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中(zhong)國環境報(bao):臭氧(yang)逐漸上升為(wei)僅次(ci)于PM2.5的(de)影響優良天(tian)數的(de)重要因素,今(jin)年夏季,在(zai)新冠(guan)肺炎疫情防控常(chang)態(tai)化形勢下(xia),生態(tai)環境部門開展臭氧(yang)污染防治監督(du)幫扶攻堅行動,越(yue)來越(yue)倚重新一代(dai)信(xin)息(xi)化技術(shu)的(de)參與(yu)。在(zai)臭氧(yang)監測領域(yu),有哪些高新技術(shu)手段(duan)出現?
孫越:臭氧污染防治工作的艱巨性和復雜性,亟需監(jian)測科(ke)技力量的支(zhi)持。
臭氧污染(ran)具有明顯的(de)復(fu)合型,其成因(yin)非常復(fu)雜(za),涉及氮氧化物(NOx)和揮發性有機物(VOCs)的(de)排放(fang),還與氣(qi)象(xiang)條件、地理環境,比如(ru)氣(qi)溫、光(guang)照、濕(shi)度、氣(qi)壓、風速(su)、風向都有關系。
因(yin)此,我(wo)們不僅要監(jian)(jian)測臭(chou)(chou)氧的(de)濃度,更要研究它的(de)生成(cheng)機(ji)理,測出導(dao)致臭(chou)(chou)氧污(wu)(wu)染(ran)的(de)各個因(yin)素(su)的(de)貢獻率。以(yi)此為(wei)出發點(dian),我(wo)們設計了一系列參(can)與(yu)臭(chou)(chou)氧生成(cheng)光化學反應(ying)的(de)常規污(wu)(wu)染(ran)物(wu)(wu)、特(te)征污(wu)(wu)染(ran)物(wu)(wu)監(jian)(jian)測指(zhi)標,這(zhe)些(xie)監(jian)(jian)測不僅指(zhi)向區域,甚至(zhi)能(neng)鎖(suo)定污(wu)(wu)染(ran)行業(ye)、企業(ye)、工藝(yi)。
目前大(da)家可以看到(dao)的臭氧污染監測(ce),除固定(ding)站外(wai),已經(jing)增加了大(da)氣(qi)環境走航監測(ce)車。大(da)部分走航車功能還比較簡單(dan),僅僅是監測(ce)VOCs,主要作用是定(ding)位(wei) VOCs超(chao)標的點位(wei),從而識別來(lai)源。
在此基礎上,聚光科技提出了協同走航(hang)監測(ce)的概念,也(ye)就(jiu)是同時監測(ce) VOCs、NOx、臭氧(yang)以(yi)及PM2.5。一(yi)臺走航(hang)車協同監測(ce)的優勢在于不僅(jin)能獲(huo)知VOCs濃度(du),而且通過(guo)模(mo)型演繹,計算和預測(ce)各類污(wu)染源(yuan)對整個地區臭氧(yang)污(wu)染的貢獻(xian),全面(mian)、精準、實時、定性、定量地診(zhen)斷區域污(wu)染狀況。有效改(gai)善了過(guo)去雖然監測(ce)到(dao)單一(yi)污(wu)染物的濃度(du),但還(huan)是無法判斷污(wu)染源(yuan)究竟(jing)是誰(shui),以(yi)及它與片區臭氧(yang)濃度(du)究竟(jing)關聯性有多大(da)的被(bei)動局(ju)面(mian)。
我們試圖通(tong)過(guo)這樣的(de)(de)監測和模型(xing)計算(suan),對(dui)一個地區的(de)(de)臭(chou)氧(yang)污染(ran)(ran)成(cheng)(cheng)(cheng)因精準畫像,什么時間生成(cheng)(cheng)(cheng),哪個時段(duan)濃度最高,哪些因子較活躍(yue),是哪些行(xing)(xing)業(ye)導致的(de)(de)……當然(ran),一個城市的(de)(de)臭(chou)氧(yang)不僅(jin)僅(jin)來自于(yu)本(ben)地,還(huan)有(you)外源(yuan)輸(shu)入。對(dui)此(ci),我們也(ye)有(you)一個監測指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過(guo)氧(yang)乙(yi)酰(xian)硝酸酯)是由大氣中部分VOCs和NOx進行(xing)(xing)光化學反應(ying)而生成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de),是一種(zhong)重(zhong)要的(de)(de)二次污染(ran)(ran)物,聚光科技PANs在線監測系統就是針對(dui)它。通(tong)過(guo)這一監測,能(neng)迅(xun)速分析出(chu)臭(chou)氧(yang)污染(ran)(ran)是外源(yuan)輸(shu)入還(huan)是本(ben)地源(yuan)造成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)。
這些圍繞VOCs的監(jian)測(ce),除了(le)(le)因為它通(tong)過(guo)光(guang)照與NOx發(fa)生反應后生產臭(chou)氧,也(ye)源于它與空氣中(zhong)的氧化(hua)劑、硝酸(suan)等發(fa)生氧化(hua)、吸附、凝結反應會生成二次有機顆粒物,也(ye)就(jiu)是我(wo)們熟知(zhi)的PM2.5。監(jian)測(ce)分析VOCs就(jiu)把(ba)臭(chou)氧防治和(he)PM2.5防治兩項(xiang)任務(wu)協(xie)同起來了(le)(le),也(ye)就(jiu)是既要(yao)扭轉(zhuan)臭(chou)氧污(wu)染(ran)升高態勢,還(huan)要(yao)保(bao)持PM2.5污(wu)染(ran)持續下降(jiang)。
我們的(de)走(zou)航車同時開展(zhan)VOCs+大氣常規六(liu)參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工(gong)作(zuo),再通(tong)過搭載(zai)的(de)空氣質(zhi)量模型,分析本地(di)(di)生成和外部傳(chuan)輸(shu)臭(chou)氧(yang)前(qian)(qian)體物與臭(chou)氧(yang)的(de)占比(bi),獲得各地(di)(di)區各類(lei)污(wu)染源(yuan)排放對受(shou)體點環境臭(chou)氧(yang)濃(nong)度的(de)貢獻。當(dang)得到環境中臭(chou)氧(yang)濃(nong)度與其生成前(qian)(qian)體物排放之間的(de)定量關系后,還可以以此為依據開展(zhan)減排效果(guo)評估。
這些復雜(za)的(de)(de)(de)源解析模型和擴散模型、預警模型都需要人工智能(AI)不(bu)斷優化,讓一臺車至少解決五六個方面(mian)的(de)(de)(de)問題(ti),大大降低了監測(ce)成本(ben)。比(bi)如除了前面(mian)講的(de)(de)(de),PM10我們怎么辦(ban)?在(zai)走航車底部就有這樣(yang)的(de)(de)(de)裝置(zhi),針對建筑(zhu)工地(di)或者城(cheng)市道路的(de)(de)(de)道路積塵負荷,都可以做到(dao)實(shi)時監測(ce)。
除(chu)了降低成本(ben),還(huan)要(yao)提升工作效率。現在(zai)的大氣(qi)走航監測(ce)車采用飛行(xing)時(shi)間質譜儀(yi),實現秒級出數,便(bian)于快速摸清污染(ran)底(di)數。同時(shi)與搭載的氣(qi)相色譜-質譜聯(lian)用儀(yi)(GC-MS分析(xi)儀(yi))相結合,輸出VOCs特征(zheng)因子污染(ran)全域圖,全面摸排、定(ding)性定(ding)量(liang)診斷污染(ran)情況。
另外,5G技(ji)術的應用也使走(zou)航(hang)車(che)對(dui)(dui)污染(ran)源的定位(wei)(wei)日(ri)臻精(jing)準(zhun),已經達到(dao)(dao)厘米(mi)級(ji),如果(guo)是(shi)4G的話(hua),也就(jiu)只能(neng)精(jing)確到(dao)(dao)10米(mi)級(ji)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhu),溯(su)源對(dui)(dui)于(yu)我(wo)們來說(shuo)不僅限于(yu)一(yi)個地區、一(yi)家企業,而是(shi)可以找到(dao)(dao)某個車(che)間。盡管有些車(che)間和生產工(gong)(gong)藝是(shi)連續(xu)性的,但我(wo)們在工(gong)(gong)藝段之間的走(zou)航(hang)能(neng)夠(gou)非常準(zhun)確地找到(dao)(dao)無組織(zhi)排(pai)(pai)放(fang)點到(dao)(dao)底(di)是(shi)在哪個位(wei)(wei)置。伴隨(sui)著(zhu)快速(su)定位(wei)(wei),我(wo)們還能(neng)夠(gou)進行(xing)遠程的可視化(hua)管控(kong),也就(jiu)是(shi)在走(zou)航(hang)過程中增加了攝像頭(tou),攝像頭(tou)抓拍到(dao)(dao)的無組織(zhi)排(pai)(pai)放(fang)違法行(xing)為,包括視頻、圖像,都通(tong)過5G網(wang)絡瞬(shun)時傳輸到(dao)(dao)監察人(ren)員(yuan)手中。
無論利用(yong)空氣質量模型對(dui)臭氧源(yuan)解(jie)析和(he)敏感(gan)性(xing)進行分析,對(dui)臭氧污染過程進行模擬,還是精準溯源(yuan)、實時可視化(hua)監管,都是目(mu)前5G+ AI與環(huan)境監測深度耦合(he),助力我們數字化(hua)轉型的例子(zi)。
中國環(huan)境(jing)報(bao):關于生態環(huan)境(jing)部(bu)提出的構建全流域(yu)生態質量監(jian)(jian)測(ce)一(yi)張網,您怎(zen)么(me)理解?作為環(huan)境(jing)監(jian)(jian)測(ce)行業(ye)的龍頭企業(ye),又會在水環(huan)境(jing)監(jian)(jian)測(ce)領域(yu)有何布局?
孫越:按照全流(liu)域(yu)、全要素的(de)要求系統治理水(shui)環境(jing),是當前的(de)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(yi)(yi)條河流(liu)途經不同(tong)行(xing)政轄區(qu),原本具有整體性、關(guan)聯(lian)性特征的流(liu)域自(zi)然(ran)空間被行(xing)政區(qu)單元所分割管理,流(liu)域內各類資源、各個因素相互(hu)影響、相互(hu)促進、相互(hu)約束,共同(tong)構成統一(yi)(yi)的動態平(ping)衡系(xi)統,因此涉(she)水事務非常多,管理部(bu)門業務上相互(hu)交叉。
把“系統治理”“協(xie)同治理”作為方向指南,對(dui)流域(yu)治理來說既(ji)是(shi)挑戰也是(shi)機遇。我們以此提出“源、網、岸(an)(an)、排、河(he)”五方面(mian)監測(ce),分別對(dui)應污染源、排水管網、近水岸(an)(an)線、入(ru)河(he)排污口和河(he)道水質。
污染源(yuan)不(bu)僅(jin)有工(gong)業(ye)源(yuan),污水處(chu)理廠也(ye)可以當(dang)成點源(yuan),還有農業(ye)面(mian)源(yuan),都要(yao)監測(ce)。以改(gai)善(shan)水環境、恢復(fu)水生態治(zhi)理為(wei)主的系統性治(zhi)理將逐步成為(wei)未來市(shi)場的發展(zhan)趨勢。
排水管(guan)網不僅(jin)要監測污水管(guan)網,還(huan)有雨水管(guan)網,也可能出現超標。
管網(wang)的(de)(de)(de)終端就(jiu)是(shi)(shi)排(pai)(pai)(pai)口(kou)。生(sheng)態環境(jing)(jing)部開展長(chang)(chang)江(jiang)(jiang)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)查整(zheng)治專項行動時就(jiu)提出,往長(chang)(chang)江(jiang)(jiang)里排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)的(de)(de)(de)到(dao)(dao)底有多(duo)(duo)少排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou),在(zai)哪里排(pai)(pai)(pai),誰(shui)在(zai)排(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)(pai)多(duo)(duo)少等一(yi)(yi)系列問題。如何把入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)這個(ge)(ge)最重要的(de)(de)(de)基礎性底數摸清楚,也是(shi)(shi)對(dui)監(jian)測(ce)行業的(de)(de)(de)一(yi)(yi)場大(da)考。首先,這個(ge)(ge)數量是(shi)(shi)非(fei)常(chang)龐大(da)的(de)(de)(de)。以去年(nian)生(sheng)態環境(jing)(jing)部完成的(de)(de)(de)長(chang)(chang)江(jiang)(jiang)流域2.4萬公(gong)里岸(an)(an)線及沿岸(an)(an)2公(gong)里區(qu)域的(de)(de)(de)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)查為例,排(pai)(pai)(pai)查出長(chang)(chang)江(jiang)(jiang)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)6萬多(duo)(duo)個(ge)(ge)。這是(shi)(shi)我們目前掌握的(de)(de)(de)數字(zi),具(ju)體到(dao)(dao)每(mei)一(yi)(yi)個(ge)(ge)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou) 如何監(jian)測(ce)則涉及更(geng)復(fu)雜、更(geng)多(duo)(duo)樣的(de)(de)(de)情況。比(bi)如,許多(duo)(duo)污(wu)(wu)染排(pai)(pai)(pai)放不是(shi)(shi)連續性的(de)(de)(de),如果(guo)是(shi)(shi)抽查,很難監(jian)測(ce)到(dao)(dao)超標現象(xiang)。
所以說,水里的問(wen)題,根(gen)源在岸(an)(an)(an)上,對長(chang)江(jiang)沿岸(an)(an)(an)的重點工業(ye)企(qi)業(ye),我(wo)們也要(yao)全部納入(ru)日常監(jian)測,進行全過(guo)程(cheng)跟(gen)蹤,實現長(chang)江(jiang)沿岸(an)(an)(an)區(qu)域污染源情況明、底數清。
我們發現,河(he)流(liu)、湖泊岸線范圍不(bu)(bu)明,功能界定不(bu)(bu)清,部(bu)分河(he)段岸線開發不(bu)(bu)合理(li),也會(hui)嚴重破壞河(he)流(liu)生態環境。比如用(yong)河(he)道兩(liang)側兩公里保護范圍的(de)(de)這把“綠色(se)標尺”去衡量,涉(she)及到的(de)(de)監測對象包括沿河(he)化工企業(ye)的(de)(de)排污(wu),建筑垃圾(ji)生活垃圾(ji)等(deng)固體廢物堆(dui)存產生的(de)(de)滲濾液廢水。
岸線的(de)管控也(ye)是(shi)非(fei)常重要,最終回歸到(dao)水體(ti)本身。除了水質監(jian)測,還有很多外延(yan),比(bi)如非(fei)法(fa)采砂(sha)、非(fei)法(fa)養殖、非(fei)法(fa)捕(bu)撈、非(fei)法(fa)傾倒(dao)廢棄(qi)物(wu)等(deng)。試想如果(guo)長江沿(yan)岸密集安裝攝像頭,那么海量的(de)監(jian)控錄像由誰來甄別(bie)鑒定?
查看(kan)監控視頻是工作量巨大且效(xiao)率(lv)低下的事(shi)情,靠人力幾乎難(nan)以解(jie)決。如何真正(zheng)節約人力和(he)成本,提高(gao)效(xiao)率(lv)和(he)正(zheng)確(que)率(lv)?
這就要依(yi)靠視(shi)覺AI技術。對人(ren)類而言,70%~80%的信息獲取來自(zi)視(shi)覺,但(dan)人(ren)類長期觀看(kan)監視(shi)錄(lu)像(xiang)易喪失注意力和辨別力。而我(wo)們(men)(men)希望讓計算機具(ju)備“從識(shi)人(ren)知物(wu)到辨識(shi)萬物(wu)”的能力,幫助我(wo)們(men)(men)在環境監管中,提升處理信息的效率(lv)。
真正的(de)(de)視頻監測(ce)可(ke)以區分人體(ti)形態,車輛(liang)、船只或(huo)選定物體(ti)與所有其他物體(ti)的(de)(de)一般移動(dong)和變(bian)化,從而進行(xing)抓取、分析、預(yu)警。隨著以改善水環境(jing)、恢復水生(sheng)態治理為主的(de)(de)系(xi)統性(xing)治理將逐步成為未來(lai)市(shi)場的(de)(de)發展趨勢,我們(men)要監測(ce)的(de)(de)對象可(ke)以是藍(lan)藻的(de)(de)覆蓋面積(ji)、生(sheng)長速度、擴散(san)情(qing)況(kuang),還有水生(sheng)生(sheng)物的(de)(de)多樣性(xing)情(qing)況(kuang),外來(lai)物種對生(sheng)態平衡(heng)的(de)(de)破壞,甚至結合電子顯微鏡監測(ce)微生(sheng)物種類、菌群數量。
AI技術適用(yong)于生物識別場景(jing)的預演已(yi)經在進行(xing)中,推動環(huan)境遠(yuan)程(cheng)監(jian)(jian)測、在線監(jian)(jian)測是繼(ji)高清(qing)化(hua)(hua)和網絡化(hua)(hua)之后的第三次技術變(bian)革。從(cong)“看得(de)見”到(dao)(dao)“看得(de)清(qing)”再到(dao)(dao)現在的“看得(de)懂”,在未(wei)來必將有(you)更多的AI算法、AI芯片、AI產品被應用(yong)到(dao)(dao)環(huan)境監(jian)(jian)測行(xing)業(ye),比(bi)如(ru)對岸上(shang)、水里(li)的不(bu)同種類動物,從(cong)顏色、形態、運動軌跡、三維位(wei)置(zhi)及(ji)尺寸信息來差異化(hua)(hua)判別它們。
中國(guo)環境報(bao):《生(sheng)態(tai)環境監測條(tiao)例(li)》正在加速出臺,此舉將(jiang)大大推進生(sheng)態(tai)環境監測的(de)法治(zhi)化(hua)進程。對于公(gong)開征求意見(jian)的(de)《條(tiao)例(li)(草案)》,您怎么理(li)解?從中可以看出哪些環境監測行(xing)業未來發展(zhan)的(de)一(yi)個(ge)方向和可以突破(po)、拓展(zhan)的(de)空(kong)間?
孫越:生(sheng)態環境監測是生(sheng)態環境保護的(de)基礎,但(dan)過去這項(xiang)工作的(de)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(tong)過《條例(li)(草案)》,我們欣喜地看到,生態環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)的(de)定義擴展(zhan)到了六大(da)內涵,包括對環(huan)(huan)境質量、生態狀況和污(wu)染(ran)物(wu)排放及其變化(hua)趨(qu)勢的(de)采樣觀測(ce)、調查(cha)普查(cha)、遙感解譯、分析(xi)測(ce)試、評(ping)價(jia)評(ping)估、預測(ce)預報等(deng)活動。過去無論是在(zai)線分析(xi)還是實驗室分析(xi),我們的(de)監(jian)測(ce)機構還局限在(zai)理化(hua)分析(xi)層面,也就(jiu)是對各類污(wu)染(ran)物(wu)排放活動的(de)監(jian)測(ce),而今后,環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)的(de)范疇將大(da)幅度(du)拓寬。
除了六大內涵(han),我們還(huan)看到了九大外延(yan),也就是對森林、草原(yuan)、濕地(di)(di)、荒漠、河湖、海洋(yang)、農田、城市(shi)和鄉村等(deng)(deng)生態(tai)狀況的(de)(de)監(jian)測,包(bao)括對大氣、地(di)(di)表水(shui)、地(di)(di)下水(shui)、海水(shui)、土壤、聲、光、熱(re)、生物(wu)(wu)、振(zhen)動、輻射、溫室氣體(ti)等(deng)(deng)環(huan)境(jing)(jing)要素質量的(de)(de)監(jian)測。顯而易見,未來(lai)生態(tai)環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測高新(xin)技術、先進裝備的(de)(de)研究(jiu)、開(kai)發應用和推廣,新(xin)型污(wu)染(ran)物(wu)(wu)、應對新(xin)興環(huan)境(jing)(jing)問題(ti)和履(lv)行國際環(huan)境(jing)(jing)公(gong)約涉及(ji)污(wu)染(ran)物(wu)(wu)的(de)(de)研究(jiu)性監(jian)測將有更多(duo)突破和發展。
環(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測網絡的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)完善,監(jian)(jian)測對(dui)象和適(shi)用范圍的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)豐富,將推動物聯網、傳感器、區(qu)塊鏈、人工(gong)智能(neng)等新技(ji)術(shu)在(zai)監(jian)(jian)測檢(jian)測業務中(zhong)的(de)(de)(de)應用,一批(pi)生(sheng)態環(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測創新示范基(ji)地有(you)望建立,具有(you)自(zi)主(zhu)知(zhi)識產權的(de)(de)(de)監(jian)(jian)測技(ji)術(shu)裝備研發和應用轉化(hua)(hua)全面(mian)加速,生(sheng)態環(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測自(zi)動化(hua)(hua)、智能(neng)化(hua)(hua)、信(xin)息(xi)化(hua)(hua)能(neng)力(li)不(bu)斷(duan)提升,為創新驅動環(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測產品的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)升級與(yu)推陳出新助(zhu)力(li)。同時我們(men)的(de)(de)(de)研發投入(ru)也(ye)在(zai)持續加大,例如在(zai)環(huan)(huan)境(jing)與(yu)健(jian)康(kang)領(ling)域,我們(men)已經(jing)對(dui)環(huan)(huan)境(jing)病理(li)性(xing)、毒理(li)性(xing)監(jian)(jian)測分析有(you)所(suo)布局。