摘要：本文介绍了核电站使用无人机对温排水进行监测涉及的监测技术、测区特征、监测时机、安全管控等方面的问题及解决方案。文章阐述了一种基于无人机技术的温排水监测系统，包括无人机系统平台、海域温度场数据采集流程、采用航空红外遥感对相关海域夏季大小潮温度场变化实时监测方法，依据调查时间内的温升包络和规模展布数据分析了不同潮汐状况下的热水回流情况。文中也对实测的案例及结果进行了简述。实践表明，系统工作稳定可靠，可以实时准确地采集电厂温排水造成的温升数据，弥补了目前人工进行监测的不足，为后续对温排水影响环境的分析提供了有力参考。
关键词：无人机；核电站；温排水；航测。
一、概述
北方某核电厂一期工程建设4台百万千瓦级压水堆核电机组，现已投入商运。机组采用以海水为冷却水源的直流供水系统，4台机组满发时温排水排放总量约200m³∕秒，冷凝器出口海水温度比本底温度升高约7C°，如此大的交换水量对海洋环境不可避免的将会产生一定影响。如何确保影响区域不超过监管部门批准的用海范围已成为核电厂和监管部门共同关注的重大课题。核电厂为自身发展的需要，同时为了满足监管部门的要求，必须对四台机组满负荷运行状态开展电厂温排水对受纳水体环境影响原型观测工作，为温排水环境影响后续评估提供技术支撑，同时为工程海域本底水温模型以及温排水数学预报模型参数选取合理性更进一步的论证、必要的改进提供验证资料。
核电厂所在区域海况复杂，温排水影响范围较大，为了控制测量精度需要尽可能多的不同温变区水上同步测温校验点，传统走船测量方式能获取的有效同步测点有限，而且效率低，也很难精准取得观测成果。无人机的普及为解决这一难题提供了新的出路，通过使用携带监测仪器的无人机，进行航空遥感海面温度场测量，可以全面、准确绘出遥感影像图及海表水温分布图。实践表明，引入无人机进行温排水监控取得了预期的效果。
二、无人机监测温排水的方法
鉴于温排水监测使用的是小型红外设备等仪器，对飞行器载重和速度的要求并不高，要求更高的是续航能力，核电厂温排水监测范围较广，无人机连续飞行时间需要超过一个小时。为保证连续、准确监测，我们选择了续航能力强、效率高的混合垂直起降固定翼无人机，该机型不需要一般固定翼所需的跑道，采用四旋翼的垂直起降方式，平飞时则通过控制舵机改变飞机的翼面来控制飞机的飞行姿态。同时使用云台对所搭载的测量设备进行增稳，以保证拍摄画面的稳定和清晰。
在正式实施作业前，无人机红外遥感须通过前期预备工作的试飞行和室内试验，还应对所采用的无人机飞行稳定性和可靠性、红外热像仪精度和可靠性等进行验证。实测的红外遥感影像经过几何校正和温度反演，以及与同步船测进行校正后得到实际的表面绝对温度场，再扣除本底温度后得到温排水温升影响范围。观测时间选择夏季大潮、中潮和小潮各一次，进行航空遥感海面温度场测量，绘出遥感影像图及海表水温分布图。正式测量根据测区特征和无人机续航能力，将120 km²分为2个测区，设置飞行航线方向为垂直于海岸向海内延伸，两架飞机各负责一个测区，飞行高度为600m。为避免漏扫发生，以及满足数据处理冗余度要求，设置旁向重叠率为20%，航线间距为620m，每架飞机测量范围为60km²，同时根据PPK实时差分动态定位技术的需求以及避免同高度飞机间互相干扰，使飞机同步测量时互相隔离。
三、原型观测水温结果
2017年无人机遥感测量一共进行了3次，第一次小潮开展了涨急、落急和低平测量，其中落急和低平完成了半个测区，大潮进行了低平、涨急、高平、落急四个潮态观测，第二次小潮时的测量进行了高平、落急和低平补测。2018年又进行了两次验证性遥感温排水观测。根据2017年实测温度场结果及2018年实测校正综合分析，可以得出如下结论：
1、高温升区偏转方向受潮流控制，涨急时高温带往北贴岸展布，北侧存在不连续的紊动热团，在高平和低平潮时，高温带主要向西离岸展布，低平潮时往西南偏转，高平潮时往北偏转，落急时高温带向南展布，落急和低平潮往南展布的高温度带呈现出一定的分岔现象和不连续长带状分布。
2、大多数潮态，在厂址南侧半岛一带出现高温带，半岛北侧浅湾近岸也出现一定高温区。
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3、从观测海域表面温度场整体来看，温排水高温影响带展布方向受潮流涨落潮控制，涨潮时向北，落潮时向南，高平潮和低平潮时主要向西，小潮温升影响范围相比大潮更大。
4、从无人机遥感温度场不同区域分布特征看，在近排水口区域，遥感温度场随涨落潮流变化呈现为自排水口向外较规律的连续分布，温排水高温影响带边界清晰。
四、无人机监测温排水须关注的问题
首先是安全方面，一是因实施监测地区的空气活动相当不稳定，监测难度较大；二是因核电厂属于国家敏感设施，高速飞行的飞行器的动能和高空势能以及高速转动的飞行器旋翼都会造成人员伤亡，因此必须选择可靠性高的飞行器，对操作人员的技术水平和安全意识也应提出更高的要求。
其次是无人机选择问题。现有的无人机以固定翼、单旋翼、多旋翼三种形态为主，这三种类型的飞行器在载重、空速、应用形式等都有较大区别。从空气动力学角度来说，固定翼飞行器受测区风速以及风向的影响较旋翼飞行器更大。但现有的电动旋翼飞行器在续航能力上相对固定翼飞行器较弱。
第三是无人机监测温排水技术问题。采用无人机搭载小型红外设备测量海域大范围变化温度场对红外设备的测温精度控制、无人机定位准确性及多机组协同测量等方面都有较高的要求，需要在设备选型、测量控制流程和红外精度控制技术方法等方面进一步改进完善。
五、后续建议和改进措施
第一是选择可靠性更高的无人机及配置，确保核电厂人员和设备的安全。在飞行时应使用GPS模式，并且宜使用地面站进行航线规划以及返航等工作。GPS飞行模式可以自动修正飞行器平稳度，限制固定翼无人机最大倾斜角度，同时能够实现自动盘旋和自动降落，减轻操作压力。
第二是严格执行操作人员的准入制度，落实安全责任制。在所有飞行活动开始前，飞行器的序列号、型号、空机重量、最大平飞空速、所有者等相关信息，以及飞行单位执照（民航局颁发）、操作人员执照（行业协会颁发）、计划飞行航线等都应报核电公司和当地公安机关审核并取得许可。
第三是提前做好技术准备，确保监测高效、成果可信。在监测开始前应充分收集工程海域航天遥感数据，并结合海面定点温度实测结果和温度场遥感图片进行深入分析，以确定工程海域基准水温，然后进行反演计算，给出核电周边海域5、4、3、2、1、0.5︒C等温升区域分布图及影响面积。依据这些调查数据形成调查时间内的温升包络和规模展布数据，并分析不同潮汐状况下的热水回归状况。
第四是核电厂相关部门应积极配合，提供及时、完整、准确的输入，以保证实测和分析的结果与实际的匹配性。核电厂自身在周边建立了近岸和陆域的观测站点，每天不间断收集数据，包括潮位资料、气象资料，如大小潮完整潮周、气温、湿度、风速、风向、降雨时段和降雨量等；机组运行情况及每台运行机组的负荷曲线，循环水流量以及凝汽器进出水温等运行参数也是在线实时记录的。此外，还应研究分析核电厂所在工程海域温排水影响之外的本底水温变化情况，提出水温调查期间工程海域本底水温分布特征，为工程海域核电温排水所带来温升场影响分析奠定基础。
六、结束语
采用无人机航空红外遥感对核电厂温排水影响区域进行监测，通过多次的试测和精度检验，证明所采用的测量设备稳定性、全面性、可靠性达到技术要求。反演校正后的测温精度满足测量要求，也充分说明无人机在实施测量方面效率高，具有灵活性、精确性、经济性优势，推广应用的前景广阔。
当然无人机在核电厂的应用安全始终是第一位的，从业人员不仅仅需要全面的专业技能，还需要极高的安全意识和极端认真的责任意识。无人机在核电厂的业务范围只有在遵守国家相关法律法规，并且不对核电厂人员的工作和生活造成干扰的前提下才能得到有效扩展。
参考文献：
[1]辽宁红沿河核电厂周边海域温度场原型观测及数模计算综合分析报告（送审稿）陈小莉、纪平、赵懿珺等
[2]巡线无人机大PK，固定翼与多旋翼无人机，百家号
论文作者:石功权
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/21
标签：无人机论文; 核电厂论文; 遥感论文; 测量论文; 飞行器论文; 海域论文; 水温论文; 《基层建设》2018年第36期论文;