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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(yuan): 聚光 瀏覽量:400

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(yang)(yang)逐漸(jian)上升為(wei)僅次于(yu)PM2.5的(de)影響優良天數(shu)的(de)重(zhong)要因素(su),今(jin)年夏季,在新(xin)冠肺炎(yan)疫(yi)情(qing)防(fang)控常態(tai)化形勢下,生態(tai)環境部門開展臭氧(yang)(yang)污(wu)染防(fang)治(zhi)監(jian)督(du)幫(bang)扶攻堅行動(dong),越(yue)來(lai)越(yue)倚重(zhong)新(xin)一代信息化技術(shu)(shu)的(de)參與(yu)。在臭氧(yang)(yang)監(jian)測領域,有哪些(xie)高(gao)新(xin)技術(shu)(shu)手段出現?


  孫越:臭氧(yang)污(wu)染防(fang)治(zhi)工作的艱巨性(xing)和復雜性(xing),亟(ji)需監測科技(ji)力(li)量的支(zhi)持。


  臭氧(yang)污染具有(you)明顯的(de)復(fu)合(he)型(xing),其(qi)成因(yin)非常復(fu)雜,涉(she)及(ji)氮(dan)氧(yang)化物(NOx)和(he)揮發(fa)性有(you)機物(VOCs)的(de)排放,還(huan)與氣象條件(jian)、地理環境(jing),比如氣溫、光照、濕度(du)、氣壓(ya)、風速、風向都有(you)關系。


  因此(ci),我們(men)不僅要監測臭(chou)氧的(de)濃度,更要研究它(ta)的(de)生成機理,測出(chu)導致臭(chou)氧污(wu)染(ran)(ran)的(de)各個因素的(de)貢獻率。以此(ci)為出(chu)發點,我們(men)設計了一系(xi)列參(can)與臭(chou)氧生成光化學反應的(de)常(chang)規污(wu)染(ran)(ran)物、特征污(wu)染(ran)(ran)物監測指標(biao),這些(xie)監測不僅指向區(qu)域(yu),甚至能鎖定(ding)污(wu)染(ran)(ran)行(xing)業、企業、工藝。


  目前大(da)家可以看到的臭氧污染(ran)監測(ce)(ce),除固(gu)定(ding)站(zhan)外,已經增加了(le)大(da)氣環境走航(hang)監測(ce)(ce)車。大(da)部分走航(hang)車功能還(huan)比(bi)較簡單,僅(jin)僅(jin)是監測(ce)(ce)VOCs,主要作用是定(ding)位 VOCs超標的點(dian)位,從而識別來(lai)源。

  在此(ci)基礎上,聚光科技提出了協同(tong)(tong)走航(hang)監(jian)測的(de)(de)概念,也就是(shi)同(tong)(tong)時(shi)(shi)監(jian)測 VOCs、NOx、臭氧以及PM2.5。一(yi)臺走航(hang)車協同(tong)(tong)監(jian)測的(de)(de)優勢在于不僅能(neng)獲知VOCs濃度,而且通過模(mo)型演繹,計算和預測各類污(wu)染源(yuan)對整(zheng)個(ge)地區臭氧污(wu)染的(de)(de)貢獻,全(quan)面(mian)、精準(zhun)、實時(shi)(shi)、定性(xing)(xing)、定量地診斷區域污(wu)染狀(zhuang)況。有(you)效改善了過去(qu)雖然監(jian)測到(dao)單一(yi)污(wu)染物的(de)(de)濃度,但還是(shi)無法(fa)判斷污(wu)染源(yuan)究竟是(shi)誰,以及它與片區臭氧濃度究竟關聯性(xing)(xing)有(you)多大(da)的(de)(de)被(bei)動(dong)局面(mian)。


  我們(men)試圖通(tong)過這樣的(de)監(jian)測(ce)和模型計算,對一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)地區的(de)臭氧(yang)污染成(cheng)(cheng)因精準畫(hua)像,什(shen)么時間生成(cheng)(cheng),哪個(ge)(ge)時段濃度最高,哪些因子較活躍(yue),是(shi)哪些行業導致的(de)……當然(ran),一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)城市的(de)臭氧(yang)不僅僅來自于本地,還有外源輸入(ru)。對此(ci),我們(men)也(ye)有一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)監(jian)測(ce)指標(biao)——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧(yang)乙酰硝酸酯)是(shi)由大氣中部分VOCs和NOx進行光化學反應而生成(cheng)(cheng)的(de),是(shi)一(yi)(yi)(yi)種重要的(de)二次污染物(wu),聚光科技PANs在線(xian)監(jian)測(ce)系(xi)統就是(shi)針對它。通(tong)過這一(yi)(yi)(yi)監(jian)測(ce),能(neng)迅速分析出臭氧(yang)污染是(shi)外源輸入(ru)還是(shi)本地源造成(cheng)(cheng)的(de)。


  這(zhe)些圍繞VOCs的監測(ce),除了因為它通過光照與NOx發(fa)生反(fan)應后生產臭氧,也源于它與空氣中的氧化劑、硝酸等發(fa)生氧化、吸附、凝結反(fan)應會生成二次有機(ji)顆粒物,也就(jiu)是我們熟知的PM2.5。監測(ce)分析VOCs就(jiu)把臭氧防(fang)治和PM2.5防(fang)治兩項任(ren)務協(xie)同起來了,也就(jiu)是既要(yao)扭(niu)轉臭氧污染升高態勢,還要(yao)保持(chi)PM2.5污染持(chi)續下(xia)降。


  我們的(de)走航車同(tong)時開展(zhan)VOCs+大氣(qi)常規六參(can)數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監(jian)測工作,再通(tong)過搭載的(de)空氣(qi)質量(liang)(liang)模型,分析本地(di)生(sheng)成和外部(bu)傳輸臭氧(yang)(yang)前體(ti)物與臭氧(yang)(yang)的(de)占比,獲得各地(di)區(qu)各類污染源排(pai)放對受體(ti)點環境(jing)臭氧(yang)(yang)濃度的(de)貢獻。當得到(dao)環境(jing)中(zhong)臭氧(yang)(yang)濃度與其生(sheng)成前體(ti)物排(pai)放之(zhi)間(jian)的(de)定量(liang)(liang)關系后,還可以(yi)以(yi)此為依據開展(zhan)減排(pai)效果評估。


  這些復雜的源解析(xi)模(mo)(mo)型(xing)和(he)擴散模(mo)(mo)型(xing)、預警模(mo)(mo)型(xing)都需要人工(gong)智能(AI)不斷(duan)優(you)化,讓(rang)一臺(tai)車(che)至少解決五六個(ge)方面的問題,大大降低了監測成本。比如除了前面講的,PM10我們怎么辦?在(zai)走航車(che)底部就有這樣的裝(zhuang)置,針對建筑(zhu)工(gong)地或者城(cheng)市道路的道路積塵(chen)負荷,都可以做到實時監測。


  除了降低成本(ben),還要提升工(gong)作效率。現(xian)(xian)在(zai)的大氣走航監測車采(cai)用(yong)飛(fei)行時間質譜(pu)儀(yi),實現(xian)(xian)秒級出數,便于快(kuai)速摸清污染底數。同時與搭載的氣相色譜(pu)-質譜(pu)聯用(yong)儀(yi)(GC-MS分(fen)析儀(yi))相結合,輸出VOCs特征因(yin)子污染全(quan)(quan)域(yu)圖,全(quan)(quan)面摸排、定(ding)性定(ding)量診斷污染情況。


  另外(wai),5G技術(shu)的應用也使走航(hang)(hang)車對污染源的定位日臻(zhen)精(jing)準(zhun),已(yi)經(jing)達到厘米級,如果是(shi)4G的話,也就只能(neng)精(jing)確(que)到10米級。這(zhe)意(yi)味著,溯源對于我(wo)們來說不僅限于一個(ge)地(di)區、一家企業,而(er)是(shi)可以找到某個(ge)車間(jian)。盡管(guan)有些車間(jian)和生(sheng)產工(gong)(gong)藝是(shi)連續(xu)性的,但我(wo)們在工(gong)(gong)藝段之間(jian)的走航(hang)(hang)能(neng)夠非常(chang)準(zhun)確(que)地(di)找到無(wu)組織排(pai)放(fang)點(dian)到底(di)是(shi)在哪個(ge)位置。伴隨著快速定位,我(wo)們還(huan)能(neng)夠進行(xing)遠程(cheng)的可視化管(guan)控,也就是(shi)在走航(hang)(hang)過程(cheng)中增加了攝(she)像頭,攝(she)像頭抓拍(pai)到的無(wu)組織排(pai)放(fang)違(wei)法行(xing)為,包括視頻、圖像,都通過5G網絡瞬時傳輸到監察人員手中。


  無論利(li)用空氣質量模(mo)(mo)型對臭(chou)氧源(yuan)解析和敏(min)感性進(jin)行(xing)分析,對臭(chou)氧污染過程進(jin)行(xing)模(mo)(mo)擬,還是(shi)精準溯(su)源(yuan)、實時可視化監管,都是(shi)目前5G+ AI與(yu)環境監測深度(du)耦合(he),助力我們數字(zi)化轉型的(de)例子。


  中國環(huan)境(jing)(jing)報(bao):關于(yu)生(sheng)態環(huan)境(jing)(jing)部提出的構建(jian)全流(liu)域生(sheng)態質量監測(ce)一張網,您怎么理解(jie)?作為(wei)環(huan)境(jing)(jing)監測(ce)行業(ye)的龍頭企(qi)業(ye),又會在(zai)水環(huan)境(jing)(jing)監測(ce)領域有何布局?


  孫越:按照全流域、全要(yao)素的要(yao)求(qiu)系(xi)統(tong)治理水環境,是當(dang)前的新(xin)方向(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。


  一條河流途經不同行(xing)政轄區,原本具有(you)整體性(xing)、關(guan)聯性(xing)特(te)征的流域(yu)自然空間被行(xing)政區單(dan)元(yuan)所分(fen)割(ge)管(guan)理,流域(yu)內各類資源、各個(ge)因素相(xiang)(xiang)互(hu)影響、相(xiang)(xiang)互(hu)促進、相(xiang)(xiang)互(hu)約束,共同構成統(tong)一的動(dong)態平衡系(xi)統(tong),因此涉(she)水事務非(fei)常多,管(guan)理部門業(ye)務上相(xiang)(xiang)互(hu)交叉。


  把“系(xi)統治(zhi)理”“協同(tong)治(zhi)理”作為方向指南(nan),對流域治(zhi)理來說既(ji)是挑戰也是機(ji)遇。我們以此(ci)提出“源、網、岸、排、河(he)”五方面(mian)監測,分別對應(ying)污染(ran)源、排水(shui)(shui)管網、近(jin)水(shui)(shui)岸線、入河(he)排污口和河(he)道水(shui)(shui)質。


  污(wu)(wu)染源不僅有(you)工業(ye)源,污(wu)(wu)水處理廠也可以當成點(dian)源,還有(you)農業(ye)面源,都要監測。以改善(shan)水環(huan)境、恢復水生態(tai)治理為主的系統性治理將逐(zhu)步成為未(wei)來市場的發(fa)展(zhan)趨勢。


  排水管網不(bu)僅要監測(ce)污水管網,還有雨水管網,也(ye)可能出現超(chao)標。


  管網的終端(duan)就是排(pai)(pai)(pai)(pai)口。生態(tai)環境(jing)部開展(zhan)長(chang)(chang)江入(ru)(ru)河排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口排(pai)(pai)(pai)(pai)查整(zheng)治專項行(xing)動時(shi)就提出(chu),往(wang)長(chang)(chang)江里排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)的到(dao)底(di)有多少(shao)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口,在哪(na)里排(pai)(pai)(pai)(pai),誰在排(pai)(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)(pai)(pai)多少(shao)等一系列問題。如(ru)何把入(ru)(ru)河排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口這個(ge)(ge)最(zui)重(zhong)要的基礎性底(di)數摸清(qing)楚(chu),也(ye)是對監(jian)(jian)測(ce)行(xing)業的一場(chang)大(da)考。首先,這個(ge)(ge)數量是非常龐大(da)的。以(yi)去年生態(tai)環境(jing)部完成的長(chang)(chang)江流域(yu)2.4萬(wan)公(gong)里岸(an)線及沿(yan)岸(an)2公(gong)里區域(yu)的入(ru)(ru)河排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口排(pai)(pai)(pai)(pai)查為例,排(pai)(pai)(pai)(pai)查出(chu)長(chang)(chang)江入(ru)(ru)河排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口6萬(wan)多個(ge)(ge)。這是我們(men)目前(qian)掌握的數字,具(ju)體到(dao)每一個(ge)(ge)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口 如(ru)何監(jian)(jian)測(ce)則涉及更復雜(za)、更多樣的情(qing)況。比如(ru),許(xu)多污(wu)(wu)(wu)染排(pai)(pai)(pai)(pai)放不是連續性的,如(ru)果是抽(chou)查,很(hen)難監(jian)(jian)測(ce)到(dao)超標(biao)現象。


  所以說,水里的(de)問(wen)題(ti),根源(yuan)在岸(an)上(shang),對長(chang)江(jiang)沿岸(an)的(de)重點工(gong)業(ye)企業(ye),我們也(ye)要(yao)全部納(na)入日常監(jian)測(ce),進行全過程(cheng)跟蹤,實現長(chang)江(jiang)沿岸(an)區域污(wu)染源(yuan)情況(kuang)明、底數清(qing)。


  我們(men)發(fa)現,河流、湖泊岸線范圍不明,功能(neng)界定不清,部分河段岸線開發(fa)不合理,也(ye)會嚴重破(po)壞河流生態環(huan)境。比如用河道兩(liang)側兩公里(li)保(bao)護范圍的這把“綠(lv)色(se)標(biao)尺”去(qu)衡量,涉及到的監測對象包括沿河化工企業的排污(wu),建筑垃圾生(sheng)活垃圾等固體廢(fei)物(wu)堆(dui)存產生(sheng)的滲濾(lv)液廢(fei)水。


  岸(an)線的管控也是非(fei)常(chang)重要(yao),最終回歸到水體本身。除了水質監測,還有很多外延,比如非(fei)法(fa)(fa)采(cai)砂、非(fei)法(fa)(fa)養殖、非(fei)法(fa)(fa)捕(bu)撈(lao)、非(fei)法(fa)(fa)傾倒廢棄物等。試想如果長江沿岸(an)密集安(an)裝攝像頭,那么海(hai)量(liang)的監控錄像由誰來甄別鑒(jian)定?

  

      查看監控視頻是工(gong)作量巨大且(qie)效(xiao)率低下(xia)的事情,靠人力幾乎難以解(jie)決(jue)。如何真(zhen)正節約(yue)人力和成本,提高效(xiao)率和正確率?


  這就要(yao)依靠視覺(jue)AI技術。對人(ren)類而言,70%~80%的信息獲(huo)取來自視覺(jue),但人(ren)類長期觀看監(jian)視錄像易喪失注意力(li)和辨別力(li)。而我們希(xi)望讓(rang)計算機具備“從識人(ren)知物(wu)到辨識萬物(wu)”的能力(li),幫(bang)助我們在環境(jing)監(jian)管中(zhong),提升處理信息的效率。


  真正的(de)(de)視頻監測可以區分(fen)人(ren)體(ti)形態,車輛、船只或選定物(wu)(wu)體(ti)與所有其他物(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)一般移動和變化,從而進行抓取、分(fen)析、預警(jing)。隨著以改善(shan)水(shui)(shui)環(huan)境、恢復(fu)水(shui)(shui)生(sheng)(sheng)態治理為主(zhu)的(de)(de)系統性(xing)(xing)治理將(jiang)逐步(bu)成為未來市場的(de)(de)發展趨勢,我們要監測的(de)(de)對象可以是藍藻的(de)(de)覆蓋面積(ji)、生(sheng)(sheng)長速度、擴散情況(kuang),還(huan)有水(shui)(shui)生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)多樣性(xing)(xing)情況(kuang),外來物(wu)(wu)種對生(sheng)(sheng)態平衡的(de)(de)破壞,甚至結(jie)合(he)電(dian)子顯微(wei)(wei)鏡(jing)監測微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)種類、菌群數量。

  AI技(ji)術(shu)適用于生物識別(bie)場(chang)景(jing)的(de)(de)(de)(de)預演已經在(zai)進行中,推動環境遠程監測、在(zai)線監測是繼高(gao)清化和網絡化之后的(de)(de)(de)(de)第三次技(ji)術(shu)變革。從“看得(de)(de)見”到(dao)“看得(de)(de)清”再(zai)到(dao)現在(zai)的(de)(de)(de)(de)“看得(de)(de)懂”,在(zai)未來必(bi)將有更(geng)多的(de)(de)(de)(de)AI算(suan)法、AI芯(xin)片、AI產品被(bei)應(ying)用到(dao)環境監測行業,比如(ru)對岸(an)上(shang)、水里的(de)(de)(de)(de)不同種類動物,從顏(yan)色、形態、運動軌跡、三維位置及(ji)尺寸信息來差異化判別(bie)它們。


  中(zhong)國(guo)環(huan)(huan)境報:《生態(tai)環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)條(tiao)(tiao)例》正在加速出臺,此舉(ju)將(jiang)大大推進(jin)生態(tai)環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)的(de)(de)法治(zhi)化進(jin)程。對于公開(kai)征求意(yi)見的(de)(de)《條(tiao)(tiao)例(草案)》,您怎么理解?從中(zhong)可以看出哪些環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)行業未來發展(zhan)(zhan)的(de)(de)一個方(fang)向(xiang)和(he)可以突破、拓展(zhan)(zhan)的(de)(de)空(kong)間(jian)?


  孫越:生(sheng)態環境監測是生(sheng)態環境保護的(de)基礎,但過(guo)去這項工作的(de)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(tong)過《條例(草案(an))》,我(wo)們(men)欣喜地(di)看到,生態(tai)環(huan)境監測(ce)(ce)的定義(yi)擴展到了六大內涵,包括(kuo)對(dui)環(huan)境質量、生態(tai)狀況和污(wu)染(ran)物(wu)排放(fang)及其變化趨(qu)勢的采樣觀測(ce)(ce)、調查(cha)普查(cha)、遙(yao)感解(jie)譯、分析測(ce)(ce)試、評價評估、預測(ce)(ce)預報(bao)等活(huo)動。過去無論是(shi)在線分析還是(shi)實驗(yan)室分析,我(wo)們(men)的監測(ce)(ce)機構還局(ju)限在理化分析層面(mian),也就是(shi)對(dui)各類污(wu)染(ran)物(wu)排放(fang)活(huo)動的監測(ce)(ce),而(er)今后(hou),環(huan)境監測(ce)(ce)的范疇將(jiang)大幅(fu)度拓寬。


  除了六大(da)內(nei)涵,我們還看(kan)到(dao)了九(jiu)大(da)外延,也就是對(dui)森(sen)林、草(cao)原、濕(shi)地、荒漠、河湖、海(hai)洋、農田(tian)、城市和鄉(xiang)村等生(sheng)態狀況的(de)監(jian)測,包括對(dui)大(da)氣(qi)、地表(biao)水、地下(xia)水、海(hai)水、土壤、聲、光、熱、生(sheng)物、振動(dong)、輻射(she)、溫室氣(qi)體等環境(jing)要素質量的(de)監(jian)測。顯而易見,未(wei)來生(sheng)態環境(jing)監(jian)測高新技術、先進裝備的(de)研(yan)究、開發應(ying)用和推廣,新型污(wu)染(ran)物、應(ying)對(dui)新興環境(jing)問題和履行國際環境(jing)公約涉及污(wu)染(ran)物的(de)研(yan)究性監(jian)測將有更多突破和發展。


  環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)網絡的(de)(de)不(bu)(bu)斷完(wan)善,監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)對象和適用(yong)范圍(wei)的(de)(de)不(bu)(bu)斷豐富(fu),將推(tui)動(dong)物聯網、傳感器、區塊鏈、人工(gong)智能(neng)等新技術在監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)檢測(ce)(ce)(ce)業(ye)務(wu)中的(de)(de)應用(yong),一批生態(tai)環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)創(chuang)新示范基地有望(wang)建立,具有自主(zhu)知識產(chan)權(quan)的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)技術裝(zhuang)備(bei)研發和應用(yong)轉(zhuan)化全面加速,生態(tai)環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)自動(dong)化、智能(neng)化、信息化能(neng)力不(bu)(bu)斷提升(sheng),為創(chuang)新驅動(dong)環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)產(chan)品的(de)(de)不(bu)(bu)斷升(sheng)級與推(tui)陳出新助力。同時我(wo)(wo)們(men)的(de)(de)研發投入也在持續(xu)加大,例如在環(huan)(huan)境(jing)(jing)與健康領域,我(wo)(wo)們(men)已經對環(huan)(huan)境(jing)(jing)病理性、毒理性監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分(fen)析有所布局。



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