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發布時間:2020-01-14
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中國環(huan)境報:臭氧逐漸上升為(wei)僅(jin)次于(yu)PM2.5的(de)影(ying)響優良天(tian)數(shu)的(de)重要因素(su),今年夏季,在(zai)新(xin)冠(guan)肺(fei)炎疫情防控常態化(hua)形勢下(xia),生(sheng)態環(huan)境部門開展臭氧污染防治監督幫扶攻堅行動,越來越倚重新(xin)一代(dai)信息(xi)化(hua)技術的(de)參與。在(zai)臭氧監測領域,有(you)哪(na)些高新(xin)技術手段出現(xian)?
孫越:臭(chou)氧污染防治工作的艱巨性和(he)復(fu)雜(za)性,亟(ji)需監測科技力量的支持。
臭氧污染具有明顯(xian)的(de)復合(he)型,其成(cheng)因非常(chang)復雜,涉及氮氧化物(NOx)和揮(hui)發性有機(ji)物(VOCs)的(de)排(pai)放(fang),還與氣象條件、地理環(huan)境,比如氣溫(wen)、光照、濕度、氣壓、風速、風向都(dou)有關(guan)系。
因此,我們不僅要(yao)(yao)監(jian)測臭(chou)氧(yang)的(de)濃度,更要(yao)(yao)研究它的(de)生成(cheng)機理,測出導致臭(chou)氧(yang)污染的(de)各個因素的(de)貢獻率(lv)。以此為出發點,我們設計了一系列(lie)參與臭(chou)氧(yang)生成(cheng)光化(hua)學反(fan)應的(de)常規污染物(wu)(wu)、特征污染物(wu)(wu)監(jian)測指(zhi)標,這些監(jian)測不僅指(zhi)向區域,甚至能鎖定污染行業、企業、工藝。
目(mu)前大(da)家可以(yi)看到的(de)臭氧污染監測(ce),除固定站(zhan)外,已經增加了(le)大(da)氣環境走(zou)航監測(ce)車(che)。大(da)部分走(zou)航車(che)功(gong)能還(huan)比較簡單,僅(jin)僅(jin)是(shi)監測(ce)VOCs,主要(yao)作用(yong)是(shi)定位(wei) VOCs超標的(de)點位(wei),從而識(shi)別來源。
在此基礎上,聚光科技(ji)提出了協(xie)同走航(hang)監測(ce)的概念(nian),也(ye)就是(shi)同時(shi)監測(ce) VOCs、NOx、臭(chou)氧以及(ji)PM2.5。一臺走航(hang)車協(xie)同監測(ce)的優勢在于不(bu)僅能獲知(zhi)VOCs濃(nong)度(du),而且通過模型演(yan)繹,計算和預(yu)測(ce)各類污染源對整個地區臭(chou)氧污染的貢獻,全面(mian)、精準、實時(shi)、定(ding)性(xing)、定(ding)量(liang)地診斷區域污染狀況。有(you)效改(gai)善了過去雖然監測(ce)到單一污染物的濃(nong)度(du),但還是(shi)無(wu)法判斷污染源究(jiu)竟是(shi)誰,以及(ji)它與片區臭(chou)氧濃(nong)度(du)究(jiu)竟關(guan)聯(lian)性(xing)有(you)多大的被動局面(mian)。
我(wo)們(men)試圖通(tong)過(guo)這樣的(de)(de)監(jian)測(ce)(ce)和模型計(ji)算,對一(yi)(yi)(yi)個(ge)地(di)區的(de)(de)臭(chou)氧(yang)污染(ran)成(cheng)因精準(zhun)畫像,什(shen)么時間生(sheng)(sheng)成(cheng),哪(na)(na)個(ge)時段(duan)濃(nong)度最(zui)高,哪(na)(na)些因子較(jiao)活躍,是哪(na)(na)些行業導致的(de)(de)……當然,一(yi)(yi)(yi)個(ge)城市的(de)(de)臭(chou)氧(yang)不僅(jin)僅(jin)來自(zi)于(yu)本地(di),還有外(wai)源輸(shu)入。對此,我(wo)們(men)也(ye)有一(yi)(yi)(yi)個(ge)監(jian)測(ce)(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過(guo)氧(yang)乙酰硝酸酯)是由大(da)氣(qi)中(zhong)部(bu)分VOCs和NOx進(jin)行光(guang)(guang)化學反應而(er)生(sheng)(sheng)成(cheng)的(de)(de),是一(yi)(yi)(yi)種重要(yao)的(de)(de)二次污染(ran)物,聚光(guang)(guang)科技PANs在線(xian)監(jian)測(ce)(ce)系統就(jiu)是針(zhen)對它。通(tong)過(guo)這一(yi)(yi)(yi)監(jian)測(ce)(ce),能迅速分析(xi)出臭(chou)氧(yang)污染(ran)是外(wai)源輸(shu)入還是本地(di)源造成(cheng)的(de)(de)。
這(zhe)些(xie)圍繞VOCs的(de)監測,除了因為它通過光照與NOx發生反應后生產臭(chou)氧(yang)(yang),也源于它與空氣中的(de)氧(yang)(yang)化劑、硝(xiao)酸等發生氧(yang)(yang)化、吸附、凝結(jie)反應會生成二次有機(ji)顆粒(li)物,也就是(shi)我們(men)熟知的(de)PM2.5。監測分析VOCs就把臭(chou)氧(yang)(yang)防(fang)治(zhi)和(he)PM2.5防(fang)治(zhi)兩項任(ren)務(wu)協同起來了,也就是(shi)既(ji)要(yao)扭轉臭(chou)氧(yang)(yang)污(wu)染(ran)升高態勢,還(huan)要(yao)保持(chi)PM2.5污(wu)染(ran)持(chi)續下降(jiang)。
我們的(de)走航車同時(shi)開(kai)展VOCs+大氣(qi)常規六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測(ce)工作,再(zai)通(tong)過搭載的(de)空氣(qi)質量模型,分析本(ben)地生成和外部傳(chuan)輸臭氧(yang)前體物(wu)與臭氧(yang)的(de)占比,獲得各地區各類污(wu)染源排放對受體點環境臭氧(yang)濃度(du)的(de)貢獻(xian)。當得到環境中(zhong)臭氧(yang)濃度(du)與其生成前體物(wu)排放之(zhi)間的(de)定量關系(xi)后,還可以(yi)以(yi)此為依據開(kai)展減排效果評估。
這(zhe)些復雜的(de)源解析(xi)模型和擴散模型、預警模型都需要(yao)人工智能(AI)不斷優化,讓一臺(tai)車至少解決五六個方面的(de)問題,大(da)大(da)降低(di)了(le)監(jian)測(ce)成本。比如(ru)除了(le)前面講的(de),PM10我們怎么(me)辦(ban)?在走航車底(di)部就有這(zhe)樣的(de)裝置,針對(dui)建筑工地或者(zhe)城市道路的(de)道路積塵負荷(he),都可以做到實時監(jian)測(ce)。
除了降低成本,還要(yao)提(ti)升(sheng)工作效率(lv)。現在(zai)的(de)大氣(qi)走航監測車采用飛行時間質(zhi)譜(pu)儀(yi),實現秒級出數,便(bian)于快速(su)摸清污染(ran)底數。同時與搭載的(de)氣(qi)相色譜(pu)-質(zhi)譜(pu)聯用儀(yi)(GC-MS分(fen)析(xi)儀(yi))相結合,輸出VOCs特征因(yin)子污染(ran)全(quan)域圖,全(quan)面摸排、定性定量診(zhen)斷污染(ran)情況(kuang)。
另(ling)外,5G技術的(de)應(ying)用(yong)也(ye)使走(zou)(zou)航(hang)(hang)車(che)對污染源(yuan)(yuan)的(de)定位日臻精準,已經達到(dao)(dao)厘米(mi)級(ji),如(ru)果(guo)是(shi)(shi)4G的(de)話,也(ye)就(jiu)只能精確到(dao)(dao)10米(mi)級(ji)。這意味著,溯(su)源(yuan)(yuan)對于我(wo)們來說(shuo)不僅限(xian)于一(yi)個(ge)(ge)地區、一(yi)家企業(ye),而是(shi)(shi)可以找到(dao)(dao)某個(ge)(ge)車(che)間(jian)。盡(jin)管有(you)些(xie)車(che)間(jian)和(he)生(sheng)產工藝是(shi)(shi)連續性的(de),但(dan)我(wo)們在(zai)工藝段之間(jian)的(de)走(zou)(zou)航(hang)(hang)能夠(gou)非(fei)常(chang)準確地找到(dao)(dao)無組(zu)織排(pai)放點到(dao)(dao)底是(shi)(shi)在(zai)哪個(ge)(ge)位置。伴(ban)隨著快速定位,我(wo)們還能夠(gou)進行(xing)遠程(cheng)的(de)可視化管控(kong),也(ye)就(jiu)是(shi)(shi)在(zai)走(zou)(zou)航(hang)(hang)過程(cheng)中增加(jia)了(le)攝(she)像(xiang)(xiang)頭,攝(she)像(xiang)(xiang)頭抓拍到(dao)(dao)的(de)無組(zu)織排(pai)放違法(fa)行(xing)為,包括視頻(pin)、圖(tu)像(xiang)(xiang),都通過5G網絡瞬時傳輸到(dao)(dao)監(jian)察人員手中。
無論利用空氣質(zhi)量模(mo)型(xing)對臭氧源解(jie)析和敏感性(xing)進行分析,對臭氧污染(ran)過程(cheng)進行模(mo)擬,還是(shi)精(jing)準(zhun)溯(su)源、實時可視化監(jian)管(guan),都(dou)是(shi)目(mu)前5G+ AI與(yu)環境監(jian)測(ce)深度耦合,助力我們數字(zi)化轉型(xing)的(de)例子。
中國環境(jing)報:關于(yu)生態(tai)環境(jing)部提出的(de)構建全流(liu)域生態(tai)質量監測一張網,您(nin)怎么(me)理解(jie)?作為環境(jing)監測行業的(de)龍頭企業,又會在水環境(jing)監測領域有(you)何布局?
孫越:按照全(quan)流域、全(quan)要素(su)的(de)要求系(xi)統治理水環境(jing),是當(dang)前的(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。
一條河流途經不同(tong)行(xing)政(zheng)轄區(qu),原(yuan)本(ben)具有整體性、關聯性特征(zheng)的(de)流域自(zi)然(ran)空間被(bei)行(xing)政(zheng)區(qu)單(dan)元所(suo)分(fen)割管理(li),流域內各(ge)類資(zi)源、各(ge)個因素相互(hu)(hu)影響、相互(hu)(hu)促(cu)進、相互(hu)(hu)約束,共同(tong)構成統一的(de)動態平衡系統,因此涉水事務(wu)非常多,管理(li)部門業務(wu)上相互(hu)(hu)交叉。
把“系統治理(li)”“協同(tong)治理(li)”作為方向(xiang)指南(nan),對流域治理(li)來說既是挑戰也是機(ji)遇。我們以此(ci)提出“源、網(wang)、岸、排(pai)、河(he)(he)”五方面監測,分別對應污染源、排(pai)水管網(wang)、近水岸線、入河(he)(he)排(pai)污口和河(he)(he)道水質。
污(wu)染源不(bu)僅有工業源,污(wu)水處(chu)理廠也可以當成點源,還有農業面源,都要監測。以改善(shan)水環境(jing)、恢復水生(sheng)態(tai)治(zhi)理為(wei)(wei)主的(de)系統(tong)性(xing)治(zhi)理將逐步成為(wei)(wei)未來市(shi)場(chang)的(de)發展(zhan)趨勢。
排(pai)水管網(wang)(wang)不僅要監測(ce)污水管網(wang)(wang),還有雨水管網(wang)(wang),也可能出現超標。
管網的(de)(de)終端就是(shi)排(pai)(pai)(pai)(pai)口。生態環(huan)境部開(kai)展長(chang)江(jiang)入河(he)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(ti)出,往長(chang)江(jiang)里排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)的(de)(de)到底有多(duo)(duo)少排(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(shen)么,排(pai)(pai)(pai)(pai)多(duo)(duo)少等(deng)一(yi)系列問題。如何把入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口這個(ge)最重(zhong)要的(de)(de)基礎性底數(shu)摸清(qing)楚,也是(shi)對監測(ce)(ce)行(xing)業的(de)(de)一(yi)場(chang)大考。首(shou)先,這個(ge)數(shu)量是(shi)非常(chang)龐大的(de)(de)。以去(qu)年生態環(huan)境部完成(cheng)的(de)(de)長(chang)江(jiang)流域2.4萬公里岸(an)線及(ji)沿岸(an)2公里區域的(de)(de)入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口排(pai)(pai)(pai)(pai)查為(wei)例,排(pai)(pai)(pai)(pai)查出長(chang)江(jiang)入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口6萬多(duo)(duo)個(ge)。這是(shi)我們目(mu)前掌握的(de)(de)數(shu)字,具體到每一(yi)個(ge)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口 如何監測(ce)(ce)則涉及(ji)更(geng)復雜、更(geng)多(duo)(duo)樣的(de)(de)情況(kuang)。比(bi)如,許多(duo)(duo)污(wu)(wu)(wu)染(ran)排(pai)(pai)(pai)(pai)放不(bu)是(shi)連續性的(de)(de),如果是(shi)抽查,很(hen)難監測(ce)(ce)到超標(biao)現象(xiang)。
所(suo)以說,水里的問題,根源(yuan)在岸(an)上,對長江沿岸(an)的重點工業企業,我們也(ye)要全(quan)部納(na)入(ru)日常監測,進行(xing)全(quan)過程跟蹤,實現長江沿岸(an)區域污染源(yuan)情況明、底數清。
我們(men)發現,河(he)流、湖(hu)泊岸(an)線(xian)范圍(wei)不(bu)明,功(gong)能(neng)界定不(bu)清(qing),部(bu)分河(he)段岸(an)線(xian)開發不(bu)合理(li),也會嚴(yan)重破壞河(he)流生態環境。比如用河(he)道兩側兩(liang)公里保護范圍(wei)的這把“綠色標尺”去衡量,涉及(ji)到的監測(ce)對象包括沿河化工企業的排污,建筑垃圾(ji)生活垃圾(ji)等固體廢物堆存產生的滲濾液廢水(shui)。
岸線的管控也是非常(chang)重要,最(zui)終回歸到(dao)水體(ti)本身。除了水質監測(ce),還有很多(duo)外延,比如非法(fa)采(cai)砂、非法(fa)養(yang)殖、非法(fa)捕(bu)撈、非法(fa)傾倒廢(fei)棄物等。試想如果長江沿(yan)岸密集(ji)安裝攝像頭,那(nei)么(me)海量的監控錄像由誰(shui)來甄別鑒定?
查(cha)看(kan)監(jian)控視頻是工作量巨大(da)且效(xiao)率低下的(de)事情,靠人力幾乎難以解決。如(ru)何真正節約人力和成(cheng)本(ben),提高效(xiao)率和正確率?
這就要依靠視覺(jue)(jue)AI技(ji)術(shu)。對人(ren)類而(er)言,70%~80%的(de)信息獲取來(lai)自視覺(jue)(jue),但(dan)人(ren)類長(chang)期(qi)觀看監(jian)(jian)視錄像(xiang)易喪失注意力和(he)辨(bian)別(bie)力。而(er)我們希望讓計算(suan)機具備“從(cong)識(shi)(shi)人(ren)知物到辨(bian)識(shi)(shi)萬物”的(de)能力,幫(bang)助我們在環(huan)境監(jian)(jian)管中,提升處理信息的(de)效率(lv)。
真(zhen)正的(de)(de)視(shi)頻監測(ce)可(ke)(ke)以(yi)區分(fen)人體形態,車輛、船只或選定物體與所有(you)其(qi)他物體的(de)(de)一般移動(dong)和變化,從而(er)進(jin)行抓取(qu)、分(fen)析(xi)、預警。隨(sui)著以(yi)改(gai)善水環境、恢復水生態治理為主的(de)(de)系統性治理將逐步(bu)成為未來(lai)市(shi)場的(de)(de)發展趨勢,我們要監測(ce)的(de)(de)對象可(ke)(ke)以(yi)是藍藻(zao)的(de)(de)覆蓋面積(ji)、生長(chang)速度、擴散情況,還有(you)水生生物的(de)(de)多樣性情況,外來(lai)物種對生態平衡的(de)(de)破壞,甚至結合電子顯(xian)微(wei)鏡監測(ce)微(wei)生物種類(lei)、菌群數量(liang)。
AI技(ji)術適用于生(sheng)物(wu)識(shi)別(bie)場景(jing)的預演已經在(zai)(zai)進行中,推動(dong)環境遠程監測(ce)、在(zai)(zai)線監測(ce)是繼高清化和網絡化之(zhi)后的第三次技(ji)術變革(ge)。從(cong)“看得見”到(dao)“看得清”再到(dao)現(xian)在(zai)(zai)的“看得懂”,在(zai)(zai)未(wei)來必將(jiang)有更(geng)多的AI算法(fa)、AI芯片、AI產品被應用到(dao)環境監測(ce)行業,比(bi)如(ru)對岸上(shang)、水(shui)里的不(bu)同種類動(dong)物(wu),從(cong)顏色、形(xing)態、運動(dong)軌跡、三維位置(zhi)及尺(chi)寸信息來差異化判(pan)別(bie)它們。
中(zhong)國(guo)環(huan)(huan)境(jing)報:《生(sheng)態環(huan)(huan)境(jing)監(jian)測條例(li)》正在加速出臺,此舉將大大推進生(sheng)態環(huan)(huan)境(jing)監(jian)測的(de)法治化(hua)進程(cheng)。對(dui)于公(gong)開征求(qiu)意見的(de)《條例(li)(草(cao)案(an))》,您怎么理解?從中(zhong)可以看出哪些環(huan)(huan)境(jing)監(jian)測行業(ye)未(wei)來發(fa)展的(de)一個(ge)方向(xiang)和可以突破(po)、拓展的(de)空(kong)間?
孫越:生(sheng)(sheng)態環境監測是生(sheng)(sheng)態環境保護(hu)的(de)基(ji)礎,但過去這項工作的(de)法(fa)律(lv)支撐(cheng)不太(tai)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)《條例(草案)》,我們欣(xin)喜地看到,生態環境(jing)監測(ce)的(de)定(ding)義擴展到了六大內涵,包括(kuo)對環境(jing)質(zhi)量、生態狀況(kuang)和污(wu)染物排放及其變化趨勢的(de)采樣(yang)觀測(ce)、調查(cha)普查(cha)、遙感解譯、分析(xi)(xi)測(ce)試、評(ping)(ping)價評(ping)(ping)估、預測(ce)預報等活(huo)動(dong)(dong)。過(guo)去無論是(shi)在線分析(xi)(xi)還是(shi)實驗(yan)室分析(xi)(xi),我們的(de)監測(ce)機構還局限在理化分析(xi)(xi)層面,也就是(shi)對各類(lei)污(wu)染物排放活(huo)動(dong)(dong)的(de)監測(ce),而今(jin)后(hou),環境(jing)監測(ce)的(de)范疇將(jiang)大幅度(du)拓寬。
除了(le)六大內(nei)涵,我們還看到了(le)九大外延,也就是對森林、草原、濕地、荒漠、河湖、海(hai)洋、農田(tian)、城市(shi)和鄉(xiang)村等(deng)生態狀況的(de)監(jian)(jian)測,包括對大氣(qi)、地表水(shui)、地下水(shui)、海(hai)水(shui)、土壤、聲、光、熱、生物、振動、輻射、溫室氣(qi)體(ti)等(deng)環境(jing)要素質量的(de)監(jian)(jian)測。顯而(er)易見(jian),未來生態環境(jing)監(jian)(jian)測高新技術、先進裝備的(de)研究、開發應用和推(tui)廣,新型污(wu)染(ran)物、應對新興環境(jing)問題和履(lv)行國際(ji)環境(jing)公約(yue)涉及污(wu)染(ran)物的(de)研究性監(jian)(jian)測將有更多突(tu)破和發展(zhan)。
環(huan)境監測(ce)(ce)網絡的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)完善(shan),監測(ce)(ce)對象和適用范(fan)圍(wei)的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)豐富,將推動(dong)物聯網、傳感器、區塊鏈、人工(gong)智(zhi)能(neng)等(deng)新(xin)技術(shu)在(zai)監測(ce)(ce)檢測(ce)(ce)業務中的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用,一批生態環(huan)境監測(ce)(ce)創(chuang)新(xin)示范(fan)基地有望建立,具(ju)有自(zi)主知(zhi)識(shi)產(chan)權的(de)(de)(de)監測(ce)(ce)技術(shu)裝備研(yan)發和應(ying)(ying)用轉化(hua)全面加速(su),生態環(huan)境監測(ce)(ce)自(zi)動(dong)化(hua)、智(zhi)能(neng)化(hua)、信息化(hua)能(neng)力不(bu)斷(duan)提升,為(wei)創(chuang)新(xin)驅(qu)動(dong)環(huan)境監測(ce)(ce)產(chan)品的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)升級與推陳出新(xin)助力。同時我們(men)的(de)(de)(de)研(yan)發投入(ru)也(ye)在(zai)持續加大,例如在(zai)環(huan)境與健(jian)康領域,我們(men)已經對環(huan)境病理性(xing)、毒(du)理性(xing)監測(ce)(ce)分析有所(suo)布局。
