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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:2022-01-14 聚光 來源: 聚光 瀏(liu)覽量:2049

  來源(yuan):中國環境報第8版(ban)


聚光(guang)科(ke)技(杭(hang)州)股(gu)份(fen)有限公司總(zong)經理(li)孫越

  中國環境報:臭氧逐漸上(shang)升為(wei)僅(jin)次于PM2.5的(de)(de)影(ying)響(xiang)優良(liang)天數的(de)(de)重要因素,今(jin)年夏季,在新冠肺炎(yan)疫情防控常態(tai)化形勢(shi)下(xia),生態(tai)環境部門開(kai)展臭氧污染防治監督幫扶攻堅行動,越來越倚重新一代信息化技(ji)(ji)術的(de)(de)參與。在臭氧監測領域,有哪些高新技(ji)(ji)術手段出現?

  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)具有明顯的復合(he)型,其成因(yin)非常(chang)復雜,涉及氮氧化(hua)物(wu)(NOx)和揮發性有機物(wu)(VOCs)的排放,還(huan)與氣象條件(jian)、地理環境,比如氣溫、光照、濕度、氣壓(ya)、風速、風向都有關系(xi)。

  因(yin)此,我(wo)們(men)不僅要(yao)監測臭(chou)氧的(de)濃度,更要(yao)研究它(ta)的(de)生成機理,測出導(dao)致臭(chou)氧污(wu)染(ran)(ran)的(de)各個因(yin)素的(de)貢獻率。以此為出發點,我(wo)們(men)設計了(le)一系列參(can)與(yu)臭(chou)氧生成光化學(xue)反應的(de)常規污(wu)染(ran)(ran)物、特征(zheng)污(wu)染(ran)(ran)物監測指(zhi)標,這些監測不僅指(zhi)向區域,甚至(zhi)能鎖定(ding)污(wu)染(ran)(ran)行(xing)業、企(qi)業、工藝。

  目前(qian)大(da)家可(ke)以看到的臭氧污(wu)染監測,除固(gu)定站外(wai),已經增加了大(da)氣環境走航監測車(che)。大(da)部分走航車(che)功能(neng)還(huan)比較(jiao)簡(jian)單,僅僅是監測VOCs,主要作用是定位 VOCs超標的點位,從而(er)識別(bie)來(lai)源。

  在此(ci)基礎上,聚光科(ke)技提出了協(xie)同(tong)走(zou)航監測(ce)的概念(nian),也就是(shi)同(tong)時監測(ce) VOCs、NOx、臭氧以及PM2.5。一臺走(zou)航車協(xie)同(tong)監測(ce)的優勢在于(yu)不(bu)僅(jin)能獲(huo)知VOCs濃度,而且通過模型演繹,計(ji)算(suan)和預(yu)測(ce)各類污(wu)染(ran)源對整個地區(qu)臭氧污(wu)染(ran)的貢獻,全面(mian)、精準、實時、定(ding)性、定(ding)量地診(zhen)斷區(qu)域(yu)污(wu)染(ran)狀況。有效改善了過去雖然監測(ce)到單一污(wu)染(ran)物的濃度,但(dan)還是(shi)無法判斷污(wu)染(ran)源究竟是(shi)誰(shui),以及它與(yu)片區(qu)臭氧濃度究竟關聯性有多大(da)的被動局(ju)面(mian)。

  我們(men)試圖(tu)通過這(zhe)樣的監(jian)測和模型計算,對(dui)一個地(di)區的臭(chou)氧污(wu)染成(cheng)(cheng)因精準(zhun)畫像,什么(me)時間生成(cheng)(cheng),哪個時段(duan)濃(nong)度最(zui)高,哪些因子(zi)較活躍,是(shi)哪些行(xing)業(ye)導致的……當(dang)然,一個城市的臭(chou)氧不僅(jin)僅(jin)來自(zi)于本地(di),還(huan)有外(wai)(wai)源(yuan)輸入。對(dui)此(ci),我們(men)也有一個監(jian)測指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧乙(yi)酰硝酸酯(zhi))是(shi)由大氣中部分VOCs和NOx進行(xing)光化學反應(ying)而生成(cheng)(cheng)的,是(shi)一種重要的二次污(wu)染物,聚光科技(ji)PANs在線監(jian)測系統就是(shi)針對(dui)它。通過這(zhe)一監(jian)測,能(neng)迅速分析出(chu)臭(chou)氧污(wu)染是(shi)外(wai)(wai)源(yuan)輸入還(huan)是(shi)本地(di)源(yuan)造(zao)成(cheng)(cheng)的。

  這些圍繞VOCs的(de)監(jian)(jian)測(ce),除了因為它通(tong)過光照(zhao)與NOx發(fa)生(sheng)反(fan)應后生(sheng)產臭氧(yang),也(ye)(ye)源于它與空氣(qi)中的(de)氧(yang)化劑、硝酸等發(fa)生(sheng)氧(yang)化、吸附、凝結反(fan)應會生(sheng)成二次(ci)有機顆(ke)粒物,也(ye)(ye)就是我們熟知的(de)PM2.5。監(jian)(jian)測(ce)分析(xi)VOCs就把臭氧(yang)防(fang)(fang)治和PM2.5防(fang)(fang)治兩項任務協(xie)同(tong)起來了,也(ye)(ye)就是既要扭轉臭氧(yang)污(wu)染升高態(tai)勢,還要保持(chi)PM2.5污(wu)染持(chi)續下降(jiang)。

  我們的(de)走航車同時開展VOCs+大氣(qi)(qi)常規六參數(shu)(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工(gong)作,再通過搭載的(de)空氣(qi)(qi)質量模型,分(fen)析本地(di)(di)生成和外(wai)部傳輸臭(chou)氧(yang)前體物(wu)與臭(chou)氧(yang)的(de)占比,獲(huo)得各地(di)(di)區各類(lei)污染(ran)源排(pai)放對受體點(dian)環境(jing)臭(chou)氧(yang)濃度的(de)貢獻。當得到環境(jing)中臭(chou)氧(yang)濃度與其生成前體物(wu)排(pai)放之間(jian)的(de)定量關系后,還可以以此(ci)為依據開展減排(pai)效(xiao)果(guo)評(ping)估。

  這些(xie)復雜的源(yuan)解(jie)(jie)析模(mo)型(xing)和擴(kuo)散模(mo)型(xing)、預警模(mo)型(xing)都(dou)需要人工(gong)(gong)智能(AI)不斷優化,讓一臺(tai)車至少(shao)解(jie)(jie)決五六個方面的問(wen)題,大大降低(di)了監測成(cheng)本。比如除了前(qian)面講的,PM10我(wo)們怎么辦?在走航車底部就有這樣的裝置,針對建筑工(gong)(gong)地或(huo)者城市道路的道路積塵(chen)負荷,都(dou)可以做到實時監測。

  除(chu)了降低成本,還要(yao)提升工作效率。現在的大(da)氣(qi)走(zou)航(hang)監(jian)測車采用(yong)飛(fei)行時(shi)間質譜儀(yi),實現秒(miao)級出數(shu),便于(yu)快速摸清污染(ran)(ran)底(di)數(shu)。同時(shi)與搭(da)載的氣(qi)相色(se)譜-質譜聯用(yong)儀(yi)(GC-MS分析儀(yi))相結合,輸出VOCs特征(zheng)因子污染(ran)(ran)全域圖,全面(mian)摸排、定性定量(liang)診斷污染(ran)(ran)情況。

  另外,5G技術的(de)(de)應用也使走航車對(dui)污染源(yuan)的(de)(de)定位(wei)日(ri)臻精準,已經達到(dao)厘米級,如果是(shi)4G的(de)(de)話(hua),也就(jiu)只(zhi)能(neng)精確(que)(que)到(dao)10米級。這(zhe)意味著(zhu),溯源(yuan)對(dui)于(yu)我們(men)(men)來說不(bu)僅限于(yu)一(yi)個地(di)區、一(yi)家企業,而是(shi)可(ke)(ke)以(yi)找(zhao)到(dao)某個車間(jian)。盡管有(you)些(xie)車間(jian)和生(sheng)產工藝(yi)是(shi)連續性的(de)(de),但(dan)我們(men)(men)在(zai)工藝(yi)段之(zhi)間(jian)的(de)(de)走航能(neng)夠非常準確(que)(que)地(di)找(zhao)到(dao)無組織排(pai)放(fang)點到(dao)底是(shi)在(zai)哪個位(wei)置(zhi)。伴隨著(zhu)快速定位(wei),我們(men)(men)還能(neng)夠進行遠程的(de)(de)可(ke)(ke)視(shi)(shi)化管控(kong),也就(jiu)是(shi)在(zai)走航過程中增加了攝像頭,攝像頭抓拍到(dao)的(de)(de)無組織排(pai)放(fang)違法(fa)行為,包括視(shi)(shi)頻、圖像,都(dou)通過5G網絡(luo)瞬時傳輸到(dao)監察人員手中。

  無論利用空氣質量模型對(dui)臭氧源解析和敏感性進行分析,對(dui)臭氧污染(ran)過(guo)程進行模擬,還是精準溯源、實時可視化(hua)監管(guan),都是目前5G+ AI與環境監測深(shen)度(du)耦(ou)合,助力我們(men)數字化(hua)轉型的(de)例(li)子。

  中國環境報:關于生態(tai)環境部提出的構(gou)建全流域(yu)生態(tai)質量監測(ce)一(yi)張(zhang)網(wang),您怎么理解?作為環境監測(ce)行業的龍頭(tou)企(qi)業,又會(hui)在(zai)水環境監測(ce)領域(yu)有(you)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(liu)途經不同(tong)行(xing)政轄區,原本具有整體性(xing)、關聯性(xing)特(te)征(zheng)的流(liu)域自然(ran)空間被行(xing)政區單元所分割(ge)管(guan)理,流(liu)域內各(ge)類資源、各(ge)個因素相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)影響(xiang)、相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)促進(jin)、相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)約束,共同(tong)構成(cheng)統一的動態平衡系(xi)統,因此涉水事務非常(chang)多(duo),管(guan)理部(bu)門業(ye)務上(shang)相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)交叉。

  把“系(xi)統治理”“協同治理”作(zuo)為方(fang)向(xiang)指南,對流域治理來說既是挑戰(zhan)也(ye)是機遇。我(wo)們(men)以(yi)此提出(chu)“源、網、岸、排、河”五方(fang)面監測,分別對應(ying)污染(ran)源、排水(shui)管網、近水(shui)岸線、入(ru)河排污口和河道水(shui)質。

  污(wu)染源(yuan)不僅有工業源(yuan),污(wu)水(shui)處理(li)廠也(ye)可以(yi)當成(cheng)點源(yuan),還(huan)有農業面(mian)源(yuan),都要監測。以(yi)改善水(shui)環境、恢復水(shui)生態治(zhi)理(li)為主(zhu)的系統性(xing)治(zhi)理(li)將逐步成(cheng)為未來市場的發展趨勢。

  排水(shui)管(guan)網不僅要監(jian)測污水(shui)管(guan)網,還(huan)有(you)雨(yu)水(shui)管(guan)網,也(ye)可能(neng)出現(xian)超標。

  管網的(de)(de)終端(duan)就是排(pai)口(kou)。生態環(huan)境(jing)部開展長(chang)江(jiang)入河(he)排(pai)污(wu)(wu)口(kou)排(pai)查(cha)整治專項行(xing)動時(shi)就提出,往長(chang)江(jiang)里(li)排(pai)污(wu)(wu)的(de)(de)到(dao)底有多少排(pai)污(wu)(wu)口(kou),在(zai)哪里(li)排(pai),誰在(zai)排(pai),排(pai)什么,排(pai)多少等一(yi)系(xi)列問題。如(ru)(ru)何把入河(he)排(pai)污(wu)(wu)口(kou)這(zhe)個最重(zhong)要的(de)(de)基礎(chu)性底數摸清楚,也是對(dui)監測(ce)行(xing)業的(de)(de)一(yi)場大(da)考。首先,這(zhe)個數量是非常龐大(da)的(de)(de)。以去年(nian)生態環(huan)境(jing)部完成的(de)(de)長(chang)江(jiang)流域(yu)2.4萬(wan)公(gong)里(li)岸線及(ji)(ji)沿岸2公(gong)里(li)區域(yu)的(de)(de)入河(he)排(pai)污(wu)(wu)口(kou)排(pai)查(cha)為例,排(pai)查(cha)出長(chang)江(jiang)入河(he)排(pai)污(wu)(wu)口(kou)6萬(wan)多個。這(zhe)是我(wo)們目前掌握的(de)(de)數字,具體到(dao)每一(yi)個排(pai)污(wu)(wu)口(kou) 如(ru)(ru)何監測(ce)則(ze)涉及(ji)(ji)更(geng)復雜、更(geng)多樣的(de)(de)情(qing)況(kuang)。比如(ru)(ru),許多污(wu)(wu)染(ran)排(pai)放(fang)不是連續性的(de)(de),如(ru)(ru)果是抽查(cha),很難監測(ce)到(dao)超標現象。

  所以說,水(shui)里的(de)問題,根源在岸上,對長(chang)江(jiang)沿岸的(de)重點工業(ye)企業(ye),我(wo)們(men)也要全部(bu)納(na)入日常監(jian)測,進行全過程(cheng)跟(gen)蹤,實現長(chang)江(jiang)沿岸區域污染源情況明、底數清(qing)。

  我們發現,河(he)流、湖泊岸線范圍不(bu)明,功能(neng)界定不(bu)清(qing),部分河(he)段(duan)岸線開發不(bu)合理,也會嚴重破壞河(he)流生態環境。比如用(yong)河(he)道(dao)兩(liang)側

  兩公里保護范(fan)圍的這把“綠色標尺”去衡量(liang),涉(she)及到(dao)的監(jian)測對象包括沿河化工(gong)企業的排(pai)污,建筑垃圾生(sheng)活垃圾等固體(ti)廢物堆存產生(sheng)的滲濾液廢水(shui)。

  岸(an)線的(de)管控也是非常重要(yao),最終回歸到(dao)水體本身。除(chu)了水質監測,還有(you)很多外延,比如非法(fa)(fa)采砂、非法(fa)(fa)養殖、非法(fa)(fa)捕撈(lao)、非法(fa)(fa)傾(qing)倒廢棄物等。試(shi)想如果長(chang)江沿岸(an)密集安裝攝像頭,那么(me)海量(liang)的(de)監控錄像由誰來甄(zhen)別(bie)鑒(jian)定?

  查看監控視頻是工作量巨大且效率(lv)低下的事情,靠(kao)人力幾(ji)乎難(nan)以(yi)解決。如何真(zhen)正節(jie)約(yue)人力和成(cheng)本,提高效率(lv)和正確率(lv)?

  這就(jiu)要依靠視(shi)覺AI技術。對人類而言,70%~80%的信(xin)息獲取來自(zi)視(shi)覺,但人類長(chang)期觀看監(jian)視(shi)錄像易(yi)喪失注意力(li)和辨別(bie)力(li)。而我(wo)們希望讓計算機具備“從識人知物到辨識萬(wan)物”的能力(li),幫助我(wo)們在環境監(jian)管中,提(ti)升(sheng)處理(li)信(xin)息的效率(lv)。

  真正(zheng)的(de)(de)視頻監(jian)測(ce)可以區分(fen)人體(ti)形態,車輛、船只或選(xuan)定(ding)物體(ti)與所有(you)其(qi)他物體(ti)的(de)(de)一般(ban)移動和變(bian)化,從而進行抓取、分(fen)析、預警。隨著以改善水(shui)(shui)環境、恢復水(shui)(shui)生(sheng)態治理為主的(de)(de)系統性(xing)治理將逐步成為未來市場的(de)(de)發展趨勢(shi),我們要(yao)監(jian)測(ce)的(de)(de)對(dui)(dui)象可以是(shi)藍藻(zao)的(de)(de)覆蓋面積、生(sheng)長速度(du)、擴散情況(kuang),還(huan)有(you)水(shui)(shui)生(sheng)生(sheng)物的(de)(de)多樣性(xing)情況(kuang),外來物種對(dui)(dui)生(sheng)態平衡的(de)(de)破(po)壞,甚(shen)至結合電子顯微(wei)鏡監(jian)測(ce)微(wei)生(sheng)物種類、菌群數量。

  AI技術適用于生物(wu)識別(bie)場景的預演已(yi)經在(zai)(zai)進(jin)行中,推動(dong)環(huan)境遠程監(jian)測、在(zai)(zai)線(xian)監(jian)測是繼高清化和網絡化之后的第三(san)(san)次技術變(bian)革。從“看得見”到(dao)“看得清”再到(dao)現在(zai)(zai)的“看得懂”,在(zai)(zai)未來(lai)必將有更多的AI算(suan)法(fa)、AI芯片、AI產(chan)品被應用到(dao)環(huan)境監(jian)測行業,比如對岸上、水里的不同種(zhong)類動(dong)物(wu),從顏色、形態(tai)、運動(dong)軌跡、三(san)(san)維(wei)位置及尺寸信息來(lai)差異(yi)化判別(bie)它(ta)們。

  中(zhong)(zhong)國(guo)環(huan)境(jing)報:《生(sheng)(sheng)態環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)條例》正在加速(su)出(chu)臺,此舉(ju)將大大推進生(sheng)(sheng)態環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)的(de)法治化進程。對于公(gong)開征(zheng)求意見的(de)《條例(草案)》,您怎(zen)么理解?從中(zhong)(zhong)可以(yi)(yi)看出(chu)哪些環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)行業未來發展的(de)一個方向和可以(yi)(yi)突(tu)破(po)、拓展的(de)空間(jian)?

  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(an))》,我(wo)們(men)欣喜地看到(dao)(dao),生(sheng)態(tai)環境(jing)監測(ce)(ce)(ce)的(de)定(ding)義擴展到(dao)(dao)了六大內涵,包括對(dui)環境(jing)質(zhi)量、生(sheng)態(tai)狀況和污(wu)染物排(pai)放及(ji)其(qi)變化趨勢(shi)的(de)采(cai)樣(yang)觀(guan)測(ce)(ce)(ce)、調查(cha)(cha)普查(cha)(cha)、遙感解譯、分析測(ce)(ce)(ce)試、評(ping)價評(ping)估、預測(ce)(ce)(ce)預報等活(huo)動(dong)。過去無(wu)論是(shi)在線分析還是(shi)實驗室分析,我(wo)們(men)的(de)監測(ce)(ce)(ce)機構(gou)還局限(xian)在理化分析層面,也(ye)就是(shi)對(dui)各類污(wu)染物排(pai)放活(huo)動(dong)的(de)監測(ce)(ce)(ce),而(er)今后(hou),環境(jing)監測(ce)(ce)(ce)的(de)范疇(chou)將大幅度拓(tuo)寬。

  除了(le)六大(da)內涵(han),我們還看到了(le)九(jiu)大(da)外延(yan),也就是對森林(lin)、草(cao)原(yuan)、濕地、荒漠、河湖、海(hai)洋、農田、城市和(he)(he)鄉村等生態(tai)狀況的(de)監測(ce),包(bao)括對大(da)氣、地表(biao)水、地下水、海(hai)水、土壤、聲(sheng)、光(guang)、熱(re)、生物、振動、輻射、溫室氣體等環境要素質量的(de)監測(ce)。顯(xian)而易見,未來(lai)生態(tai)環境監測(ce)高新技(ji)術、先進裝備的(de)研究(jiu)、開發應用和(he)(he)推廣,新型(xing)污染物、應對新興(xing)環境問題和(he)(he)履行國際環境公約涉及污染物的(de)研究(jiu)性(xing)監測(ce)將有更多突破和(he)(he)發展。

  環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)網絡(luo)的(de)不(bu)斷(duan)完善,監(jian)測(ce)(ce)對象和適用范圍(wei)的(de)不(bu)斷(duan)豐(feng)富,將推動物(wu)聯網、傳(chuan)感(gan)器、區(qu)塊鏈、人工智能等新(xin)技術在(zai)監(jian)測(ce)(ce)檢測(ce)(ce)業務中的(de)應用,一批生態環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)創新(xin)示范基地有望建立,具有自主知識產權的(de)監(jian)測(ce)(ce)技術裝備研發和應用轉化(hua)全面加(jia)速,生態環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)自動化(hua)、智能化(hua)、信息(xi)化(hua)能力不(bu)斷(duan)提(ti)升,為創新(xin)驅動環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)產品的(de)不(bu)斷(duan)升級(ji)與推陳(chen)出新(xin)助力。同時我(wo)們(men)的(de)研發投入也在(zai)持續加(jia)大,例如在(zai)環(huan)境(jing)(jing)與健康(kang)領域(yu),我(wo)們(men)已經對環(huan)境(jing)(jing)病理性、毒理性監(jian)測(ce)(ce)分析有所布局。





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