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中國環境報:臭(chou)(chou)氧(yang)(yang)逐漸上升為僅次(ci)于PM2.5的影(ying)響(xiang)優(you)良天數(shu)的重要因素(su),今年(nian)夏季(ji),在新冠肺炎疫情防控常(chang)態化(hua)形勢下,生(sheng)態環境部門開(kai)展臭(chou)(chou)氧(yang)(yang)污染防治監(jian)(jian)督幫(bang)扶(fu)攻堅行動(dong),越(yue)來越(yue)倚重新一代信(xin)息化(hua)技術(shu)的參(can)與。在臭(chou)(chou)氧(yang)(yang)監(jian)(jian)測領域(yu),有哪些高新技術(shu)手段出現?
孫越:臭氧污染防治工(gong)作的(de)艱巨性和復雜性,亟需監(jian)測科技力量的(de)支持。
臭氧污(wu)染具有明(ming)顯的復合(he)型,其成(cheng)因非常復雜,涉及(ji)氮氧化物(wu)(NOx)和(he)揮發性有機物(wu)(VOCs)的排放,還(huan)與氣(qi)象條(tiao)件、地理環境,比如氣(qi)溫、光照、濕(shi)度、氣(qi)壓、風(feng)速(su)、風(feng)向都(dou)有關系。
因此,我(wo)們(men)不僅要(yao)監(jian)測(ce)臭(chou)氧(yang)的(de)(de)濃度(du),更(geng)要(yao)研究它(ta)的(de)(de)生成機理,測(ce)出(chu)導(dao)致臭(chou)氧(yang)污(wu)(wu)染的(de)(de)各個因素的(de)(de)貢(gong)獻率。以(yi)此為出(chu)發點,我(wo)們(men)設計了一(yi)系(xi)列參與(yu)臭(chou)氧(yang)生成光(guang)化學反應的(de)(de)常規污(wu)(wu)染物、特(te)征污(wu)(wu)染物監(jian)測(ce)指標,這(zhe)些監(jian)測(ce)不僅指向區(qu)域,甚至(zhi)能鎖定污(wu)(wu)染行業(ye)、企業(ye)、工藝。
目(mu)前大家可以看到的臭氧(yang)污染監測,除(chu)固(gu)定站外,已(yi)經增加了(le)大氣環(huan)境走航監測車(che)。大部分(fen)走航車(che)功能還比較簡單(dan),僅僅是監測VOCs,主要作用是定位(wei) VOCs超標(biao)的點位(wei),從而識別來源。
在(zai)此基礎(chu)上,聚光科技提出了協(xie)同(tong)走航監(jian)測的(de)(de)(de)概(gai)念(nian),也就(jiu)是(shi)同(tong)時監(jian)測 VOCs、NOx、臭(chou)氧以及PM2.5。一(yi)臺走航車協(xie)同(tong)監(jian)測的(de)(de)(de)優勢在(zai)于不僅能獲知(zhi)VOCs濃度,而且通過(guo)模(mo)型演繹,計(ji)算和(he)預測各類污(wu)(wu)染(ran)源(yuan)(yuan)對整個地區(qu)臭(chou)氧污(wu)(wu)染(ran)的(de)(de)(de)貢獻,全面、精準(zhun)、實時、定(ding)性(xing)、定(ding)量地診斷區(qu)域(yu)污(wu)(wu)染(ran)狀況(kuang)。有效改善(shan)了過(guo)去雖然監(jian)測到單一(yi)污(wu)(wu)染(ran)物的(de)(de)(de)濃度,但(dan)還是(shi)無法(fa)判斷污(wu)(wu)染(ran)源(yuan)(yuan)究竟是(shi)誰,以及它與(yu)片(pian)區(qu)臭(chou)氧濃度究竟關聯(lian)性(xing)有多大的(de)(de)(de)被動局面。
我們試圖通過這樣的(de)(de)監(jian)測和模型(xing)計算(suan),對一(yi)(yi)個(ge)地(di)區的(de)(de)臭氧(yang)污(wu)染成因精準畫像,什么時間生成,哪個(ge)時段濃(nong)度最高,哪些因子較活躍,是(shi)(shi)哪些行業導致的(de)(de)……當然(ran),一(yi)(yi)個(ge)城(cheng)市(shi)的(de)(de)臭氧(yang)不僅(jin)僅(jin)來自于本地(di),還有外源(yuan)輸入。對此,我們也有一(yi)(yi)個(ge)監(jian)測指標(biao)——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧(yang)乙(yi)酰硝酸酯(zhi))是(shi)(shi)由大氣中(zhong)部(bu)分VOCs和NOx進(jin)行光化(hua)學反(fan)應而(er)生成的(de)(de),是(shi)(shi)一(yi)(yi)種重(zhong)要的(de)(de)二次污(wu)染物,聚光科技PANs在(zai)線監(jian)測系統就是(shi)(shi)針對它。通過這一(yi)(yi)監(jian)測,能迅速分析出臭氧(yang)污(wu)染是(shi)(shi)外源(yuan)輸入還是(shi)(shi)本地(di)源(yuan)造成的(de)(de)。
這些(xie)圍繞VOCs的監測(ce),除了(le)因為它通(tong)過光照與NOx發生反(fan)應后生產臭氧(yang),也(ye)(ye)源于它與空氣中的氧(yang)化劑(ji)、硝酸等發生氧(yang)化、吸附、凝結(jie)反(fan)應會生成二次有機顆粒物,也(ye)(ye)就(jiu)是我們熟(shu)知(zhi)的PM2.5。監測(ce)分析VOCs就(jiu)把(ba)臭氧(yang)防治和PM2.5防治兩項任務協同起(qi)來了(le),也(ye)(ye)就(jiu)是既要扭轉臭氧(yang)污(wu)染升(sheng)高態勢,還要保持(chi)PM2.5污(wu)染持(chi)續下降(jiang)。
我們的(de)(de)走航車(che)同(tong)時開展VOCs+大氣(qi)常規六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監(jian)測(ce)工作(zuo),再通(tong)過搭載的(de)(de)空氣(qi)質(zhi)量(liang)(liang)模型(xing),分析本(ben)地(di)生成和外部傳(chuan)輸臭(chou)氧(yang)前體(ti)(ti)物(wu)與臭(chou)氧(yang)的(de)(de)占(zhan)比(bi),獲得(de)各(ge)(ge)地(di)區各(ge)(ge)類(lei)污染(ran)源排(pai)放對受(shou)體(ti)(ti)點環境(jing)臭(chou)氧(yang)濃度(du)的(de)(de)貢獻。當(dang)得(de)到環境(jing)中(zhong)臭(chou)氧(yang)濃度(du)與其生成前體(ti)(ti)物(wu)排(pai)放之間的(de)(de)定量(liang)(liang)關系后,還可(ke)以以此(ci)為依據開展減排(pai)效(xiao)果評估。
這些(xie)復(fu)雜的(de)源解析模(mo)型和擴(kuo)散模(mo)型、預警模(mo)型都需要人(ren)工智(zhi)能(AI)不斷優化(hua),讓(rang)一臺車至(zhi)少解決(jue)五六個方面的(de)問(wen)題,大大降低了(le)(le)監(jian)測成(cheng)本。比如除了(le)(le)前面講的(de),PM10我們(men)怎么(me)辦?在走航車底部就有(you)這樣的(de)裝置(zhi),針對建筑工地或者城市道(dao)路(lu)的(de)道(dao)路(lu)積塵負荷,都可以做(zuo)到實時(shi)監(jian)測。
除了降低成本(ben),還要提升工作效(xiao)率。現在的(de)大氣走(zou)航監測車采用(yong)飛行時間質譜儀,實現秒級(ji)出數,便于快(kuai)速摸(mo)清污染(ran)底數。同時與搭載(zai)的(de)氣相色譜-質譜聯用(yong)儀(GC-MS分析儀)相結(jie)合,輸出VOCs特征因子污染(ran)全域圖,全面摸(mo)排、定性定量(liang)診(zhen)斷污染(ran)情況。
另(ling)外(wai),5G技術的(de)(de)(de)應(ying)用也使走(zou)(zou)航(hang)車(che)(che)對污染源的(de)(de)(de)定位日(ri)臻精準,已(yi)經達到(dao)(dao)厘米(mi)級,如果是(shi)4G的(de)(de)(de)話(hua),也就(jiu)只(zhi)能(neng)(neng)(neng)精確(que)到(dao)(dao)10米(mi)級。這意味著,溯源對于我們(men)來說不(bu)僅限于一個(ge)(ge)地區(qu)、一家企業,而是(shi)可以(yi)找到(dao)(dao)某(mou)個(ge)(ge)車(che)(che)間(jian)(jian)。盡管有些車(che)(che)間(jian)(jian)和生產工(gong)藝(yi)是(shi)連續性的(de)(de)(de),但我們(men)在(zai)工(gong)藝(yi)段(duan)之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)走(zou)(zou)航(hang)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)非常準確(que)地找到(dao)(dao)無組織(zhi)排放點到(dao)(dao)底是(shi)在(zai)哪個(ge)(ge)位置。伴隨著快速定位,我們(men)還能(neng)(neng)(neng)夠(gou)進行遠(yuan)程的(de)(de)(de)可視化管控,也就(jiu)是(shi)在(zai)走(zou)(zou)航(hang)過程中(zhong)增加(jia)了攝(she)像(xiang)頭,攝(she)像(xiang)頭抓拍到(dao)(dao)的(de)(de)(de)無組織(zhi)排放違法行為,包(bao)括視頻、圖像(xiang),都通過5G網絡瞬時傳(chuan)輸到(dao)(dao)監察人員手(shou)中(zhong)。
無論利用空氣(qi)質量模(mo)型對(dui)臭(chou)氧(yang)源解(jie)析和敏感性進(jin)行分析,對(dui)臭(chou)氧(yang)污染過程進(jin)行模(mo)擬(ni),還是(shi)精準溯(su)源、實時可(ke)視(shi)化(hua)監(jian)管,都是(shi)目前5G+ AI與環境監(jian)測深(shen)度耦合,助力我(wo)們數字化(hua)轉型的例(li)子。
中國環境(jing)報:關(guan)于生(sheng)態環境(jing)部提出(chu)的構(gou)建全流域(yu)生(sheng)態質量(liang)監(jian)測(ce)(ce)一張(zhang)網,您(nin)怎么理解?作(zuo)為環境(jing)監(jian)測(ce)(ce)行業(ye)的龍頭企業(ye),又會在(zai)水(shui)環境(jing)監(jian)測(ce)(ce)領域(yu)有何(he)布局?
孫越:按照全流域、全要(yao)素(su)的要(yao)求(qiu)系統治理水環境,是(shi)當前(qian)的新方(fang)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(tu)經不同行政轄區(qu),原本具(ju)有整體性(xing)、關(guan)聯性(xing)特征的(de)流域(yu)(yu)自然空間被(bei)行政區(qu)單(dan)元所分割管理,流域(yu)(yu)內(nei)各類資源、各個因素相互(hu)影響、相互(hu)促進、相互(hu)約束,共同構成統(tong)一的(de)動(dong)態平衡系統(tong),因此涉(she)水事(shi)務非常多,管理部門(men)業(ye)務上(shang)相互(hu)交叉(cha)。
把(ba)“系統治理(li)”“協同治理(li)”作(zuo)為方(fang)向指南,對(dui)流域治理(li)來(lai)說既是挑戰也是機遇(yu)。我們(men)以此提出“源(yuan)、網(wang)(wang)、岸、排(pai)、河”五方(fang)面監測(ce),分別對(dui)應污染(ran)源(yuan)、排(pai)水(shui)(shui)(shui)管網(wang)(wang)、近水(shui)(shui)(shui)岸線、入(ru)河排(pai)污口和河道水(shui)(shui)(shui)質。
污(wu)染源不僅有工業源,污(wu)水(shui)處理(li)廠也可以(yi)當成點源,還(huan)有農業面源,都要監測。以(yi)改(gai)善水(shui)環境、恢復水(shui)生態治理(li)為主的(de)系(xi)統性(xing)治理(li)將(jiang)逐步(bu)成為未來市場的(de)發展趨勢。
排水管網不僅要監測污水管網,還(huan)有雨水管網,也可(ke)能出現超標。
管網的(de)(de)(de)終端就是(shi)排(pai)(pai)(pai)(pai)口(kou)。生(sheng)態環(huan)境(jing)部開展長(chang)江(jiang)(jiang)入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)(pai)查(cha)整治專(zhuan)項行(xing)動(dong)時就提出(chu),往長(chang)江(jiang)(jiang)里(li)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)到底有多(duo)少(shao)(shao)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou),在哪里(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(duo)少(shao)(shao)等一系(xi)列問題。如(ru)何(he)把入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)這(zhe)(zhe)個最重要的(de)(de)(de)基礎性底數摸清楚,也(ye)是(shi)對監測(ce)行(xing)業的(de)(de)(de)一場大考。首先(xian),這(zhe)(zhe)個數量是(shi)非常龐大的(de)(de)(de)。以去年生(sheng)態環(huan)境(jing)部完(wan)成的(de)(de)(de)長(chang)江(jiang)(jiang)流域2.4萬(wan)(wan)公里(li)岸(an)線及(ji)沿岸(an)2公里(li)區域的(de)(de)(de)入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)(pai)查(cha)為(wei)例,排(pai)(pai)(pai)(pai)查(cha)出(chu)長(chang)江(jiang)(jiang)入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou)6萬(wan)(wan)多(duo)個。這(zhe)(zhe)是(shi)我(wo)們目前掌握的(de)(de)(de)數字,具(ju)體到每一個排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口(kou) 如(ru)何(he)監測(ce)則涉及(ji)更復雜、更多(duo)樣的(de)(de)(de)情況。比如(ru),許多(duo)污(wu)(wu)(wu)染排(pai)(pai)(pai)(pai)放不(bu)是(shi)連續性的(de)(de)(de),如(ru)果是(shi)抽查(cha),很難監測(ce)到超標現象。
所(suo)以說,水(shui)里的(de)問(wen)題,根源(yuan)在岸上,對(dui)長江沿(yan)岸的(de)重(zhong)點工業企業,我們也要全(quan)部納(na)入日常監測(ce),進行全(quan)過程跟(gen)蹤,實現長江沿(yan)岸區域污染(ran)源(yuan)情況明(ming)、底數清(qing)。
我們發現,河(he)(he)流(liu)、湖(hu)泊岸線范圍不明(ming),功能界定不清,部分河(he)(he)段岸線開發不合理,也會(hui)嚴(yan)重破(po)壞河(he)(he)流(liu)生態環境。比如(ru)用河(he)(he)道兩側兩公里保護范圍的(de)這把“綠色標尺”去衡(heng)量,涉(she)及到的(de)監測對象包括沿河化工企業的(de)排污,建筑垃圾生(sheng)活垃圾等固(gu)體廢(fei)物(wu)堆(dui)存(cun)產(chan)生(sheng)的(de)滲濾液廢(fei)水。
岸線的(de)管控也是非常重要(yao),最終回歸(gui)到水體(ti)本身(shen)。除(chu)了水質監測(ce),還有很多外延,比(bi)如非法采砂、非法養(yang)殖、非法捕(bu)撈、非法傾(qing)倒(dao)廢棄物(wu)等(deng)。試想如果長江沿岸密集安裝(zhuang)攝像(xiang)頭,那么海量的(de)監控錄像(xiang)由誰來甄(zhen)別鑒定?
查看監(jian)控視(shi)頻是工作量巨大且效率低下的事情(qing),靠人力幾(ji)乎(hu)難(nan)以解(jie)決。如何真(zhen)正節(jie)約人力和成本,提(ti)高效率和正確率?
這就要依(yi)靠視(shi)覺(jue)AI技術。對人類而(er)言,70%~80%的信息獲(huo)取來自視(shi)覺(jue),但人類長(chang)期觀看(kan)監視(shi)錄像易喪失(shi)注意力和(he)辨別力。而(er)我們希望(wang)讓計算機具(ju)備(bei)“從識人知物到辨識萬物”的能力,幫助我們在環境監管(guan)中,提升(sheng)處理信息的效(xiao)率。
真正的(de)視頻監測(ce)可(ke)以(yi)區分人體(ti)形態(tai)(tai)(tai),車輛、船只或選定物(wu)體(ti)與(yu)所(suo)有其他(ta)物(wu)體(ti)的(de)一般移動和(he)變化,從而進行抓(zhua)取、分析、預警。隨著以(yi)改善水(shui)環境、恢復水(shui)生態(tai)(tai)(tai)治(zhi)理為主的(de)系統性治(zhi)理將逐步(bu)成為未來市場的(de)發展趨勢,我們(men)要(yao)監測(ce)的(de)對象可(ke)以(yi)是藍藻的(de)覆蓋面(mian)積、生長速度、擴(kuo)散情(qing)況,還(huan)有水(shui)生生物(wu)的(de)多樣性情(qing)況,外來物(wu)種(zhong)對生態(tai)(tai)(tai)平(ping)衡的(de)破壞,甚至結合(he)電子(zi)顯微鏡監測(ce)微生物(wu)種(zhong)類、菌群數(shu)量。
AI技術適用(yong)(yong)于生物識別場景的預(yu)演已經在進行(xing)中,推動環(huan)境遠(yuan)程監測(ce)、在線監測(ce)是繼高清化和網絡化之后的第(di)三(san)(san)次技術變(bian)革。從“看得(de)見”到(dao)“看得(de)清”再到(dao)現在的“看得(de)懂”,在未來必將有更多的AI算法(fa)、AI芯片、AI產品(pin)被應用(yong)(yong)到(dao)環(huan)境監測(ce)行(xing)業,比如(ru)對岸上、水(shui)里的不同種類動物,從顏色(se)、形態、運(yun)動軌(gui)跡、三(san)(san)維(wei)位置及尺寸信息來差異化判(pan)別它們。
中國環境(jing)報(bao):《生態環境(jing)監(jian)測(ce)條例》正在加速(su)出臺(tai),此舉將大(da)大(da)推進生態環境(jing)監(jian)測(ce)的法治化進程(cheng)。對于(yu)公開征求意見的《條例(草案)》,您怎么理解?從中可以看出哪(na)些環境(jing)監(jian)測(ce)行業未來(lai)發展(zhan)的一個(ge)方向(xiang)和(he)可以突破、拓(tuo)展(zhan)的空間?
孫越:生態環(huan)境(jing)監測是生態環(huan)境(jing)保護的(de)基礎,但(dan)過去(qu)這項(xiang)工作的(de)法律支撐不(bu)太完(wan)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(an))》,我們欣喜地看(kan)到,生(sheng)態環境(jing)監(jian)測(ce)的(de)定義擴(kuo)展到了六(liu)大內涵,包括對(dui)環境(jing)質(zhi)量、生(sheng)態狀(zhuang)況和污染物排放(fang)及其變(bian)化趨勢(shi)的(de)采(cai)樣觀測(ce)、調查普查、遙(yao)感(gan)解譯、分析(xi)測(ce)試、評價(jia)評估、預測(ce)預報等活動。過去無論是在線分析(xi)還是實驗室分析(xi),我們的(de)監(jian)測(ce)機構還局(ju)限在理(li)化分析(xi)層面,也就是對(dui)各類污染物排放(fang)活動的(de)監(jian)測(ce),而今后,環境(jing)監(jian)測(ce)的(de)范疇將大幅(fu)度拓(tuo)寬(kuan)。
除了六大內涵(han),我們還(huan)看到了九大外(wai)延,也就是對(dui)(dui)森林、草原、濕地、荒漠、河湖、海洋、農(nong)田、城市和鄉村等生(sheng)態(tai)狀況(kuang)的(de)監測,包括對(dui)(dui)大氣、地表(biao)水、地下水、海水、土壤、聲(sheng)、光、熱、生(sheng)物(wu)(wu)、振(zhen)動、輻射、溫室氣體等環(huan)境要素質(zhi)量的(de)監測。顯(xian)而易見(jian),未來生(sheng)態(tai)環(huan)境監測高新(xin)技(ji)術、先(xian)進裝備的(de)研(yan)究(jiu)、開發應用和推廣,新(xin)型(xing)污染(ran)物(wu)(wu)、應對(dui)(dui)新(xin)興環(huan)境問題(ti)和履行國際環(huan)境公約涉及污染(ran)物(wu)(wu)的(de)研(yan)究(jiu)性監測將有更多突破和發展。
環境(jing)(jing)監(jian)測網絡的(de)(de)不斷(duan)完善,監(jian)測對象和適(shi)用范圍的(de)(de)不斷(duan)豐(feng)富,將推動物聯網、傳感器、區(qu)塊鏈、人工(gong)智能(neng)等(deng)新(xin)技(ji)術在(zai)(zai)監(jian)測檢測業務中(zhong)的(de)(de)應用,一(yi)批生態環境(jing)(jing)監(jian)測創(chuang)新(xin)示范基(ji)地有望建立,具有自(zi)主知識(shi)產(chan)權的(de)(de)監(jian)測技(ji)術裝(zhuang)備研發和應用轉(zhuan)化全面(mian)加速,生態環境(jing)(jing)監(jian)測自(zi)動化、智能(neng)化、信息化能(neng)力(li)不斷(duan)提升,為創(chuang)新(xin)驅動環境(jing)(jing)監(jian)測產(chan)品的(de)(de)不斷(duan)升級與推陳出新(xin)助力(li)。同時我們(men)(men)的(de)(de)研發投入(ru)也在(zai)(zai)持續(xu)加大,例如在(zai)(zai)環境(jing)(jing)與健康領域,我們(men)(men)已經對環境(jing)(jing)病理(li)性、毒理(li)性監(jian)測分析有所布(bu)局(ju)。