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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)布時間:2020-01-14 聚光 來(lai)源: 聚光 瀏覽量:400

聚(ju)光科技(ji)(杭州)股份有限公(gong)司總經理(li)孫越

  中國環境(jing)報:臭(chou)氧逐漸上升為(wei)僅次(ci)于PM2.5的(de)影響(xiang)優良天數的(de)重要因素(su),今年夏季(ji),在(zai)新冠肺(fei)炎疫情防控(kong)常(chang)態化形勢下,生態環境(jing)部門開展臭(chou)氧污染(ran)防治監(jian)督幫扶(fu)攻堅行動,越來越倚重新一代信息化技術的(de)參與。在(zai)臭(chou)氧監(jian)測(ce)領(ling)域,有哪些高(gao)新技術手段出(chu)現(xian)?


  孫越:臭氧(yang)污染(ran)防治(zhi)工作的(de)艱巨(ju)性和復雜性,亟需監(jian)測科(ke)技力量的(de)支持。


  臭氧污染具有明顯的復(fu)合(he)型,其成因(yin)非(fei)常(chang)復(fu)雜,涉及氮氧化物(NOx)和揮發(fa)性有機(ji)物(VOCs)的排放,還與氣(qi)象條件、地理環境,比如氣(qi)溫、光照、濕度、氣(qi)壓、風(feng)速、風(feng)向都有關系。


  因此(ci),我(wo)們不僅(jin)要監測(ce)臭氧的(de)濃度,更要研究(jiu)它(ta)的(de)生(sheng)成(cheng)機理(li),測(ce)出導(dao)致(zhi)臭氧污(wu)染(ran)(ran)的(de)各個(ge)因素的(de)貢獻率。以(yi)此(ci)為出發(fa)點,我(wo)們設計了一系列(lie)參與臭氧生(sheng)成(cheng)光化(hua)學反應的(de)常規污(wu)染(ran)(ran)物、特征污(wu)染(ran)(ran)物監測(ce)指(zhi)標,這(zhe)些監測(ce)不僅(jin)指(zhi)向區域,甚至能(neng)鎖定污(wu)染(ran)(ran)行(xing)業、企業、工藝。


  目前大家(jia)可(ke)以(yi)看到的臭氧污染(ran)監測(ce),除(chu)固定站外,已經增加了大氣環境走航(hang)監測(ce)車。大部分走航(hang)車功(gong)能還比(bi)較(jiao)簡單,僅僅是(shi)監測(ce)VOCs,主要作用(yong)是(shi)定位 VOCs超標的點位,從而識別來(lai)源。

  在此基(ji)礎上,聚光科技(ji)提(ti)出(chu)了(le)(le)協(xie)同(tong)走航(hang)(hang)監測的(de)概(gai)念,也就是同(tong)時監測 VOCs、NOx、臭氧(yang)以(yi)及(ji)PM2.5。一臺走航(hang)(hang)車協(xie)同(tong)監測的(de)優勢(shi)在于(yu)不僅能獲知(zhi)VOCs濃度,而且通(tong)過(guo)模型演繹(yi),計(ji)算和預測各類污(wu)染(ran)(ran)源對整個地區(qu)臭氧(yang)污(wu)染(ran)(ran)的(de)貢獻,全面、精準、實時、定性(xing)、定量地診斷區(qu)域(yu)污(wu)染(ran)(ran)狀況(kuang)。有(you)效改善了(le)(le)過(guo)去雖然監測到單一污(wu)染(ran)(ran)物的(de)濃度,但還是無法判斷污(wu)染(ran)(ran)源究竟(jing)是誰(shui),以(yi)及(ji)它(ta)與片區(qu)臭氧(yang)濃度究竟(jing)關聯性(xing)有(you)多大的(de)被動局面。


  我(wo)們試(shi)圖通(tong)過這樣(yang)的(de)監測(ce)(ce)(ce)和(he)模型計算,對(dui)一(yi)個(ge)(ge)地(di)區的(de)臭(chou)氧(yang)污(wu)染(ran)(ran)(ran)成(cheng)(cheng)因精準畫像,什么時間生成(cheng)(cheng),哪個(ge)(ge)時段濃度最(zui)高,哪些(xie)因子較活躍,是(shi)(shi)哪些(xie)行(xing)業導致(zhi)的(de)……當然(ran),一(yi)個(ge)(ge)城市的(de)臭(chou)氧(yang)不(bu)僅僅來自于(yu)本地(di),還有外源輸(shu)入。對(dui)此,我(wo)們也有一(yi)個(ge)(ge)監測(ce)(ce)(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧(yang)乙酰硝酸酯)是(shi)(shi)由大氣中部分VOCs和(he)NOx進行(xing)光化學(xue)反(fan)應而生成(cheng)(cheng)的(de),是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)重要的(de)二次污(wu)染(ran)(ran)(ran)物,聚光科技PANs在線監測(ce)(ce)(ce)系統就是(shi)(shi)針對(dui)它。通(tong)過這一(yi)監測(ce)(ce)(ce),能迅速分析出臭(chou)氧(yang)污(wu)染(ran)(ran)(ran)是(shi)(shi)外源輸(shu)入還是(shi)(shi)本地(di)源造(zao)成(cheng)(cheng)的(de)。


  這(zhe)些(xie)圍繞VOCs的(de)監(jian)測(ce),除了因為它通過(guo)光照與(yu)NOx發生(sheng)反應后(hou)生(sheng)產(chan)臭(chou)(chou)氧(yang)(yang),也源于(yu)它與(yu)空(kong)氣中(zhong)的(de)氧(yang)(yang)化劑、硝酸等發生(sheng)氧(yang)(yang)化、吸附、凝結反應會生(sheng)成二次(ci)有機顆粒(li)物(wu),也就是我們熟(shu)知的(de)PM2.5。監(jian)測(ce)分析VOCs就把臭(chou)(chou)氧(yang)(yang)防治和PM2.5防治兩(liang)項任務協(xie)同起來了,也就是既(ji)要扭轉(zhuan)臭(chou)(chou)氧(yang)(yang)污染升高態勢,還要保持PM2.5污染持續下降。


  我們(men)的(de)走航車同(tong)時(shi)開展VOCs+大氣常規(gui)六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工作,再通過搭載的(de)空氣質量模型,分析本地(di)生成和(he)外部傳輸(shu)臭氧前體物與臭氧的(de)占比,獲(huo)得(de)各地(di)區各類污染源排(pai)放(fang)對(dui)受體點環(huan)境臭氧濃度的(de)貢獻。當得(de)到環(huan)境中臭氧濃度與其生成前體物排(pai)放(fang)之(zhi)間的(de)定量關(guan)系后,還可以(yi)以(yi)此為(wei)依據開展減排(pai)效果評(ping)估(gu)。


  這些復雜的(de)源解析(xi)模型(xing)和擴散模型(xing)、預警模型(xing)都(dou)(dou)需(xu)要人(ren)工智能(AI)不斷優(you)化,讓(rang)一臺(tai)車至(zhi)少解決(jue)五六個方面的(de)問題,大大降(jiang)低了(le)監(jian)測(ce)成(cheng)本(ben)。比如除了(le)前面講的(de),PM10我們(men)怎(zen)么辦?在走航車底部(bu)就有這樣的(de)裝置,針(zhen)對建(jian)筑工地或(huo)者城市道(dao)路(lu)的(de)道(dao)路(lu)積塵(chen)負荷(he),都(dou)(dou)可以做到實(shi)時監(jian)測(ce)。


  除了降低(di)成本,還要提升工作效率。現在的大氣走航監測車采用飛行時間質譜儀(yi),實現秒級出數,便(bian)于快(kuai)速摸(mo)清(qing)污(wu)染底(di)數。同(tong)時與搭(da)載的氣相(xiang)(xiang)色譜-質譜聯用儀(yi)(GC-MS分析儀(yi))相(xiang)(xiang)結合,輸出VOCs特征(zheng)因子污(wu)染全域圖(tu),全面摸(mo)排(pai)、定(ding)性定(ding)量(liang)診(zhen)斷污(wu)染情況。


  另(ling)外,5G技術(shu)的(de)應用也(ye)使走航(hang)車(che)對污染源的(de)定(ding)位(wei)(wei)日臻(zhen)精準,已(yi)經(jing)達到(dao)厘米級,如果是(shi)(shi)4G的(de)話,也(ye)就只能(neng)精確到(dao)10米級。這意味著(zhu)(zhu),溯(su)源對于(yu)(yu)我(wo)們(men)來說不僅限于(yu)(yu)一個(ge)地區、一家企業(ye),而是(shi)(shi)可以找(zhao)到(dao)某個(ge)車(che)間。盡(jin)管有些車(che)間和生(sheng)產工藝是(shi)(shi)連續(xu)性的(de),但(dan)我(wo)們(men)在工藝段之間的(de)走航(hang)能(neng)夠(gou)(gou)非常準確地找(zhao)到(dao)無(wu)組(zu)織排放點到(dao)底是(shi)(shi)在哪個(ge)位(wei)(wei)置。伴隨著(zhu)(zhu)快速定(ding)位(wei)(wei),我(wo)們(men)還(huan)能(neng)夠(gou)(gou)進(jin)行(xing)遠(yuan)程的(de)可視(shi)化管控,也(ye)就是(shi)(shi)在走航(hang)過程中增加了(le)攝(she)像頭,攝(she)像頭抓(zhua)拍(pai)到(dao)的(de)無(wu)組(zu)織排放違(wei)法行(xing)為,包括(kuo)視(shi)頻、圖像,都通過5G網絡瞬時傳輸(shu)到(dao)監察人員(yuan)手中。


  無論利用空氣質量模型對臭氧(yang)源(yuan)(yuan)解析(xi)和(he)敏(min)感性進(jin)行分析(xi),對臭氧(yang)污染(ran)過(guo)程進(jin)行模擬,還是(shi)精準溯源(yuan)(yuan)、實(shi)時可視化監(jian)(jian)管,都是(shi)目前5G+ AI與環境監(jian)(jian)測深度耦合(he),助力(li)我們數字(zi)化轉型的例子。


  中(zhong)國環(huan)境(jing)(jing)報:關于生態環(huan)境(jing)(jing)部提出的構建(jian)全流域(yu)生態質量監測(ce)一張網,您(nin)怎么理(li)解?作為環(huan)境(jing)(jing)監測(ce)行業的龍頭(tou)企業,又(you)會在水環(huan)境(jing)(jing)監測(ce)領域(yu)有何布局?


  孫越:按照全流(liu)域、全要素的(de)要求系統(tong)治理水環境,是(shi)當前的(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(yi)條河流途經(jing)不同行(xing)政轄區,原本具有(you)整體性、關聯性特(te)征的(de)流域自然空間被行(xing)政區單元(yuan)所分割管(guan)(guan)理,流域內各類(lei)資(zi)源、各個(ge)因(yin)(yin)素(su)相互影響、相互促(cu)進、相互約束,共同構成統一(yi)的(de)動(dong)態平衡(heng)系統,因(yin)(yin)此涉水事務非常多,管(guan)(guan)理部(bu)門業(ye)務上相互交叉。


  把“系(xi)統(tong)治(zhi)理(li)”“協同治(zhi)理(li)”作為方向(xiang)指南,對流域治(zhi)理(li)來說既是(shi)挑戰也(ye)是(shi)機遇。我(wo)們(men)以(yi)此提出(chu)“源、網(wang)、岸、排、河(he)”五方面監測,分(fen)別對應污染源、排水管網(wang)、近水岸線、入河(he)排污口和(he)河(he)道(dao)水質。


  污染源不僅有工業源,污水處理廠(chang)也可以當成(cheng)點源,還有農業面源,都要監(jian)測。以改善水環(huan)境、恢(hui)復(fu)水生態治理為主的(de)系統性治理將(jiang)逐步成(cheng)為未來市場的(de)發展趨勢。


  排水管網不(bu)僅要監測污水管網,還有雨(yu)水管網,也可能出(chu)現超標。


  管網的(de)終端就是(shi)排(pai)(pai)(pai)口(kou)。生態(tai)環境部開(kai)展長(chang)江(jiang)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污口(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)整治專項行(xing)動時就提出(chu),往長(chang)江(jiang)里排(pai)(pai)(pai)污的(de)到底(di)有多少排(pai)(pai)(pai)污口(kou),在哪里排(pai)(pai)(pai),誰在排(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)(pai)多少等一(yi)系列問題。如何把入河(he)排(pai)(pai)(pai)污口(kou)這個最重(zhong)要的(de)基(ji)礎性底(di)數(shu)摸清楚(chu),也是(shi)對(dui)監(jian)測(ce)行(xing)業的(de)一(yi)場大考(kao)。首先,這個數(shu)量是(shi)非常龐大的(de)。以(yi)去年(nian)生態(tai)環境部完成的(de)長(chang)江(jiang)流域2.4萬公里岸線(xian)及(ji)(ji)沿岸2公里區(qu)域的(de)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污口(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)為(wei)例,排(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)出(chu)長(chang)江(jiang)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污口(kou)6萬多個。這是(shi)我(wo)們目前掌握的(de)數(shu)字,具體(ti)到每一(yi)個排(pai)(pai)(pai)污口(kou) 如何監(jian)測(ce)則涉及(ji)(ji)更復(fu)雜、更多樣的(de)情況。比(bi)如,許多污染(ran)排(pai)(pai)(pai)放(fang)不是(shi)連(lian)續性的(de),如果是(shi)抽查(cha)(cha),很難(nan)監(jian)測(ce)到超標(biao)現象。


  所以說(shuo),水里的問(wen)題(ti),根(gen)源在岸上,對長江沿(yan)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(shi)現長江沿(yan)岸區域污染(ran)源情況明、底數清。


  我們(men)發(fa)現(xian),河(he)(he)流(liu)、湖泊岸線(xian)范圍不(bu)明,功能界(jie)定不(bu)清,部分河(he)(he)段岸線(xian)開發(fa)不(bu)合理,也會嚴重破壞河(he)(he)流(liu)生(sheng)態環(huan)境(jing)。比如用(yong)河(he)(he)道兩側兩公里保護范圍的這把(ba)“綠色標尺”去衡量,涉(she)及到的監測對象包括(kuo)沿(yan)河化工企業(ye)的排污,建筑垃圾生(sheng)(sheng)活垃圾等固體廢物(wu)堆存產生(sheng)(sheng)的滲(shen)濾(lv)液(ye)廢水。


  岸(an)線的管控也是(shi)非常重(zhong)要,最終回歸到水體(ti)本身(shen)。除(chu)了(le)水質監(jian)測(ce),還有很多外延,比如非法采砂、非法養(yang)殖、非法捕撈(lao)、非法傾倒廢棄(qi)物等。試想(xiang)如果長江沿岸(an)密集安裝攝像(xiang)頭,那么海(hai)量的監(jian)控錄像(xiang)由(you)誰(shui)來(lai)甄別(bie)鑒(jian)定(ding)?

  

      查看監控視頻是(shi)工作量巨大且效率(lv)低(di)下的事情,靠(kao)人力(li)幾乎難以解決。如(ru)何真正節約人力(li)和成本,提高效率(lv)和正確(que)率(lv)?


  這就要依靠視覺(jue)AI技術。對人類而(er)言,70%~80%的信(xin)息獲取(qu)來自(zi)視覺(jue),但人類長期觀(guan)看監(jian)視錄像(xiang)易喪失注(zhu)意(yi)力(li)和辨(bian)別力(li)。而(er)我們希(xi)望(wang)讓計算(suan)機具備“從識(shi)人知物(wu)到辨(bian)識(shi)萬物(wu)”的能力(li),幫助我們在環境監(jian)管中(zhong),提升處理信(xin)息的效率(lv)。


  真正的(de)(de)(de)(de)視頻監(jian)測可以(yi)區分(fen)人體(ti)形(xing)態,車(che)輛、船只或選定物(wu)體(ti)與(yu)所有其他物(wu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)一般移(yi)動和變化,從(cong)而進行抓取、分(fen)析、預警。隨著以(yi)改善水環境、恢(hui)復水生態治理(li)為(wei)主的(de)(de)(de)(de)系統(tong)性治理(li)將逐步成為(wei)未來市場的(de)(de)(de)(de)發(fa)展趨勢,我們要監(jian)測的(de)(de)(de)(de)對象可以(yi)是(shi)藍藻的(de)(de)(de)(de)覆蓋面積、生長(chang)速度、擴散情況,還有水生生物(wu)的(de)(de)(de)(de)多(duo)樣性情況,外來物(wu)種(zhong)對生態平衡的(de)(de)(de)(de)破壞(huai),甚至結合電子顯微(wei)鏡監(jian)測微(wei)生物(wu)種(zhong)類(lei)、菌群數量。

  AI技(ji)術(shu)適用于生(sheng)物(wu)識別(bie)場景的(de)預演(yan)已經在(zai)進行中,推動(dong)環(huan)境遠程監測(ce)(ce)、在(zai)線(xian)監測(ce)(ce)是繼高清化(hua)和網絡化(hua)之后的(de)第三次技(ji)術(shu)變革。從“看得(de)見(jian)”到(dao)“看得(de)清”再到(dao)現在(zai)的(de)“看得(de)懂”,在(zai)未來必將有更多的(de)AI算法、AI芯片、AI產品被(bei)應用到(dao)環(huan)境監測(ce)(ce)行業(ye),比如對岸(an)上、水里的(de)不同種(zhong)類動(dong)物(wu),從顏色、形態、運(yun)動(dong)軌跡、三維位置及尺寸信(xin)息(xi)來差(cha)異化(hua)判(pan)別(bie)它們。


  中國(guo)環(huan)(huan)境(jing)報:《生態環(huan)(huan)境(jing)監(jian)測(ce)條例(li)》正在(zai)加速出(chu)臺,此(ci)舉將(jiang)大(da)大(da)推進(jin)生態環(huan)(huan)境(jing)監(jian)測(ce)的(de)(de)法治化(hua)進(jin)程(cheng)。對于公(gong)開征求意見的(de)(de)《條例(li)(草案)》,您怎么理解(jie)?從中可以看出(chu)哪些環(huan)(huan)境(jing)監(jian)測(ce)行業未來發展的(de)(de)一(yi)個方向和可以突破(po)、拓展的(de)(de)空間(jian)?


  孫越:生(sheng)態(tai)環(huan)境監測是生(sheng)態(tai)環(huan)境保護的基(ji)礎,但過去這項工作(zuo)的法(fa)律支撐不(bu)太完(wan)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(wo)們欣(xin)喜(xi)地看到(dao),生(sheng)態環(huan)境(jing)監測(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)定義(yi)擴展(zhan)到(dao)了六(liu)大內涵(han),包括(kuo)對環(huan)境(jing)質量、生(sheng)態狀況和污染物(wu)(wu)排放及(ji)其變化趨勢(shi)的(de)采樣觀(guan)測(ce)(ce)(ce)(ce)、調查(cha)普(pu)查(cha)、遙感解(jie)譯、分(fen)析(xi)測(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)、評價評估、預(yu)測(ce)(ce)(ce)(ce)預(yu)報等(deng)活動。過(guo)去(qu)無論是(shi)在線(xian)分(fen)析(xi)還是(shi)實驗室分(fen)析(xi),我(wo)們的(de)監測(ce)(ce)(ce)(ce)機構還局(ju)限在理(li)化分(fen)析(xi)層面(mian),也就(jiu)是(shi)對各類(lei)污染物(wu)(wu)排放活動的(de)監測(ce)(ce)(ce)(ce),而今后(hou),環(huan)境(jing)監測(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)范疇將大幅(fu)度拓寬。


  除了(le)六大內涵(han),我們(men)還(huan)看到了(le)九(jiu)大外延,也就(jiu)是(shi)對(dui)森林、草原、濕地(di)、荒漠、河湖(hu)、海洋、農(nong)田、城(cheng)市和(he)鄉(xiang)村等生態狀況的(de)監(jian)測(ce)(ce),包括對(dui)大氣(qi)、地(di)表(biao)水、地(di)下水、海水、土壤、聲、光(guang)、熱、生物(wu)(wu)(wu)、振動、輻射(she)、溫(wen)室氣(qi)體等環(huan)境(jing)要素質量的(de)監(jian)測(ce)(ce)。顯而(er)易(yi)見(jian),未(wei)來生態環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)(ce)高新技術、先進(jin)裝備的(de)研究(jiu)(jiu)、開發應(ying)用和(he)推廣,新型(xing)污染物(wu)(wu)(wu)、應(ying)對(dui)新興環(huan)境(jing)問題(ti)和(he)履行國際環(huan)境(jing)公(gong)約涉(she)及污染物(wu)(wu)(wu)的(de)研究(jiu)(jiu)性監(jian)測(ce)(ce)將有更多突破和(he)發展(zhan)。


  環境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)網(wang)(wang)絡的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)(duan)(duan)完善(shan),監(jian)測(ce)(ce)對象(xiang)和(he)適用(yong)范(fan)(fan)圍的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)(duan)(duan)豐富,將推(tui)動物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)、傳感器、區塊鏈、人(ren)工(gong)智能等新(xin)(xin)技(ji)術在(zai)監(jian)測(ce)(ce)檢測(ce)(ce)業務中的(de)(de)(de)應用(yong),一批生(sheng)態環境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)創(chuang)(chuang)新(xin)(xin)示范(fan)(fan)基地有(you)望建立,具有(you)自(zi)主知識產(chan)權的(de)(de)(de)監(jian)測(ce)(ce)技(ji)術裝備研發和(he)應用(yong)轉化全面(mian)加(jia)速(su),生(sheng)態環境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)自(zi)動化、智能化、信息化能力(li)不(bu)斷(duan)(duan)(duan)提升,為創(chuang)(chuang)新(xin)(xin)驅動環境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)產(chan)品的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)(duan)(duan)升級與(yu)(yu)推(tui)陳出(chu)新(xin)(xin)助力(li)。同時我(wo)們的(de)(de)(de)研發投入也在(zai)持續加(jia)大,例如在(zai)環境(jing)(jing)與(yu)(yu)健康(kang)領域,我(wo)們已經對環境(jing)(jing)病(bing)理(li)性、毒理(li)性監(jian)測(ce)(ce)分析有(you)所布局。



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