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中國環境(jing)報:臭(chou)氧逐漸上(shang)升為僅(jin)次于(yu)PM2.5的(de)(de)影響優良天數的(de)(de)重要因素,今年(nian)夏季,在新(xin)冠(guan)肺炎疫情防(fang)控常態化形勢下,生(sheng)態環境(jing)部(bu)門開展臭(chou)氧污染防(fang)治監(jian)督幫(bang)扶攻堅行(xing)動(dong),越(yue)來越(yue)倚(yi)重新(xin)一代信息化技術(shu)的(de)(de)參與。在臭(chou)氧監(jian)測(ce)領域,有哪些高新(xin)技術(shu)手段出現(xian)?
孫越:臭氧污染(ran)防治工作的(de)艱巨性和復雜性,亟需監測(ce)科技力量(liang)的(de)支(zhi)持。
臭氧污染(ran)具有(you)明(ming)顯的復合型,其成因非常(chang)復雜,涉及氮氧化物(wu)(NOx)和揮發(fa)性(xing)有(you)機物(wu)(VOCs)的排放,還與(yu)氣象條件、地理環(huan)境,比(bi)如氣溫、光照、濕度、氣壓、風(feng)(feng)速、風(feng)(feng)向(xiang)都有(you)關系。
因(yin)此,我們不僅(jin)要監測臭(chou)氧的(de)(de)濃度,更(geng)要研究它的(de)(de)生成機(ji)理,測出導(dao)致臭(chou)氧污染(ran)(ran)的(de)(de)各個因(yin)素的(de)(de)貢獻率。以(yi)此為出發點,我們設計(ji)了一系列(lie)參與臭(chou)氧生成光化學反應的(de)(de)常(chang)規(gui)污染(ran)(ran)物、特征污染(ran)(ran)物監測指(zhi)標,這些(xie)監測不僅(jin)指(zhi)向區域(yu),甚至能鎖定(ding)污染(ran)(ran)行業(ye)、企業(ye)、工藝。
目前大(da)家可以(yi)看到的臭氧污染監(jian)測(ce),除固定站外,已經增加(jia)了大(da)氣環境走航(hang)監(jian)測(ce)車(che)。大(da)部(bu)分走航(hang)車(che)功能還比較簡單,僅僅是(shi)監(jian)測(ce)VOCs,主要作用是(shi)定位(wei) VOCs超標的點位(wei),從而識別(bie)來(lai)源。
在此基礎上,聚光科技提出了協同走(zou)航(hang)監測的概念(nian),也就是(shi)同時監測 VOCs、NOx、臭氧(yang)(yang)以(yi)及(ji)PM2.5。一臺走(zou)航(hang)車協同監測的優勢在于不(bu)僅能獲知VOCs濃度,而(er)且通過模型(xing)演繹,計算(suan)和預測各(ge)類(lei)污(wu)染(ran)源對整個地區臭氧(yang)(yang)污(wu)染(ran)的貢獻,全面、精(jing)準、實時、定(ding)性、定(ding)量地診斷區域污(wu)染(ran)狀況。有效改善了過去雖然監測到(dao)單一污(wu)染(ran)物(wu)的濃度,但(dan)還是(shi)無法判斷污(wu)染(ran)源究竟是(shi)誰,以(yi)及(ji)它與(yu)片區臭氧(yang)(yang)濃度究竟關(guan)聯性有多大的被動局面。
我們試(shi)圖通(tong)過(guo)這(zhe)樣的監測和模型計(ji)算,對(dui)一個(ge)地(di)區的臭氧污染成(cheng)(cheng)因精準畫像,什么時(shi)間生成(cheng)(cheng),哪個(ge)時(shi)段濃度最高,哪些因子較活(huo)躍,是(shi)(shi)(shi)(shi)哪些行(xing)業導(dao)致的……當(dang)然(ran),一個(ge)城市的臭氧不僅(jin)僅(jin)來(lai)自(zi)于本(ben)地(di),還(huan)有外源輸(shu)入。對(dui)此,我們也有一個(ge)監測指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過(guo)氧乙酰(xian)硝酸(suan)酯(zhi))是(shi)(shi)(shi)(shi)由(you)大氣中部(bu)分(fen)VOCs和NOx進行(xing)光(guang)化學反應(ying)而生成(cheng)(cheng)的,是(shi)(shi)(shi)(shi)一種(zhong)重要(yao)的二次污染物,聚光(guang)科技PANs在(zai)線監測系統就是(shi)(shi)(shi)(shi)針對(dui)它。通(tong)過(guo)這(zhe)一監測,能迅(xun)速(su)分(fen)析出(chu)臭氧污染是(shi)(shi)(shi)(shi)外源輸(shu)入還(huan)是(shi)(shi)(shi)(shi)本(ben)地(di)源造(zao)成(cheng)(cheng)的。
這些圍繞VOCs的(de)監測(ce),除了(le)因為它(ta)通過光照與NOx發生(sheng)(sheng)反應后(hou)生(sheng)(sheng)產臭氧(yang)(yang),也(ye)源(yuan)于它(ta)與空氣中的(de)氧(yang)(yang)化劑、硝酸等(deng)發生(sheng)(sheng)氧(yang)(yang)化、吸附、凝結(jie)反應會生(sheng)(sheng)成(cheng)二次有機(ji)顆粒物,也(ye)就是我們熟知的(de)PM2.5。監測(ce)分析VOCs就把臭氧(yang)(yang)防(fang)治和PM2.5防(fang)治兩(liang)項任務協同起來了(le),也(ye)就是既(ji)要扭轉臭氧(yang)(yang)污染升高(gao)態勢,還要保(bao)持(chi)PM2.5污染持(chi)續下降。
我們的(de)(de)走航車(che)同時開展VOCs+大氣常(chang)規(gui)六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工作,再通(tong)過(guo)搭載的(de)(de)空氣質量模型(xing),分析本地生成和外部傳輸(shu)臭(chou)氧(yang)前體物(wu)與(yu)臭(chou)氧(yang)的(de)(de)占(zhan)比,獲得各地區(qu)各類污染源排放(fang)對受體點環境(jing)臭(chou)氧(yang)濃度的(de)(de)貢獻(xian)。當得到環境(jing)中臭(chou)氧(yang)濃度與(yu)其生成前體物(wu)排放(fang)之間的(de)(de)定(ding)量關系(xi)后,還可以(yi)以(yi)此為依據開展減排效果評估。
這些復(fu)雜的源解(jie)析模(mo)型和(he)擴散模(mo)型、預(yu)警(jing)模(mo)型都(dou)需要人工智能(neng)(AI)不(bu)斷優化,讓一臺車至少解(jie)決五六個方面的問(wen)題,大大降低(di)了監(jian)測(ce)成本。比如除了前面講的,PM10我們怎(zen)么辦?在走(zou)航車底部就有這樣的裝置,針對建筑(zhu)工地或者城市(shi)道路(lu)的道路(lu)積塵(chen)負(fu)荷(he),都(dou)可(ke)以做到(dao)實時監(jian)測(ce)。
除了(le)降低(di)成本,還要提(ti)升工作效(xiao)率(lv)。現(xian)在(zai)的大氣(qi)走(zou)航(hang)監測車采用飛行時間質譜(pu)儀(yi)(yi),實現(xian)秒級出數,便于快速摸(mo)清污染底數。同時與搭載的氣(qi)相(xiang)(xiang)色(se)譜(pu)-質譜(pu)聯用儀(yi)(yi)(GC-MS分析儀(yi)(yi))相(xiang)(xiang)結(jie)合(he),輸出VOCs特征因子污染全(quan)域圖,全(quan)面摸(mo)排、定(ding)性定(ding)量診斷污染情況。
另(ling)外(wai),5G技術的應用也使走航(hang)車(che)對污染源的定位(wei)日(ri)臻精準(zhun),已(yi)經達到(dao)厘米級,如果是(shi)(shi)4G的話,也就只能精確到(dao)10米級。這意味(wei)著(zhu),溯源對于我(wo)們來說不僅限于一(yi)個地區、一(yi)家企業,而(er)是(shi)(shi)可以找到(dao)某個車(che)間。盡管有些車(che)間和生產工藝(yi)是(shi)(shi)連續性的,但我(wo)們在工藝(yi)段之間的走航(hang)能夠(gou)非常準(zhun)確地找到(dao)無組織排(pai)放點(dian)到(dao)底是(shi)(shi)在哪個位(wei)置。伴隨著(zhu)快速定位(wei),我(wo)們還能夠(gou)進行(xing)遠程的可視(shi)化管控,也就是(shi)(shi)在走航(hang)過(guo)程中增加了攝像(xiang)頭,攝像(xiang)頭抓拍到(dao)的無組織排(pai)放違法行(xing)為(wei),包括視(shi)頻(pin)、圖像(xiang),都通過(guo)5G網(wang)絡(luo)瞬時傳輸到(dao)監察人員手中。
無論利用(yong)空氣質量(liang)模型(xing)(xing)對臭氧源解析和敏感(gan)性進(jin)行分析,對臭氧污染過(guo)程進(jin)行模擬,還是精準(zhun)溯(su)源、實時可(ke)視化監(jian)管,都是目前5G+ AI與環境監(jian)測深度耦合,助力我們數字化轉型(xing)(xing)的例子(zi)。
中(zhong)國(guo)環(huan)境(jing)報:關于生態(tai)環(huan)境(jing)部提出的(de)構建全流域生態(tai)質量監(jian)測(ce)(ce)一張網,您怎(zen)么理解?作為環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)(ce)行業(ye)的(de)龍頭企(qi)業(ye),又(you)會在(zai)水環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)(ce)領域有(you)何(he)布局?
孫越:按照全(quan)流域、全(quan)要素(su)的要求系(xi)統治理水環境,是當前的新方向(xiang)。一條河是統一的自然生態系統,生態修復必須遵循自然規律,統籌兼顧各種要素、協調各方關系,把局部問題放在整個生態系統中來解決。之前我們投入的大量治污工程雖然成效顯著,但也有所反復,就說明水環境治理既有其顯著性,又有其復雜性。
一條河流途經不同行政轄區(qu),原本具有整體(ti)性(xing)、關聯性(xing)特(te)征的(de)流域自然(ran)空間(jian)被行政區(qu)單元所分割管理(li),流域內各(ge)類資源、各(ge)個因素相(xiang)互影響、相(xiang)互促進、相(xiang)互約束,共同構(gou)成統(tong)一的(de)動態平衡系統(tong),因此涉水事務(wu)非常(chang)多,管理(li)部門業務(wu)上相(xiang)互交叉。
把“系統(tong)治(zhi)理(li)(li)”“協同治(zhi)理(li)(li)”作(zuo)為方(fang)向指南,對流域治(zhi)理(li)(li)來說既是挑(tiao)戰也是機遇(yu)。我們(men)以(yi)此提出(chu)“源、網、岸(an)、排、河(he)”五方(fang)面監(jian)測(ce),分別(bie)對應污染(ran)源、排水(shui)管網、近水(shui)岸(an)線、入(ru)河(he)排污口和河(he)道水(shui)質。
污染源(yuan)不(bu)僅有工業(ye)源(yuan),污水(shui)(shui)(shui)處理廠也可以(yi)當成點源(yuan),還有農(nong)業(ye)面源(yuan),都(dou)要監測。以(yi)改善水(shui)(shui)(shui)環境、恢復水(shui)(shui)(shui)生態治理為主的(de)系統性治理將逐(zhu)步成為未來市場(chang)的(de)發展趨勢。
排水(shui)(shui)管網不僅要監測(ce)污水(shui)(shui)管網,還有雨水(shui)(shui)管網,也可能出現超(chao)標。
管(guan)網的(de)(de)終(zhong)端就是(shi)排(pai)(pai)(pai)口(kou)(kou)(kou)。生(sheng)(sheng)態(tai)環境部開展長江(jiang)(jiang)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)整治專項行(xing)(xing)動時就提出(chu),往(wang)長江(jiang)(jiang)里(li)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)的(de)(de)到(dao)底(di)有多少排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou),在(zai)哪里(li)排(pai)(pai)(pai),誰在(zai)排(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)什(shen)么,排(pai)(pai)(pai)多少等一系列問題(ti)。如何把入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)這個(ge)最重要的(de)(de)基礎性(xing)底(di)數摸(mo)清(qing)楚,也(ye)是(shi)對監(jian)測(ce)行(xing)(xing)業的(de)(de)一場大(da)考。首先,這個(ge)數量是(shi)非常龐大(da)的(de)(de)。以去年生(sheng)(sheng)態(tai)環境部完(wan)成的(de)(de)長江(jiang)(jiang)流域(yu)2.4萬(wan)(wan)公里(li)岸線及沿岸2公里(li)區域(yu)的(de)(de)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)為例,排(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)出(chu)長江(jiang)(jiang)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)6萬(wan)(wan)多個(ge)。這是(shi)我們目前(qian)掌握的(de)(de)數字,具(ju)體到(dao)每一個(ge)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou) 如何監(jian)測(ce)則(ze)涉(she)及更復雜、更多樣的(de)(de)情(qing)況。比(bi)如,許多污(wu)(wu)(wu)染排(pai)(pai)(pai)放不是(shi)連續(xu)性(xing)的(de)(de),如果是(shi)抽查(cha)(cha),很難監(jian)測(ce)到(dao)超標現(xian)象。
所(suo)以說,水里(li)的(de)問題(ti),根(gen)源(yuan)在岸上,對長江(jiang)沿岸的(de)重(zhong)點工業企業,我們也要全(quan)部納(na)入日常監測,進行全(quan)過程跟蹤,實(shi)現長江(jiang)沿岸區域污染源(yuan)情況明、底數清(qing)。
我們發(fa)現,河流、湖泊(bo)岸線(xian)(xian)范(fan)圍不(bu)明,功能界(jie)定不(bu)清,部分河段岸線(xian)(xian)開(kai)發(fa)不(bu)合理(li),也會嚴重破壞河流生態環(huan)境。比如用(yong)河道兩側(ce)兩公里(li)保護范(fan)圍的(de)這把“綠色標尺”去(qu)衡量(liang),涉及到的(de)監測對象包括沿河化工企業的(de)排污,建筑垃圾(ji)生(sheng)活垃圾(ji)等固體(ti)廢物(wu)堆存(cun)產生(sheng)的(de)滲濾液廢水。
岸(an)線的(de)管控也是非常重要,最終回歸到水體本(ben)身。除了水質監測,還有很多外延,比如非法采(cai)砂、非法養殖(zhi)、非法捕撈、非法傾倒廢棄(qi)物等(deng)。試想如果長(chang)江沿岸(an)密集安裝攝像頭(tou),那么海量(liang)的(de)監控錄像由誰來(lai)甄別鑒(jian)定?
查看監控視頻是工作(zuo)量(liang)巨大且效(xiao)率(lv)(lv)低(di)下的事情,靠人(ren)力幾乎難以(yi)解決。如何真正節約人(ren)力和成本,提高(gao)效(xiao)率(lv)(lv)和正確率(lv)(lv)?
這(zhe)就要依靠(kao)視覺AI技術。對人(ren)類而言,70%~80%的信(xin)息獲(huo)取(qu)來(lai)自視覺,但人(ren)類長期觀看監(jian)視錄像易(yi)喪失注意力和辨別(bie)力。而我們希望讓計算機具備(bei)“從識人(ren)知物到辨識萬物”的能(neng)力,幫助我們在環境監(jian)管中,提(ti)升處理(li)信(xin)息的效率。
真正的(de)視頻監測(ce)可以區(qu)分(fen)人(ren)體形態,車(che)輛、船只或選定物(wu)(wu)(wu)體與所有其他物(wu)(wu)(wu)體的(de)一般移(yi)動和變化(hua),從而進行(xing)抓取(qu)、分(fen)析、預(yu)警。隨著以改善水(shui)環境、恢(hui)復水(shui)生(sheng)態治理(li)為(wei)主的(de)系統性治理(li)將逐(zhu)步成(cheng)為(wei)未來(lai)市場的(de)發展趨勢,我們要監測(ce)的(de)對(dui)象可以是藍藻的(de)覆蓋面積(ji)、生(sheng)長速(su)度、擴散情況,還有水(shui)生(sheng)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)的(de)多樣(yang)性情況,外來(lai)物(wu)(wu)(wu)種對(dui)生(sheng)態平衡的(de)破壞,甚至結合(he)電子(zi)顯微鏡(jing)監測(ce)微生(sheng)物(wu)(wu)(wu)種類、菌(jun)群數量(liang)。
AI技術適用(yong)于生(sheng)物識別場景的(de)預演已經在(zai)進行中,推動環境遠程監(jian)測(ce)、在(zai)線監(jian)測(ce)是(shi)繼高清化(hua)和網(wang)絡化(hua)之(zhi)后的(de)第三次技術變革。從“看(kan)得(de)見”到(dao)“看(kan)得(de)清”再(zai)到(dao)現在(zai)的(de)“看(kan)得(de)懂”,在(zai)未來必將有更(geng)多的(de)AI算(suan)法(fa)、AI芯片、AI產品被應(ying)用(yong)到(dao)環境監(jian)測(ce)行業,比(bi)如(ru)對(dui)岸(an)上(shang)、水(shui)里的(de)不同種(zhong)類動物,從顏色、形態、運動軌跡、三維位置及尺(chi)寸信息來差異化(hua)判(pan)別它們(men)。
中國環境報:《生(sheng)態(tai)環境監(jian)(jian)測(ce)條例》正在加速(su)出臺(tai),此舉(ju)將大(da)大(da)推(tui)進生(sheng)態(tai)環境監(jian)(jian)測(ce)的(de)法治化(hua)進程(cheng)。對于公開征求意見的(de)《條例(草案)》,您怎么(me)理解(jie)?從中可以看出哪些(xie)環境監(jian)(jian)測(ce)行業未來(lai)發展的(de)一個方向和可以突(tu)破、拓展的(de)空間?
孫越:生態環境監測(ce)是(shi)生態環境保護的(de)基礎,但過(guo)去(qu)這項工作(zuo)的(de)法(fa)律支(zhi)撐不太完(wan)善(shan)。比如關于監測數據的法律效力,《條例(草案)》首次明確,通過自動監測設備、設施獲取的監測數據,可以作為環境監督管理和行政執法的依據,是一個轉折性的變化。通過《條例》的制訂,進一步確立了各級生態環境監測的法律地位和作用,保護各級各類生態環境監測機構的權利和義務,同時也進一步強化各界生態環境監測機構的法律責任。
通過(guo)《條(tiao)例(草(cao)案)》,我(wo)們欣喜(xi)地看到,生(sheng)態環(huan)境監(jian)測(ce)(ce)(ce)的定(ding)義擴展到了(le)六大(da)內(nei)涵,包括對環(huan)境質(zhi)量、生(sheng)態狀況和污染(ran)物(wu)排(pai)放(fang)及其變化趨(qu)勢的采(cai)樣觀測(ce)(ce)(ce)、調(diao)查普查、遙感解譯(yi)、分析測(ce)(ce)(ce)試、評價評估、預(yu)測(ce)(ce)(ce)預(yu)報(bao)等活動。過(guo)去無(wu)論(lun)是在線分析還(huan)是實驗室分析,我(wo)們的監(jian)測(ce)(ce)(ce)機(ji)構還(huan)局(ju)限在理化分析層面,也(ye)就是對各類污染(ran)物(wu)排(pai)放(fang)活動的監(jian)測(ce)(ce)(ce),而今后(hou),環(huan)境監(jian)測(ce)(ce)(ce)的范(fan)疇將大(da)幅度拓(tuo)寬。
除了六大內涵,我們還(huan)看到了九大外延,也就是對(dui)森林、草原、濕地、荒(huang)漠、河(he)湖、海洋、農田、城市(shi)和(he)鄉村等生態狀況的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce),包括(kuo)對(dui)大氣(qi)、地表(biao)水(shui)、地下水(shui)、海水(shui)、土(tu)壤(rang)、聲、光、熱、生物、振(zhen)動、輻射、溫室(shi)氣(qi)體等環境(jing)要素(su)質量的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce)。顯(xian)而易見,未來生態環境(jing)監(jian)(jian)測(ce)高新技(ji)術、先進裝(zhuang)備的(de)(de)研究、開發(fa)(fa)應用和(he)推廣(guang),新型污染物、應對(dui)新興環境(jing)問題和(he)履行國(guo)際環境(jing)公(gong)約涉及污染物的(de)(de)研究性(xing)監(jian)(jian)測(ce)將有(you)更多突(tu)破和(he)發(fa)(fa)展。
環境監(jian)測(ce)網絡(luo)的(de)(de)不斷(duan)完善,監(jian)測(ce)對(dui)象和(he)(he)適用范圍的(de)(de)不斷(duan)豐(feng)富,將推動物(wu)聯網、傳(chuan)感器、區塊(kuai)鏈、人工(gong)智能(neng)等(deng)新(xin)技術(shu)在(zai)監(jian)測(ce)檢(jian)測(ce)業務中的(de)(de)應用,一批生(sheng)態(tai)環境監(jian)測(ce)創新(xin)示范基地有(you)望(wang)建立,具(ju)有(you)自(zi)主知識產(chan)權的(de)(de)監(jian)測(ce)技術(shu)裝備研(yan)發和(he)(he)應用轉化全面加速,生(sheng)態(tai)環境監(jian)測(ce)自(zi)動化、智能(neng)化、信息化能(neng)力(li)不斷(duan)提升,為創新(xin)驅動環境監(jian)測(ce)產(chan)品的(de)(de)不斷(duan)升級與(yu)推陳(chen)出(chu)新(xin)助力(li)。同時(shi)我們的(de)(de)研(yan)發投入也(ye)在(zai)持續加大,例如在(zai)環境與(yu)健康領域,我們已(yi)經對(dui)環境病理(li)性、毒理(li)性監(jian)測(ce)分析有(you)所(suo)布局。