù)存儲

應(yīng)能根據(jù)設(shè)定的存儲模式和格式存儲實時采集的數(shù)據(jù)。

d）數(shù)據(jù)傳輸

應(yīng)能夠?qū)⒈O(jiān)測數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)格式傳輸至船控或者地面接收端。

5.2.2.8供電要求

根據(jù)GB/T32705實驗室儀器及設(shè)備安全規(guī)范儀用電源和GB_T13603-2012船舶蓄電

池裝置的要求，設(shè)計供電電壓。

a）供電方式

供電方式可采用共用或單獨電源供電。

b）供電電壓

系統(tǒng)電壓宜采用直流（5~48)V供電。

5.2.2.9系統(tǒng)控制終端要求

a)系統(tǒng)控制終端應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集、記錄、處理和控制等操作界面軟件。界面語言應(yīng)為

中文和英文，供使用者選擇。

b)系統(tǒng)應(yīng)具備顯示、設(shè)置系統(tǒng)時間和系統(tǒng)參數(shù)等功能。

c)系統(tǒng)應(yīng)能夠顯示實時數(shù)據(jù)，具備存儲1000組以上歷史數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)查詢和導(dǎo)出的功能。

5.2.2.10應(yīng)能記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集時間和地理信息。

5.2.2.11應(yīng)具有監(jiān)測現(xiàn)場的圖像采集、傳輸和存儲功能。

5.2.3結(jié)構(gòu)要求

5.2.3.1艙內(nèi)結(jié)構(gòu)要求

a）外表面應(yīng)無明顯劃痕和碰傷等缺陷，并具有防護涂層。

b）外部零部件應(yīng)無機械傷痕和銹蝕，結(jié)構(gòu)部件應(yīng)聯(lián)接牢靠，無松動和變形。

c）外觀應(yīng)具有一定流線型，對無人船航行性能影響較小。

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5.2.3.2艙外結(jié)構(gòu)要求

a）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，便于安裝、拆卸；

b）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計安裝牢靠，緊固件無松動；

c）電氣部分應(yīng)做防水處理，具體要求如下：

1）水下工作部分：外殼防護等級不低于IP68；

2）水上工作部分：安裝于室內(nèi)的，防護等級應(yīng)不低于IP54，安裝于室外的，防

護等級應(yīng)不低于IP65。

5.2.4電磁兼容性

除另有規(guī)定外，系統(tǒng)電磁兼容性要求應(yīng)按照GB/T17626.3確定，并根據(jù)型號產(chǎn)品的具

體情況，規(guī)定系統(tǒng)的頻率范圍、發(fā)射和接收敏感度要求及其極限值。

5.2.5通信要求

5.2.5.1傳輸方式：無線通信方式，支持近傳和遠傳。

5.2.5.2數(shù)據(jù)格式：有校驗，確保數(shù)據(jù)收發(fā)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)解析正確。

5.2.5.3傳輸距離：

a）當(dāng)傳輸距離屬于視距距離，在1~2公里范圍內(nèi)時，采用低功耗的、比較簡單的通信

方式，如基于LoRa的無線自組網(wǎng)通信系統(tǒng)。

b）當(dāng)傳輸距離較遠時，需要采用使用功率較大、信號覆蓋較廣的通信方式。如果無人

船應(yīng)用在有4G或5G信號覆蓋的區(qū)域，可考慮使用運營商的網(wǎng)絡(luò)，自己來配置應(yīng)用數(shù)據(jù)協(xié)

議；如果沒有運營商信號覆蓋的區(qū)域，可考慮使用寬帶抗干擾自組織網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)內(nèi)部船只節(jié)

點間的通信。

5.2.5.4傳輸速率：

a）當(dāng)節(jié)點間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，所需帶寬不高時，在距離近的情況下可采用基于LoRa

的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)，在距離遠的情況下，可采用使用NB-IoT網(wǎng)絡(luò)（在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下)。

b）當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)量較大時，比如圖片或視頻數(shù)據(jù)，在4G/5G覆蓋良好情況下，可采用運

營商網(wǎng)絡(luò)；沒有運營商信號覆蓋或覆蓋不好情況下，可采用寬帶抗干擾自組織網(wǎng)絡(luò)。

5.2.5.5通信區(qū)域：

a）運營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好情況下，可采用運營商網(wǎng)絡(luò)，比如江河河道、較小的湖面等。

b）運營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋不好情況下，比如較大湖面中心等，需要使用自有通信系統(tǒng)，如寬

帶自組織網(wǎng)絡(luò)或LoRa等。

接收端接收的數(shù)據(jù)和采集、存儲的數(shù)據(jù)完全一致。數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，不出現(xiàn)經(jīng)常性的通信

連接中斷、報文丟失、報文不完整等通信問題。

保證監(jiān)測數(shù)據(jù)在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸?shù)陌踩裕谛枰獣r可以進行加密傳輸。

5.2.6安裝要求

應(yīng)符合下列要求：

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a）傳感器安裝方式應(yīng)為浸沒式測量安裝或抽水式測量安裝兩種原位式測量安裝方式；

b）浸沒式測量安裝時應(yīng)在傳感器外部裝有保護裝置，抽水式測量安裝時應(yīng)在進水口有

過濾裝置；

c）傳感器安裝位置應(yīng)避開推進系統(tǒng)引起的水流沖擊；

d）傳感器的安裝方向應(yīng)與船行進方向相反。

6檢驗方法

6.1水質(zhì)監(jiān)測傳感單元檢驗

檢驗方法應(yīng)按照SZY205中6.7.2執(zhí)行，其結(jié)果應(yīng)符合5.2.2.6的要求。

6.2外觀檢查

采用目視和手觸的方法檢驗水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的外觀，包括水下儀器、設(shè)備的外表面長效防

污涂料的涂覆層等，其結(jié)果應(yīng)符合5.2.3的要求。

6.3供電系統(tǒng)檢驗

6.3.1供電方式檢查

使用數(shù)字電壓表測量電源的輸出端，其結(jié)果應(yīng)符合5.2.2.7的要求。

6.3.2供電電壓的適用性檢驗

分別在以下供電方式下運行，檢查系統(tǒng)能正常工作。

a）低電壓供電，直流5V；

b）高電壓供電，直流48V。

6.4通信檢驗

根據(jù)選定的通訊方式，模擬進行數(shù)據(jù)采集、傳輸測試，記錄每次測試發(fā)送的數(shù)據(jù)、發(fā)送

時間、發(fā)送的數(shù)據(jù)總量，接收到的數(shù)據(jù)、接收到的時間、接收到的數(shù)據(jù)總量，檢測系統(tǒng)發(fā)送

的數(shù)據(jù)和接收端接收到的數(shù)據(jù)的一致性和完整性，其結(jié)果應(yīng)符合4.3.7的要求。

6.5環(huán)境試驗

試驗環(huán)境應(yīng)符合GB/T9359有關(guān)規(guī)定。

6.6可靠性試驗

6.6.1在實驗室內(nèi)開啟數(shù)據(jù)采集處理器的控制電源，并設(shè)置參數(shù)，進行為期7天的連續(xù)無故

障運行。試驗結(jié)果滿足5.2性能指標的要求

6.6.2在可靠性試驗中，接收端應(yīng)同步接收數(shù)據(jù)。檢查接收到的數(shù)據(jù)，其有效接受率應(yīng)不小

于99%。

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7產(chǎn)品標志、包裝、運輸和貯存

7.1標志

水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)上應(yīng)帶有銘牌，銘牌內(nèi)