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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: 聚光 瀏覽量:400

聚光科技(杭州)股份有限公司(si)總經理(li)孫越

  中國環境(jing)(jing)報:臭(chou)氧逐漸(jian)上升為僅次于(yu)PM2.5的(de)影響優良天(tian)數的(de)重(zhong)要(yao)因素,今年夏季,在新(xin)冠肺(fei)炎疫(yi)情防(fang)控常(chang)態(tai)化形勢下,生態(tai)環境(jing)(jing)部門開展臭(chou)氧污染防(fang)治監督幫扶攻堅行動,越(yue)來(lai)越(yue)倚(yi)重(zhong)新(xin)一代(dai)信息化技(ji)術的(de)參(can)與。在臭(chou)氧監測領域,有哪些高新(xin)技(ji)術手(shou)段出現?


  孫越:臭氧污(wu)染防治(zhi)工作的艱(jian)巨(ju)性和復雜性,亟需監(jian)測科技力量的支持。


  臭氧污染具有明顯的(de)復合(he)型(xing),其成(cheng)因非(fei)常(chang)復雜,涉及氮(dan)氧化物(NOx)和揮發性有機物(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、風速、風向都有關系。


  因此(ci),我(wo)(wo)們(men)不僅要(yao)監測臭氧(yang)(yang)的(de)濃度,更要(yao)研究(jiu)它的(de)生成機(ji)理,測出(chu)導致臭氧(yang)(yang)污染(ran)的(de)各個(ge)因素的(de)貢獻率。以(yi)此(ci)為出(chu)發點(dian),我(wo)(wo)們(men)設(she)計了一系列參與臭氧(yang)(yang)生成光化學反應的(de)常規污染(ran)物、特征污染(ran)物監測指標(biao),這些監測不僅指向區域(yu),甚至能鎖定污染(ran)行業、企業、工藝。


  目前大(da)家可以看到的臭氧污(wu)染(ran)監測(ce),除固定(ding)站外,已經增加(jia)了大(da)氣環境走(zou)航(hang)監測(ce)車(che)。大(da)部分走(zou)航(hang)車(che)功(gong)能還比(bi)較(jiao)簡單,僅僅是監測(ce)VOCs,主要作用是定(ding)位 VOCs超標的點位,從而識(shi)別來(lai)源。

  在此基礎上,聚光科技提出了協(xie)同(tong)走航監(jian)測(ce)的(de)(de)概念,也(ye)就(jiu)是同(tong)時(shi)監(jian)測(ce) VOCs、NOx、臭氧(yang)以(yi)及(ji)PM2.5。一(yi)臺走航車協(xie)同(tong)監(jian)測(ce)的(de)(de)優勢(shi)在于(yu)不僅(jin)能獲知VOCs濃度(du),而且(qie)通過(guo)模型演(yan)繹,計算(suan)和預測(ce)各(ge)類污(wu)(wu)染(ran)源對整個(ge)地區臭氧(yang)污(wu)(wu)染(ran)的(de)(de)貢獻,全面(mian)、精準、實時(shi)、定性(xing)、定量地診(zhen)斷(duan)(duan)區域污(wu)(wu)染(ran)狀況。有效改善了過(guo)去雖然監(jian)測(ce)到單一(yi)污(wu)(wu)染(ran)物的(de)(de)濃度(du),但還是無法判斷(duan)(duan)污(wu)(wu)染(ran)源究竟是誰,以(yi)及(ji)它與片區臭氧(yang)濃度(du)究竟關聯(lian)性(xing)有多大(da)的(de)(de)被動局(ju)面(mian)。


  我(wo)們試圖(tu)通過這樣的(de)(de)監(jian)測和模型計(ji)算,對(dui)一個(ge)地(di)區(qu)的(de)(de)臭(chou)(chou)氧(yang)污(wu)染成(cheng)(cheng)因精準畫像(xiang),什(shen)么(me)時間生成(cheng)(cheng),哪(na)個(ge)時段濃度最高(gao),哪(na)些因子(zi)較活躍,是(shi)(shi)哪(na)些行業導(dao)致(zhi)的(de)(de)……當然,一個(ge)城市的(de)(de)臭(chou)(chou)氧(yang)不僅(jin)僅(jin)來自于本地(di),還有外(wai)源(yuan)輸(shu)入。對(dui)此,我(wo)們也有一個(ge)監(jian)測指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧(yang)乙酰硝酸酯)是(shi)(shi)由大氣中部(bu)分VOCs和NOx進行光化學反應而生成(cheng)(cheng)的(de)(de),是(shi)(shi)一種重要(yao)的(de)(de)二次污(wu)染物,聚(ju)光科技PANs在線(xian)監(jian)測系統就是(shi)(shi)針對(dui)它。通過這一監(jian)測,能(neng)迅(xun)速分析出臭(chou)(chou)氧(yang)污(wu)染是(shi)(shi)外(wai)源(yuan)輸(shu)入還是(shi)(shi)本地(di)源(yuan)造成(cheng)(cheng)的(de)(de)。


  這些圍繞VOCs的監測(ce),除了因為它通過光(guang)照(zhao)與NOx發(fa)生(sheng)反應后(hou)生(sheng)產臭(chou)氧(yang),也源于它與空氣中(zhong)的氧(yang)化劑、硝酸等發(fa)生(sheng)氧(yang)化、吸附、凝結反應會生(sheng)成二次有機顆(ke)粒物,也就是我們熟知(zhi)的PM2.5。監測(ce)分析(xi)VOCs就把臭(chou)氧(yang)防治(zhi)和PM2.5防治(zhi)兩項(xiang)任(ren)務協同起來了,也就是既要扭轉(zhuan)臭(chou)氧(yang)污染升高態勢(shi),還(huan)要保持(chi)PM2.5污染持(chi)續下降。


  我(wo)們的(de)(de)走航(hang)車同時(shi)開(kai)展VOCs+大(da)氣常規(gui)六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測(ce)工(gong)作,再(zai)通過(guo)搭載的(de)(de)空氣質量(liang)模型,分析本地(di)生成(cheng)和外部(bu)傳輸臭(chou)氧(yang)前體(ti)物與臭(chou)氧(yang)的(de)(de)占比,獲得(de)各(ge)地(di)區各(ge)類污染源排(pai)放對受體(ti)點環境臭(chou)氧(yang)濃度的(de)(de)貢(gong)獻。當得(de)到(dao)環境中臭(chou)氧(yang)濃度與其生成(cheng)前體(ti)物排(pai)放之間的(de)(de)定量(liang)關(guan)系后,還可以以此為依據開(kai)展減排(pai)效果評估。


  這些復雜的(de)源解析模(mo)型和擴散模(mo)型、預警(jing)模(mo)型都需要人工智能(AI)不斷優化,讓一臺(tai)車至少解決五六(liu)個方面(mian)的(de)問(wen)題,大大降(jiang)低(di)了監測(ce)(ce)成本。比如除了前面(mian)講的(de),PM10我們怎(zen)么辦(ban)?在走航車底部就有這樣的(de)裝置,針(zhen)對建筑工地或者(zhe)城市(shi)道路(lu)的(de)道路(lu)積塵負荷(he),都可以做(zuo)到實時監測(ce)(ce)。


  除了(le)降低成本(ben),還要提升工作效率。現在的大氣(qi)走(zou)航監測車采用飛行時間質譜儀,實現秒級出數,便于快速(su)摸(mo)清污染底數。同時與搭載的氣(qi)相色譜-質譜聯用儀(GC-MS分析儀)相結合,輸(shu)出VOCs特(te)征(zheng)因子污染全域(yu)圖,全面摸(mo)排、定性定量診斷污染情況(kuang)。


  另(ling)外,5G技術的(de)(de)(de)應用也(ye)使(shi)走(zou)航(hang)車對污染(ran)源的(de)(de)(de)定位(wei)日臻精(jing)準(zhun),已經(jing)達到(dao)厘米級(ji),如(ru)果(guo)是4G的(de)(de)(de)話,也(ye)就只(zhi)能(neng)精(jing)確(que)到(dao)10米級(ji)。這意味著,溯源對于(yu)我們來說不僅限于(yu)一(yi)個(ge)地(di)區、一(yi)家(jia)企業,而是可以找(zhao)到(dao)某(mou)個(ge)車間。盡管有(you)些車間和生產工(gong)藝(yi)是連(lian)續性的(de)(de)(de),但(dan)我們在工(gong)藝(yi)段之間的(de)(de)(de)走(zou)航(hang)能(neng)夠非常(chang)準(zhun)確(que)地(di)找(zhao)到(dao)無組(zu)織排放點到(dao)底是在哪個(ge)位(wei)置。伴(ban)隨著快速定位(wei),我們還(huan)能(neng)夠進行遠程的(de)(de)(de)可視化管控,也(ye)就是在走(zou)航(hang)過程中(zhong)增加了攝(she)像(xiang)頭,攝(she)像(xiang)頭抓拍到(dao)的(de)(de)(de)無組(zu)織排放違法行為,包(bao)括視頻、圖像(xiang),都通過5G網(wang)絡瞬時傳輸到(dao)監察(cha)人(ren)員手中(zhong)。


  無論(lun)利用空氣質量模(mo)型對(dui)(dui)臭(chou)氧源(yuan)解(jie)析和敏感性進行(xing)分析,對(dui)(dui)臭(chou)氧污染(ran)過程進行(xing)模(mo)擬,還是(shi)(shi)精準溯源(yuan)、實時可視化監(jian)管(guan),都是(shi)(shi)目前5G+ AI與(yu)環境監(jian)測深度(du)耦合,助力我(wo)們(men)數字化轉型的例子。


  中國環境報:關于生(sheng)態環境部提(ti)出的(de)構(gou)建全流域生(sheng)態質量監(jian)測(ce)(ce)一張網,您(nin)怎(zen)么理解?作為環境監(jian)測(ce)(ce)行業(ye)的(de)龍頭企(qi)業(ye),又會(hui)在(zai)水環境監(jian)測(ce)(ce)領域有何布局?


  孫越:按照全(quan)流域、全(quan)要(yao)素的(de)要(yao)求(qiu)系統治理水環境,是當前(qian)的(de)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)(liu)途經(jing)不同行政轄區,原(yuan)本具(ju)有整(zheng)體(ti)性(xing)、關聯(lian)性(xing)特征的流(liu)(liu)域自然空間(jian)被行政區單(dan)元所分割管理(li),流(liu)(liu)域內各類資源、各個因(yin)素相互(hu)(hu)影響(xiang)、相互(hu)(hu)促進、相互(hu)(hu)約束,共同構成(cheng)統一的動(dong)態平衡(heng)系統,因(yin)此涉水事(shi)務非常多,管理(li)部(bu)門(men)業務上(shang)相互(hu)(hu)交叉。


  把“系統(tong)治理(li)”“協同(tong)治理(li)”作為方向指南,對(dui)流(liu)域治理(li)來說(shuo)既是(shi)挑(tiao)戰(zhan)也是(shi)機遇(yu)。我們以此(ci)提出(chu)“源、網(wang)(wang)、岸、排(pai)、河”五方面監測,分別對(dui)應(ying)污染源、排(pai)水管網(wang)(wang)、近水岸線、入河排(pai)污口和(he)河道(dao)水質(zhi)。


  污(wu)染源不僅(jin)有(you)工業源,污(wu)水處理(li)廠也可以當成點(dian)源,還有(you)農業面源,都要監測。以改善(shan)水環境、恢復水生態治(zhi)(zhi)理(li)為主的(de)系統性治(zhi)(zhi)理(li)將逐步成為未來市場的(de)發展趨(qu)勢。


  排水管(guan)網不僅要監測污(wu)水管(guan)網,還(huan)有(you)雨水管(guan)網,也可能(neng)出現超標。


  管網的(de)終端就是(shi)排(pai)(pai)口(kou)。生態環境部開展長(chang)江(jiang)入(ru)(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)口(kou)排(pai)(pai)查整治(zhi)專項行(xing)動(dong)時就提出(chu),往長(chang)江(jiang)里排(pai)(pai)污(wu)的(de)到底(di)有(you)多少排(pai)(pai)污(wu)口(kou),在(zai)哪里排(pai)(pai),誰(shui)在(zai)排(pai)(pai),排(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)多少等一系列問題。如何把入(ru)(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)口(kou)這個(ge)最重(zhong)要的(de)基(ji)礎(chu)性(xing)底(di)數摸清(qing)楚(chu),也(ye)是(shi)對(dui)監測行(xing)業的(de)一場大(da)考。首先,這個(ge)數量是(shi)非常龐大(da)的(de)。以(yi)去年生態環境部完成(cheng)的(de)長(chang)江(jiang)流域(yu)2.4萬(wan)(wan)公里岸(an)線及(ji)沿岸(an)2公里區域(yu)的(de)入(ru)(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)口(kou)排(pai)(pai)查為例,排(pai)(pai)查出(chu)長(chang)江(jiang)入(ru)(ru)河(he)排(pai)(pai)污(wu)口(kou)6萬(wan)(wan)多個(ge)。這是(shi)我們目前掌握(wo)的(de)數字,具(ju)體到每一個(ge)排(pai)(pai)污(wu)口(kou) 如何監測則涉及(ji)更(geng)復雜、更(geng)多樣的(de)情(qing)況(kuang)。比如,許多污(wu)染排(pai)(pai)放不是(shi)連續性(xing)的(de),如果(guo)是(shi)抽查,很難監測到超標現象。


  所以說,水里的問題,根源(yuan)在(zai)岸上,對長江沿岸的重點(dian)工業企業,我們也要(yao)全部納入日(ri)常監測(ce),進行全過程跟蹤,實現長江沿岸區域污(wu)染源(yuan)情況明、底(di)數清。


  我們(men)發現(xian),河(he)流(liu)、湖泊(bo)岸(an)線范圍(wei)不明(ming),功(gong)能(neng)界定(ding)不清,部(bu)分(fen)河(he)段岸(an)線開發不合理,也會嚴重破壞河(he)流(liu)生態環(huan)境。比如用河(he)道兩側兩公里保護范圍的這把“綠色標尺”去衡量,涉(she)及到(dao)的監測對象包(bao)括沿河化工企(qi)業的排(pai)污,建(jian)筑垃圾生活垃圾等固體廢物堆存產生的滲(shen)濾液廢水(shui)。


  岸線的(de)管控也(ye)是非(fei)常重(zhong)要,最終回歸到水(shui)(shui)體本(ben)身。除了(le)水(shui)(shui)質監(jian)測,還有很(hen)多外延(yan),比(bi)如非(fei)法采砂、非(fei)法養殖、非(fei)法捕(bu)撈、非(fei)法傾倒廢(fei)棄(qi)物等。試想如果(guo)長江沿(yan)岸密集安裝攝(she)像(xiang)頭,那么海量的(de)監(jian)控錄(lu)像(xiang)由誰來甄別鑒定?

  

      查(cha)看監控(kong)視頻(pin)是(shi)工(gong)作量巨大(da)且效率(lv)低(di)下的事情,靠人力(li)幾乎難以解決。如何(he)真正節(jie)約人力(li)和成本,提高效率(lv)和正確率(lv)?


  這就要依靠視(shi)(shi)覺AI技術。對人類而言,70%~80%的(de)信息(xi)獲取(qu)來自視(shi)(shi)覺,但人類長期觀(guan)看監視(shi)(shi)錄像易喪失注意(yi)力(li)和辨(bian)別(bie)力(li)。而我(wo)們(men)希望讓計算機具備“從識(shi)人知(zhi)物(wu)到(dao)辨(bian)識(shi)萬物(wu)”的(de)能力(li),幫(bang)助我(wo)們(men)在環境監管(guan)中,提(ti)升處理(li)信息(xi)的(de)效率。


  真正的(de)(de)(de)視頻監測可(ke)以區分人(ren)體形態(tai)(tai),車輛(liang)、船只或(huo)選定物體與所有其(qi)他物體的(de)(de)(de)一般移動和變(bian)化(hua),從而進行抓取、分析、預警。隨著以改善水環境、恢(hui)復水生(sheng)(sheng)(sheng)態(tai)(tai)治(zhi)理(li)(li)為主的(de)(de)(de)系統性治(zhi)理(li)(li)將逐步成為未來(lai)市場的(de)(de)(de)發展趨(qu)勢,我(wo)們要(yao)監測的(de)(de)(de)對(dui)象可(ke)以是藍藻的(de)(de)(de)覆蓋面(mian)積、生(sheng)(sheng)(sheng)長速度、擴(kuo)散情(qing)況,還有水生(sheng)(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)(sheng)物的(de)(de)(de)多樣性情(qing)況,外來(lai)物種(zhong)對(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)態(tai)(tai)平(ping)衡的(de)(de)(de)破壞,甚至結合電子顯微鏡監測微生(sheng)(sheng)(sheng)物種(zhong)類、菌群數量(liang)。

  AI技術(shu)適用于生物識(shi)別場(chang)景的預演(yan)已經在進行中,推(tui)動(dong)環(huan)境遠程監測(ce)、在線監測(ce)是繼高清(qing)化和網絡化之后的第三(san)次技術(shu)變(bian)革。從(cong)“看得(de)見”到“看得(de)清(qing)”再(zai)到現在的“看得(de)懂”,在未來必(bi)將(jiang)有更多的AI算法、AI芯片、AI產品被應用到環(huan)境監測(ce)行業,比(bi)如對岸上、水里的不同種類動(dong)物,從(cong)顏色、形態、運動(dong)軌(gui)跡、三(san)維位置及尺寸(cun)信息來差異(yi)化判(pan)別它們(men)。


  中(zhong)國環境(jing)報(bao):《生(sheng)態環境(jing)監測(ce)(ce)條(tiao)例》正在加(jia)速出臺,此舉將大大推(tui)進(jin)生(sheng)態環境(jing)監測(ce)(ce)的(de)法治化進(jin)程。對(dui)于(yu)公(gong)開征(zheng)求意見(jian)的(de)《條(tiao)例(草案)》,您怎么(me)理解?從中(zhong)可以看出哪(na)些環境(jing)監測(ce)(ce)行業(ye)未(wei)來(lai)發(fa)展的(de)一個方(fang)向和可以突破、拓(tuo)展的(de)空間?


  孫越:生態環境(jing)監測是生態環境(jing)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(guo)(guo)《條例(草案(an))》,我們(men)欣喜(xi)地看到,生態環(huan)境監(jian)測的定義擴展(zhan)到了六大內涵,包括對環(huan)境質(zhi)量、生態狀況和污染物排(pai)放(fang)及其(qi)變(bian)化趨勢的采樣(yang)觀(guan)測、調查普查、遙感(gan)解(jie)譯、分析(xi)測試、評價(jia)評估(gu)、預(yu)測預(yu)報等活動(dong)。過(guo)(guo)去無(wu)論是在線(xian)分析(xi)還(huan)是實(shi)驗(yan)室分析(xi),我們(men)的監(jian)測機構還(huan)局限在理化分析(xi)層面,也就是對各類污染物排(pai)放(fang)活動(dong)的監(jian)測,而今后,環(huan)境監(jian)測的范疇將(jiang)大幅度拓寬。


  除(chu)了六大(da)內涵,我(wo)們還看到了九大(da)外延(yan),也就是對(dui)森林(lin)、草(cao)原(yuan)、濕地(di)(di)、荒漠、河湖、海洋、農田、城市和(he)鄉(xiang)村等(deng)生態狀況的(de)監(jian)測,包括對(dui)大(da)氣、地(di)(di)表水、地(di)(di)下(xia)水、海水、土壤、聲、光(guang)、熱(re)、生物、振動、輻射、溫室(shi)氣體等(deng)環境要素(su)質量的(de)監(jian)測。顯而易見(jian),未來生態環境監(jian)測高(gao)新(xin)技術、先進(jin)裝(zhuang)備(bei)的(de)研究(jiu)、開發應用和(he)推廣,新(xin)型污染物、應對(dui)新(xin)興環境問題和(he)履行國際環境公約涉及(ji)污染物的(de)研究(jiu)性監(jian)測將有更多(duo)突破和(he)發展。


  環(huan)(huan)境(jing)監測(ce)網絡的不斷(duan)(duan)完善(shan),監測(ce)對象和(he)適用(yong)(yong)范圍的不斷(duan)(duan)豐富,將推動(dong)物聯網、傳感器、區塊鏈、人工智能等新(xin)技(ji)術在(zai)監測(ce)檢測(ce)業務中(zhong)的應(ying)用(yong)(yong),一批生態環(huan)(huan)境(jing)監測(ce)創新(xin)示范基地有(you)(you)望建立(li),具(ju)有(you)(you)自主(zhu)知識(shi)產(chan)權(quan)的監測(ce)技(ji)術裝(zhuang)備研(yan)發(fa)和(he)應(ying)用(yong)(yong)轉(zhuan)化全(quan)面加速,生態環(huan)(huan)境(jing)監測(ce)自動(dong)化、智能化、信息(xi)化能力不斷(duan)(duan)提升(sheng),為創新(xin)驅動(dong)環(huan)(huan)境(jing)監測(ce)產(chan)品(pin)的不斷(duan)(duan)升(sheng)級與(yu)推陳出新(xin)助力。同時我(wo)們(men)的研(yan)發(fa)投(tou)入也(ye)在(zai)持續加大(da),例如在(zai)環(huan)(huan)境(jing)與(yu)健康領域,我(wo)們(men)已經對環(huan)(huan)境(jing)病理性、毒理性監測(ce)分析(xi)有(you)(you)所布局。



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