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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(ji)(杭州(zhou))股(gu)份(fen)有(you)限公司總經理孫越(yue)

  中(zhong)國(guo)環境報:臭(chou)氧逐(zhu)漸上升為僅次于PM2.5的(de)(de)影響(xiang)優良天(tian)數的(de)(de)重(zhong)要因素,今(jin)年夏(xia)季(ji),在新(xin)冠肺炎疫情防控常態(tai)化形勢下,生態(tai)環境部門(men)開展臭(chou)氧污染防治(zhi)監督幫扶攻堅行動(dong),越來越倚重(zhong)新(xin)一代信息化技(ji)術的(de)(de)參與。在臭(chou)氧監測(ce)領(ling)域,有哪些高新(xin)技(ji)術手段出現?


  孫越:臭氧(yang)污(wu)染防治工作的艱巨性和(he)復雜(za)性,亟需監(jian)測(ce)科(ke)技(ji)力量的支持。


  臭氧(yang)污(wu)染具有(you)明顯的復合(he)型,其成因非常復雜,涉(she)及氮氧(yang)化(hua)物(NOx)和揮發性有(you)機物(VOCs)的排(pai)放,還與氣(qi)(qi)象條件、地(di)理環境,比如氣(qi)(qi)溫、光照、濕度、氣(qi)(qi)壓、風(feng)速、風(feng)向都有(you)關(guan)系。


  因(yin)此,我們(men)不僅要監測(ce)臭氧(yang)(yang)的濃度,更要研究它(ta)的生成(cheng)機理,測(ce)出導致臭氧(yang)(yang)污染(ran)的各個因(yin)素的貢獻率。以(yi)此為出發點,我們(men)設計了一系列參與臭氧(yang)(yang)生成(cheng)光化學(xue)反應的常規污染(ran)物、特征污染(ran)物監測(ce)指標,這些監測(ce)不僅指向區域,甚(shen)至能鎖定污染(ran)行業、企業、工藝。


  目前大家可以看(kan)到的(de)臭氧污染(ran)監(jian)測,除固定(ding)站外(wai),已經(jing)增加了大氣環境走(zou)航(hang)監(jian)測車。大部分走(zou)航(hang)車功能還比較簡單,僅(jin)僅(jin)是監(jian)測VOCs,主(zhu)要作用是定(ding)位 VOCs超標的(de)點位,從而識別(bie)來源。

  在此基礎上,聚光(guang)科技(ji)提出了協(xie)同(tong)(tong)走航監測(ce)(ce)(ce)的(de)概念(nian),也就(jiu)是(shi)(shi)同(tong)(tong)時監測(ce)(ce)(ce) VOCs、NOx、臭氧以及PM2.5。一(yi)臺(tai)走航車協(xie)同(tong)(tong)監測(ce)(ce)(ce)的(de)優(you)勢在于不僅能獲(huo)知VOCs濃度,而(er)且通過模型演繹,計算(suan)和預測(ce)(ce)(ce)各類污(wu)(wu)染源對整個地區(qu)(qu)臭氧污(wu)(wu)染的(de)貢獻(xian),全面、精準、實(shi)時、定性、定量地診斷區(qu)(qu)域污(wu)(wu)染狀況。有效改善了過去雖然監測(ce)(ce)(ce)到單一(yi)污(wu)(wu)染物的(de)濃度,但還是(shi)(shi)無法(fa)判斷污(wu)(wu)染源究竟是(shi)(shi)誰,以及它與片區(qu)(qu)臭氧濃度究竟關聯(lian)性有多大的(de)被動局面。


  我們試圖通(tong)過這(zhe)樣的(de)(de)監測(ce)和模(mo)型(xing)計算,對一個地(di)區的(de)(de)臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)污(wu)(wu)染(ran)成(cheng)因精準畫像,什么時間(jian)生(sheng)成(cheng),哪(na)個時段濃度最高(gao),哪(na)些(xie)因子較活躍,是(shi)(shi)哪(na)些(xie)行業導(dao)致的(de)(de)……當(dang)然,一個城市(shi)的(de)(de)臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)不僅僅來自于本(ben)地(di),還有外源輸入(ru)。對此,我們也有一個監測(ce)指(zhi)標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧(yang)(yang)(yang)乙酰硝(xiao)酸酯)是(shi)(shi)由(you)大(da)氣中(zhong)部分(fen)VOCs和NOx進(jin)行光(guang)化學反應而生(sheng)成(cheng)的(de)(de),是(shi)(shi)一種重要(yao)的(de)(de)二次污(wu)(wu)染(ran)物,聚光(guang)科技(ji)PANs在線(xian)監測(ce)系(xi)統就是(shi)(shi)針對它。通(tong)過這(zhe)一監測(ce),能(neng)迅速分(fen)析(xi)出(chu)臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)污(wu)(wu)染(ran)是(shi)(shi)外源輸入(ru)還是(shi)(shi)本(ben)地(di)源造成(cheng)的(de)(de)。


  這些(xie)圍繞VOCs的監測,除了(le)因為它(ta)通過光照(zhao)與(yu)NOx發(fa)生(sheng)反應后生(sheng)產(chan)臭(chou)氧(yang)(yang),也(ye)源于(yu)它(ta)與(yu)空(kong)氣中(zhong)的氧(yang)(yang)化劑、硝酸等發(fa)生(sheng)氧(yang)(yang)化、吸附、凝(ning)結反應會生(sheng)成二次(ci)有機顆粒物(wu),也(ye)就是(shi)我們(men)熟知的PM2.5。監測分(fen)析VOCs就把臭(chou)氧(yang)(yang)防(fang)治(zhi)和PM2.5防(fang)治(zhi)兩項任務協同起來了(le),也(ye)就是(shi)既要(yao)扭轉臭(chou)氧(yang)(yang)污(wu)(wu)染(ran)升高態勢,還要(yao)保持PM2.5污(wu)(wu)染(ran)持續下降(jiang)。


  我們(men)的走(zou)航(hang)車同時開展VOCs+大氣常規六(liu)參(can)數(shu)(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工作,再通過搭載的空氣質(zhi)量(liang)模(mo)型,分析(xi)本地(di)生(sheng)成和外部傳輸臭(chou)氧(yang)前(qian)體物與臭(chou)氧(yang)的占比,獲(huo)得各地(di)區各類(lei)污染源排(pai)放對(dui)受體點環境(jing)臭(chou)氧(yang)濃(nong)度的貢(gong)獻(xian)。當得到(dao)環境(jing)中臭(chou)氧(yang)濃(nong)度與其生(sheng)成前(qian)體物排(pai)放之間的定(ding)量(liang)關系(xi)后,還可以以此為(wei)依(yi)據開展減排(pai)效果評估。


  這些復(fu)雜的(de)源解析模型和擴散(san)模型、預(yu)警(jing)模型都需(xu)要人工(gong)智能(AI)不斷優(you)化,讓一(yi)臺車至少解決五六個方面的(de)問題,大(da)大(da)降(jiang)低(di)了監測成本。比(bi)如除了前面講的(de),PM10我們怎么辦?在(zai)走航車底(di)部(bu)就有這樣的(de)裝置,針對建筑工(gong)地(di)或者城市道路的(de)道路積(ji)塵(chen)負荷,都可以(yi)做到實時監測。


  除(chu)了降(jiang)低(di)成本,還要提升工作效率。現在的大氣(qi)走航監(jian)測車采(cai)用飛行時間質(zhi)譜(pu)儀(yi),實現秒(miao)級出數,便(bian)于快(kuai)速摸清污染底(di)數。同時與搭(da)載(zai)的氣(qi)相色譜(pu)-質(zhi)譜(pu)聯(lian)用儀(yi)(GC-MS分(fen)析儀(yi))相結(jie)合,輸出VOCs特征(zheng)因子污染全(quan)域圖,全(quan)面摸排、定性定量診斷污染情況。


  另(ling)外,5G技術的(de)(de)應用也使(shi)走(zou)航車對污染源(yuan)的(de)(de)定(ding)位日(ri)臻精準(zhun),已經達到(dao)厘米級,如果是(shi)4G的(de)(de)話(hua),也就只(zhi)能(neng)精確到(dao)10米級。這意(yi)味著,溯源(yuan)對于我們來說不僅限于一個(ge)地區、一家企業,而是(shi)可以找到(dao)某個(ge)車間。盡管有些(xie)車間和生產工(gong)藝是(shi)連續性的(de)(de),但(dan)我們在(zai)工(gong)藝段之(zhi)間的(de)(de)走(zou)航能(neng)夠非(fei)常準(zhun)確地找到(dao)無(wu)組織(zhi)排放點到(dao)底是(shi)在(zai)哪個(ge)位置。伴(ban)隨(sui)著快速(su)定(ding)位,我們還能(neng)夠進行遠程的(de)(de)可視化管控,也就是(shi)在(zai)走(zou)航過程中增加(jia)了攝像頭,攝像頭抓拍(pai)到(dao)的(de)(de)無(wu)組織(zhi)排放違法行為,包(bao)括(kuo)視頻、圖像,都(dou)通(tong)過5G網絡瞬時傳輸到(dao)監察(cha)人員手中。


  無論利用空氣質量(liang)模(mo)型對臭氧(yang)源解析(xi)和(he)敏感性進行分析(xi),對臭氧(yang)污染過程(cheng)進行模(mo)擬,還是精準(zhun)溯源、實時可視化監管(guan),都(dou)是目前5G+ AI與環(huan)境監測深度耦合,助力我們數(shu)字(zi)化轉型的例子。


  中(zhong)國(guo)環(huan)境報:關于生(sheng)態(tai)環(huan)境部提出的構建(jian)全流域生(sheng)態(tai)質量監(jian)(jian)測(ce)(ce)一張網,您怎么理(li)解?作(zuo)為環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)行(xing)業的龍頭企(qi)業,又會在水環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)領(ling)域有何布局?


  孫越:按照全(quan)流域、全(quan)要素的要求系(xi)統治理水(shui)環(huan)境,是當前的新方(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(liu)途經(jing)不同行(xing)政轄區,原(yuan)本具有整體性、關(guan)聯(lian)性特(te)征的流(liu)域自然空間被(bei)行(xing)政區單元(yuan)所分割管(guan)理(li),流(liu)域內各類資源、各個因(yin)素相(xiang)互(hu)(hu)影響、相(xiang)互(hu)(hu)促(cu)進、相(xiang)互(hu)(hu)約(yue)束,共同構成統(tong)一(yi)的動(dong)態平衡(heng)系統(tong),因(yin)此涉水事(shi)務(wu)非常多,管(guan)理(li)部(bu)門業務(wu)上(shang)相(xiang)互(hu)(hu)交叉。


  把“系(xi)統治理(li)(li)”“協同治理(li)(li)”作為(wei)方(fang)向指南,對流域(yu)治理(li)(li)來說(shuo)既是(shi)挑戰也是(shi)機遇。我(wo)們以此(ci)提出“源、網(wang)、岸、排(pai)、河(he)”五方(fang)面監測,分別對應污(wu)染源、排(pai)水(shui)管網(wang)、近(jin)水(shui)岸線、入河(he)排(pai)污(wu)口和河(he)道水(shui)質(zhi)。


  污染源不僅有工業(ye)源,污水處理(li)廠也可以(yi)當(dang)成(cheng)點源,還有農(nong)業(ye)面源,都要(yao)監測。以(yi)改善(shan)水環境、恢復水生態治理(li)為主(zhu)的(de)系統性治理(li)將逐步成(cheng)為未來(lai)市場(chang)的(de)發展(zhan)趨勢。


  排(pai)水管網(wang)不僅要監測污水管網(wang),還有雨水管網(wang),也可能出現超標。


  管網的(de)(de)終端就(jiu)是(shi)排(pai)(pai)口。生(sheng)態(tai)環(huan)(huan)境部開展長江(jiang)入河(he)排(pai)(pai)污口排(pai)(pai)查整治(zhi)專項行(xing)動時(shi)就(jiu)提出(chu)(chu),往長江(jiang)里(li)排(pai)(pai)污的(de)(de)到(dao)底有(you)多(duo)少排(pai)(pai)污口,在哪里(li)排(pai)(pai),誰(shui)在排(pai)(pai),排(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)多(duo)少等一系列問(wen)題。如(ru)何(he)把入河(he)排(pai)(pai)污口這(zhe)個(ge)(ge)(ge)最(zui)重要的(de)(de)基礎性(xing)底數摸清楚,也(ye)是(shi)對(dui)監(jian)測行(xing)業的(de)(de)一場大考。首先,這(zhe)個(ge)(ge)(ge)數量是(shi)非常龐大的(de)(de)。以去年生(sheng)態(tai)環(huan)(huan)境部完成(cheng)的(de)(de)長江(jiang)流域(yu)2.4萬公里(li)岸線及沿岸2公里(li)區域(yu)的(de)(de)入河(he)排(pai)(pai)污口排(pai)(pai)查為(wei)例,排(pai)(pai)查出(chu)(chu)長江(jiang)入河(he)排(pai)(pai)污口6萬多(duo)個(ge)(ge)(ge)。這(zhe)是(shi)我們目前掌握(wo)的(de)(de)數字(zi),具體到(dao)每(mei)一個(ge)(ge)(ge)排(pai)(pai)污口 如(ru)何(he)監(jian)測則涉(she)及更(geng)復雜、更(geng)多(duo)樣的(de)(de)情況。比如(ru),許多(duo)污染排(pai)(pai)放不(bu)是(shi)連(lian)續(xu)性(xing)的(de)(de),如(ru)果是(shi)抽查,很難監(jian)測到(dao)超標現(xian)象(xiang)。


  所以說,水(shui)里的問題,根源在岸上(shang),對長江沿岸的重點工(gong)業企業,我們也要全(quan)部(bu)納入日常(chang)監測,進行全(quan)過程跟蹤,實現長江沿岸區域污染源情況明、底數清(qing)。


  我們發(fa)現,河流、湖泊岸線(xian)范圍不明,功能界定不清(qing),部(bu)分河段岸線(xian)開發(fa)不合(he)理(li),也(ye)會(hui)嚴(yan)重破(po)壞河流生(sheng)態環(huan)境(jing)。比如(ru)用河道兩側兩(liang)公里保護范圍的這把(ba)“綠(lv)色標尺”去衡量,涉及到的監(jian)測(ce)對象包(bao)括沿(yan)河化工企業(ye)的排污,建(jian)筑垃(la)圾(ji)生活垃(la)圾(ji)等固體廢(fei)物堆存產生的滲濾液(ye)廢(fei)水(shui)。


  岸線的管控也是非(fei)(fei)常(chang)重要,最終回歸到(dao)水體(ti)本身。除了水質監(jian)測(ce),還有很多(duo)外(wai)延,比如非(fei)(fei)法采砂、非(fei)(fei)法養(yang)殖、非(fei)(fei)法捕撈、非(fei)(fei)法傾倒廢棄物等。試想如果長江沿岸密集(ji)安裝(zhuang)攝像頭,那么海量(liang)的監(jian)控錄像由誰來甄別(bie)鑒定(ding)?

  

      查看監控視頻是(shi)工作量巨大且(qie)效率低下的事情(qing),靠人力(li)幾乎難以解決。如何真正節約人力(li)和成本,提高效率和正確率?


  這(zhe)就要依靠(kao)視覺AI技術。對人(ren)類(lei)而言,70%~80%的信息(xi)獲取來(lai)自視覺,但(dan)人(ren)類(lei)長期觀看監視錄像易喪失注意力(li)和辨別力(li)。而我(wo)們希(xi)望讓計算機具備“從識(shi)人(ren)知物到(dao)辨識(shi)萬物”的能力(li),幫助我(wo)們在環境監管中,提升處理信息(xi)的效率。


  真正的(de)(de)視頻監測(ce)可(ke)以(yi)區分人體形(xing)態,車輛、船只或選定物(wu)體與(yu)所(suo)有(you)其(qi)他物(wu)體的(de)(de)一(yi)般移動和變(bian)化(hua),從而(er)進行抓取、分析、預(yu)警。隨(sui)著以(yi)改善水(shui)環境、恢復水(shui)生(sheng)(sheng)態治(zhi)理為主的(de)(de)系統性治(zhi)理將逐步成為未來(lai)市場的(de)(de)發展趨(qu)勢,我們要監測(ce)的(de)(de)對象可(ke)以(yi)是藍藻(zao)的(de)(de)覆(fu)蓋面積、生(sheng)(sheng)長速度、擴散(san)情況,還有(you)水(shui)生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)多樣性情況,外(wai)來(lai)物(wu)種對生(sheng)(sheng)態平衡的(de)(de)破壞,甚(shen)至(zhi)結合電子顯微鏡(jing)監測(ce)微生(sheng)(sheng)物(wu)種類、菌群數量。

  AI技術(shu)適用于生物識別(bie)場景的(de)預演已(yi)經在進行中,推(tui)動(dong)環境遠(yuan)程(cheng)監(jian)測、在線監(jian)測是繼高清(qing)(qing)化和(he)網絡化之后(hou)的(de)第三次(ci)技術(shu)變革。從(cong)(cong)“看(kan)得見”到“看(kan)得清(qing)(qing)”再(zai)到現(xian)在的(de)“看(kan)得懂(dong)”,在未來(lai)必將有更多的(de)AI算法、AI芯片(pian)、AI產(chan)品被(bei)應用到環境監(jian)測行業,比(bi)如(ru)對岸上、水(shui)里(li)的(de)不同(tong)種(zhong)類動(dong)物,從(cong)(cong)顏色(se)、形態、運動(dong)軌跡(ji)、三維(wei)位置及尺寸信息來(lai)差異化判別(bie)它(ta)們。


  中國環(huan)境報(bao):《生(sheng)態環(huan)境監(jian)測條例》正在加(jia)速(su)出(chu)(chu)臺(tai),此舉將大(da)大(da)推進生(sheng)態環(huan)境監(jian)測的法治(zhi)化(hua)進程。對于公(gong)開征求意見的《條例(草案)》,您怎么理(li)解(jie)?從中可以看出(chu)(chu)哪些環(huan)境監(jian)測行業未來發展的一(yi)個(ge)方向和可以突破、拓展的空間?


  孫越:生(sheng)(sheng)態環(huan)境監測是生(sheng)(sheng)態環(huan)境保護的(de)基礎(chu),但(dan)過去這項工作的(de)法律支撐(cheng)不(bu)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(an))》,我(wo)們(men)欣喜(xi)地(di)看到(dao),生態環(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測(ce)(ce)的定義擴展(zhan)到(dao)了六(liu)大(da)內涵,包括對環(huan)(huan)境(jing)質(zhi)量、生態狀(zhuang)況和污染物排放及其變化(hua)趨勢的采樣觀測(ce)(ce)、調查普(pu)查、遙感解(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(huan)是(shi)實驗室(shi)分析,我(wo)們(men)的監(jian)(jian)測(ce)(ce)機構還(huan)局限在理化(hua)分析層(ceng)面,也就是(shi)對各類(lei)污染物排放活(huo)動的監(jian)(jian)測(ce)(ce),而(er)今后,環(huan)(huan)境(jing)監(jian)(jian)測(ce)(ce)的范疇將大(da)幅度(du)拓寬。


  除了六大內涵(han),我們還看到了九大外延,也就是對森林(lin)、草(cao)原、濕(shi)地(di)、荒漠、河湖、海洋(yang)、農田、城市(shi)和鄉村等(deng)生(sheng)態(tai)狀況的(de)監(jian)測,包括對大氣、地(di)表水(shui)、地(di)下水(shui)、海水(shui)、土壤、聲(sheng)、光、熱(re)、生(sheng)物(wu)、振(zhen)動、輻射、溫室(shi)氣體(ti)等(deng)環(huan)境(jing)要(yao)素質量的(de)監(jian)測。顯而易見(jian),未來生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)測高新(xin)技術、先進裝備(bei)的(de)研究、開發(fa)應(ying)用和推廣(guang),新(xin)型污染物(wu)、應(ying)對新(xin)興環(huan)境(jing)問題和履行國際環(huan)境(jing)公(gong)約涉及污染物(wu)的(de)研究性監(jian)測將有更多突破和發(fa)展。


  環(huan)境(jing)監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)網絡的(de)不(bu)斷完(wan)善(shan),監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)對象和適(shi)用范圍的(de)不(bu)斷豐富,將推(tui)動物聯網、傳感器、區塊鏈、人工智能(neng)等新(xin)技術在監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)檢測(ce)(ce)(ce)業務中的(de)應用,一批生態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)創新(xin)示范基地有(you)望建立,具有(you)自主知識產權的(de)監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)技術裝備(bei)研(yan)發和應用轉化全面加(jia)速,生態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)自動化、智能(neng)化、信(xin)息化能(neng)力(li)不(bu)斷提(ti)升(sheng),為(wei)創新(xin)驅(qu)動環(huan)境(jing)監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)產品的(de)不(bu)斷升(sheng)級與推(tui)陳(chen)出新(xin)助力(li)。同時(shi)我(wo)們(men)的(de)研(yan)發投入也在持續(xu)加(jia)大,例如在環(huan)境(jing)與健(jian)康領(ling)域,我(wo)們(men)已經對環(huan)境(jing)病(bing)理性、毒理性監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分析有(you)所(suo)布局。



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