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生態環境監測服務走向智能化 ——專訪聚光科技(杭州)股份有限公司總經理孫越
聚光 發布時間:2022-01-14 聚光 來源: 聚光 瀏覽(lan)量:2049

  來(lai)源:中國環境報第8版


聚(ju)光科技(杭(hang)州)股份(fen)有限公(gong)司總經理(li)孫越

  中國環(huan)境報:臭氧(yang)逐漸(jian)上升為(wei)僅(jin)次于PM2.5的(de)影響優良天數的(de)重要因素,今年夏季(ji),在新冠肺(fei)炎疫情(qing)防控常態化形勢下,生態環(huan)境部門開(kai)展(zhan)臭氧(yang)污染防治監(jian)督幫扶攻(gong)堅行動,越(yue)來越(yue)倚重新一代信息化技術(shu)的(de)參與。在臭氧(yang)監(jian)測領域(yu),有哪些高新技術(shu)手(shou)段出現?

  孫越:臭氧污染防治工作的艱巨性和復雜性,亟需監測科技力量的支持。

  臭氧污染具有明顯(xian)的(de)復合型,其成因(yin)非常(chang)復雜(za),涉(she)及氮氧化物(NOx)和(he)揮發性有機物(VOCs)的(de)排放(fang),還(huan)與氣(qi)象條件、地理環境,比如氣(qi)溫、光照、濕度、氣(qi)壓、風(feng)(feng)速、風(feng)(feng)向都(dou)有關系。

  因此,我們不僅(jin)要(yao)監測臭氧的濃度,更要(yao)研究它的生(sheng)成(cheng)機(ji)理,測出導(dao)致臭氧污染(ran)的各(ge)個因素(su)的貢(gong)獻率(lv)。以此為(wei)出發點(dian),我們設(she)計了一(yi)系(xi)列參與臭氧生(sheng)成(cheng)光化(hua)學反(fan)應(ying)的常規污染(ran)物、特(te)征污染(ran)物監測指(zhi)標,這些監測不僅(jin)指(zhi)向區域,甚至能鎖定污染(ran)行(xing)業、企(qi)業、工藝。

  目前(qian)大家可以看到的(de)臭氧污染監測,除固定站外,已經增加了大氣環境走(zou)航(hang)監測車。大部分走(zou)航(hang)車功能還比較簡(jian)單,僅(jin)僅(jin)是監測VOCs,主要作用是定位 VOCs超(chao)標的(de)點位,從而(er)識(shi)別來(lai)源。

  在此基礎上,聚光科(ke)技提出了(le)協(xie)同(tong)走(zou)航監測的(de)概念,也就是(shi)(shi)同(tong)時監測 VOCs、NOx、臭(chou)氧(yang)以(yi)及PM2.5。一(yi)(yi)臺(tai)走(zou)航車協(xie)同(tong)監測的(de)優勢在于(yu)不僅能獲知VOCs濃度,而且通(tong)過模型(xing)演繹,計算(suan)和預測各類污(wu)染源對整個地區(qu)臭(chou)氧(yang)污(wu)染的(de)貢(gong)獻,全(quan)面、精準、實時、定(ding)性、定(ding)量地診(zhen)斷區(qu)域污(wu)染狀況(kuang)。有效改善了(le)過去(qu)雖然監測到單一(yi)(yi)污(wu)染物的(de)濃度,但還是(shi)(shi)無(wu)法(fa)判斷污(wu)染源究竟是(shi)(shi)誰,以(yi)及它(ta)與(yu)片區(qu)臭(chou)氧(yang)濃度究竟關聯(lian)性有多大的(de)被動局面。

  我(wo)們試圖通過這(zhe)樣(yang)的監(jian)(jian)測(ce)和模(mo)型計算,對一(yi)(yi)個(ge)地(di)(di)區的臭(chou)氧污染成(cheng)因精準畫像,什么時間生成(cheng),哪個(ge)時段濃度最高(gao),哪些(xie)因子較活躍,是哪些(xie)行業(ye)導致的……當然,一(yi)(yi)個(ge)城市的臭(chou)氧不僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)來自于本地(di)(di),還有(you)外源(yuan)輸入(ru)。對此,我(wo)們也有(you)一(yi)(yi)個(ge)監(jian)(jian)測(ce)指標(biao)——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧乙酰硝酸酯(zhi))是由大氣中部(bu)分VOCs和NOx進行光化學(xue)反應而生成(cheng)的,是一(yi)(yi)種(zhong)重要的二次污染物,聚光科技PANs在(zai)線監(jian)(jian)測(ce)系統就是針對它。通過這(zhe)一(yi)(yi)監(jian)(jian)測(ce),能迅速(su)分析出臭(chou)氧污染是外源(yuan)輸入(ru)還是本地(di)(di)源(yuan)造成(cheng)的。

  這些圍繞VOCs的(de)監測,除了(le)因為它(ta)通過光照與NOx發(fa)生(sheng)反應后生(sheng)產臭氧,也源于它(ta)與空氣中的(de)氧化(hua)劑、硝酸等發(fa)生(sheng)氧化(hua)、吸附、凝(ning)結(jie)反應會生(sheng)成二(er)次有機顆(ke)粒物,也就是(shi)我們熟知的(de)PM2.5。監測分析VOCs就把臭氧防治和PM2.5防治兩項任務(wu)協(xie)同(tong)起來了(le),也就是(shi)既(ji)要(yao)扭轉臭氧污染升高(gao)態勢(shi),還要(yao)保持PM2.5污染持續下降。

  我們(men)的(de)(de)(de)走航車同時開展VOCs+大(da)氣常規六參(can)數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監(jian)測(ce)工作,再通過搭載(zai)的(de)(de)(de)空氣質量(liang)模型,分析本地生成(cheng)和外(wai)部傳輸臭氧(yang)前體(ti)物與(yu)臭氧(yang)的(de)(de)(de)占比,獲得各(ge)地區各(ge)類(lei)污染(ran)源(yuan)排放對受體(ti)點環(huan)境臭氧(yang)濃度(du)的(de)(de)(de)貢獻。當得到環(huan)境中(zhong)臭氧(yang)濃度(du)與(yu)其生成(cheng)前體(ti)物排放之間的(de)(de)(de)定(ding)量(liang)關系后,還可以以此為依(yi)據開展減排效果評估。

  這(zhe)些復雜的(de)(de)源解(jie)(jie)析(xi)模型和擴散模型、預警模型都(dou)需要人(ren)工智能(AI)不斷優化,讓一臺車至少解(jie)(jie)決五(wu)六個方面的(de)(de)問題(ti),大大降低了監測(ce)成(cheng)本(ben)。比如除(chu)了前面講的(de)(de),PM10我(wo)們怎么辦?在(zai)走航車底部就有這(zhe)樣(yang)的(de)(de)裝置(zhi),針對建筑工地(di)或者城市道(dao)路的(de)(de)道(dao)路積塵負(fu)荷(he),都(dou)可以做到實時監測(ce)。

  除(chu)了降(jiang)低(di)成本,還(huan)要提(ti)升工作效率(lv)。現在的(de)大氣走航(hang)監測車采用(yong)(yong)飛行(xing)時(shi)間(jian)質譜(pu)(pu)儀,實現秒級(ji)出數,便于快速摸(mo)清污(wu)染底數。同時(shi)與搭載的(de)氣相色譜(pu)(pu)-質譜(pu)(pu)聯(lian)用(yong)(yong)儀(GC-MS分析儀)相結合,輸(shu)出VOCs特征因子污(wu)染全域圖(tu),全面摸(mo)排(pai)、定(ding)性定(ding)量診斷污(wu)染情況。

  另外,5G技術的(de)(de)(de)應用也使走航(hang)車(che)對(dui)污(wu)染源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)定(ding)位日臻精準,已經達(da)到(dao)(dao)(dao)厘(li)米級,如(ru)果是(shi)4G的(de)(de)(de)話(hua),也就(jiu)(jiu)只能精確到(dao)(dao)(dao)10米級。這意味著,溯源(yuan)(yuan)對(dui)于我們(men)(men)來說不僅限于一個(ge)地區、一家企業(ye),而(er)是(shi)可以找到(dao)(dao)(dao)某個(ge)車(che)間(jian)。盡管有些車(che)間(jian)和生產工藝(yi)(yi)是(shi)連續性的(de)(de)(de),但(dan)我們(men)(men)在工藝(yi)(yi)段之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)走航(hang)能夠非常準確地找到(dao)(dao)(dao)無(wu)組織排(pai)放點到(dao)(dao)(dao)底(di)是(shi)在哪個(ge)位置。伴隨著快速定(ding)位,我們(men)(men)還能夠進(jin)行(xing)遠程的(de)(de)(de)可視(shi)(shi)化管控(kong),也就(jiu)(jiu)是(shi)在走航(hang)過程中增加了攝像(xiang)頭,攝像(xiang)頭抓(zhua)拍到(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)無(wu)組織排(pai)放違法行(xing)為,包括(kuo)視(shi)(shi)頻、圖(tu)像(xiang),都通過5G網絡瞬時傳輸(shu)到(dao)(dao)(dao)監察人員手中。

  無論利用空氣(qi)質量模(mo)型(xing)對臭氧源解析(xi)和敏感性(xing)進行分析(xi),對臭氧污染過程進行模(mo)擬,還是精準溯源、實(shi)時可(ke)視(shi)化監(jian)管(guan),都是目(mu)前5G+ AI與環境監(jian)測深度耦合,助(zhu)力我們數字化轉型(xing)的例子(zi)。

  中國環(huan)境(jing)報:關于(yu)生態(tai)環(huan)境(jing)部提出的構建全流(liu)域(yu)生態(tai)質量監測一張(zhang)網,您怎么理解?作(zuo)為環(huan)境(jing)監測行業的龍頭企業,又會(hui)在水環(huan)境(jing)監測領域(yu)有何(he)布局?

  孫越:按照全流域、全要素的要求系統治理水環境,是當前的新方向。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(yi)(yi)條河流途經不同(tong)行政轄區,原本具有整體性(xing)、關(guan)聯性(xing)特征的流域自然(ran)空間(jian)被行政區單(dan)元(yuan)所分(fen)割管理(li),流域內各類資(zi)源、各個因(yin)素相互影響(xiang)、相互促(cu)進(jin)、相互約束,共(gong)同(tong)構成統一(yi)(yi)的動態平衡系統,因(yin)此涉水(shui)事務非常多,管理(li)部門業務上(shang)相互交叉(cha)。

  把“系統治理(li)(li)”“協同治理(li)(li)”作為方(fang)向指南,對流(liu)域治理(li)(li)來說(shuo)既(ji)是(shi)挑(tiao)戰也是(shi)機遇。我們(men)以此提出“源、網、岸、排(pai)、河(he)”五方(fang)面(mian)監測,分別對應(ying)污(wu)染源、排(pai)水管網、近水岸線、入河(he)排(pai)污(wu)口和河(he)道水質。

  污(wu)染源(yuan)不(bu)僅有(you)工(gong)業源(yuan),污(wu)水(shui)處(chu)理廠也(ye)可(ke)以當(dang)成(cheng)(cheng)點源(yuan),還有(you)農業面源(yuan),都要監測。以改善水(shui)環(huan)境、恢復水(shui)生態治理為主的系統性(xing)治理將逐步成(cheng)(cheng)為未來市場的發展趨(qu)勢。

  排水(shui)管(guan)網(wang)不僅(jin)要監測污水(shui)管(guan)網(wang),還有雨水(shui)管(guan)網(wang),也(ye)可能出(chu)現(xian)超標。

  管網(wang)的(de)(de)終(zhong)端就是(shi)(shi)排(pai)(pai)(pai)(pai)口(kou)(kou)(kou)。生態環境部開展長(chang)(chang)江入(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)(kou)(kou)排(pai)(pai)(pai)(pai)查整治專項行動時就提出,往長(chang)(chang)江里(li)(li)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)的(de)(de)到底(di)有多少(shao)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)(kou)(kou),在哪里(li)(li)排(pai)(pai)(pai)(pai),誰在排(pai)(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)(pai)(pai)多少(shao)等(deng)一系列問(wen)題。如何把入(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)(kou)(kou)這個(ge)(ge)最重(zhong)要的(de)(de)基礎(chu)性(xing)底(di)數摸清楚,也是(shi)(shi)對監(jian)測行業的(de)(de)一場大(da)考。首先,這個(ge)(ge)數量是(shi)(shi)非常龐大(da)的(de)(de)。以去年生態環境部完成的(de)(de)長(chang)(chang)江流域2.4萬公里(li)(li)岸線(xian)及沿岸2公里(li)(li)區域的(de)(de)入(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)(kou)(kou)排(pai)(pai)(pai)(pai)查為例(li),排(pai)(pai)(pai)(pai)查出長(chang)(chang)江入(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)(kou)(kou)6萬多個(ge)(ge)。這是(shi)(shi)我們目前掌握的(de)(de)數字,具體到每(mei)一個(ge)(ge)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)(kou)(kou) 如何監(jian)測則涉(she)及更復雜、更多樣(yang)的(de)(de)情況。比如,許多污(wu)染排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)不是(shi)(shi)連續性(xing)的(de)(de),如果(guo)是(shi)(shi)抽查,很難監(jian)測到超(chao)標現象。

  所(suo)以說,水(shui)里(li)的問題,根源(yuan)在(zai)岸(an)上,對(dui)長(chang)江沿岸(an)的重點(dian)工(gong)業(ye)企業(ye),我們也要全部納入日常監測,進行全過程跟蹤,實(shi)現長(chang)江沿岸(an)區域(yu)污染源(yuan)情況明、底數清。

  我(wo)們發現,河(he)流、湖泊(bo)岸線范圍不明,功能界定不清,部分河(he)段(duan)岸線開發不合理,也會嚴重破壞河(he)流生(sheng)態環境。比(bi)如用河(he)道(dao)兩側

  兩公里保護范圍(wei)的(de)這把(ba)“綠色標尺”去衡量,涉及到的(de)監測(ce)對象包括沿河化工企業的(de)排污,建筑垃(la)圾生活垃(la)圾等固體廢物堆(dui)存產生的(de)滲(shen)濾液廢水。

  岸線的管(guan)控也是非(fei)(fei)常重要,最終回歸到(dao)水(shui)體本身。除了水(shui)質監測,還有(you)很(hen)多外延(yan),比如非(fei)(fei)法(fa)采砂、非(fei)(fei)法(fa)養殖、非(fei)(fei)法(fa)捕(bu)撈、非(fei)(fei)法(fa)傾倒廢棄物等(deng)。試想如果長江沿岸密集安(an)裝攝像頭,那(nei)么(me)海量的監控錄像由誰來甄別鑒定?

  查看(kan)監控視頻是工作(zuo)量(liang)巨大且效率低下的事情,靠(kao)人(ren)力(li)幾乎難以解決。如(ru)何(he)真(zhen)正節(jie)約(yue)人(ren)力(li)和(he)成本,提高(gao)效率和(he)正確率?

  這就要依靠視(shi)覺AI技術(shu)。對人類(lei)而言(yan),70%~80%的信(xin)息(xi)獲取來自視(shi)覺,但人類(lei)長期觀看(kan)監(jian)視(shi)錄像(xiang)易喪失注意(yi)力和辨別力。而我(wo)們(men)希望讓計算機具備“從識(shi)(shi)人知物(wu)到辨識(shi)(shi)萬(wan)物(wu)”的能力,幫助(zhu)我(wo)們(men)在環境監(jian)管中,提升處理信(xin)息(xi)的效率。

  真(zhen)正的視頻監(jian)測(ce)可以區(qu)分人體(ti)形態,車輛、船只或選定(ding)物(wu)(wu)體(ti)與所有其他物(wu)(wu)體(ti)的一般移(yi)動和變化,從而進行(xing)抓(zhua)取(qu)、分析、預(yu)警。隨著以改善水(shui)環境、恢復(fu)水(shui)生態治理(li)為(wei)主的系統(tong)性(xing)治理(li)將逐步成(cheng)為(wei)未(wei)來市場的發展(zhan)趨勢,我(wo)們要(yao)監(jian)測(ce)的對象可以是藍藻(zao)的覆蓋面(mian)積、生長速度、擴散情況,還(huan)有水(shui)生生物(wu)(wu)的多樣性(xing)情況,外來物(wu)(wu)種對生態平衡(heng)的破壞,甚至結合電子顯微鏡監(jian)測(ce)微生物(wu)(wu)種類、菌群數量(liang)。

  AI技術適用于生物(wu)識別場景的預(yu)演已經在(zai)進(jin)行中,推動環境遠程監(jian)測、在(zai)線(xian)監(jian)測是繼高清化(hua)和網絡(luo)化(hua)之(zhi)后的第三次技術變革。從(cong)(cong)“看得見”到(dao)“看得清”再(zai)到(dao)現在(zai)的“看得懂”,在(zai)未(wei)來必將有(you)更多的AI算法、AI芯(xin)片、AI產品被(bei)應用到(dao)環境監(jian)測行業,比如對岸上、水里的不同種類動物(wu),從(cong)(cong)顏色、形態、運動軌跡(ji)、三維(wei)位置及尺寸信(xin)息來差異化(hua)判(pan)別它們。

  中國環境(jing)報:《生態(tai)環境(jing)監(jian)測條例》正在加速出臺,此舉(ju)將大大推進(jin)生態(tai)環境(jing)監(jian)測的(de)法治化進(jin)程(cheng)。對于公開征求(qiu)意見的(de)《條例(草案)》,您怎么理解?從中可以(yi)看出哪(na)些環境(jing)監(jian)測行業未(wei)來發展的(de)一個方向(xiang)和可以(yi)突破、拓展的(de)空間?

  孫越:生態環境監測是生態環境保護的基礎,但過去這項工作的法律支撐不太完善。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《條例(草案)》,我(wo)們(men)欣喜地看到,生(sheng)態(tai)環境監(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)定義擴(kuo)展到了六大內涵,包括對(dui)(dui)環境質量、生(sheng)態(tai)狀(zhuang)況和污染物排放(fang)及(ji)其變化(hua)趨勢的(de)采樣(yang)觀測(ce)(ce)(ce)、調查普查、遙感解譯、分析(xi)測(ce)(ce)(ce)試、評價(jia)評估、預測(ce)(ce)(ce)預報等活(huo)動。過去無論是(shi)在線分析(xi)還是(shi)實驗室分析(xi),我(wo)們(men)的(de)監(jian)測(ce)(ce)(ce)機構還局限在理化(hua)分析(xi)層面,也(ye)就是(shi)對(dui)(dui)各類污染物排放(fang)活(huo)動的(de)監(jian)測(ce)(ce)(ce),而今后,環境監(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)范(fan)疇將大幅(fu)度拓寬。

  除了六大內涵,我們還看(kan)到了九大外延,也就是對森林、草(cao)原(yuan)、濕地、荒漠、河湖、海洋、農田、城市和鄉村等生(sheng)態狀況的(de)(de)監(jian)測,包括對大氣、地表水(shui)、地下水(shui)、海水(shui)、土壤、聲(sheng)、光、熱、生(sheng)物、振動(dong)、輻射、溫室氣體等環(huan)境要素質(zhi)量的(de)(de)監(jian)測。顯而易見,未來生(sheng)態環(huan)境監(jian)測高新(xin)技術、先進裝備(bei)的(de)(de)研究、開發(fa)應(ying)用和推廣(guang),新(xin)型污染(ran)物、應(ying)對新(xin)興環(huan)境問(wen)題和履(lv)行國際環(huan)境公約涉及污染(ran)物的(de)(de)研究性監(jian)測將有(you)更多(duo)突破和發(fa)展。

  環(huan)(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測(ce)網絡(luo)的(de)不斷(duan)(duan)(duan)完(wan)善,監(jian)(jian)測(ce)對象和適用范圍(wei)的(de)不斷(duan)(duan)(duan)豐富,將推(tui)動物聯(lian)網、傳感(gan)器、區塊鏈、人工智(zhi)能等(deng)新(xin)(xin)技(ji)術(shu)在監(jian)(jian)測(ce)檢測(ce)業務中(zhong)的(de)應用,一批生態環(huan)(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測(ce)創新(xin)(xin)示(shi)范基地有望(wang)建(jian)立,具(ju)有自主知(zhi)識產權的(de)監(jian)(jian)測(ce)技(ji)術(shu)裝備研發(fa)和應用轉化(hua)全(quan)面加速,生態環(huan)(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測(ce)自動化(hua)、智(zhi)能化(hua)、信息化(hua)能力不斷(duan)(duan)(duan)提升,為創新(xin)(xin)驅動環(huan)(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測(ce)產品的(de)不斷(duan)(duan)(duan)升級與推(tui)陳(chen)出新(xin)(xin)助力。同時(shi)我(wo)們(men)的(de)研發(fa)投入也(ye)在持續加大,例如(ru)在環(huan)(huan)(huan)境(jing)與健康領域(yu),我(wo)們(men)已經(jing)對環(huan)(huan)(huan)境(jing)病理(li)性、毒理(li)性監(jian)(jian)測(ce)分析有所布局(ju)。





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