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發布時間:2020-01-14
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中國環境(jing)報(bao):臭(chou)氧逐漸(jian)上(shang)升為僅次于PM2.5的影響優良天數(shu)的重要因(yin)素(su),今年夏季,在新(xin)冠肺(fei)炎疫(yi)情防控常態化形勢下,生態環境(jing)部(bu)門開展臭(chou)氧污染防治(zhi)監(jian)督幫扶攻堅行動(dong),越來越倚重新(xin)一代(dai)信息化技(ji)術(shu)的參(can)與(yu)。在臭(chou)氧監(jian)測領域,有哪些(xie)高新(xin)技(ji)術(shu)手段出現?
孫越:臭(chou)氧污染防(fang)治工作(zuo)的艱巨(ju)性和復雜性,亟需(xu)監測科技力量的支持。
臭氧污染具有明顯的復(fu)合型,其成因非常復(fu)雜(za),涉及氮氧化物(wu)(NOx)和揮發性有機物(wu)(VOCs)的排放,還與氣象條(tiao)件、地理環境,比如氣溫、光照、濕度、氣壓、風(feng)速(su)、風(feng)向(xiang)都有關系。
因此(ci),我們不僅(jin)要監測(ce)臭氧(yang)的(de)(de)(de)濃度,更(geng)要研(yan)究它的(de)(de)(de)生成機(ji)理,測(ce)出(chu)導致臭氧(yang)污(wu)染(ran)的(de)(de)(de)各個因素的(de)(de)(de)貢獻率。以此(ci)為出(chu)發點(dian),我們設計了一系列參與(yu)臭氧(yang)生成光化學反應(ying)的(de)(de)(de)常規(gui)污(wu)染(ran)物、特征污(wu)染(ran)物監測(ce)指標(biao),這些監測(ce)不僅(jin)指向區域(yu),甚至能鎖定污(wu)染(ran)行業、企業、工藝。
目前大(da)(da)家(jia)可以看(kan)到的臭氧(yang)污染監測(ce),除固定站外(wai),已經增加了大(da)(da)氣環境走航(hang)監測(ce)車。大(da)(da)部分走航(hang)車功能還比較簡單,僅(jin)僅(jin)是監測(ce)VOCs,主要作(zuo)用是定位 VOCs超標(biao)的點位,從(cong)而識(shi)別來源。
在此基礎上,聚光(guang)科技提出了協同走(zou)航(hang)監(jian)測的概念,也(ye)就(jiu)是(shi)同時監(jian)測 VOCs、NOx、臭(chou)氧(yang)以及PM2.5。一臺走(zou)航(hang)車(che)協同監(jian)測的優(you)勢在于不僅能獲知(zhi)VOCs濃(nong)度,而且通過模型演繹(yi),計算和預(yu)測各類污染(ran)源(yuan)對(dui)整個地(di)區臭(chou)氧(yang)污染(ran)的貢獻,全面、精準、實時、定(ding)性、定(ding)量地(di)診斷(duan)區域污染(ran)狀(zhuang)況。有(you)效改善(shan)了過去雖然監(jian)測到單一污染(ran)物(wu)的濃(nong)度,但還是(shi)無(wu)法判斷(duan)污染(ran)源(yuan)究竟是(shi)誰(shui),以及它與片區臭(chou)氧(yang)濃(nong)度究竟關聯(lian)性有(you)多(duo)大(da)的被動(dong)局面。
我(wo)們試圖通(tong)過這樣的(de)(de)監(jian)測(ce)和(he)模型計算,對(dui)一(yi)(yi)個地區(qu)的(de)(de)臭氧污(wu)染(ran)成因精準畫像(xiang),什(shen)么時間生(sheng)成,哪個時段(duan)濃度最高(gao),哪些(xie)因子(zi)較活躍,是(shi)哪些(xie)行業導致的(de)(de)……當(dang)然,一(yi)(yi)個城市的(de)(de)臭氧不僅僅來自(zi)于本地,還有(you)外源輸入。對(dui)此,我(wo)們也(ye)有(you)一(yi)(yi)個監(jian)測(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧乙酰(xian)硝酸(suan)酯)是(shi)由大(da)氣(qi)中部分VOCs和(he)NOx進(jin)行光(guang)化學反應而生(sheng)成的(de)(de),是(shi)一(yi)(yi)種重要的(de)(de)二次污(wu)染(ran)物,聚光(guang)科技PANs在線監(jian)測(ce)系統就是(shi)針(zhen)對(dui)它。通(tong)過這一(yi)(yi)監(jian)測(ce),能迅速分析出(chu)臭氧污(wu)染(ran)是(shi)外源輸入還是(shi)本地源造成的(de)(de)。
這些(xie)圍繞(rao)VOCs的監測(ce)(ce),除(chu)了因為它通過光照與NOx發生反應(ying)后(hou)生產臭氧,也(ye)源于它與空氣中的氧化劑(ji)、硝酸等發生氧化、吸附(fu)、凝結(jie)反應(ying)會(hui)生成二次有機顆粒物,也(ye)就(jiu)是我們熟(shu)知(zhi)的PM2.5。監測(ce)(ce)分析VOCs就(jiu)把臭氧防治(zhi)和PM2.5防治(zhi)兩(liang)項(xiang)任務協同起(qi)來了,也(ye)就(jiu)是既要扭(niu)轉臭氧污染(ran)升高態勢,還要保持PM2.5污染(ran)持續下(xia)降。
我們的(de)(de)走(zou)航車同(tong)時開(kai)展VOCs+大氣常規六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工作,再通過搭載(zai)的(de)(de)空(kong)氣質量模型,分析本地生成(cheng)和外部傳輸臭氧前(qian)體(ti)(ti)(ti)物與臭氧的(de)(de)占比,獲(huo)得各地區各類污染(ran)源排放(fang)對受體(ti)(ti)(ti)點環(huan)境(jing)臭氧濃(nong)度的(de)(de)貢獻。當得到環(huan)境(jing)中臭氧濃(nong)度與其生成(cheng)前(qian)體(ti)(ti)(ti)物排放(fang)之(zhi)間的(de)(de)定量關系(xi)后,還可以(yi)以(yi)此為依據開(kai)展減(jian)排效果評估。
這些復(fu)雜的源解析模(mo)型和擴(kuo)散模(mo)型、預警(jing)模(mo)型都需要人工(gong)智能(AI)不斷優化,讓一臺車至少解決五六個方面的問題(ti),大大降低(di)了監測成本。比(bi)如除了前(qian)面講(jiang)的,PM10我們怎么辦?在走航車底部就有這樣的裝(zhuang)置,針對建(jian)筑工(gong)地或(huo)者城市道(dao)路的道(dao)路積塵負荷,都可以做到實時監測。
除了降低成(cheng)本,還要提升工作效率。現在的大氣(qi)走航監測車(che)采(cai)用(yong)飛(fei)行時間質譜(pu)儀,實現秒級出(chu)(chu)數(shu)(shu),便于(yu)快速摸清污染底數(shu)(shu)。同時與搭載的氣(qi)相(xiang)色譜(pu)-質譜(pu)聯用(yong)儀(GC-MS分析儀)相(xiang)結(jie)合(he),輸出(chu)(chu)VOCs特征因子(zi)污染全域圖,全面(mian)摸排、定性(xing)定量(liang)診斷污染情況(kuang)。
另外,5G技術的(de)應(ying)用(yong)也使走航(hang)(hang)車對(dui)污(wu)染(ran)源的(de)定(ding)位日(ri)臻精準,已經達到(dao)(dao)(dao)厘(li)米(mi)(mi)級,如果(guo)是4G的(de)話,也就只能精確(que)到(dao)(dao)(dao)10米(mi)(mi)級。這(zhe)意味著,溯源對(dui)于我(wo)(wo)們來說不(bu)僅(jin)限于一個(ge)地區、一家(jia)企(qi)業,而是可(ke)以找(zhao)到(dao)(dao)(dao)某(mou)個(ge)車間。盡管有些車間和生產工(gong)(gong)藝(yi)是連續性的(de),但我(wo)(wo)們在工(gong)(gong)藝(yi)段之間的(de)走航(hang)(hang)能夠(gou)非常準確(que)地找(zhao)到(dao)(dao)(dao)無組織(zhi)排放(fang)點到(dao)(dao)(dao)底(di)是在哪個(ge)位置。伴隨著快速定(ding)位,我(wo)(wo)們還能夠(gou)進行(xing)遠程(cheng)的(de)可(ke)視化(hua)管控(kong),也就是在走航(hang)(hang)過程(cheng)中(zhong)(zhong)增加了攝像(xiang)頭,攝像(xiang)頭抓拍到(dao)(dao)(dao)的(de)無組織(zhi)排放(fang)違法行(xing)為(wei),包括視頻(pin)、圖(tu)像(xiang),都通過5G網絡瞬時傳輸到(dao)(dao)(dao)監察人員手中(zhong)(zhong)。
無(wu)論(lun)利(li)用空氣質量模(mo)型(xing)對(dui)臭(chou)氧源(yuan)解析(xi)(xi)和敏感性進行分析(xi)(xi),對(dui)臭(chou)氧污(wu)染過(guo)程進行模(mo)擬,還是精(jing)準溯源(yuan)、實時可視化(hua)監管,都是目前(qian)5G+ AI與環境監測深度耦(ou)合,助力(li)我(wo)們數字化(hua)轉型(xing)的(de)例子。
中(zhong)國環(huan)境(jing)報:關于生態(tai)環(huan)境(jing)部提出的構建全(quan)流域生態(tai)質量監測一張網,您怎么理(li)解?作為(wei)環(huan)境(jing)監測行(xing)業(ye)的龍頭(tou)企業(ye),又會在水環(huan)境(jing)監測領域有何布(bu)局?
孫越:按(an)照全流域、全要(yao)素(su)的(de)要(yao)求系統治(zhi)理(li)水環(huan)境,是(shi)當(dang)前的(de)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)征的流域自(zi)然(ran)空間被行政區(qu)單元所分割管理(li),流域內各類資源、各個因素相(xiang)互影響、相(xiang)互促進、相(xiang)互約束,共(gong)同構成統一的動態平衡(heng)系統,因此涉(she)水事務非常多,管理(li)部門業(ye)務上相(xiang)互交叉(cha)。
把“系統治(zhi)理(li)(li)”“協同治(zhi)理(li)(li)”作為方(fang)向指南,對(dui)流域治(zhi)理(li)(li)來說既是(shi)挑戰也是(shi)機遇。我(wo)們以此提出“源(yuan)、網、岸、排(pai)(pai)、河(he)”五方(fang)面監測(ce),分別對(dui)應(ying)污染源(yuan)、排(pai)(pai)水管(guan)網、近水岸線、入河(he)排(pai)(pai)污口和河(he)道水質。
污(wu)染源(yuan)不僅(jin)有工(gong)業源(yuan),污(wu)水處理廠(chang)也可以當(dang)成點(dian)源(yuan),還(huan)有農業面(mian)源(yuan),都要監測。以改善水環境、恢復水生態治理為(wei)主(zhu)的系統性治理將逐步成為(wei)未來(lai)市(shi)場的發展趨(qu)勢。
排水管(guan)網(wang)(wang)不僅要監(jian)測污水管(guan)網(wang)(wang),還有(you)雨(yu)水管(guan)網(wang)(wang),也(ye)可能出現超標。
管網(wang)的(de)(de)終端就是(shi)排(pai)(pai)(pai)口(kou)。生(sheng)態環境(jing)部開展(zhan)長(chang)江入河(he)(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)(cha)整治專項行動時就提出,往長(chang)江里(li)排(pai)(pai)(pai)污(wu)的(de)(de)到(dao)底有多(duo)(duo)少(shao)(shao)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou),在哪里(li)排(pai)(pai)(pai),誰在排(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)什么(me),排(pai)(pai)(pai)多(duo)(duo)少(shao)(shao)等一(yi)系列問題。如(ru)(ru)(ru)何把入河(he)(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)這(zhe)(zhe)個(ge)最重要(yao)的(de)(de)基礎性(xing)底數摸(mo)清楚,也是(shi)對監測(ce)(ce)行業的(de)(de)一(yi)場大考。首(shou)先,這(zhe)(zhe)個(ge)數量是(shi)非常龐(pang)大的(de)(de)。以去(qu)年生(sheng)態環境(jing)部完成的(de)(de)長(chang)江流域(yu)2.4萬公(gong)里(li)岸線及(ji)沿岸2公(gong)里(li)區域(yu)的(de)(de)入河(he)(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)(cha)為例(li),排(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)(cha)出長(chang)江入河(he)(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)6萬多(duo)(duo)個(ge)。這(zhe)(zhe)是(shi)我們目前掌握(wo)的(de)(de)數字(zi),具體(ti)到(dao)每一(yi)個(ge)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou) 如(ru)(ru)(ru)何監測(ce)(ce)則涉及(ji)更(geng)復雜、更(geng)多(duo)(duo)樣的(de)(de)情(qing)況(kuang)。比如(ru)(ru)(ru),許多(duo)(duo)污(wu)染(ran)排(pai)(pai)(pai)放不是(shi)連續性(xing)的(de)(de),如(ru)(ru)(ru)果是(shi)抽查(cha)(cha)(cha),很難監測(ce)(ce)到(dao)超標現象。
所(suo)以說,水里的(de)問題,根(gen)源在岸(an)(an)上,對長(chang)江沿岸(an)(an)的(de)重點工業企業,我們也要(yao)全(quan)部納入日常監測,進(jin)行全(quan)過程跟蹤,實現長(chang)江沿岸(an)(an)區域污染(ran)源情況明、底(di)數清。
我們發現,河(he)(he)流、湖(hu)泊岸線范圍(wei)不(bu)明,功(gong)能(neng)界定不(bu)清(qing),部分河(he)(he)段岸線開發不(bu)合理,也會(hui)嚴重破壞河(he)(he)流生態環境。比(bi)如(ru)用河(he)(he)道兩側兩公里保護范圍的這把“綠(lv)色標尺”去衡量(liang),涉及到的監(jian)測對(dui)象(xiang)包(bao)括沿(yan)河化工(gong)企業的排污,建筑垃圾(ji)生(sheng)活(huo)垃圾(ji)等固體廢物堆存產生(sheng)的滲濾液(ye)廢水。
岸(an)線(xian)的管(guan)控(kong)也是非常重(zhong)要,最終回歸到水體本身。除了水質監測,還有很多外延,比如非法采砂(sha)、非法養殖、非法捕撈、非法傾倒廢棄(qi)物等。試想如果長(chang)江沿岸(an)密集安(an)裝攝像(xiang)頭,那么海量(liang)的監控(kong)錄(lu)像(xiang)由誰(shui)來(lai)甄別鑒定?
查看監(jian)控視頻(pin)是工作(zuo)量(liang)巨大(da)且效率低下的事情(qing),靠人(ren)力幾乎難以解(jie)決(jue)。如何真正節約人(ren)力和(he)成本,提高效率和(he)正確率?
這(zhe)就要依靠視覺AI技術。對人(ren)類(lei)(lei)而言,70%~80%的信息獲(huo)取來自視覺,但人(ren)類(lei)(lei)長期觀看監(jian)視錄像易(yi)喪失(shi)注意力(li)(li)和辨別力(li)(li)。而我(wo)們(men)希(xi)望讓計算機具備(bei)“從識(shi)人(ren)知物到辨識(shi)萬物”的能力(li)(li),幫助我(wo)們(men)在環境(jing)監(jian)管(guan)中,提升(sheng)處理信息的效率。
真(zhen)正的(de)視頻監(jian)(jian)測可(ke)以區(qu)分(fen)人體(ti)形態,車輛、船(chuan)只或選定物(wu)體(ti)與所有(you)其他物(wu)體(ti)的(de)一般移動和變(bian)化,從而進行抓取、分(fen)析、預警(jing)。隨著以改善水環境(jing)、恢復(fu)水生(sheng)態治理為(wei)主(zhu)的(de)系統(tong)性(xing)治理將逐步(bu)成為(wei)未來市(shi)場的(de)發展趨勢,我們要(yao)監(jian)(jian)測的(de)對(dui)象可(ke)以是藍藻的(de)覆蓋面積、生(sheng)長速度(du)、擴散情況,還有(you)水生(sheng)生(sheng)物(wu)的(de)多(duo)樣性(xing)情況,外來物(wu)種對(dui)生(sheng)態平衡的(de)破壞,甚至結合電(dian)子顯(xian)微(wei)(wei)鏡監(jian)(jian)測微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)種類、菌群數(shu)量(liang)。
AI技術適(shi)用于(yu)生(sheng)物識別(bie)場(chang)景的預(yu)演已經(jing)在(zai)進行(xing)中,推(tui)動環境遠(yuan)程監(jian)測(ce)、在(zai)線監(jian)測(ce)是繼高(gao)清化(hua)和網絡(luo)化(hua)之后的第(di)三次技術變革。從“看得見”到“看得清”再到現在(zai)的“看得懂”,在(zai)未來必將有更多的AI算法(fa)、AI芯片、AI產品被應用到環境監(jian)測(ce)行(xing)業(ye),比(bi)如對(dui)岸上、水里的不同種類動物,從顏色、形態、運動軌(gui)跡、三維位置及尺寸信息來差異化(hua)判別(bie)它們(men)。
中國環(huan)境(jing)報:《生態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)條例(li)》正(zheng)在加(jia)速(su)出臺(tai),此舉將(jiang)大(da)大(da)推進生態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)的(de)法治(zhi)化進程(cheng)。對于公(gong)開(kai)征求意見(jian)的(de)《條例(li)(草案)》,您(nin)怎么理解?從中可以看出哪些環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)行(xing)業(ye)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:生態環境監測是生態環境保護的(de)基礎,但過去這(zhe)項工作的(de)法律(lv)支撐不(bu)太(tai)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(guo)《條例(草(cao)案)》,我們(men)(men)欣(xin)喜(xi)地(di)看到(dao),生態(tai)環境(jing)監(jian)測(ce)的(de)定義擴展到(dao)了(le)六(liu)大內(nei)涵(han),包括對(dui)環境(jing)質量(liang)、生態(tai)狀況和污(wu)染物排(pai)放及(ji)其變化趨勢的(de)采樣(yang)觀測(ce)、調查(cha)普查(cha)、遙(yao)感解譯、分析(xi)測(ce)試、評(ping)價評(ping)估(gu)、預測(ce)預報等活(huo)動。過(guo)去無論是在線分析(xi)還是實驗(yan)室分析(xi),我們(men)(men)的(de)監(jian)測(ce)機構(gou)還局限在理化分析(xi)層面,也(ye)就是對(dui)各(ge)類污(wu)染物排(pai)放活(huo)動的(de)監(jian)測(ce),而今后,環境(jing)監(jian)測(ce)的(de)范疇(chou)將(jiang)大幅度拓寬。
除了(le)六大內涵,我(wo)們還看到了(le)九(jiu)大外延,也就是對森林(lin)、草原、濕地(di)(di)、荒(huang)漠、河(he)湖、海洋(yang)、農田、城(cheng)市和(he)鄉村等生(sheng)態(tai)狀況(kuang)的監(jian)測,包括對大氣、地(di)(di)表水、地(di)(di)下水、海水、土壤、聲、光、熱、生(sheng)物、振動、輻射、溫室氣體等環境要(yao)素(su)質量的監(jian)測。顯而(er)易見(jian),未來(lai)生(sheng)態(tai)環境監(jian)測高(gao)新技(ji)術、先進(jin)裝備(bei)的研究(jiu)、開發(fa)應(ying)(ying)用和(he)推廣,新型污(wu)染物、應(ying)(ying)對新興環境問(wen)題和(he)履行國際(ji)環境公約涉及污(wu)染物的研究(jiu)性監(jian)測將(jiang)有(you)更多突(tu)破和(he)發(fa)展。
環(huan)(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)網(wang)絡的(de)不(bu)斷完善,監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)對(dui)象(xiang)和適用(yong)范(fan)圍(wei)的(de)不(bu)斷豐富,將推(tui)動(dong)物聯網(wang)、傳感(gan)器、區塊鏈、人工智能等新技術在監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)檢測(ce)(ce)(ce)業務中的(de)應用(yong),一(yi)批(pi)生(sheng)態環(huan)(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)創(chuang)新示范(fan)基地有望建立,具(ju)有自(zi)主知識(shi)產權的(de)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)技術裝備(bei)研(yan)發和應用(yong)轉化(hua)全面加速,生(sheng)態環(huan)(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)自(zi)動(dong)化(hua)、智能化(hua)、信息(xi)化(hua)能力不(bu)斷提升,為創(chuang)新驅動(dong)環(huan)(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)產品的(de)不(bu)斷升級與(yu)推(tui)陳出新助力。同時我們的(de)研(yan)發投入也在持續加大,例如在環(huan)(huan)境與(yu)健康領域,我們已經對(dui)環(huan)(huan)境病理性、毒(du)理性監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分析有所布局。
