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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(fa)布(bu)時間:2020-01-14 聚光 來源: 聚光 瀏覽量:400

聚(ju)光科技(ji)(杭州)股份有限公司總(zong)經理(li)孫越

  中國(guo)環境報:臭(chou)(chou)氧(yang)逐漸上升為僅(jin)次于PM2.5的(de)影響優(you)良天數的(de)重(zhong)要因素,今年夏季(ji),在(zai)新冠肺(fei)炎疫情防(fang)控常態化形勢下(xia),生(sheng)態環境部門(men)開(kai)展(zhan)臭(chou)(chou)氧(yang)污染(ran)防(fang)治監督(du)幫扶攻(gong)堅行動,越來越倚(yi)重(zhong)新一(yi)代信息化技(ji)術的(de)參(can)與。在(zai)臭(chou)(chou)氧(yang)監測領(ling)域,有哪(na)些高新技(ji)術手段(duan)出現?


  孫越:臭氧污染防治工作的(de)艱巨性(xing)和復雜性(xing),亟(ji)需監測科技力量的(de)支持。


  臭氧污染具有明顯的復(fu)合型(xing),其成因非常復(fu)雜(za),涉(she)及(ji)氮氧化(hua)物(NOx)和揮發性有機物(VOCs)的排(pai)放(fang),還與(yu)氣(qi)象條件、地理(li)環境,比如氣(qi)溫、光照(zhao)、濕度、氣(qi)壓(ya)、風速、風向都有關系(xi)。


  因此(ci),我們(men)不僅要監測(ce)臭氧的(de)(de)濃度,更要研究(jiu)它(ta)的(de)(de)生(sheng)成機理,測(ce)出(chu)(chu)導致臭氧污染(ran)(ran)的(de)(de)各個因素的(de)(de)貢獻率。以(yi)此(ci)為出(chu)(chu)發點,我們(men)設計了(le)一系列(lie)參與臭氧生(sheng)成光化學反應(ying)的(de)(de)常規污染(ran)(ran)物(wu)、特征污染(ran)(ran)物(wu)監測(ce)指標,這些(xie)監測(ce)不僅指向區(qu)域,甚(shen)至(zhi)能鎖定污染(ran)(ran)行業(ye)、企業(ye)、工藝。


  目前大家可以(yi)看到的臭氧污染(ran)監測(ce),除(chu)固定(ding)站(zhan)外,已經增(zeng)加了(le)大氣環境走航監測(ce)車。大部分走航車功能(neng)還比(bi)較簡單,僅僅是監測(ce)VOCs,主要作用(yong)是定(ding)位(wei) VOCs超標的點位(wei),從而識(shi)別來源。

  在此基(ji)礎上,聚光科技提出了協同(tong)(tong)走(zou)航監(jian)測(ce)的(de)(de)概念,也就是(shi)同(tong)(tong)時(shi)監(jian)測(ce) VOCs、NOx、臭氧以及(ji)PM2.5。一臺走(zou)航車(che)協同(tong)(tong)監(jian)測(ce)的(de)(de)優勢在于不(bu)僅能獲(huo)知VOCs濃(nong)(nong)度(du),而(er)且通過模型演繹(yi),計算和預測(ce)各類污染(ran)源(yuan)對(dui)整個地區(qu)(qu)臭氧污染(ran)的(de)(de)貢獻,全面(mian)、精準(zhun)、實(shi)時(shi)、定(ding)(ding)性(xing)、定(ding)(ding)量(liang)地診(zhen)斷區(qu)(qu)域污染(ran)狀(zhuang)況。有效(xiao)改善了過去雖然(ran)監(jian)測(ce)到單一污染(ran)物的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du),但還是(shi)無法(fa)判斷污染(ran)源(yuan)究(jiu)竟是(shi)誰,以及(ji)它(ta)與片區(qu)(qu)臭氧濃(nong)(nong)度(du)究(jiu)竟關(guan)聯性(xing)有多大的(de)(de)被動局面(mian)。


  我們(men)(men)試圖通(tong)過這(zhe)樣的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce)和模型計算(suan),對一個地區的(de)(de)臭(chou)氧污染成因精準畫像,什(shen)么時(shi)間生成,哪個時(shi)段濃度最(zui)高,哪些(xie)因子較活躍,是(shi)哪些(xie)行業導致的(de)(de)……當(dang)然,一個城(cheng)市的(de)(de)臭(chou)氧不僅僅來自于本(ben)地,還(huan)有(you)外源輸(shu)入。對此,我們(men)(men)也有(you)一個監(jian)(jian)測(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧乙酰(xian)硝酸酯)是(shi)由大氣中部分VOCs和NOx進(jin)行光化(hua)學反應而生成的(de)(de),是(shi)一種重要的(de)(de)二次污染物,聚(ju)光科技(ji)PANs在(zai)線監(jian)(jian)測(ce)系統就是(shi)針對它。通(tong)過這(zhe)一監(jian)(jian)測(ce),能迅速分析出臭(chou)氧污染是(shi)外源輸(shu)入還(huan)是(shi)本(ben)地源造(zao)成的(de)(de)。


  這(zhe)些圍繞(rao)VOCs的監測,除了(le)因(yin)為它通過光照與NOx發生反應后(hou)生產臭(chou)氧(yang)(yang),也(ye)源于(yu)它與空氣中(zhong)的氧(yang)(yang)化劑(ji)、硝酸等發生氧(yang)(yang)化、吸附、凝結反應會生成(cheng)二次(ci)有機顆粒物(wu),也(ye)就是我們熟知的PM2.5。監測分(fen)析VOCs就把臭(chou)氧(yang)(yang)防治(zhi)和PM2.5防治(zhi)兩項任務協同起來了(le),也(ye)就是既要扭轉臭(chou)氧(yang)(yang)污染升高態(tai)勢(shi),還要保持PM2.5污染持續下降。


  我們的(de)走(zou)航(hang)車同(tong)時開展VOCs+大氣(qi)常(chang)規(gui)六參數(shu)(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測(ce)工作,再通(tong)過(guo)搭載(zai)的(de)空氣(qi)質量模型,分析本地生(sheng)成和外部(bu)傳(chuan)輸臭(chou)氧(yang)前體物與臭(chou)氧(yang)的(de)占比,獲得(de)(de)各地區(qu)各類(lei)污染(ran)源排(pai)(pai)放對受體點環境臭(chou)氧(yang)濃度(du)的(de)貢獻。當得(de)(de)到環境中臭(chou)氧(yang)濃度(du)與其生(sheng)成前體物排(pai)(pai)放之間的(de)定量關系(xi)后,還可以(yi)以(yi)此為依據開展減排(pai)(pai)效果評估。


  這(zhe)些復雜的(de)(de)源解(jie)析模型(xing)(xing)和擴(kuo)散模型(xing)(xing)、預警模型(xing)(xing)都需要(yao)人工智能(AI)不(bu)斷優化,讓一臺(tai)車至少(shao)解(jie)決五六個方面的(de)(de)問題,大大降低(di)了監測(ce)成(cheng)本(ben)。比如除(chu)了前面講的(de)(de),PM10我們怎么辦?在走航車底部就有這(zhe)樣的(de)(de)裝置(zhi),針對建筑工地或(huo)者城市(shi)道路(lu)的(de)(de)道路(lu)積塵負荷,都可(ke)以做到實時監測(ce)。


  除了(le)降低成本,還要提升工作效率(lv)。現(xian)在的大氣走航監測車采用飛行時(shi)間質譜(pu)儀,實現(xian)秒級出數,便于快(kuai)速(su)摸(mo)清(qing)污染(ran)(ran)底數。同時(shi)與搭載的氣相(xiang)色譜(pu)-質譜(pu)聯用儀(GC-MS分(fen)析儀)相(xiang)結合,輸出VOCs特征因子污染(ran)(ran)全域圖,全面摸(mo)排、定性(xing)定量診斷污染(ran)(ran)情況。


  另外,5G技術的(de)應用也使走航(hang)車(che)對(dui)污染源(yuan)的(de)定(ding)位(wei)日臻精準(zhun),已經達到(dao)(dao)厘米(mi)級,如(ru)果是(shi)(shi)4G的(de)話(hua),也就只能精確到(dao)(dao)10米(mi)級。這意味著(zhu),溯源(yuan)對(dui)于(yu)我(wo)們(men)來說不僅限于(yu)一(yi)個(ge)(ge)(ge)地區、一(yi)家(jia)企業(ye),而是(shi)(shi)可(ke)以找到(dao)(dao)某(mou)個(ge)(ge)(ge)車(che)間。盡管(guan)(guan)有些車(che)間和(he)生產工藝(yi)是(shi)(shi)連續性的(de),但我(wo)們(men)在(zai)工藝(yi)段(duan)之間的(de)走航(hang)能夠非常準(zhun)確地找到(dao)(dao)無組織排放(fang)點到(dao)(dao)底(di)是(shi)(shi)在(zai)哪個(ge)(ge)(ge)位(wei)置。伴(ban)隨著(zhu)快速(su)定(ding)位(wei),我(wo)們(men)還能夠進行(xing)遠程的(de)可(ke)視化(hua)管(guan)(guan)控,也就是(shi)(shi)在(zai)走航(hang)過(guo)程中增加了攝(she)像頭,攝(she)像頭抓拍到(dao)(dao)的(de)無組織排放(fang)違法行(xing)為,包括視頻、圖(tu)像,都通過(guo)5G網絡瞬時傳輸到(dao)(dao)監察人員手中。


  無論利用(yong)空(kong)氣質量(liang)模(mo)型(xing)對臭氧(yang)源(yuan)(yuan)解析(xi)和敏(min)感性進(jin)行分析(xi),對臭氧(yang)污染過程進(jin)行模(mo)擬(ni),還是(shi)精(jing)準溯源(yuan)(yuan)、實時可視化監(jian)管,都是(shi)目前5G+ AI與環境監(jian)測深度耦合,助力我們數字化轉型(xing)的例子。


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


  孫越:按照全流域、全要(yao)素的要(yao)求(qiu)系統治理(li)水環境,是當前的新(xin)方(fang)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(yi)條河流途經不(bu)同行(xing)政(zheng)轄區(qu),原本(ben)具(ju)有整體(ti)性、關聯性特征(zheng)的流域自然(ran)空間被行(xing)政(zheng)區(qu)單元所分割(ge)管理(li),流域內各類資源、各個因素相互影響、相互促(cu)進、相互約束,共同構成統一(yi)的動態平衡系(xi)統,因此涉水事務非(fei)常多(duo),管理(li)部(bu)門業務上相互交(jiao)叉。


  把“系統(tong)治(zhi)理(li)”“協同治(zhi)理(li)”作為方向指(zhi)南(nan),對(dui)流(liu)域治(zhi)理(li)來說既是(shi)挑(tiao)戰也是(shi)機遇。我們以此(ci)提出“源、網、岸、排(pai)、河(he)(he)”五方面(mian)監測,分別對(dui)應(ying)污(wu)染源、排(pai)水(shui)管網、近水(shui)岸線、入河(he)(he)排(pai)污(wu)口和河(he)(he)道水(shui)質。


  污染源不僅有(you)工業源,污水處理(li)(li)廠(chang)也可以當(dang)成點(dian)源,還有(you)農業面源,都(dou)要監測。以改善水環(huan)境、恢復水生態(tai)治理(li)(li)為主的系統性治理(li)(li)將逐步成為未來市場的發展趨勢。


  排水(shui)管網(wang)不(bu)僅要監測污水(shui)管網(wang),還有雨水(shui)管網(wang),也可能出現(xian)超標。


  管網的(de)(de)(de)(de)終(zhong)端就(jiu)是(shi)排(pai)(pai)(pai)(pai)口。生態(tai)(tai)環境部(bu)開展長(chang)(chang)江(jiang)(jiang)入(ru)河排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口排(pai)(pai)(pai)(pai)查整治專項(xiang)行動(dong)時(shi)就(jiu)提出,往長(chang)(chang)江(jiang)(jiang)里排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)到(dao)底有(you)多少(shao)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口,在哪里排(pai)(pai)(pai)(pai),誰(shui)在排(pai)(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)(pai)(pai)多少(shao)等一(yi)系(xi)列(lie)問題。如何(he)把入(ru)河排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)最重要的(de)(de)(de)(de)基礎性底數(shu)摸清楚,也是(shi)對監測行業的(de)(de)(de)(de)一(yi)場大(da)考。首(shou)先,這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)數(shu)量是(shi)非常龐(pang)大(da)的(de)(de)(de)(de)。以去年(nian)生態(tai)(tai)環境部(bu)完成的(de)(de)(de)(de)長(chang)(chang)江(jiang)(jiang)流域(yu)2.4萬公里岸(an)線(xian)及(ji)沿岸(an)2公里區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)入(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)查出長(chang)(chang)江(jiang)(jiang)入(ru)河排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口6萬多個(ge)(ge)。這(zhe)(zhe)是(shi)我(wo)們(men)目前掌握的(de)(de)(de)(de)數(shu)字,具(ju)體到(dao)每(mei)一(yi)個(ge)(ge)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)(wu)口 如何(he)監測則(ze)涉及(ji)更復雜、更多樣的(de)(de)(de)(de)情況。比(bi)如,許(xu)多污(wu)(wu)(wu)染(ran)排(pai)(pai)(pai)(pai)放不是(shi)連續性的(de)(de)(de)(de),如果是(shi)抽查,很(hen)難監測到(dao)超(chao)標(biao)現象。


  所以說,水里的問題,根源(yuan)在岸(an)上,對(dui)長江沿(yan)岸(an)的重(zhong)點工業企業,我們也要全部(bu)納入日(ri)常監測,進行全過程跟蹤,實現(xian)長江沿(yan)岸(an)區域污染(ran)源(yuan)情(qing)況明、底(di)數(shu)清(qing)。


  我們發現,河流、湖泊(bo)岸線范圍不明,功能界定(ding)不清,部(bu)分河段岸線開發不合(he)理,也會嚴重破壞河流生態環境。比如用(yong)河道(dao)兩側兩公(gong)里保護范圍(wei)的(de)這把“綠色標(biao)尺”去衡(heng)量,涉(she)及(ji)到的(de)監(jian)測對象包括沿河化工(gong)企業的(de)排污,建筑(zhu)垃圾(ji)(ji)生(sheng)(sheng)活垃圾(ji)(ji)等固體廢物堆(dui)存產生(sheng)(sheng)的(de)滲濾液廢水。


  岸線的管控(kong)也是非(fei)(fei)常重要,最終回歸(gui)到水體本(ben)身。除(chu)了水質監(jian)(jian)測(ce),還有很多外延,比如非(fei)(fei)法采砂、非(fei)(fei)法養殖(zhi)、非(fei)(fei)法捕撈、非(fei)(fei)法傾(qing)倒廢棄物等。試(shi)想(xiang)如果長江沿(yan)岸密集安裝攝像頭(tou),那么海(hai)量的監(jian)(jian)控(kong)錄像由(you)誰來甄別鑒定?

  

      查(cha)看(kan)監控視頻是工作量(liang)巨大且效率(lv)(lv)低下的事情,靠人力幾乎(hu)難以解決(jue)。如(ru)何(he)真(zhen)正節約人力和(he)(he)成本,提高效率(lv)(lv)和(he)(he)正確率(lv)(lv)?


  這就要依(yi)靠視覺AI技術。對人(ren)類而言,70%~80%的信息(xi)(xi)獲取來自視覺,但人(ren)類長(chang)期觀看監(jian)視錄像易喪失注(zhu)意(yi)力和辨別(bie)力。而我(wo)們希望讓(rang)計算機具備“從識人(ren)知(zhi)物到辨識萬物”的能(neng)力,幫(bang)助我(wo)們在環(huan)境監(jian)管中,提(ti)升(sheng)處理(li)信息(xi)(xi)的效率。


  真正的視頻監(jian)測可以(yi)區分人(ren)體形態(tai),車輛(liang)、船只或選定物(wu)(wu)體與所有其(qi)他物(wu)(wu)體的一般移動和變(bian)化,從而進行抓取、分析、預(yu)警(jing)。隨(sui)著以(yi)改善(shan)水(shui)環境、恢復(fu)水(shui)生(sheng)態(tai)治理(li)為主的系統性(xing)治理(li)將逐步成為未(wei)來(lai)市場的發展趨勢,我們要監(jian)測的對(dui)象可以(yi)是藍(lan)藻的覆(fu)蓋面積、生(sheng)長(chang)速度、擴散情況,還(huan)有水(shui)生(sheng)生(sheng)物(wu)(wu)的多樣性(xing)情況,外來(lai)物(wu)(wu)種對(dui)生(sheng)態(tai)平(ping)衡的破壞,甚至結(jie)合電(dian)子顯微鏡監(jian)測微生(sheng)物(wu)(wu)種類(lei)、菌群數量(liang)。

  AI技(ji)術適用于(yu)生物(wu)識(shi)別(bie)場景(jing)的預演已經(jing)在(zai)(zai)進行中,推(tui)動(dong)環(huan)境遠程監測(ce)、在(zai)(zai)線監測(ce)是繼高清化(hua)和網絡(luo)化(hua)之后的第三次技(ji)術變革。從“看(kan)得見”到(dao)“看(kan)得清”再到(dao)現(xian)在(zai)(zai)的“看(kan)得懂”,在(zai)(zai)未來必將有更多(duo)的AI算法、AI芯(xin)片(pian)、AI產品被應用到(dao)環(huan)境監測(ce)行業,比如對岸上、水里的不同種類動(dong)物(wu),從顏(yan)色、形態、運動(dong)軌跡、三維位置及尺寸信息來差異化(hua)判別(bie)它們。


  中國環境報(bao):《生(sheng)態環境監(jian)(jian)測(ce)條(tiao)例》正(zheng)在(zai)加速出臺(tai),此舉將大大推進生(sheng)態環境監(jian)(jian)測(ce)的(de)法(fa)治(zhi)化進程(cheng)。對于公(gong)開征求意見的(de)《條(tiao)例(草(cao)案(an))》,您(nin)怎么理解?從中可以(yi)看出哪些環境監(jian)(jian)測(ce)行(xing)業(ye)未(wei)來發(fa)展(zhan)的(de)一個方向和可以(yi)突(tu)破、拓展(zhan)的(de)空間(jian)?


  孫越:生態環境(jing)監測是生態環境(jing)保護的(de)基礎,但(dan)過(guo)去這項工作的(de)法律支撐(cheng)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)》,我們欣喜地看到,生態環境監(jian)測的定義擴展到了六大內涵,包(bao)括對環境質量、生態狀況和污染(ran)物排放(fang)及其變化(hua)趨勢(shi)的采樣觀測、調(diao)查(cha)普查(cha)、遙感解譯、分析測試(shi)、評(ping)(ping)價評(ping)(ping)估、預測預報等活動(dong)。過去無論是在(zai)線(xian)分析還(huan)是實驗室(shi)分析,我們的監(jian)測機(ji)構還(huan)局限在(zai)理化(hua)分析層(ceng)面,也就是對各(ge)類污染(ran)物排放(fang)活動(dong)的監(jian)測,而(er)今后,環境監(jian)測的范(fan)疇將大幅度拓寬。


  除了六大(da)內(nei)涵(han),我們還看到了九大(da)外延,也就是(shi)對(dui)森林、草(cao)原、濕地(di)、荒漠(mo)、河(he)湖、海洋(yang)、農田、城市和(he)鄉村等生態狀況(kuang)的監(jian)測(ce)(ce),包括對(dui)大(da)氣、地(di)表(biao)水、地(di)下水、海水、土壤、聲、光、熱(re)、生物、振動(dong)、輻射、溫室氣體等環(huan)境(jing)(jing)要素質量的監(jian)測(ce)(ce)。顯(xian)而易見,未(wei)來生態環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)高新(xin)技術、先進裝備的研(yan)究、開發(fa)應用和(he)推廣(guang),新(xin)型污染物、應對(dui)新(xin)興環(huan)境(jing)(jing)問題和(he)履行國(guo)際(ji)環(huan)境(jing)(jing)公(gong)約(yue)涉及(ji)污染物的研(yan)究性監(jian)測(ce)(ce)將(jiang)有(you)更多突破和(he)發(fa)展。


  環(huan)境監(jian)測(ce)(ce)網(wang)絡的(de)(de)不(bu)斷(duan)完善(shan),監(jian)測(ce)(ce)對象(xiang)和(he)適用(yong)范圍(wei)的(de)(de)不(bu)斷(duan)豐(feng)富,將推動物聯網(wang)、傳感(gan)器、區塊鏈、人工智(zhi)能等新(xin)技(ji)術(shu)在監(jian)測(ce)(ce)檢測(ce)(ce)業務(wu)中的(de)(de)應用(yong),一批生態(tai)環(huan)境監(jian)測(ce)(ce)創(chuang)新(xin)示范基地(di)有望(wang)建立,具有自主知識產權的(de)(de)監(jian)測(ce)(ce)技(ji)術(shu)裝(zhuang)備研發(fa)和(he)應用(yong)轉(zhuan)化(hua)全面(mian)加速,生態(tai)環(huan)境監(jian)測(ce)(ce)自動化(hua)、智(zhi)能化(hua)、信息(xi)化(hua)能力不(bu)斷(duan)提(ti)升,為(wei)創(chuang)新(xin)驅(qu)動環(huan)境監(jian)測(ce)(ce)產品的(de)(de)不(bu)斷(duan)升級與(yu)推陳出新(xin)助力。同時我們的(de)(de)研發(fa)投入也在持(chi)續加大,例如在環(huan)境與(yu)健(jian)康領(ling)域,我們已經對環(huan)境病理性、毒理性監(jian)測(ce)(ce)分析(xi)有所布局(ju)。



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