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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(jian):2022-01-14 聚光 來(lai)源: 聚光 瀏覽量:2049

  來(lai)源:中國(guo)環境報(bao)第(di)8版


聚(ju)光科技(杭州)股份有限公司總經理孫越

  中國環境報:臭氧逐漸上升為僅次于PM2.5的影響優良天數的重(zhong)要因素(su),今年夏(xia)季(ji),在(zai)新冠(guan)肺炎疫情防(fang)控(kong)常態化(hua)形勢下,生態環境部門開(kai)展臭氧污染防(fang)治監督幫扶攻堅行動,越(yue)來越(yue)倚重(zhong)新一代信息化(hua)技(ji)術(shu)的參與(yu)。在(zai)臭氧監測領域,有(you)哪些高新技(ji)術(shu)手段出(chu)現?

  孫越:臭氧污染防治工作的艱巨性和復雜性,亟需監測科技力量的支持。

  臭氧污染(ran)具有(you)(you)明顯(xian)的(de)復(fu)合型,其成(cheng)因非常復(fu)雜,涉(she)及氮氧化物(NOx)和揮發(fa)性有(you)(you)機物(VOCs)的(de)排放,還與氣象條件(jian)、地理環境,比如氣溫、光照、濕度、氣壓、風速、風向都有(you)(you)關系。

  因此,我們不僅要(yao)(yao)監(jian)測(ce)(ce)臭氧的濃度,更要(yao)(yao)研究它(ta)的生(sheng)(sheng)成(cheng)機理(li),測(ce)(ce)出導致臭氧污(wu)(wu)染(ran)的各個因素的貢獻率。以此為出發點,我們設計了一(yi)系列參與臭氧生(sheng)(sheng)成(cheng)光(guang)化學反應的常規(gui)污(wu)(wu)染(ran)物、特(te)征(zheng)污(wu)(wu)染(ran)物監(jian)測(ce)(ce)指(zhi)標,這些監(jian)測(ce)(ce)不僅指(zhi)向(xiang)區(qu)域,甚至(zhi)能鎖定污(wu)(wu)染(ran)行業、企業、工藝。

  目前大家可以看到的臭氧污(wu)染監(jian)測(ce),除(chu)固定站外,已經增加了大氣環境走航監(jian)測(ce)車。大部分走航車功能還比(bi)較(jiao)簡單,僅僅是(shi)監(jian)測(ce)VOCs,主(zhu)要作用是(shi)定位 VOCs超(chao)標(biao)的點位,從而識(shi)別來(lai)源。

  在此(ci)基(ji)礎上,聚(ju)光科技提出(chu)了(le)協(xie)同(tong)走(zou)航(hang)監測(ce)的概念,也就是(shi)同(tong)時監測(ce) VOCs、NOx、臭(chou)氧(yang)以及(ji)PM2.5。一臺走(zou)航(hang)車協(xie)同(tong)監測(ce)的優勢在于不僅能獲知(zhi)VOCs濃(nong)度,而(er)且通過(guo)模型演(yan)繹,計算(suan)和(he)預測(ce)各(ge)類污(wu)染(ran)源(yuan)對整個地區(qu)(qu)臭(chou)氧(yang)污(wu)染(ran)的貢(gong)獻,全面(mian)、精準、實時、定性、定量地診(zhen)斷區(qu)(qu)域污(wu)染(ran)狀況(kuang)。有(you)效改善了(le)過(guo)去雖然(ran)監測(ce)到單一污(wu)染(ran)物的濃(nong)度,但(dan)還是(shi)無法判斷污(wu)染(ran)源(yuan)究(jiu)竟是(shi)誰,以及(ji)它與片區(qu)(qu)臭(chou)氧(yang)濃(nong)度究(jiu)竟關聯性有(you)多大的被動(dong)局(ju)面(mian)。

  我們試圖通過這樣的監(jian)(jian)測和(he)模型計算,對一個地(di)(di)區的臭氧污(wu)染(ran)成(cheng)因精準(zhun)畫像,什么時間(jian)生(sheng)成(cheng),哪(na)個時段濃(nong)度最高,哪(na)些因子較活躍,是(shi)哪(na)些行業導致的……當然,一個城市的臭氧不僅僅來自于本(ben)地(di)(di),還有外(wai)源(yuan)輸入(ru)。對此,我們也(ye)有一個監(jian)(jian)測指(zhi)標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧乙酰硝(xiao)酸酯(zhi))是(shi)由大(da)氣(qi)中(zhong)部分VOCs和(he)NOx進(jin)行光(guang)化學(xue)反應而生(sheng)成(cheng)的,是(shi)一種(zhong)重要的二次污(wu)染(ran)物,聚光(guang)科技PANs在線監(jian)(jian)測系統(tong)就是(shi)針對它。通過這一監(jian)(jian)測,能(neng)迅速分析出臭氧污(wu)染(ran)是(shi)外(wai)源(yuan)輸入(ru)還是(shi)本(ben)地(di)(di)源(yuan)造成(cheng)的。

  這些(xie)圍繞VOCs的(de)監測,除了(le)因為它通過光照(zhao)與(yu)NOx發(fa)生(sheng)反(fan)應后生(sheng)產臭氧(yang)(yang),也(ye)源于它與(yu)空(kong)氣中的(de)氧(yang)(yang)化(hua)劑、硝酸等發(fa)生(sheng)氧(yang)(yang)化(hua)、吸附、凝結反(fan)應會生(sheng)成二(er)次(ci)有機(ji)顆粒物,也(ye)就(jiu)是我們熟知的(de)PM2.5。監測分析(xi)VOCs就(jiu)把(ba)臭氧(yang)(yang)防(fang)治(zhi)(zhi)和(he)PM2.5防(fang)治(zhi)(zhi)兩(liang)項任務協同起來了(le),也(ye)就(jiu)是既要(yao)扭轉臭氧(yang)(yang)污染(ran)升(sheng)高(gao)態(tai)勢(shi),還要(yao)保持PM2.5污染(ran)持續下降。

  我們的(de)(de)(de)走航車同時開展VOCs+大氣(qi)常(chang)規六(liu)參數(shu)(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監(jian)測工作(zuo),再通過搭(da)載的(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)質量(liang)模(mo)型,分(fen)析本地生成和外(wai)部傳(chuan)輸臭(chou)(chou)氧(yang)前(qian)體物與(yu)臭(chou)(chou)氧(yang)的(de)(de)(de)占比,獲得(de)各地區各類污染源排放對(dui)受體點(dian)環境臭(chou)(chou)氧(yang)濃度的(de)(de)(de)貢(gong)獻。當(dang)得(de)到環境中臭(chou)(chou)氧(yang)濃度與(yu)其生成前(qian)體物排放之(zhi)間的(de)(de)(de)定量(liang)關(guan)系后,還可以(yi)以(yi)此為依(yi)據開展減排效果評估。

  這(zhe)些復雜(za)的(de)源(yuan)解析(xi)模(mo)型和擴散模(mo)型、預警模(mo)型都需要人工智能(AI)不斷優化,讓(rang)一臺車(che)至少解決五六個方面的(de)問題,大大降低了(le)監測成本。比如除了(le)前面講的(de),PM10我(wo)們怎么辦?在走航車(che)底部(bu)就(jiu)有這(zhe)樣的(de)裝置(zhi),針對建(jian)筑工地或(huo)者城市道(dao)路的(de)道(dao)路積塵負荷,都可以做到實時監測。

  除(chu)了降低成(cheng)本,還要提升(sheng)工作(zuo)效率。現在的大氣走航監測車(che)采(cai)用飛(fei)行時(shi)間(jian)質(zhi)(zhi)譜儀(yi),實現秒級出(chu)數,便于快(kuai)速摸(mo)(mo)清污染底(di)數。同(tong)時(shi)與搭載的氣相(xiang)(xiang)色譜-質(zhi)(zhi)譜聯用儀(yi)(GC-MS分(fen)析(xi)儀(yi))相(xiang)(xiang)結合,輸出(chu)VOCs特征因(yin)子污染全(quan)域圖(tu),全(quan)面摸(mo)(mo)排、定(ding)性定(ding)量診斷污染情況。

  另外,5G技術(shu)的(de)應用也使走航(hang)車對(dui)污染源的(de)定位日(ri)臻精準(zhun),已經達到(dao)(dao)(dao)(dao)厘米級,如(ru)果(guo)是(shi)(shi)4G的(de)話(hua),也就(jiu)只能(neng)精確(que)到(dao)(dao)(dao)(dao)10米級。這意味著,溯源對(dui)于我(wo)們來說(shuo)不僅限于一(yi)(yi)個(ge)地區(qu)、一(yi)(yi)家企業,而是(shi)(shi)可以找到(dao)(dao)(dao)(dao)某個(ge)車間。盡管有些車間和生產(chan)工藝(yi)(yi)是(shi)(shi)連續性(xing)的(de),但我(wo)們在(zai)工藝(yi)(yi)段之間的(de)走航(hang)能(neng)夠(gou)非常準(zhun)確(que)地找到(dao)(dao)(dao)(dao)無組織排放點到(dao)(dao)(dao)(dao)底是(shi)(shi)在(zai)哪個(ge)位置。伴隨著快速定位,我(wo)們還能(neng)夠(gou)進行遠程的(de)可視化管控,也就(jiu)是(shi)(shi)在(zai)走航(hang)過程中(zhong)增加了攝像頭,攝像頭抓(zhua)拍到(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)無組織排放違法行為,包括視頻、圖(tu)像,都通過5G網絡瞬時傳輸到(dao)(dao)(dao)(dao)監察人員手中(zhong)。

  無論利(li)用空氣質量模(mo)型(xing)(xing)對臭(chou)氧源解(jie)析和敏(min)感性(xing)進行分析,對臭(chou)氧污染過程進行模(mo)擬,還是精準(zhun)溯源、實時可視化監管,都(dou)是目前5G+ AI與環境監測(ce)深(shen)度(du)耦合,助力我們數(shu)字化轉型(xing)(xing)的例子(zi)。

  中國環境(jing)(jing)報(bao):關于生態(tai)環境(jing)(jing)部(bu)提出(chu)的構(gou)建全流域生態(tai)質(zhi)量(liang)監(jian)測一張網(wang),您怎么理解?作為環境(jing)(jing)監(jian)測行業(ye)的龍頭企業(ye),又(you)會(hui)在(zai)水環境(jing)(jing)監(jian)測領域有何布局?

  孫越:按照全流域、全要素的要求系統治理水環境,是當前的新方向。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。

  一條河流途經不同(tong)行政轄區,原本具有(you)整體性、關聯性特征的流域自(zi)然空間被行政區單元所(suo)分(fen)割管(guan)理(li),流域內各類資(zi)源、各個因(yin)素相(xiang)互(hu)影響、相(xiang)互(hu)促進、相(xiang)互(hu)約束,共同(tong)構成統一的動態平衡系統,因(yin)此涉水事務非常多,管(guan)理(li)部(bu)門業務上相(xiang)互(hu)交叉。

  把“系統(tong)治(zhi)理(li)(li)”“協同(tong)治(zhi)理(li)(li)”作為方向(xiang)指南(nan),對流域(yu)治(zhi)理(li)(li)來說(shuo)既是挑(tiao)戰也是機遇(yu)。我們以此提出“源、網、岸、排(pai)、河”五方面監測,分(fen)別對應污(wu)染源、排(pai)水(shui)管網、近水(shui)岸線、入(ru)河排(pai)污(wu)口和河道水(shui)質。

  污染源(yuan)不(bu)僅(jin)有(you)工業源(yuan),污水處理廠(chang)也可以當(dang)成點源(yuan),還(huan)有(you)農業面源(yuan),都要監測。以改(gai)善水環境、恢復水生態治理為(wei)主的系統(tong)性治理將(jiang)逐步成為(wei)未(wei)來市場的發展趨勢。

  排水(shui)管網(wang)不僅要監(jian)測污(wu)水(shui)管網(wang),還(huan)有雨水(shui)管網(wang),也可能出現超標。

  管網(wang)的(de)(de)(de)終端就是排(pai)(pai)口。生態(tai)環(huan)(huan)境(jing)部開展(zhan)長(chang)江(jiang)(jiang)入(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)口排(pai)(pai)查(cha)整治專項行動時就提出,往長(chang)江(jiang)(jiang)里排(pai)(pai)污(wu)的(de)(de)(de)到(dao)底有多(duo)少(shao)排(pai)(pai)污(wu)口,在哪里排(pai)(pai),誰在排(pai)(pai),排(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)多(duo)少(shao)等一系列問題(ti)。如何把入(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)口這(zhe)(zhe)個最重要的(de)(de)(de)基(ji)礎性底數摸清(qing)楚,也是對監測行業的(de)(de)(de)一場(chang)大考。首先,這(zhe)(zhe)個數量(liang)是非常(chang)龐大的(de)(de)(de)。以(yi)去年生態(tai)環(huan)(huan)境(jing)部完(wan)成(cheng)的(de)(de)(de)長(chang)江(jiang)(jiang)流域2.4萬公里岸線及(ji)沿岸2公里區域的(de)(de)(de)入(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)口排(pai)(pai)查(cha)為例,排(pai)(pai)查(cha)出長(chang)江(jiang)(jiang)入(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)口6萬多(duo)個。這(zhe)(zhe)是我(wo)們目前掌(zhang)握的(de)(de)(de)數字(zi),具體到(dao)每一個排(pai)(pai)污(wu)口 如何監測則涉及(ji)更復雜、更多(duo)樣(yang)的(de)(de)(de)情況。比(bi)如,許多(duo)污(wu)染排(pai)(pai)放不(bu)是連續性的(de)(de)(de),如果是抽查(cha),很難監測到(dao)超標現象。

  所以(yi)說,水里的問題,根源在岸上,對長(chang)江(jiang)沿岸的重點工(gong)業企業,我們(men)也(ye)要全部納入日常監(jian)測(ce),進(jin)行全過(guo)程跟蹤,實現(xian)長(chang)江(jiang)沿岸區域污染源情況明、底數清。

  我們發現(xian),河流(liu)、湖泊岸(an)線范(fan)圍不(bu)明,功能界定不(bu)清,部(bu)分河段岸(an)線開發不(bu)合理,也會嚴重破(po)壞河流(liu)生(sheng)態環境。比如用河道兩(liang)側

  兩公里保護(hu)范圍的(de)這把“綠色標(biao)尺”去(qu)衡量,涉及到的(de)監(jian)測(ce)對象包括沿(yan)河(he)化工(gong)企業的(de)排污(wu),建筑垃(la)圾生(sheng)(sheng)活垃(la)圾等固體廢物(wu)堆存(cun)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)滲濾液廢水(shui)。

  岸線的管控也是(shi)非(fei)(fei)(fei)常重要(yao),最終(zhong)回歸到水(shui)體(ti)本身。除了水(shui)質監測,還有很多外延,比如非(fei)(fei)(fei)法采(cai)砂、非(fei)(fei)(fei)法養殖、非(fei)(fei)(fei)法捕(bu)撈(lao)、非(fei)(fei)(fei)法傾倒廢棄物等(deng)。試想如果(guo)長江沿岸密集安裝攝像(xiang)頭,那么海量的監控錄像(xiang)由誰來甄(zhen)別(bie)鑒定?

  查看監控(kong)視頻是工(gong)作量巨大且效率低下的事情(qing),靠人(ren)力幾(ji)乎(hu)難以解決。如何真正(zheng)節約人(ren)力和成本,提高效率和正(zheng)確率?

  這就(jiu)要依靠視覺AI技術。對人類而(er)言,70%~80%的(de)信息獲取來自(zi)視覺,但人類長期(qi)觀看監(jian)(jian)視錄像(xiang)易喪失注(zhu)意力(li)和辨別(bie)力(li)。而(er)我們(men)希望讓計(ji)算機具備“從識人知(zhi)物到辨識萬(wan)物”的(de)能力(li),幫助(zhu)我們(men)在環境監(jian)(jian)管中,提(ti)升(sheng)處理(li)信息的(de)效率。

  真正的(de)(de)(de)視頻監(jian)測(ce)可(ke)以區(qu)分(fen)人體形態(tai)(tai),車(che)輛(liang)、船只(zhi)或選定物(wu)體與所有其他物(wu)體的(de)(de)(de)一般移動和變化,從(cong)而進行抓取、分(fen)析、預(yu)警。隨著以改善水環境、恢復水生(sheng)態(tai)(tai)治理為主的(de)(de)(de)系統性治理將逐步(bu)成為未來(lai)市場的(de)(de)(de)發展趨勢,我們要(yao)監(jian)測(ce)的(de)(de)(de)對象可(ke)以是藍藻的(de)(de)(de)覆蓋(gai)面積、生(sheng)長速(su)度、擴散情況(kuang),還(huan)有水生(sheng)生(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)多(duo)樣性情況(kuang),外來(lai)物(wu)種對生(sheng)態(tai)(tai)平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)破壞,甚至結合電子(zi)顯微鏡監(jian)測(ce)微生(sheng)物(wu)種類、菌群數量。

  AI技術適用(yong)于(yu)生物識(shi)別場景的預(yu)演(yan)已經在進行中,推動(dong)(dong)環境遠(yuan)程監(jian)測(ce)、在線監(jian)測(ce)是繼高(gao)清化(hua)和網絡(luo)化(hua)之后的第三次技術變革。從“看得見”到(dao)“看得清”再到(dao)現在的“看得懂”,在未(wei)來必(bi)將有更多的AI算法、AI芯片、AI產品被應用(yong)到(dao)環境監(jian)測(ce)行業,比如對岸(an)上(shang)、水里的不(bu)同種類動(dong)(dong)物,從顏(yan)色、形(xing)態(tai)、運動(dong)(dong)軌跡、三維(wei)位(wei)置及尺寸信息來差異化(hua)判別它們。

  中(zhong)國環境報:《生態(tai)環境監(jian)(jian)測(ce)條例》正在加速出臺(tai),此(ci)舉(ju)將(jiang)大(da)大(da)推進(jin)生態(tai)環境監(jian)(jian)測(ce)的(de)(de)法治化進(jin)程(cheng)。對于公開征求意見的(de)(de)《條例(草(cao)案)》,您(nin)怎么理解?從(cong)中(zhong)可(ke)以(yi)看出哪些環境監(jian)(jian)測(ce)行業未來發展(zhan)的(de)(de)一個(ge)方向和可(ke)以(yi)突破、拓展(zhan)的(de)(de)空(kong)間?

  孫越:生態環境監測是生態環境保護的基礎,但過去這項工作的法律支撐不太完善。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。

  通過《條例(草案)》,我們(men)欣喜地(di)看到(dao)(dao),生(sheng)態環境(jing)監測的定義擴展到(dao)(dao)了六大內涵,包括對(dui)環境(jing)質(zhi)量、生(sheng)態狀況和污染(ran)(ran)物(wu)排(pai)(pai)放(fang)及(ji)其(qi)變(bian)化趨勢(shi)的采樣(yang)觀(guan)測、調(diao)查普查、遙感(gan)解譯、分析測試、評(ping)價評(ping)估(gu)、預測預報等活(huo)動(dong)。過去無論是(shi)在線分析還(huan)是(shi)實驗室分析,我們(men)的監測機構還(huan)局限在理化分析層(ceng)面(mian),也就是(shi)對(dui)各類污染(ran)(ran)物(wu)排(pai)(pai)放(fang)活(huo)動(dong)的監測,而今后,環境(jing)監測的范疇將(jiang)大幅度拓(tuo)寬。

  除了六大內涵,我們還看到了九大外(wai)延(yan),也就是對(dui)森林、草原、濕地(di)、荒(huang)漠(mo)、河湖、海(hai)洋(yang)、農(nong)田、城市和鄉村等生態(tai)狀況(kuang)的監(jian)測(ce),包(bao)括對(dui)大氣、地(di)表水(shui)、地(di)下水(shui)、海(hai)水(shui)、土壤、聲、光、熱、生物、振動、輻射(she)、溫室氣體(ti)等環(huan)境要素質量(liang)的監(jian)測(ce)。顯而易見(jian),未來生態(tai)環(huan)境監(jian)測(ce)高新技術(shu)、先進(jin)裝備的研(yan)究(jiu)、開發應用和推廣,新型(xing)污(wu)染(ran)物、應對(dui)新興環(huan)境問題和履行國際(ji)環(huan)境公約涉(she)及污(wu)染(ran)物的研(yan)究(jiu)性監(jian)測(ce)將有更多突(tu)破和發展。

  環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)網絡的不(bu)斷(duan)完善(shan),監(jian)(jian)測(ce)(ce)對象和適用(yong)范(fan)圍的不(bu)斷(duan)豐富,將推動(dong)物聯網、傳(chuan)感器(qi)、區(qu)塊鏈(lian)、人(ren)工智(zhi)能等(deng)新(xin)技術在監(jian)(jian)測(ce)(ce)檢測(ce)(ce)業務中的應(ying)用(yong),一(yi)批生(sheng)態(tai)(tai)環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)創(chuang)新(xin)示范(fan)基地有(you)望建立,具有(you)自主知識(shi)產權的監(jian)(jian)測(ce)(ce)技術裝備研發和應(ying)用(yong)轉化(hua)全面加(jia)速,生(sheng)態(tai)(tai)環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)自動(dong)化(hua)、智(zhi)能化(hua)、信(xin)息(xi)化(hua)能力不(bu)斷(duan)提升(sheng),為創(chuang)新(xin)驅動(dong)環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)產品(pin)的不(bu)斷(duan)升(sheng)級與推陳出新(xin)助力。同時我們的研發投(tou)入(ru)也在持續加(jia)大,例(li)如(ru)在環(huan)境與健康領域,我們已經對環(huan)境病(bing)理(li)性、毒理(li)性監(jian)(jian)測(ce)(ce)分(fen)析有(you)所(suo)布局。





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