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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 瀏覽(lan)量:401

聚光科技(杭州)股份有限公司總經理(li)孫越

  中國環境報:臭氧逐漸上升為僅次(ci)于PM2.5的(de)(de)影響優良(liang)天數的(de)(de)重(zhong)(zhong)要因素,今年夏(xia)季,在新(xin)冠肺炎疫情防(fang)(fang)控常態(tai)化形(xing)勢(shi)下(xia),生態(tai)環境部門(men)開展臭氧污染防(fang)(fang)治監督幫扶攻堅行(xing)動,越來(lai)越倚重(zhong)(zhong)新(xin)一代信息(xi)化技術(shu)的(de)(de)參與。在臭氧監測領(ling)域,有(you)哪些高新(xin)技術(shu)手段出現?


  孫越:臭氧污染防治工作的艱巨性和復雜性,亟(ji)需(xu)監測科技力量的支持。


  臭氧污染具有(you)明顯的復合型,其成因非常(chang)復雜,涉(she)及(ji)氮氧化物(NOx)和揮發(fa)性(xing)有(you)機物(VOCs)的排放,還與氣象條件、地理環境,比(bi)如氣溫、光照、濕度、氣壓、風速、風向都有(you)關系(xi)。


  因(yin)(yin)此,我們不僅要監(jian)測臭(chou)氧(yang)的(de)濃度,更(geng)要研(yan)究它(ta)的(de)生成機理(li),測出(chu)導致(zhi)臭(chou)氧(yang)污(wu)染(ran)的(de)各個因(yin)(yin)素的(de)貢(gong)獻率。以此為(wei)出(chu)發(fa)點,我們設(she)計了一系(xi)列參與臭(chou)氧(yang)生成光化學反應的(de)常規污(wu)染(ran)物、特(te)征污(wu)染(ran)物監(jian)測指標(biao),這些監(jian)測不僅指向區域,甚至能鎖(suo)定污(wu)染(ran)行業(ye)、企業(ye)、工藝。


  目前(qian)大家可以看到(dao)的(de)臭氧污染(ran)監測,除固定(ding)站(zhan)外,已經(jing)增加了大氣環境(jing)走(zou)航監測車。大部分走(zou)航車功能(neng)還(huan)比(bi)較簡單,僅僅是監測VOCs,主要作用是定(ding)位 VOCs超標(biao)的(de)點(dian)位,從而識別來源(yuan)。

  在(zai)此基礎(chu)上(shang),聚光(guang)科技提出了協同(tong)走(zou)航監(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)概念(nian),也就(jiu)是(shi)同(tong)時(shi)監(jian)測(ce)(ce)(ce) VOCs、NOx、臭(chou)氧(yang)以及PM2.5。一臺走(zou)航車協同(tong)監(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)優(you)勢在(zai)于(yu)不僅能獲知VOCs濃度(du),而(er)且(qie)通過模型演(yan)繹,計算和預測(ce)(ce)(ce)各類污(wu)染(ran)源對(dui)整個(ge)地(di)區(qu)臭(chou)氧(yang)污(wu)染(ran)的(de)貢獻,全面(mian)、精準、實時(shi)、定(ding)性、定(ding)量地(di)診斷區(qu)域污(wu)染(ran)狀況。有效改善了過去雖然監(jian)測(ce)(ce)(ce)到單(dan)一污(wu)染(ran)物的(de)濃度(du),但還是(shi)無法判斷污(wu)染(ran)源究竟(jing)是(shi)誰,以及它與片區(qu)臭(chou)氧(yang)濃度(du)究竟(jing)關聯(lian)性有多大的(de)被動局(ju)面(mian)。


  我們(men)試圖(tu)通(tong)(tong)過(guo)這(zhe)樣的(de)監(jian)測和模型計算(suan),對(dui)一(yi)個(ge)地(di)區(qu)的(de)臭(chou)氧(yang)污(wu)染成因(yin)精準畫像,什么時間生成,哪個(ge)時段(duan)濃度最高,哪些(xie)因(yin)子(zi)較活(huo)躍(yue),是(shi)哪些(xie)行業導致的(de)……當然,一(yi)個(ge)城市的(de)臭(chou)氧(yang)不僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)來自于(yu)本地(di),還(huan)有外(wai)源輸入(ru)。對(dui)此,我們(men)也有一(yi)個(ge)監(jian)測指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過(guo)氧(yang)乙酰硝酸酯)是(shi)由大氣中部分VOCs和NOx進(jin)行光(guang)(guang)化學(xue)反應而生成的(de),是(shi)一(yi)種(zhong)重要(yao)的(de)二次污(wu)染物,聚光(guang)(guang)科技(ji)PANs在線監(jian)測系統就是(shi)針對(dui)它。通(tong)(tong)過(guo)這(zhe)一(yi)監(jian)測,能(neng)迅速分析出(chu)臭(chou)氧(yang)污(wu)染是(shi)外(wai)源輸入(ru)還(huan)是(shi)本地(di)源造(zao)成的(de)。


  這些圍繞(rao)VOCs的(de)監測,除(chu)了因為它通(tong)過光照與NOx發生(sheng)反(fan)應(ying)(ying)后生(sheng)產臭氧(yang)(yang),也(ye)源(yuan)于它與空氣中(zhong)的(de)氧(yang)(yang)化劑(ji)、硝(xiao)酸(suan)等發生(sheng)氧(yang)(yang)化、吸附、凝(ning)結反(fan)應(ying)(ying)會生(sheng)成二次有(you)機顆粒(li)物,也(ye)就(jiu)是我們熟(shu)知的(de)PM2.5。監測分(fen)析VOCs就(jiu)把(ba)臭氧(yang)(yang)防(fang)治和PM2.5防(fang)治兩項任務協同起來了,也(ye)就(jiu)是既要扭轉臭氧(yang)(yang)污(wu)(wu)染升(sheng)高態勢,還要保持PM2.5污(wu)(wu)染持續下(xia)降。


  我們的走航車同時(shi)開展VOCs+大氣常規六參(can)數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監(jian)測(ce)工(gong)作,再通(tong)過搭載的空氣質量模(mo)型,分(fen)析(xi)本地(di)生成和外部(bu)傳輸臭(chou)氧(yang)前(qian)(qian)體(ti)物與(yu)臭(chou)氧(yang)的占比,獲得各(ge)地(di)區各(ge)類污染源排(pai)放對受體(ti)點環境(jing)臭(chou)氧(yang)濃度的貢獻。當得到(dao)環境(jing)中臭(chou)氧(yang)濃度與(yu)其生成前(qian)(qian)體(ti)物排(pai)放之間的定量關系(xi)后,還可以(yi)以(yi)此為依據開展減排(pai)效果評估(gu)。


  這些復雜(za)的(de)(de)源解析模型和擴散(san)模型、預警(jing)模型都需要人工(gong)智能(neng)(AI)不斷優化,讓(rang)一臺車(che)至少解決五六個方面的(de)(de)問(wen)題,大大降低了監(jian)測(ce)成本。比如(ru)除(chu)了前面講的(de)(de),PM10我們怎么辦?在走航車(che)底(di)部(bu)就有這樣的(de)(de)裝置,針(zhen)對(dui)建筑工(gong)地或者城市道路(lu)的(de)(de)道路(lu)積塵負荷,都可以做到實(shi)時監(jian)測(ce)。


  除了(le)降低(di)成本,還要提升工作效率(lv)。現在的大(da)氣(qi)走航(hang)監測(ce)車采用(yong)(yong)飛(fei)行時(shi)間質譜儀,實現秒級(ji)出數,便于(yu)快速摸清(qing)污(wu)(wu)(wu)染底數。同時(shi)與搭載的氣(qi)相(xiang)色(se)譜-質譜聯(lian)用(yong)(yong)儀(GC-MS分析儀)相(xiang)結(jie)合,輸出VOCs特征因(yin)子(zi)污(wu)(wu)(wu)染全域圖,全面摸排、定性(xing)定量診斷污(wu)(wu)(wu)染情況。


  另(ling)外,5G技術的(de)(de)應(ying)用也(ye)使走航車對(dui)污染(ran)源(yuan)的(de)(de)定位(wei)日臻(zhen)精(jing)準(zhun),已經達到厘米(mi)級(ji)(ji),如果(guo)是(shi)(shi)(shi)4G的(de)(de)話(hua),也(ye)就只(zhi)能精(jing)確到10米(mi)級(ji)(ji)。這意味著,溯(su)源(yuan)對(dui)于我(wo)(wo)們來(lai)說(shuo)不僅限于一個地區、一家企業(ye),而是(shi)(shi)(shi)可以找(zhao)到某個車間。盡管(guan)有些車間和(he)生產(chan)工藝是(shi)(shi)(shi)連(lian)續性的(de)(de),但我(wo)(wo)們在工藝段之間的(de)(de)走航能夠非常準(zhun)確地找(zhao)到無(wu)組織排放點(dian)到底是(shi)(shi)(shi)在哪個位(wei)置。伴隨著快(kuai)速定位(wei),我(wo)(wo)們還能夠進行遠程(cheng)的(de)(de)可視化管(guan)控,也(ye)就是(shi)(shi)(shi)在走航過程(cheng)中(zhong)增加了攝像(xiang)頭(tou),攝像(xiang)頭(tou)抓拍到的(de)(de)無(wu)組織排放違法行為,包括視頻、圖像(xiang),都通過5G網絡瞬時傳輸到監察人員(yuan)手(shou)中(zhong)。


  無論利用空氣質量模(mo)型對臭(chou)氧源解(jie)析(xi)和敏(min)感性進行分(fen)析(xi),對臭(chou)氧污染過(guo)程進行模(mo)擬,還是(shi)精準溯源、實(shi)時可視化監管,都是(shi)目前5G+ AI與(yu)環境監測深度(du)耦合,助力(li)我們(men)數字化轉型的例子。


  中國環境(jing)(jing)報:關于生態(tai)環境(jing)(jing)部提出(chu)的構建全流域(yu)(yu)生態(tai)質量監測一張網(wang),您怎么理解?作為環境(jing)(jing)監測行(xing)業的龍(long)頭企業,又會在水環境(jing)(jing)監測領域(yu)(yu)有(you)何布局?


  孫越:按照全流域、全要(yao)素的(de)要(yao)求系統治理水(shui)環境(jing),是當前(qian)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(yi)條河流途經不同(tong)行(xing)政轄區(qu),原本具(ju)有整體性、關聯(lian)性特征(zheng)的(de)(de)流域(yu)自然空間被行(xing)政區(qu)單元所分割管理(li),流域(yu)內各(ge)類(lei)資源、各(ge)個(ge)因素(su)相互(hu)影響(xiang)、相互(hu)促(cu)進、相互(hu)約束(shu),共同(tong)構成統(tong)一(yi)的(de)(de)動態平(ping)衡(heng)系統(tong),因此(ci)涉水事務非(fei)常多,管理(li)部門(men)業務上相互(hu)交叉。


  把(ba)“系統(tong)治(zhi)理”“協同治(zhi)理”作(zuo)為(wei)方向指(zhi)南,對(dui)流域治(zhi)理來說(shuo)既是挑戰(zhan)也是機遇(yu)。我(wo)們以(yi)此提(ti)出“源、網(wang)、岸、排(pai)(pai)、河”五方面監測,分(fen)別(bie)對(dui)應污(wu)染源、排(pai)(pai)水管網(wang)、近水岸線、入河排(pai)(pai)污(wu)口和河道水質(zhi)。


  污(wu)染源(yuan)不僅有工(gong)業源(yuan),污(wu)水處(chu)理廠也可以(yi)當成(cheng)點源(yuan),還有農(nong)業面源(yuan),都要(yao)監測。以(yi)改善水環境(jing)、恢復水生(sheng)態治(zhi)理為主的系統性治(zhi)理將逐步(bu)成(cheng)為未來市(shi)場的發展趨勢。


  排水(shui)管網(wang)不僅要監測污水(shui)管網(wang),還有雨水(shui)管網(wang),也可能出現超標。


  管(guan)網的(de)終端就是(shi)(shi)排(pai)(pai)(pai)口(kou)。生(sheng)態(tai)環境部開展長(chang)江(jiang)入(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)整治專項(xiang)行(xing)動時就提出,往長(chang)江(jiang)里(li)排(pai)(pai)(pai)污(wu)的(de)到(dao)底(di)有多(duo)少排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou),在哪(na)里(li)排(pai)(pai)(pai),誰在排(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)什(shen)么,排(pai)(pai)(pai)多(duo)少等一(yi)(yi)系列(lie)問題。如何把入(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)這個(ge)最重要的(de)基礎性底(di)數(shu)摸清楚,也是(shi)(shi)對(dui)監測行(xing)業的(de)一(yi)(yi)場大考。首先,這個(ge)數(shu)量是(shi)(shi)非常龐大的(de)。以去(qu)年(nian)生(sheng)態(tai)環境部完(wan)成的(de)長(chang)江(jiang)流域2.4萬公里(li)岸(an)線及沿岸(an)2公里(li)區域的(de)入(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)為例,排(pai)(pai)(pai)查(cha)出長(chang)江(jiang)入(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)6萬多(duo)個(ge)。這是(shi)(shi)我們目前掌握的(de)數(shu)字,具(ju)體到(dao)每一(yi)(yi)個(ge)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou) 如何監測則涉及更復雜(za)、更多(duo)樣的(de)情況。比如,許多(duo)污(wu)染排(pai)(pai)(pai)放不是(shi)(shi)連續(xu)性的(de),如果(guo)是(shi)(shi)抽查(cha),很難監測到(dao)超標(biao)現象。


  所以說,水里的(de)問題,根(gen)源在岸上(shang),對長江沿岸的(de)重(zhong)點工(gong)業企業,我們也要全部納入(ru)日(ri)常監測,進行全過程跟蹤,實現長江沿岸區(qu)域污染源情況明、底數清(qing)。


  我(wo)們(men)發現,河(he)流、湖(hu)泊岸線范圍不明,功能界定不清,部分河(he)段岸線開發不合理,也會嚴(yan)重破壞河(he)流生態環境。比如用河(he)道兩側兩公里保(bao)護范圍的(de)這把(ba)“綠色標尺”去衡量,涉及(ji)到的(de)監測對象包(bao)括沿河化工企業的(de)排污(wu),建筑(zhu)垃圾生活垃圾等(deng)固(gu)體廢(fei)物(wu)堆存(cun)產(chan)生的(de)滲濾液廢(fei)水。


  岸線(xian)的(de)管控也(ye)是非常(chang)重要,最終回歸到水體(ti)本身。除了水質監測,還有很(hen)多外延,比(bi)如非法(fa)采砂、非法(fa)養殖(zhi)、非法(fa)捕撈、非法(fa)傾倒廢棄物等。試想如果長江(jiang)沿岸密集安裝攝像(xiang)頭,那么海量的(de)監控錄像(xiang)由誰(shui)來甄別鑒定?

  

      查(cha)看監控視頻是(shi)工作量巨大且效率低下的事情,靠人力幾(ji)乎難以解決。如何(he)真正節(jie)約人力和(he)成本,提高(gao)效率和(he)正確率?


  這(zhe)就要依(yi)靠視(shi)覺AI技術。對人類(lei)而言,70%~80%的(de)信息獲取(qu)來自視(shi)覺,但(dan)人類(lei)長(chang)期觀(guan)看監(jian)視(shi)錄像易喪失注(zhu)意力(li)和辨(bian)(bian)別力(li)。而我們希望讓計算機具(ju)備“從識(shi)人知物到辨(bian)(bian)識(shi)萬物”的(de)能力(li),幫助我們在環境監(jian)管中,提升處理信息的(de)效率。


  真正(zheng)的(de)視頻監測(ce)可以區分人體(ti)形態(tai),車輛、船只或選定物(wu)體(ti)與所有(you)其他(ta)物(wu)體(ti)的(de)一般移動和變化,從而進行抓(zhua)取、分析、預警(jing)。隨著以改善水環境、恢復(fu)水生(sheng)(sheng)態(tai)治理(li)為主的(de)系(xi)統性(xing)治理(li)將逐步成(cheng)為未來(lai)市場(chang)的(de)發展(zhan)趨勢,我們要(yao)監測(ce)的(de)對象可以是藍藻的(de)覆蓋面積(ji)、生(sheng)(sheng)長速度、擴散情(qing)況(kuang),還有(you)水生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)多樣性(xing)情(qing)況(kuang),外(wai)來(lai)物(wu)種(zhong)對生(sheng)(sheng)態(tai)平衡的(de)破壞,甚至結合(he)電(dian)子顯微鏡監測(ce)微生(sheng)(sheng)物(wu)種(zhong)類、菌群數量(liang)。

  AI技術(shu)適(shi)用于生(sheng)物識別(bie)(bie)場景的(de)(de)預演已(yi)經在進行中,推動環境(jing)遠程監(jian)測、在線監(jian)測是繼高清化和網絡(luo)化之后的(de)(de)第三(san)次(ci)技術(shu)變革。從“看得(de)見”到“看得(de)清”再到現在的(de)(de)“看得(de)懂(dong)”,在未來必(bi)將有更(geng)多的(de)(de)AI算法(fa)、AI芯片、AI產(chan)品被應用到環境(jing)監(jian)測行業,比如對岸上、水(shui)里(li)的(de)(de)不同種(zhong)類動物,從顏色、形態、運動軌跡、三(san)維位(wei)置及尺(chi)寸(cun)信息(xi)來差(cha)異化判別(bie)(bie)它(ta)們。


  中國環境(jing)報:《生態環境(jing)監測(ce)條(tiao)例》正在加速(su)出(chu)臺,此舉將(jiang)大大推進生態環境(jing)監測(ce)的(de)(de)法治化(hua)進程(cheng)。對于公開征求意見(jian)的(de)(de)《條(tiao)例(草(cao)案)》,您怎(zen)么理解?從中可以看出(chu)哪些環境(jing)監測(ce)行(xing)業未來發(fa)展(zhan)的(de)(de)一個方向和可以突破、拓展(zhan)的(de)(de)空(kong)間?


  孫越:生(sheng)態環境監測是生(sheng)態環境保護(hu)的基礎,但過(guo)去這(zhe)項工作(zuo)的法律支(zhi)撐(cheng)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)》,我們欣喜地看到,生態(tai)環(huan)境(jing)監測(ce)的(de)定(ding)義(yi)擴展到了六大內涵,包括對環(huan)境(jing)質量、生態(tai)狀況和污(wu)染物排放及其(qi)變化趨(qu)勢的(de)采樣觀測(ce)、調查普查、遙感解譯、分(fen)析測(ce)試(shi)、評價評估、預測(ce)預報等活動。過去無論(lun)是(shi)在線分(fen)析還(huan)是(shi)實驗室(shi)分(fen)析,我們的(de)監測(ce)機構還(huan)局(ju)限在理化分(fen)析層面,也就是(shi)對各類污(wu)染物排放活動的(de)監測(ce),而(er)今后(hou),環(huan)境(jing)監測(ce)的(de)范(fan)疇(chou)將(jiang)大幅度拓(tuo)寬。


  除(chu)了(le)六大(da)(da)內(nei)涵,我們還看(kan)到了(le)九大(da)(da)外延,也(ye)就(jiu)是對森林、草原、濕地、荒漠、河湖、海(hai)洋、農田、城(cheng)市和(he)鄉村等生態狀況的監測(ce)(ce),包括對大(da)(da)氣、地表水、地下水、海(hai)水、土壤(rang)、聲、光、熱、生物(wu)、振動(dong)、輻射(she)、溫室氣體等環(huan)境(jing)(jing)要素質量(liang)的監測(ce)(ce)。顯而易見(jian),未來(lai)生態環(huan)境(jing)(jing)監測(ce)(ce)高(gao)新(xin)技(ji)術、先進裝備的研(yan)究、開(kai)發(fa)應(ying)用(yong)和(he)推廣(guang),新(xin)型污染物(wu)、應(ying)對新(xin)興環(huan)境(jing)(jing)問題(ti)和(he)履行國際環(huan)境(jing)(jing)公約涉及污染物(wu)的研(yan)究性監測(ce)(ce)將有(you)更多突破和(he)發(fa)展。


  環境(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)網(wang)絡的不斷完(wan)善(shan),監(jian)測(ce)(ce)(ce)對(dui)象和適用范圍的不斷豐富,將推動(dong)(dong)物聯網(wang)、傳(chuan)感器(qi)、區塊鏈、人(ren)工智能等(deng)新(xin)(xin)技(ji)術在(zai)監(jian)測(ce)(ce)(ce)檢測(ce)(ce)(ce)業務(wu)中的應用,一(yi)批生(sheng)態環境(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)創(chuang)新(xin)(xin)示范基(ji)地有望(wang)建立(li),具有自主知(zhi)識(shi)產(chan)權的監(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術裝備(bei)研(yan)發(fa)和應用轉化全(quan)面加速,生(sheng)態環境(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)自動(dong)(dong)化、智能化、信息化能力不斷提(ti)升,為(wei)創(chuang)新(xin)(xin)驅動(dong)(dong)環境(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)產(chan)品(pin)的不斷升級與(yu)推陳(chen)出新(xin)(xin)助力。同時我(wo)們(men)(men)的研(yan)發(fa)投入也在(zai)持續(xu)加大,例如在(zai)環境(jing)與(yu)健(jian)康領域,我(wo)們(men)(men)已經對(dui)環境(jing)病理性、毒理性監(jian)測(ce)(ce)(ce)分析有所(suo)布局(ju)。



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