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發布時(shi)間:2020-01-14
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中國環(huan)境(jing)報:臭(chou)氧(yang)逐漸上升為僅次(ci)于PM2.5的(de)影響優良天數(shu)的(de)重要因(yin)素,今年夏季,在(zai)新冠肺炎疫情(qing)防控常態化(hua)(hua)形勢下,生態環(huan)境(jing)部門開(kai)展臭(chou)氧(yang)污染防治監督(du)幫扶攻(gong)堅行(xing)動(dong),越(yue)來越(yue)倚重新一代信(xin)息化(hua)(hua)技術的(de)參與。在(zai)臭(chou)氧(yang)監測領(ling)域,有(you)哪些高新技術手段出現(xian)?
孫越:臭氧污(wu)染防(fang)治工作(zuo)的(de)艱巨性和(he)復雜(za)性,亟需監測科(ke)技力(li)量的(de)支持。
臭氧污染具有(you)(you)明顯的復合(he)型,其成因非常復雜,涉及氮氧化物(NOx)和揮發(fa)性有(you)(you)機物(VOCs)的排放,還與氣(qi)象條件、地理環境,比(bi)如氣(qi)溫、光(guang)照、濕度、氣(qi)壓、風(feng)速、風(feng)向都有(you)(you)關系(xi)。
因(yin)此,我們(men)(men)不(bu)僅要監(jian)測(ce)臭(chou)氧的(de)濃(nong)度,更要研(yan)究它的(de)生成機理(li),測(ce)出導致臭(chou)氧污染(ran)的(de)各個因(yin)素(su)的(de)貢獻率。以此為(wei)出發點,我們(men)(men)設計了一系列參與臭(chou)氧生成光(guang)化學反應的(de)常規污染(ran)物(wu)、特征(zheng)污染(ran)物(wu)監(jian)測(ce)指標,這些監(jian)測(ce)不(bu)僅指向區域,甚至能鎖定污染(ran)行業、企業、工藝。
目前(qian)大家(jia)可以看到的臭氧污染監測(ce),除固定站(zhan)外,已經增加了大氣(qi)環(huan)境走航(hang)監測(ce)車。大部分走航(hang)車功(gong)能(neng)還比較簡單(dan),僅(jin)僅(jin)是監測(ce)VOCs,主要作用是定位 VOCs超標的點位,從而識別來源。
在(zai)此基(ji)礎上,聚光科技提出了協(xie)同(tong)走(zou)航監(jian)測的(de)(de)概念,也就是(shi)同(tong)時監(jian)測 VOCs、NOx、臭氧以及(ji)PM2.5。一臺走(zou)航車協(xie)同(tong)監(jian)測的(de)(de)優勢在(zai)于(yu)不僅能獲知(zhi)VOCs濃度,而且通過模型演繹,計(ji)算(suan)和(he)預(yu)測各類污(wu)(wu)(wu)染(ran)(ran)源對整個地(di)區臭氧污(wu)(wu)(wu)染(ran)(ran)的(de)(de)貢獻(xian),全(quan)面、精(jing)準、實(shi)時、定性、定量地(di)診斷區域污(wu)(wu)(wu)染(ran)(ran)狀(zhuang)況。有效(xiao)改(gai)善了過去雖然監(jian)測到單一污(wu)(wu)(wu)染(ran)(ran)物的(de)(de)濃度,但還(huan)是(shi)無法判(pan)斷污(wu)(wu)(wu)染(ran)(ran)源究(jiu)竟是(shi)誰,以及(ji)它(ta)與片(pian)區臭氧濃度究(jiu)竟關聯性有多(duo)大(da)的(de)(de)被(bei)動(dong)局面。
我們試圖通過(guo)這樣(yang)的(de)監(jian)(jian)測(ce)和模型計算,對(dui)一(yi)(yi)個地(di)區的(de)臭(chou)氧污染(ran)成(cheng)(cheng)因精準畫像,什(shen)么時間生(sheng)成(cheng)(cheng),哪(na)個時段濃(nong)度最高,哪(na)些因子較活躍,是(shi)哪(na)些行(xing)(xing)業導致(zhi)的(de)……當(dang)然,一(yi)(yi)個城市的(de)臭(chou)氧不僅(jin)僅(jin)來自于本地(di),還有外(wai)(wai)源(yuan)輸入。對(dui)此,我們也有一(yi)(yi)個監(jian)(jian)測(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過(guo)氧乙酰(xian)硝(xiao)酸酯)是(shi)由大氣(qi)中部分VOCs和NOx進行(xing)(xing)光(guang)化學反應而生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de),是(shi)一(yi)(yi)種重(zhong)要的(de)二(er)次(ci)污染(ran)物,聚光(guang)科技PANs在(zai)線監(jian)(jian)測(ce)系統就是(shi)針對(dui)它。通過(guo)這一(yi)(yi)監(jian)(jian)測(ce),能迅(xun)速分析出臭(chou)氧污染(ran)是(shi)外(wai)(wai)源(yuan)輸入還是(shi)本地(di)源(yuan)造成(cheng)(cheng)的(de)。
這(zhe)些圍繞VOCs的監測(ce),除了(le)(le)因為它通過光照與(yu)NOx發生反(fan)應后生產臭(chou)氧(yang),也(ye)源于它與(yu)空氣中的氧(yang)化劑、硝酸(suan)等發生氧(yang)化、吸附(fu)、凝結反(fan)應會生成(cheng)二次有機顆粒物,也(ye)就是我們熟知的PM2.5。監測(ce)分析VOCs就把(ba)臭(chou)氧(yang)防治和PM2.5防治兩(liang)項任務協同起來了(le)(le),也(ye)就是既要(yao)(yao)扭轉臭(chou)氧(yang)污染(ran)升高態(tai)勢,還要(yao)(yao)保持PM2.5污染(ran)持續(xu)下降。
我們的(de)走航(hang)車同(tong)時(shi)開(kai)展(zhan)VOCs+大氣常規六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監(jian)測工(gong)作,再通過搭(da)載的(de)空(kong)氣質量(liang)模型,分(fen)析本地生成和外部傳(chuan)輸臭氧(yang)(yang)前體(ti)物與(yu)臭氧(yang)(yang)的(de)占比,獲得各(ge)地區各(ge)類(lei)污(wu)染源(yuan)排(pai)放對受體(ti)點環境臭氧(yang)(yang)濃度的(de)貢獻(xian)。當得到(dao)環境中(zhong)臭氧(yang)(yang)濃度與(yu)其(qi)生成前體(ti)物排(pai)放之間的(de)定量(liang)關系后,還可以(yi)(yi)以(yi)(yi)此(ci)為依據開(kai)展(zhan)減排(pai)效(xiao)果(guo)評估(gu)。
這(zhe)些復(fu)雜的(de)源解(jie)析模型(xing)和擴散模型(xing)、預警模型(xing)都需要人工智(zhi)能(neng)(AI)不斷(duan)優化,讓一臺車(che)至少解(jie)決五六個(ge)方面的(de)問題,大大降低了監測(ce)成本。比如除了前面講(jiang)的(de),PM10我們怎(zen)么辦(ban)?在(zai)走(zou)航車(che)底(di)部(bu)就有這(zhe)樣的(de)裝置,針對建(jian)筑工地或者城市道路(lu)的(de)道路(lu)積塵負荷(he),都可(ke)以(yi)做到(dao)實時監測(ce)。
除了降(jiang)低成(cheng)本,還(huan)要提升工作效率。現(xian)在的(de)大氣走航監測(ce)車采用飛行(xing)時間質譜儀,實現(xian)秒(miao)級出(chu)數,便于快速摸(mo)清污染底數。同時與搭載的(de)氣相色譜-質譜聯(lian)用儀(GC-MS分析儀)相結(jie)合(he),輸出(chu)VOCs特(te)征因(yin)子污染全(quan)域圖,全(quan)面(mian)摸(mo)排(pai)、定性(xing)定量診斷(duan)污染情況。
另外(wai),5G技(ji)術的(de)(de)應用也使走(zou)(zou)航(hang)車(che)對(dui)污(wu)染(ran)源(yuan)的(de)(de)定位日臻(zhen)精準(zhun),已經達到(dao)(dao)厘米級(ji),如(ru)果是(shi)4G的(de)(de)話,也就只能(neng)精確到(dao)(dao)10米級(ji)。這意味著(zhu),溯源(yuan)對(dui)于我(wo)們來說不僅限于一(yi)個(ge)地區、一(yi)家企業,而是(shi)可(ke)以找到(dao)(dao)某(mou)個(ge)車(che)間(jian)。盡管有(you)些車(che)間(jian)和(he)生產工(gong)藝(yi)是(shi)連續性的(de)(de),但我(wo)們在工(gong)藝(yi)段之間(jian)的(de)(de)走(zou)(zou)航(hang)能(neng)夠非常準(zhun)確地找到(dao)(dao)無組織排放(fang)點到(dao)(dao)底是(shi)在哪個(ge)位置(zhi)。伴隨著(zhu)快(kuai)速(su)定位,我(wo)們還(huan)能(neng)夠進行遠程的(de)(de)可(ke)視(shi)化管控(kong),也就是(shi)在走(zou)(zou)航(hang)過程中增(zeng)加了(le)攝像(xiang)(xiang)頭(tou),攝像(xiang)(xiang)頭(tou)抓拍到(dao)(dao)的(de)(de)無組織排放(fang)違法行為(wei),包括視(shi)頻、圖像(xiang)(xiang),都通過5G網(wang)絡瞬時傳輸到(dao)(dao)監察人員手中。
無論利用空氣質(zhi)量模型(xing)對(dui)臭(chou)氧源解析(xi)和敏感性進(jin)行(xing)分析(xi),對(dui)臭(chou)氧污(wu)染過程進(jin)行(xing)模擬,還是(shi)精準溯源、實時可視化監管,都是(shi)目前5G+ AI與環境監測深度耦(ou)合,助(zhu)力我們數(shu)字化轉型(xing)的例(li)子。
中國環(huan)境報:關于生(sheng)態(tai)環(huan)境部提出(chu)的構建全流(liu)域生(sheng)態(tai)質量監測一張網(wang),您(nin)怎么理解?作為(wei)環(huan)境監測行業的龍頭(tou)企(qi)業,又會在水環(huan)境監測領(ling)域有何布局?
孫越:按照全(quan)(quan)流(liu)域、全(quan)(quan)要(yao)(yao)素的要(yao)(yao)求系(xi)統治理水環(huan)境,是當(dang)前的新方(fang)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)條(tiao)河流(liu)(liu)途(tu)經不(bu)同行政(zheng)(zheng)轄區(qu),原本具有整(zheng)體(ti)性、關聯(lian)性特征的流(liu)(liu)域自然空間(jian)被行政(zheng)(zheng)區(qu)單元所分割管理(li),流(liu)(liu)域內各(ge)(ge)類資源、各(ge)(ge)個因(yin)素(su)相互影響、相互促進(jin)、相互約(yue)束(shu),共同構成統(tong)一(yi)的動態(tai)平衡系(xi)統(tong),因(yin)此涉(she)水事務(wu)非常多,管理(li)部門業(ye)務(wu)上(shang)相互交叉(cha)。
把“系統治(zhi)理(li)”“協同(tong)治(zhi)理(li)”作為方(fang)向指南,對流(liu)域治(zhi)理(li)來(lai)說既(ji)是挑(tiao)戰也是機(ji)遇。我們以此(ci)提(ti)出“源、網、岸、排、河”五方(fang)面監(jian)測(ce),分別對應污(wu)(wu)染(ran)源、排水管(guan)網、近(jin)水岸線、入(ru)河排污(wu)(wu)口和河道水質。
污染源不僅有工業源,污水處理(li)廠也可以當成(cheng)點源,還(huan)有農業面源,都(dou)要(yao)監測。以改(gai)善水環境、恢復水生態治理(li)為主的系統性治理(li)將逐(zhu)步成(cheng)為未(wei)來市場的發展趨勢。
排水管(guan)網不僅要監測(ce)污水管(guan)網,還有(you)雨水管(guan)網,也可(ke)能出現超標。
管(guan)網的(de)(de)終端就(jiu)是(shi)排(pai)(pai)口(kou)(kou)。生態(tai)環境(jing)部(bu)開展長江(jiang)入(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)排(pai)(pai)查(cha)整治專(zhuan)項(xiang)行(xing)動時(shi)就(jiu)提出,往長江(jiang)里(li)排(pai)(pai)污(wu)(wu)的(de)(de)到(dao)底有多(duo)(duo)(duo)少排(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou),在(zai)哪里(li)排(pai)(pai),誰(shui)在(zai)排(pai)(pai),排(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)多(duo)(duo)(duo)少等一(yi)系列(lie)問題。如(ru)何把入(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)這個(ge)最(zui)重要的(de)(de)基礎性底數(shu)摸清楚,也是(shi)對監(jian)測行(xing)業的(de)(de)一(yi)場大考。首先,這個(ge)數(shu)量是(shi)非常龐大的(de)(de)。以去年生態(tai)環境(jing)部(bu)完成的(de)(de)長江(jiang)流域2.4萬公里(li)岸線及沿岸2公里(li)區(qu)域的(de)(de)入(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)排(pai)(pai)查(cha)為例,排(pai)(pai)查(cha)出長江(jiang)入(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)6萬多(duo)(duo)(duo)個(ge)。這是(shi)我們(men)目前掌握的(de)(de)數(shu)字,具體到(dao)每一(yi)個(ge)排(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou) 如(ru)何監(jian)測則涉及更(geng)復雜、更(geng)多(duo)(duo)(duo)樣的(de)(de)情況。比如(ru),許多(duo)(duo)(duo)污(wu)(wu)染排(pai)(pai)放不是(shi)連續性的(de)(de),如(ru)果是(shi)抽查(cha),很難監(jian)測到(dao)超標現(xian)象。
所(suo)以(yi)說,水(shui)里的(de)問題(ti),根源在岸上,對(dui)長江(jiang)沿岸的(de)重(zhong)點工(gong)業企業,我們也要全部(bu)納(na)入日(ri)常監測,進行全過程跟蹤(zong),實現長江(jiang)沿岸區域(yu)污染源情(qing)況明、底數清。
我們發現,河(he)流(liu)、湖泊岸線(xian)范圍不明,功(gong)能(neng)界(jie)定不清,部分(fen)河(he)段岸線(xian)開發不合理(li),也會嚴(yan)重(zhong)破壞河(he)流(liu)生(sheng)態環(huan)境。比(bi)如用河(he)道兩側兩公里保護范圍的這把“綠色標尺”去(qu)衡量,涉(she)及到的監測對象包括沿河化工企業的排污,建(jian)筑垃(la)圾生活垃(la)圾等固體廢物(wu)堆(dui)存產生的滲濾液(ye)廢水。
岸線的管控也(ye)是非常重要,最(zui)終回歸到水體本(ben)身。除了水質監測,還有很多外延,比如非法(fa)采砂(sha)、非法(fa)養(yang)殖、非法(fa)捕撈(lao)、非法(fa)傾倒廢(fei)棄物(wu)等(deng)。試想(xiang)如果(guo)長(chang)江沿岸密集安裝攝像頭(tou),那么海量的監控錄(lu)像由誰來(lai)甄別鑒定(ding)?
查(cha)看監控視頻是工作量巨大且(qie)效(xiao)率低下的(de)事情,靠人(ren)力幾乎(hu)難以(yi)解決。如何真正(zheng)節(jie)約人(ren)力和成本(ben),提高效(xiao)率和正(zheng)確(que)率?
這(zhe)就(jiu)要依靠視覺AI技術。對(dui)人類(lei)而言,70%~80%的信息(xi)獲(huo)取來(lai)自(zi)視覺,但人類(lei)長期(qi)觀看監視錄像易(yi)喪失注意力(li)和辨別力(li)。而我(wo)們希(xi)望(wang)讓計算機具(ju)備“從識(shi)人知(zhi)物到辨識(shi)萬物”的能力(li),幫助(zhu)我(wo)們在環境監管(guan)中,提升處(chu)理信息(xi)的效率(lv)。
真正的(de)(de)視頻監測(ce)可(ke)以(yi)區分人體形態,車輛(liang)、船只或選定物(wu)體與所有其他物(wu)體的(de)(de)一般移動和變(bian)化,從而(er)進行抓取、分析、預警。隨著以(yi)改善水環境、恢復水生(sheng)態治理(li)為主的(de)(de)系(xi)統性治理(li)將逐步成為未(wei)來市場(chang)的(de)(de)發(fa)展趨勢(shi),我們要監測(ce)的(de)(de)對象可(ke)以(yi)是藍藻的(de)(de)覆(fu)蓋面積(ji)、生(sheng)長速度、擴散情況,還有水生(sheng)生(sheng)物(wu)的(de)(de)多(duo)樣(yang)性情況,外來物(wu)種對生(sheng)態平衡的(de)(de)破(po)壞(huai),甚至(zhi)結合電子顯微(wei)鏡監測(ce)微(wei)生(sheng)物(wu)種類(lei)、菌群數量。
AI技術(shu)適用(yong)于生(sheng)物識別(bie)場(chang)景(jing)的(de)(de)預演已(yi)經在(zai)進(jin)行中,推動環境遠(yuan)程(cheng)監測、在(zai)線監測是(shi)繼高清化(hua)和網絡化(hua)之后的(de)(de)第三(san)次技術(shu)變(bian)革。從“看得見”到(dao)“看得清”再到(dao)現在(zai)的(de)(de)“看得懂(dong)”,在(zai)未來必將(jiang)有更多的(de)(de)AI算法(fa)、AI芯(xin)片、AI產品被應用(yong)到(dao)環境監測行業(ye),比如對(dui)岸上、水里(li)的(de)(de)不同種類動物,從顏色、形態、運動軌跡、三(san)維位置及尺寸信息來差異(yi)化(hua)判別(bie)它們。
中(zhong)國(guo)環境報(bao):《生態環境監測(ce)條例(li)》正在加速出臺(tai),此(ci)舉將大(da)大(da)推(tui)進生態環境監測(ce)的(de)法(fa)治化進程。對于公開征求意見(jian)的(de)《條例(li)(草案(an))》,您怎么理(li)解?從中(zhong)可以(yi)(yi)看出哪些(xie)環境監測(ce)行(xing)業未來(lai)發展的(de)一個(ge)方向和可以(yi)(yi)突(tu)破、拓展的(de)空間?
孫越:生態環境監(jian)測是生態環境保護(hu)的基(ji)礎,但(dan)過去這(zhe)項工作的法(fa)律支撐(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(tiao)例(草案)》,我們欣喜地看到(dao),生(sheng)(sheng)態環境(jing)監測(ce)的定義擴展到(dao)了六大內涵,包括對環境(jing)質量、生(sheng)(sheng)態狀況和污染(ran)物排(pai)放及(ji)其變化趨勢的采樣觀測(ce)、調查(cha)普查(cha)、遙感解譯、分(fen)析測(ce)試、評(ping)價評(ping)估、預測(ce)預報(bao)等活動。過去無論是(shi)在線分(fen)析還是(shi)實驗室(shi)分(fen)析,我們的監測(ce)機構(gou)還局(ju)限在理(li)化分(fen)析層(ceng)面,也就(jiu)是(shi)對各類(lei)污染(ran)物排(pai)放活動的監測(ce),而今(jin)后,環境(jing)監測(ce)的范(fan)疇將大幅度(du)拓寬(kuan)。
除了六(liu)大內涵,我們還看到(dao)了九大外延(yan),也就是(shi)對森林、草原、濕地、荒漠、河湖、海(hai)(hai)洋、農田、城市(shi)和(he)鄉(xiang)村等生態狀況的監測,包括對大氣、地表(biao)水(shui)(shui)、地下水(shui)(shui)、海(hai)(hai)水(shui)(shui)、土壤、聲、光、熱(re)、生物、振動、輻射(she)、溫室氣體等環(huan)境(jing)要素(su)質量的監測。顯而易見,未(wei)來生態環(huan)境(jing)監測高新技術、先進裝備的研(yan)究、開發應用和(he)推廣(guang),新型污染(ran)物、應對新興環(huan)境(jing)問題和(he)履行國際環(huan)境(jing)公約涉及污染(ran)物的研(yan)究性監測將有更多突破和(he)發展。
環(huan)境監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)網絡(luo)的(de)不(bu)(bu)斷完(wan)善,監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)對象(xiang)和適用范(fan)(fan)圍的(de)不(bu)(bu)斷豐富,將推(tui)動(dong)物聯網、傳感器(qi)、區塊鏈、人工智能等新(xin)(xin)技術(shu)在(zai)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)檢測(ce)(ce)業務中的(de)應(ying)用,一批生(sheng)態(tai)環(huan)境監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)創新(xin)(xin)示范(fan)(fan)基地有望(wang)建(jian)立,具有自主(zhu)知(zhi)識產權的(de)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技術(shu)裝備(bei)研(yan)(yan)發(fa)和應(ying)用轉化全面加速,生(sheng)態(tai)環(huan)境監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)自動(dong)化、智能化、信息化能力(li)不(bu)(bu)斷提升(sheng),為創新(xin)(xin)驅動(dong)環(huan)境監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)產品的(de)不(bu)(bu)斷升(sheng)級與推(tui)陳出(chu)新(xin)(xin)助力(li)。同時我(wo)們的(de)研(yan)(yan)發(fa)投入(ru)也在(zai)持(chi)續(xu)加大,例(li)如在(zai)環(huan)境與健(jian)康領域,我(wo)們已(yi)經對環(huan)境病理性、毒(du)理性監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)分析(xi)有所布局。
