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中國環(huan)境(jing)報:臭氧逐漸上(shang)升為(wei)僅次(ci)于PM2.5的影響優良天數的重要因素,今(jin)年夏季,在(zai)新(xin)冠(guan)肺炎疫情防控常態化(hua)形勢下,生態環(huan)境(jing)部門開展臭氧污染防治(zhi)監(jian)督幫扶攻堅行動,越(yue)來越(yue)倚重新(xin)一代信息化(hua)技(ji)術的參與。在(zai)臭氧監(jian)測領域,有哪些高新(xin)技(ji)術手段出(chu)現?
孫越:臭氧污染防(fang)治工作(zuo)的艱巨性(xing)和復雜性(xing),亟需監(jian)測科技力(li)量的支持。
臭氧污染具有(you)明顯的(de)復(fu)合型,其(qi)成因非(fei)常復(fu)雜,涉(she)及氮氧化(hua)物(wu)(NOx)和揮發性有(you)機物(wu)(VOCs)的(de)排(pai)放,還與氣(qi)(qi)象條件、地(di)理環境,比如(ru)氣(qi)(qi)溫、光照、濕度、氣(qi)(qi)壓、風速、風向都有(you)關系(xi)。
因此(ci),我(wo)們不僅(jin)要監(jian)測(ce)臭氧(yang)的濃度,更(geng)要研究它的生(sheng)成機理(li),測(ce)出(chu)導(dao)致臭氧(yang)污染的各(ge)個因素的貢獻率。以此(ci)為出(chu)發(fa)點,我(wo)們設計了一(yi)系(xi)列參與臭氧(yang)生(sheng)成光化學反應的常規污染物(wu)、特(te)征污染物(wu)監(jian)測(ce)指標,這(zhe)些(xie)監(jian)測(ce)不僅(jin)指向(xiang)區域,甚至能鎖定污染行業、企業、工藝。
目前大(da)家可以看到的臭氧污(wu)染(ran)監(jian)測,除(chu)固定站外,已(yi)經增加(jia)了大(da)氣環境(jing)走航監(jian)測車。大(da)部分走航車功(gong)能還比較(jiao)簡單,僅(jin)僅(jin)是(shi)監(jian)測VOCs,主要作(zuo)用是(shi)定位 VOCs超標的點位,從而識別來(lai)源。
在(zai)此基礎(chu)上,聚光科技(ji)提出了協同走航監(jian)測(ce)的(de)(de)(de)概念,也就是(shi)同時(shi)監(jian)測(ce) VOCs、NOx、臭氧(yang)以(yi)及(ji)PM2.5。一臺走航車協同監(jian)測(ce)的(de)(de)(de)優勢在(zai)于不(bu)僅能獲知(zhi)VOCs濃度,而且通過模型演繹,計算和預測(ce)各(ge)類污染(ran)(ran)(ran)源(yuan)對整(zheng)個(ge)地區(qu)臭氧(yang)污染(ran)(ran)(ran)的(de)(de)(de)貢獻,全(quan)面(mian)、精準、實時(shi)、定(ding)性(xing)、定(ding)量地診斷區(qu)域污染(ran)(ran)(ran)狀況(kuang)。有效改善(shan)了過去(qu)雖然監(jian)測(ce)到單一污染(ran)(ran)(ran)物的(de)(de)(de)濃度,但還是(shi)無法判斷污染(ran)(ran)(ran)源(yuan)究竟是(shi)誰,以(yi)及(ji)它與片(pian)區(qu)臭氧(yang)濃度究竟關聯性(xing)有多大的(de)(de)(de)被動局面(mian)。
我們(men)試(shi)圖通過(guo)這樣的監測和模型計算,對一個(ge)地(di)區的臭氧污(wu)染成(cheng)(cheng)因精準(zhun)畫(hua)像,什么時間生(sheng)成(cheng)(cheng),哪(na)個(ge)時段濃(nong)度最高,哪(na)些(xie)因子較活躍,是哪(na)些(xie)行業導致的……當然,一個(ge)城(cheng)市的臭氧不僅僅來自于(yu)本地(di),還有外(wai)源輸入。對此,我們(men)也有一個(ge)監測指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過(guo)氧乙酰硝(xiao)酸酯)是由大氣中(zhong)部分(fen)VOCs和NOx進(jin)行光化學反(fan)應而生(sheng)成(cheng)(cheng)的,是一種重要的二次污(wu)染物,聚光科技PANs在線監測系統(tong)就是針對它。通過(guo)這一監測,能迅速(su)分(fen)析出(chu)臭氧污(wu)染是外(wai)源輸入還是本地(di)源造成(cheng)(cheng)的。
這些圍(wei)繞VOCs的監測,除(chu)了因為它(ta)通(tong)過光照(zhao)與(yu)NOx發(fa)生(sheng)(sheng)反(fan)應后生(sheng)(sheng)產臭(chou)氧(yang),也源于它(ta)與(yu)空氣中的氧(yang)化劑、硝酸等(deng)發(fa)生(sheng)(sheng)氧(yang)化、吸附、凝結反(fan)應會生(sheng)(sheng)成二次(ci)有機(ji)顆粒物,也就是我們熟知的PM2.5。監測分析VOCs就把(ba)臭(chou)氧(yang)防治(zhi)和PM2.5防治(zhi)兩(liang)項任務協同(tong)起來了,也就是既(ji)要(yao)扭(niu)轉臭(chou)氧(yang)污染(ran)升高態勢(shi),還(huan)要(yao)保(bao)持PM2.5污染(ran)持續下降(jiang)。
我們的(de)走航車同(tong)時(shi)開展(zhan)VOCs+大氣(qi)常規(gui)六(liu)參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監(jian)測工作,再通過(guo)搭(da)載的(de)空(kong)氣(qi)質量模(mo)型,分(fen)析本(ben)地(di)(di)生成和外(wai)部傳輸(shu)臭(chou)氧(yang)前(qian)體(ti)(ti)物與臭(chou)氧(yang)的(de)占(zhan)比,獲得各地(di)(di)區(qu)各類污染(ran)源排放對受體(ti)(ti)點環境臭(chou)氧(yang)濃(nong)度的(de)貢獻(xian)。當得到環境中臭(chou)氧(yang)濃(nong)度與其生成前(qian)體(ti)(ti)物排放之間的(de)定量關系(xi)后,還(huan)可(ke)以(yi)以(yi)此為依(yi)據開展(zhan)減排效果評(ping)估。
這些(xie)復雜(za)的源解(jie)析模(mo)型和擴散模(mo)型、預警模(mo)型都(dou)需要人工智能(neng)(AI)不斷(duan)優化,讓(rang)一臺車至少解(jie)決五六個方面的問(wen)題,大大降低了監測成本。比(bi)如(ru)除了前面講的,PM10我(wo)們怎么辦?在走航車底部就(jiu)有這樣的裝置,針對建筑工地或者城市道(dao)路的道(dao)路積塵負荷,都(dou)可以做到實(shi)時監測。
除了降低(di)成本,還要提升工作效率。現在的大氣(qi)走航監測車采用(yong)(yong)飛(fei)行時(shi)間質(zhi)(zhi)譜儀(yi),實現秒(miao)級出數(shu),便(bian)于快速摸清(qing)污染底數(shu)。同時(shi)與(yu)搭載的氣(qi)相(xiang)色(se)譜-質(zhi)(zhi)譜聯用(yong)(yong)儀(yi)(GC-MS分析儀(yi))相(xiang)結合,輸(shu)出VOCs特征因子(zi)污染全域(yu)圖,全面(mian)摸排、定(ding)(ding)性定(ding)(ding)量診斷污染情(qing)況。
另外(wai),5G技術(shu)的應用也使走航車(che)(che)對污染源的定(ding)位(wei)(wei)(wei)日臻精準(zhun),已經達到厘米級,如果(guo)是(shi)4G的話,也就只能(neng)精確到10米級。這意味著,溯源對于(yu)我們(men)來說不(bu)僅限于(yu)一個(ge)地區、一家(jia)企業,而是(shi)可(ke)以(yi)找到某個(ge)車(che)(che)間(jian)。盡管有些車(che)(che)間(jian)和生產工(gong)藝(yi)是(shi)連續性(xing)的,但我們(men)在工(gong)藝(yi)段之間(jian)的走航能(neng)夠(gou)非常準(zhun)確地找到無(wu)組織排放點到底是(shi)在哪個(ge)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)。伴(ban)隨著快速定(ding)位(wei)(wei)(wei),我們(men)還(huan)能(neng)夠(gou)進行遠程的可(ke)視(shi)化管控(kong),也就是(shi)在走航過(guo)程中(zhong)增加了攝像(xiang)頭(tou),攝像(xiang)頭(tou)抓拍到的無(wu)組織排放違(wei)法行為,包(bao)括視(shi)頻、圖(tu)像(xiang),都(dou)通過(guo)5G網絡瞬時傳輸到監察人(ren)員手(shou)中(zhong)。
無論利用空氣質量模(mo)型對臭(chou)氧源解(jie)析和(he)敏感性(xing)進行分析,對臭(chou)氧污染(ran)過程進行模(mo)擬,還是精準溯源、實時可(ke)視化監(jian)管(guan),都是目前5G+ AI與環(huan)境監(jian)測深度耦合,助力我們(men)數(shu)字化轉型的例子。
中國環境(jing)報:關于生(sheng)態(tai)環境(jing)部提出的(de)(de)構建全流域(yu)生(sheng)態(tai)質量監測(ce)(ce)一張網,您怎么理解?作(zuo)為環境(jing)監測(ce)(ce)行(xing)業的(de)(de)龍頭企(qi)業,又會在水(shui)環境(jing)監測(ce)(ce)領域(yu)有何布局(ju)?
孫越:按照全(quan)流(liu)域、全(quan)要素的(de)要求系(xi)統治理(li)水(shui)環境,是當前的(de)新(xin)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)(yi)條河流(liu)(liu)途(tu)經不同(tong)行政轄區,原本具有整(zheng)體性、關聯性特征的(de)流(liu)(liu)域自然空間被行政區單元所分割管理,流(liu)(liu)域內各類資源、各個因素(su)相互影響、相互促進、相互約(yue)束,共(gong)同(tong)構成統一(yi)(yi)的(de)動態(tai)平衡(heng)系統,因此涉水事務非常多,管理部門業務上(shang)相互交叉。
把(ba)“系統治(zhi)理”“協同治(zhi)理”作(zuo)為方向指南,對(dui)流域治(zhi)理來說既是(shi)挑戰也是(shi)機遇。我們以此提出“源、網、岸、排(pai)、河”五方面監(jian)測(ce),分(fen)別對(dui)應污染源、排(pai)水(shui)管網、近水(shui)岸線、入河排(pai)污口和河道水(shui)質。
污染源不僅(jin)有(you)工業(ye)源,污水處理(li)廠也可以當成(cheng)(cheng)點(dian)源,還有(you)農(nong)業(ye)面源,都(dou)要監測。以改善水環(huan)境(jing)、恢復水生態治(zhi)理(li)為主的(de)系統性治(zhi)理(li)將逐步成(cheng)(cheng)為未(wei)來市場(chang)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢。
排水管(guan)網不僅要監測污水管(guan)網,還有(you)雨水管(guan)網,也可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)超標(biao)。
管網(wang)的(de)(de)(de)終端就是(shi)排口(kou)。生態(tai)環境部開展長(chang)(chang)江(jiang)入(ru)河排污(wu)(wu)口(kou)排查(cha)整治專項行動時就提出,往長(chang)(chang)江(jiang)里排污(wu)(wu)的(de)(de)(de)到(dao)底有多(duo)(duo)少排污(wu)(wu)口(kou),在哪里排,誰(shui)在排,排什么,排多(duo)(duo)少等一(yi)(yi)系列(lie)問(wen)題。如何把入(ru)河排污(wu)(wu)口(kou)這個(ge)(ge)最重要(yao)的(de)(de)(de)基礎(chu)性(xing)底數(shu)摸清楚(chu),也是(shi)對監測行業(ye)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)場大考。首先,這個(ge)(ge)數(shu)量是(shi)非常龐大的(de)(de)(de)。以去年生態(tai)環境部完成的(de)(de)(de)長(chang)(chang)江(jiang)流(liu)域2.4萬公里岸(an)線及沿岸(an)2公里區域的(de)(de)(de)入(ru)河排污(wu)(wu)口(kou)排查(cha)為例,排查(cha)出長(chang)(chang)江(jiang)入(ru)河排污(wu)(wu)口(kou)6萬多(duo)(duo)個(ge)(ge)。這是(shi)我(wo)們目(mu)前(qian)掌握的(de)(de)(de)數(shu)字,具體到(dao)每(mei)一(yi)(yi)個(ge)(ge)排污(wu)(wu)口(kou) 如何監測則涉(she)及更復(fu)雜(za)、更多(duo)(duo)樣的(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)。比如,許多(duo)(duo)污(wu)(wu)染排放不是(shi)連(lian)續性(xing)的(de)(de)(de),如果是(shi)抽查(cha),很難(nan)監測到(dao)超標現象(xiang)。
所(suo)以(yi)說,水(shui)里的問題,根源在(zai)岸(an)(an)上(shang),對長江沿(yan)岸(an)(an)的重點工業(ye)企(qi)業(ye),我們也要全部納入日(ri)常監測,進行(xing)全過(guo)程跟蹤,實現長江沿(yan)岸(an)(an)區域(yu)污(wu)染源情況(kuang)明、底數(shu)清。
我(wo)們發現,河(he)流(liu)、湖泊岸線范(fan)圍不明,功(gong)能(neng)界定不清(qing),部分河(he)段岸線開發不合理,也(ye)會嚴重(zhong)破(po)壞河(he)流(liu)生態環境。比如用(yong)河(he)道兩側兩公里(li)保(bao)護范圍的這(zhe)把“綠色標尺”去(qu)衡(heng)量(liang),涉(she)及到的監測對象包括沿(yan)河化工企業的排污,建筑垃圾生活垃圾等固體廢物(wu)堆存(cun)產(chan)生的滲濾液廢水。
岸線(xian)的管(guan)控(kong)也(ye)是非(fei)常重要,最(zui)終(zhong)回歸(gui)到水(shui)體本身。除了(le)水(shui)質(zhi)監(jian)測(ce),還(huan)有很多(duo)外延,比如非(fei)法采砂、非(fei)法養殖、非(fei)法捕撈、非(fei)法傾倒廢棄物等。試(shi)想如果長江沿岸密集安裝(zhuang)攝像頭,那么海(hai)量的監(jian)控(kong)錄(lu)像由誰來(lai)甄別鑒定?
查看(kan)監控視頻是工作(zuo)量(liang)巨(ju)大且效率(lv)低下的事情,靠人力幾乎(hu)難以解決。如何真(zhen)正節(jie)約人力和成本,提高效率(lv)和正確率(lv)?
這就(jiu)要依(yi)靠視(shi)覺AI技術(shu)。對人(ren)類(lei)(lei)而(er)言,70%~80%的信(xin)息(xi)獲(huo)取來(lai)自視(shi)覺,但人(ren)類(lei)(lei)長期(qi)觀看監視(shi)錄像易喪失注意力(li)和辨別力(li)。而(er)我們(men)希望讓(rang)計(ji)算機具備“從識人(ren)知物到辨識萬物”的能力(li),幫助(zhu)我們(men)在環境監管中,提升(sheng)處(chu)理信(xin)息(xi)的效(xiao)率。
真正的(de)(de)(de)視頻監測(ce)可(ke)以區(qu)分人體形態,車輛、船只或選定物(wu)體與(yu)所(suo)有(you)其他(ta)物(wu)體的(de)(de)(de)一般(ban)移動和變(bian)化,從而進(jin)行抓取、分析、預警。隨著以改善水(shui)環(huan)境、恢復水(shui)生(sheng)(sheng)態治理為(wei)主的(de)(de)(de)系統(tong)性(xing)治理將逐(zhu)步成為(wei)未(wei)來市場的(de)(de)(de)發展趨勢,我們(men)要監測(ce)的(de)(de)(de)對象(xiang)可(ke)以是藍藻的(de)(de)(de)覆蓋(gai)面積、生(sheng)(sheng)長速(su)度、擴(kuo)散情(qing)況,還有(you)水(shui)生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)多樣(yang)性(xing)情(qing)況,外(wai)來物(wu)種(zhong)對生(sheng)(sheng)態平衡的(de)(de)(de)破壞,甚至結(jie)合(he)電子顯(xian)微(wei)鏡監測(ce)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)種(zhong)類、菌群數(shu)量。
AI技術適用于(yu)生(sheng)物(wu)識別(bie)場景(jing)的(de)(de)預演已經在進(jin)行中,推動環(huan)境遠程監(jian)測、在線監(jian)測是繼高清(qing)化(hua)(hua)和網絡化(hua)(hua)之(zhi)后的(de)(de)第三(san)次技術變革。從“看得(de)見”到“看得(de)清(qing)”再到現在的(de)(de)“看得(de)懂”,在未來必將有(you)更多(duo)的(de)(de)AI算法(fa)、AI芯(xin)片、AI產品被(bei)應用到環(huan)境監(jian)測行業,比如(ru)對岸上、水里的(de)(de)不同種類動物(wu),從顏色、形態(tai)、運動軌跡(ji)、三(san)維位置及尺寸(cun)信息來差異(yi)化(hua)(hua)判別(bie)它們。
中國(guo)環(huan)(huan)境報:《生態環(huan)(huan)境監測(ce)條例(li)》正在加速(su)出臺,此舉將大(da)大(da)推進生態環(huan)(huan)境監測(ce)的法治化進程。對于公開征求意(yi)見的《條例(li)(草案)》,您怎么(me)理解?從中可以看出哪些環(huan)(huan)境監測(ce)行業(ye)未(wei)來發展(zhan)的一(yi)個方向(xiang)和可以突破、拓展(zhan)的空間(jian)?
孫越:生(sheng)(sheng)態環境(jing)監(jian)測是(shi)生(sheng)(sheng)態環境(jing)保護的基礎,但過去這項工作的法律(lv)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(guo)《條例(草(cao)案)》,我們(men)欣喜地看(kan)到(dao),生(sheng)態環境(jing)監測的(de)定義擴展到(dao)了六大(da)內涵,包括(kuo)對(dui)環境(jing)質量(liang)、生(sheng)態狀況和污染物排放及其(qi)變(bian)化趨(qu)勢的(de)采樣觀測、調查普查、遙感解譯、分析(xi)測試(shi)、評價評估、預(yu)測預(yu)報等(deng)活動(dong)。過(guo)去無論是(shi)在線分析(xi)還是(shi)實驗室(shi)分析(xi),我們(men)的(de)監測機構(gou)還局限在理化分析(xi)層面,也就是(shi)對(dui)各類污染物排放活動(dong)的(de)監測,而(er)今后,環境(jing)監測的(de)范疇將大(da)幅度拓寬。
除了六大內(nei)涵,我們還看到(dao)了九(jiu)大外(wai)延,也就是對森林、草原、濕地、荒漠、河湖、海(hai)洋(yang)、農田、城市和(he)鄉(xiang)村等生(sheng)態狀況的監(jian)測(ce),包括(kuo)對大氣(qi)、地表水、地下水、海(hai)水、土壤(rang)、聲(sheng)、光、熱、生(sheng)物(wu)、振動、輻射(she)、溫室氣(qi)體等環(huan)境(jing)(jing)要(yao)素質量的監(jian)測(ce)。顯而易見,未來生(sheng)態環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)高新技(ji)術、先進裝備的研(yan)究、開發應用和(he)推廣,新型污(wu)(wu)染物(wu)、應對新興環(huan)境(jing)(jing)問(wen)題(ti)和(he)履行國際環(huan)境(jing)(jing)公約涉及污(wu)(wu)染物(wu)的研(yan)究性監(jian)測(ce)將有更多(duo)突破和(he)發展。
環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)網(wang)絡的(de)(de)不(bu)斷完善,監(jian)(jian)測(ce)對象和適用范圍的(de)(de)不(bu)斷豐富,將推動(dong)物聯網(wang)、傳感器、區塊鏈、人工智能(neng)等新(xin)技術(shu)在(zai)監(jian)(jian)測(ce)檢(jian)測(ce)業務中的(de)(de)應用,一批生(sheng)態環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)創新(xin)示(shi)范基地有望建(jian)立,具有自(zi)主知識產(chan)權的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce)技術(shu)裝備研(yan)發和應用轉化(hua)全面加速,生(sheng)態環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)自(zi)動(dong)化(hua)、智能(neng)化(hua)、信息化(hua)能(neng)力不(bu)斷提升,為創新(xin)驅(qu)動(dong)環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)產(chan)品的(de)(de)不(bu)斷升級與推陳出新(xin)助(zhu)力。同時我(wo)(wo)們的(de)(de)研(yan)發投入也在(zai)持續加大,例如在(zai)環(huan)境與健(jian)康領域(yu),我(wo)(wo)們已經對環(huan)境病理(li)性(xing)、毒理(li)性(xing)監(jian)(jian)測(ce)分析(xi)有所(suo)布局。