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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:2020-01-14 聚光 來源: 聚光 瀏(liu)覽量:400

聚光(guang)科技(杭州)股份有限(xian)公司總經理孫(sun)越

  中國環境(jing)報:臭氧(yang)(yang)逐漸上(shang)升為僅次(ci)于PM2.5的(de)影響優良天數的(de)重(zhong)要因素,今(jin)年夏(xia)季,在新(xin)冠(guan)肺(fei)炎疫(yi)情防控常態化形勢下(xia),生態環境(jing)部(bu)門開展(zhan)臭氧(yang)(yang)污染防治監督幫扶攻堅行(xing)動,越(yue)(yue)來越(yue)(yue)倚重(zhong)新(xin)一代(dai)信息化技術的(de)參與。在臭氧(yang)(yang)監測領域,有哪(na)些高新(xin)技術手段(duan)出現(xian)?


  孫越:臭氧污(wu)染防治工作的艱巨性(xing)和復雜性(xing),亟需監測科技(ji)力量(liang)的支持。


  臭氧(yang)污染具有明顯的復合型,其(qi)成因非常復雜(za),涉及氮氧(yang)化物(NOx)和揮(hui)發性有機物(VOCs)的排放(fang),還(huan)與(yu)氣(qi)(qi)象條件、地理環境,比如氣(qi)(qi)溫(wen)、光照、濕度、氣(qi)(qi)壓、風(feng)速、風(feng)向(xiang)都(dou)有關系。


  因(yin)此,我們(men)不(bu)僅要(yao)監測臭氧(yang)的(de)濃度,更(geng)要(yao)研究它(ta)的(de)生(sheng)成機理(li),測出(chu)(chu)導致臭氧(yang)污染(ran)的(de)各(ge)個因(yin)素(su)的(de)貢獻率。以(yi)此為出(chu)(chu)發(fa)點,我們(men)設計了一系列參與臭氧(yang)生(sheng)成光化學(xue)反(fan)應的(de)常規污染(ran)物、特征污染(ran)物監測指標,這些監測不(bu)僅指向區域,甚至能鎖定污染(ran)行業(ye)、企業(ye)、工藝。


  目前大(da)家可(ke)以看(kan)到(dao)的臭氧(yang)污(wu)染(ran)監(jian)(jian)測,除(chu)固定(ding)站外,已經增加(jia)了大(da)氣環境走航監(jian)(jian)測車(che)。大(da)部分走航車(che)功(gong)能還比較簡單,僅僅是監(jian)(jian)測VOCs,主(zhu)要作用是定(ding)位(wei) VOCs超標(biao)的點位(wei),從(cong)而識別來源。

  在此基礎上,聚光科技提(ti)出了協同(tong)(tong)走航(hang)監(jian)測(ce)的(de)概念,也就是同(tong)(tong)時監(jian)測(ce) VOCs、NOx、臭(chou)氧(yang)(yang)以(yi)及PM2.5。一臺(tai)走航(hang)車協同(tong)(tong)監(jian)測(ce)的(de)優勢在于(yu)不(bu)僅能獲(huo)知VOCs濃度,而且通過模型演繹,計(ji)算和預測(ce)各類(lei)污染(ran)(ran)源對整個地區臭(chou)氧(yang)(yang)污染(ran)(ran)的(de)貢獻,全面、精準、實(shi)時、定性(xing)、定量(liang)地診(zhen)斷(duan)區域污染(ran)(ran)狀況。有效改善了過去(qu)雖(sui)然監(jian)測(ce)到單一污染(ran)(ran)物的(de)濃度,但還是無法判斷(duan)污染(ran)(ran)源究(jiu)竟是誰,以(yi)及它與(yu)片(pian)區臭(chou)氧(yang)(yang)濃度究(jiu)竟關聯(lian)性(xing)有多大的(de)被動局面。


  我(wo)們試圖通過這樣的(de)(de)(de)(de)監(jian)測(ce)(ce)和模型計算,對(dui)(dui)一個(ge)地區的(de)(de)(de)(de)臭氧污染成(cheng)因精準畫(hua)像,什么時間生(sheng)成(cheng),哪個(ge)時段(duan)濃度最高,哪些(xie)因子(zi)較(jiao)活(huo)躍,是(shi)哪些(xie)行業導致(zhi)的(de)(de)(de)(de)……當然,一個(ge)城市的(de)(de)(de)(de)臭氧不(bu)僅僅來自于(yu)本地,還有外(wai)源輸入。對(dui)(dui)此,我(wo)們也有一個(ge)監(jian)測(ce)(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧乙酰硝酸酯(zhi))是(shi)由大氣中部(bu)分(fen)VOCs和NOx進行光化學反(fan)應而生(sheng)成(cheng)的(de)(de)(de)(de),是(shi)一種重要(yao)的(de)(de)(de)(de)二次污染物,聚(ju)光科技PANs在(zai)線監(jian)測(ce)(ce)系統(tong)就是(shi)針對(dui)(dui)它。通過這一監(jian)測(ce)(ce),能迅速分(fen)析出(chu)臭氧污染是(shi)外(wai)源輸入還是(shi)本地源造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。


  這(zhe)些圍繞VOCs的監(jian)測,除了因為(wei)它(ta)通(tong)過光照與NOx發(fa)(fa)生(sheng)反應后生(sheng)產臭(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang),也(ye)(ye)(ye)源于它(ta)與空氣中的氧(yang)(yang)(yang)化劑(ji)、硝(xiao)酸等(deng)發(fa)(fa)生(sheng)氧(yang)(yang)(yang)化、吸附(fu)、凝(ning)結反應會生(sheng)成二次(ci)有機(ji)顆(ke)粒物(wu),也(ye)(ye)(ye)就(jiu)是我們熟知的PM2.5。監(jian)測分析(xi)VOCs就(jiu)把臭(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang)防(fang)治(zhi)(zhi)和(he)PM2.5防(fang)治(zhi)(zhi)兩項任務協同起來(lai)了,也(ye)(ye)(ye)就(jiu)是既要(yao)扭轉臭(chou)(chou)氧(yang)(yang)(yang)污染(ran)升高態勢,還要(yao)保持(chi)PM2.5污染(ran)持(chi)續下降(jiang)。


  我們的走航車同時開展VOCs+大氣常規六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工作,再通過(guo)搭載的空氣質量(liang)模(mo)型(xing),分析本地(di)(di)生成(cheng)和(he)外部傳輸(shu)臭(chou)氧(yang)(yang)前體(ti)物與(yu)臭(chou)氧(yang)(yang)的占比,獲得各地(di)(di)區各類污染源排(pai)放對(dui)受體(ti)點環境臭(chou)氧(yang)(yang)濃(nong)度(du)的貢獻。當得到環境中臭(chou)氧(yang)(yang)濃(nong)度(du)與(yu)其生成(cheng)前體(ti)物排(pai)放之間的定量(liang)關系后,還可以以此為依據開展減排(pai)效果評估。


  這(zhe)些(xie)復雜的(de)源解(jie)析模型(xing)和擴(kuo)散(san)模型(xing)、預警(jing)模型(xing)都需要人工(gong)智能(AI)不斷優化,讓一(yi)臺車至少解(jie)決五(wu)六(liu)個方面的(de)問題,大大降低了監(jian)測成本(ben)。比如除了前(qian)面講的(de),PM10我們怎么辦(ban)?在走航車底部就有這(zhe)樣(yang)的(de)裝置,針對建筑工(gong)地或者城市道路的(de)道路積(ji)塵負荷,都可以做到實時監(jian)測。


  除了降低成本,還要(yao)提(ti)升工作效率。現在的(de)大氣走航監(jian)測車采用飛行時(shi)間質(zhi)譜(pu)儀,實現秒級出數(shu),便(bian)于快速(su)摸清(qing)污(wu)染底數(shu)。同時(shi)與搭載的(de)氣相(xiang)色譜(pu)-質(zhi)譜(pu)聯(lian)用儀(GC-MS分(fen)析儀)相(xiang)結合,輸出VOCs特征因子污(wu)染全(quan)域圖(tu),全(quan)面摸排、定(ding)性定(ding)量診斷污(wu)染情(qing)況。


  另外,5G技術的(de)應(ying)用(yong)也(ye)使走(zou)航車對污(wu)染源的(de)定位日臻精準,已經(jing)達(da)到(dao)厘米級,如果是(shi)4G的(de)話,也(ye)就只能(neng)(neng)精確(que)到(dao)10米級。這意(yi)味(wei)著(zhu),溯源對于我們(men)來(lai)說不(bu)僅限于一個(ge)地區、一家(jia)企(qi)業(ye),而是(shi)可(ke)以找到(dao)某個(ge)車間。盡(jin)管(guan)(guan)有些車間和生產工藝(yi)是(shi)連(lian)續性的(de),但我們(men)在工藝(yi)段之(zhi)間的(de)走(zou)航能(neng)(neng)夠非常準確(que)地找到(dao)無組織(zhi)排放點到(dao)底(di)是(shi)在哪(na)個(ge)位置。伴(ban)隨著(zhu)快速定位,我們(men)還能(neng)(neng)夠進行(xing)(xing)遠程的(de)可(ke)視化管(guan)(guan)控,也(ye)就是(shi)在走(zou)航過程中增加了攝像(xiang)頭,攝像(xiang)頭抓拍到(dao)的(de)無組織(zhi)排放違(wei)法行(xing)(xing)為,包括視頻(pin)、圖像(xiang),都(dou)通過5G網絡瞬時傳輸到(dao)監察人員手中。


  無論利(li)用空氣質量模型對臭(chou)氧源(yuan)解析和敏感性進(jin)行(xing)(xing)分析,對臭(chou)氧污染過(guo)程進(jin)行(xing)(xing)模擬,還(huan)是精(jing)準溯源(yuan)、實時可視化(hua)監管(guan),都是目前5G+ AI與(yu)環境監測深度(du)耦合,助力我們數字化(hua)轉型的例子。


  中國(guo)環(huan)境報:關于生態環(huan)境部提(ti)出(chu)的構建全流(liu)域(yu)生態質量監(jian)測一(yi)張網,您怎么理(li)解?作為環(huan)境監(jian)測行(xing)業的龍頭企業,又會(hui)在水環(huan)境監(jian)測領域(yu)有何(he)布局?


  孫越:按(an)照(zhao)全流(liu)域、全要素的要求系統治理水(shui)環境(jing),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)條河(he)流(liu)(liu)途經不同行政(zheng)轄區(qu),原本具有整(zheng)體性、關(guan)聯(lian)性特征的流(liu)(liu)域自然空(kong)間被(bei)行政(zheng)區(qu)單元所分割管(guan)理(li),流(liu)(liu)域內各類資源、各個因(yin)素相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)影響(xiang)、相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)促進、相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)約束,共同構成統一(yi)的動(dong)態平(ping)衡系統,因(yin)此涉水事(shi)務非常(chang)多,管(guan)理(li)部門業(ye)務上相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)交叉。


  把(ba)“系(xi)統(tong)治理(li)(li)”“協(xie)同治理(li)(li)”作為(wei)方(fang)向(xiang)指南(nan),對(dui)流(liu)域治理(li)(li)來說既是挑戰也(ye)是機(ji)遇。我們以此(ci)提出(chu)“源、網(wang)、岸、排、河(he)”五方(fang)面監(jian)測,分別對(dui)應(ying)污染源、排水(shui)管網(wang)、近(jin)水(shui)岸線(xian)、入河(he)排污口(kou)和(he)河(he)道水(shui)質(zhi)。


  污染源不僅(jin)有(you)工業源,污水處理廠也可以當(dang)成點源,還有(you)農業面源,都要監測。以改(gai)善水環境、恢復水生態治理為主的(de)系(xi)統(tong)性治理將(jiang)逐(zhu)步成為未(wei)來市場(chang)的(de)發展(zhan)趨勢。


  排水(shui)管網不僅要(yao)監測污(wu)水(shui)管網,還有(you)雨水(shui)管網,也可能出現超標。


  管網的(de)終端就(jiu)是(shi)排(pai)口。生態(tai)環境部(bu)開展長江(jiang)入(ru)河(he)排(pai)污(wu)(wu)口排(pai)查(cha)整治專項行動時就(jiu)提(ti)出(chu),往長江(jiang)里(li)排(pai)污(wu)(wu)的(de)到(dao)(dao)底有多(duo)少排(pai)污(wu)(wu)口,在(zai)哪里(li)排(pai),誰在(zai)排(pai),排(pai)什么(me),排(pai)多(duo)少等一系列問題。如(ru)何(he)把入(ru)河(he)排(pai)污(wu)(wu)口這個(ge)(ge)最重要(yao)的(de)基礎性底數摸清(qing)楚,也是(shi)對監測行業的(de)一場大(da)考。首先,這個(ge)(ge)數量是(shi)非常龐大(da)的(de)。以去年(nian)生態(tai)環境部(bu)完成的(de)長江(jiang)流域2.4萬(wan)公里(li)岸(an)線(xian)及沿岸(an)2公里(li)區域的(de)入(ru)河(he)排(pai)污(wu)(wu)口排(pai)查(cha)為例,排(pai)查(cha)出(chu)長江(jiang)入(ru)河(he)排(pai)污(wu)(wu)口6萬(wan)多(duo)個(ge)(ge)。這是(shi)我們目前(qian)掌握的(de)數字(zi),具體到(dao)(dao)每一個(ge)(ge)排(pai)污(wu)(wu)口 如(ru)何(he)監測則涉及更復(fu)雜、更多(duo)樣的(de)情況。比如(ru),許多(duo)污(wu)(wu)染(ran)排(pai)放不是(shi)連(lian)續性的(de),如(ru)果是(shi)抽查(cha),很(hen)難監測到(dao)(dao)超標現象。


  所(suo)以說,水里的問題,根源(yuan)在岸(an)上,對(dui)長江(jiang)(jiang)沿(yan)岸(an)的重點工業(ye)企(qi)業(ye),我們(men)也要全部納(na)入日常監(jian)測,進行(xing)全過程跟(gen)蹤,實(shi)現長江(jiang)(jiang)沿(yan)岸(an)區域(yu)污染源(yuan)情況明(ming)、底數清。


  我們發(fa)現(xian),河(he)流、湖泊岸線范圍(wei)不明,功能界定(ding)不清(qing),部分河(he)段岸線開發(fa)不合(he)理(li),也會嚴(yan)重破壞河(he)流生態(tai)環境。比如用(yong)河(he)道兩側兩(liang)公里保(bao)護范圍(wei)的(de)這把(ba)“綠色標尺”去衡量,涉及到的(de)監測對(dui)象(xiang)包括沿河化工(gong)企業(ye)的(de)排污,建筑垃(la)圾生活垃(la)圾等固體廢物堆存產(chan)生的(de)滲濾液廢水(shui)。


  岸(an)線的管控也(ye)是非常重要,最終回歸(gui)到水體本身。除了(le)水質(zhi)監(jian)測(ce),還有很多外延(yan),比如非法(fa)采(cai)砂、非法(fa)養殖(zhi)、非法(fa)捕撈、非法(fa)傾倒(dao)廢棄物等。試想(xiang)如果長江沿(yan)岸(an)密(mi)集(ji)安裝攝像(xiang)(xiang)頭,那么海量的監(jian)控錄像(xiang)(xiang)由誰來(lai)甄別鑒定(ding)?

  

      查(cha)看監控視(shi)頻是工作(zuo)量巨(ju)大且效率(lv)低下的事情,靠人力幾乎(hu)難以(yi)解決。如何真正節(jie)約人力和成本,提高效率(lv)和正確率(lv)?


  這就要依靠視覺AI技術。對人類而言(yan),70%~80%的信息獲取來自視覺,但人類長期觀看監視錄像易(yi)喪失(shi)注意(yi)力和辨(bian)別力。而我(wo)們希望讓計算機具備“從(cong)識(shi)(shi)人知物到辨(bian)識(shi)(shi)萬物”的能力,幫助我(wo)們在環境監管中,提(ti)升處理信息的效率。


  真正(zheng)的(de)(de)(de)視頻監測可(ke)以(yi)區(qu)分(fen)(fen)人(ren)體形態(tai),車輛(liang)、船(chuan)只或(huo)選定物體與所有(you)其(qi)他物體的(de)(de)(de)一般移動和變(bian)化,從而進行抓取、分(fen)(fen)析、預警(jing)。隨(sui)著(zhu)以(yi)改(gai)善水(shui)環境、恢復水(shui)生(sheng)(sheng)態(tai)治(zhi)理為主的(de)(de)(de)系統性(xing)治(zhi)理將逐步成為未(wei)來市場的(de)(de)(de)發(fa)展趨勢,我們要監測的(de)(de)(de)對象可(ke)以(yi)是藍藻的(de)(de)(de)覆蓋面積、生(sheng)(sheng)長(chang)速度、擴散情況(kuang)(kuang),還有(you)水(shui)生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物的(de)(de)(de)多樣(yang)性(xing)情況(kuang)(kuang),外來物種對生(sheng)(sheng)態(tai)平(ping)衡的(de)(de)(de)破壞(huai),甚至結合(he)電子顯微鏡監測微生(sheng)(sheng)物種類、菌群數量。

  AI技術(shu)適用于生物識別場景的預演(yan)已經在(zai)進行(xing)中,推動(dong)(dong)(dong)環境(jing)遠程(cheng)監測、在(zai)線監測是(shi)繼高清(qing)(qing)化和網絡化之后的第三(san)次(ci)技術(shu)變革。從“看(kan)得(de)(de)見”到(dao)“看(kan)得(de)(de)清(qing)(qing)”再到(dao)現在(zai)的“看(kan)得(de)(de)懂”,在(zai)未來必將有更多的AI算法、AI芯片、AI產(chan)品被應用到(dao)環境(jing)監測行(xing)業,比如對岸上、水里的不同種類動(dong)(dong)(dong)物,從顏色、形(xing)態、運動(dong)(dong)(dong)軌跡、三(san)維位置及尺寸信息來差異化判別它們。


  中(zhong)國環境(jing)報:《生(sheng)態環境(jing)監測(ce)條(tiao)例(li)》正在加速出臺,此舉將大大推(tui)進生(sheng)態環境(jing)監測(ce)的法治化進程。對于公開征(zheng)求(qiu)意見的《條(tiao)例(li)(草案)》,您怎么理(li)解?從中(zhong)可以看出哪些環境(jing)監測(ce)行業(ye)未來發展(zhan)的一個方向(xiang)和可以突破(po)、拓展(zhan)的空間?


  孫越:生態(tai)(tai)環境監測是生態(tai)(tai)環境保護的基礎,但(dan)過去(qu)這(zhe)項工(gong)作(zuo)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(tiao)例(草案)》,我們(men)欣喜(xi)地看到(dao),生態環境(jing)(jing)監(jian)測(ce)的(de)定義擴(kuo)展到(dao)了六大內涵,包括對環境(jing)(jing)質量、生態狀況(kuang)和污染(ran)物排放(fang)及其(qi)變化趨勢的(de)采樣觀測(ce)、調(diao)查普查、遙(yao)感解譯、分(fen)析(xi)測(ce)試、評價評估、預測(ce)預報等活動。過去無論是(shi)在線分(fen)析(xi)還是(shi)實驗室分(fen)析(xi),我們(men)的(de)監(jian)測(ce)機構還局(ju)限在理化分(fen)析(xi)層面,也就是(shi)對各類污染(ran)物排放(fang)活動的(de)監(jian)測(ce),而(er)今后,環境(jing)(jing)監(jian)測(ce)的(de)范(fan)疇(chou)將大幅度拓寬。


  除(chu)了(le)(le)六(liu)大內(nei)涵,我們還看(kan)到了(le)(le)九大外延,也就(jiu)是對森(sen)林、草原(yuan)、濕地(di)、荒漠、河湖(hu)、海洋、農(nong)田(tian)、城(cheng)市和鄉村(cun)等生(sheng)態(tai)狀況的監(jian)測,包括對大氣、地(di)表(biao)水、地(di)下水、海水、土(tu)壤(rang)、聲、光、熱、生(sheng)物(wu)(wu)、振(zhen)動(dong)、輻(fu)射、溫室(shi)氣體等環(huan)境要素質量的監(jian)測。顯(xian)而易(yi)見,未來生(sheng)態(tai)環(huan)境監(jian)測高(gao)新技術(shu)、先進裝備的研究(jiu)、開(kai)發(fa)(fa)應用和推廣,新型污染物(wu)(wu)、應對新興環(huan)境問題和履行(xing)國際環(huan)境公(gong)約涉及污染物(wu)(wu)的研究(jiu)性監(jian)測將有(you)更多(duo)突破和發(fa)(fa)展。


  環(huan)境(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)網(wang)絡的(de)(de)不(bu)(bu)斷(duan)完(wan)善,監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)對象和適(shi)用范圍(wei)的(de)(de)不(bu)(bu)斷(duan)豐富,將(jiang)推(tui)動(dong)物(wu)聯網(wang)、傳(chuan)感器(qi)、區塊鏈、人工智能(neng)等(deng)新(xin)技術(shu)(shu)在(zai)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)檢測(ce)(ce)業務中(zhong)的(de)(de)應用,一(yi)批生態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)創新(xin)示范基(ji)地有望(wang)建立,具(ju)有自(zi)主知識產權的(de)(de)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技術(shu)(shu)裝備研發和應用轉化全(quan)面加速,生態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)自(zi)動(dong)化、智能(neng)化、信息化能(neng)力不(bu)(bu)斷(duan)提升,為創新(xin)驅(qu)動(dong)環(huan)境(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)產品的(de)(de)不(bu)(bu)斷(duan)升級與推(tui)陳出新(xin)助力。同時我(wo)們(men)的(de)(de)研發投(tou)入也在(zai)持續加大,例如在(zai)環(huan)境(jing)與健康領域,我(wo)們(men)已經對環(huan)境(jing)病理性、毒理性監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)分析有所(suo)布局(ju)。



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