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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(lai)源: 聚光 瀏覽量:400

聚光科(ke)技(杭州(zhou))股份(fen)有限(xian)公司(si)總經理孫(sun)越

  中國(guo)環境報:臭氧逐(zhu)漸上升(sheng)為僅次于PM2.5的(de)影響優良天(tian)數的(de)重要因(yin)素,今年夏季(ji),在(zai)(zai)新(xin)冠肺炎疫(yi)情防(fang)控常態化(hua)形勢下,生態環境部門開展臭氧污染防(fang)治監督(du)幫扶攻堅行動(dong),越來越倚重新(xin)一(yi)代信息化(hua)技(ji)術的(de)參與。在(zai)(zai)臭氧監測領域,有(you)哪些高新(xin)技(ji)術手段(duan)出(chu)現?


  孫越:臭氧(yang)污染防治工作的(de)艱(jian)巨性(xing)和(he)復(fu)雜性(xing),亟需監(jian)測科技(ji)力量的(de)支持。


  臭氧(yang)污染(ran)具有明顯的(de)復(fu)合(he)型,其(qi)成因非常復(fu)雜,涉(she)及氮(dan)氧(yang)化(hua)物(NOx)和揮發性有機物(VOCs)的(de)排(pai)放(fang),還(huan)與氣(qi)象條件、地理(li)環境,比如氣(qi)溫、光照、濕(shi)度、氣(qi)壓(ya)、風速、風向都有關(guan)系。


  因此(ci),我們不(bu)僅(jin)要監測(ce)臭氧的(de)濃度,更要研究它的(de)生(sheng)成(cheng)機理,測(ce)出(chu)導致臭氧污(wu)染(ran)的(de)各個因素的(de)貢獻率。以(yi)此(ci)為出(chu)發點(dian),我們設(she)計了一系列參(can)與臭氧生(sheng)成(cheng)光化學(xue)反應(ying)的(de)常規污(wu)染(ran)物(wu)、特(te)征污(wu)染(ran)物(wu)監測(ce)指(zhi)標,這些監測(ce)不(bu)僅(jin)指(zhi)向區域,甚至能鎖定污(wu)染(ran)行業、企業、工藝。


  目前大家可以看到(dao)的臭氧污染監(jian)測(ce),除(chu)固(gu)定(ding)站外,已經增加了大氣(qi)環境(jing)走航監(jian)測(ce)車。大部分走航車功能(neng)還比較簡單,僅僅是監(jian)測(ce)VOCs,主要作用是定(ding)位 VOCs超標的點位,從(cong)而識別來源。

  在此基礎上,聚光科技(ji)提出了協(xie)同(tong)走航(hang)監測(ce)的(de)概念,也就是(shi)同(tong)時監測(ce) VOCs、NOx、臭(chou)氧(yang)以及(ji)PM2.5。一臺走航(hang)車協(xie)同(tong)監測(ce)的(de)優(you)勢(shi)在于不僅(jin)能獲(huo)知VOCs濃度,而(er)且通過模(mo)型演(yan)繹,計算和預(yu)測(ce)各類污(wu)染(ran)(ran)源對(dui)整個地區臭(chou)氧(yang)污(wu)染(ran)(ran)的(de)貢獻,全面、精(jing)準、實時、定性、定量地診斷(duan)區域(yu)污(wu)染(ran)(ran)狀況。有(you)效改善了過去雖然監測(ce)到單一污(wu)染(ran)(ran)物的(de)濃度,但(dan)還是(shi)無法判斷(duan)污(wu)染(ran)(ran)源究竟是(shi)誰,以及(ji)它與片區臭(chou)氧(yang)濃度究竟關聯性有(you)多大的(de)被動局面。


  我們試圖通過這(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)監測(ce)和模型計算,對一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)地區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)臭(chou)(chou)氧污染成因(yin)精準(zhun)畫像,什么時(shi)間生成,哪個(ge)(ge)時(shi)段濃度最高,哪些因(yin)子(zi)較活躍,是(shi)(shi)哪些行業導(dao)致的(de)(de)(de)(de)(de)……當然,一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)城市的(de)(de)(de)(de)(de)臭(chou)(chou)氧不(bu)僅僅來(lai)自于本(ben)地,還(huan)有外源(yuan)輸入(ru)。對此,我們也(ye)有一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)監測(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧乙酰硝酸酯)是(shi)(shi)由大氣中部分VOCs和NOx進(jin)行光(guang)化學反應而生成的(de)(de)(de)(de)(de),是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)種重要的(de)(de)(de)(de)(de)二次污染物,聚光(guang)科技PANs在(zai)線監測(ce)系統就是(shi)(shi)針對它。通過這(zhe)一(yi)(yi)(yi)監測(ce),能迅速分析出臭(chou)(chou)氧污染是(shi)(shi)外源(yuan)輸入(ru)還(huan)是(shi)(shi)本(ben)地源(yuan)造(zao)成的(de)(de)(de)(de)(de)。


  這些圍繞VOCs的監測(ce),除了(le)因為它(ta)通過(guo)光(guang)照與NOx發生(sheng)(sheng)反應后(hou)生(sheng)(sheng)產臭(chou)氧(yang),也(ye)源于它(ta)與空氣中的氧(yang)化(hua)劑、硝酸等發生(sheng)(sheng)氧(yang)化(hua)、吸(xi)附、凝(ning)結反應會(hui)生(sheng)(sheng)成(cheng)二次有(you)機顆粒物,也(ye)就是(shi)(shi)我們熟知的PM2.5。監測(ce)分析VOCs就把臭(chou)氧(yang)防治(zhi)(zhi)和PM2.5防治(zhi)(zhi)兩項任務(wu)協同起來(lai)了(le),也(ye)就是(shi)(shi)既要扭(niu)轉臭(chou)氧(yang)污染升高態勢(shi),還要保持(chi)PM2.5污染持(chi)續下降。


  我(wo)們(men)的走航(hang)車同時開展(zhan)VOCs+大(da)氣(qi)常規六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測(ce)工作,再通過搭載(zai)的空(kong)氣(qi)質量(liang)模型(xing),分析本地生成(cheng)和外部傳輸(shu)臭氧(yang)(yang)前體物與臭氧(yang)(yang)的占比(bi),獲得各地區(qu)各類污染源(yuan)排放對(dui)受體點環境臭氧(yang)(yang)濃度的貢獻。當得到環境中臭氧(yang)(yang)濃度與其(qi)生成(cheng)前體物排放之間的定量(liang)關系后,還(huan)可以(yi)(yi)以(yi)(yi)此為依據開展(zhan)減排效果評估(gu)。


  這些復雜的(de)源解析模型和擴(kuo)散(san)模型、預(yu)警模型都(dou)(dou)需要人工智能(AI)不斷優化,讓(rang)一臺車(che)至少解決五六個方面的(de)問(wen)題,大大降低了(le)監測(ce)成本。比(bi)如除了(le)前面講(jiang)的(de),PM10我們怎么辦?在(zai)走航車(che)底部就有(you)這樣的(de)裝置(zhi),針對(dui)建筑工地或(huo)者(zhe)城(cheng)市道(dao)路(lu)的(de)道(dao)路(lu)積塵負(fu)荷,都(dou)(dou)可以做到實(shi)時監測(ce)。


  除(chu)了降(jiang)低成本,還(huan)要(yao)提升工作效(xiao)率。現(xian)在的大(da)氣走航監測車采用飛行(xing)時間質譜(pu)儀,實現(xian)秒級(ji)出數(shu),便于快速摸清(qing)污(wu)(wu)染(ran)底數(shu)。同(tong)時與搭(da)載的氣相色譜(pu)-質譜(pu)聯(lian)用儀(GC-MS分析(xi)儀)相結合,輸(shu)出VOCs特征因子污(wu)(wu)染(ran)全域圖,全面摸排、定性定量(liang)診斷(duan)污(wu)(wu)染(ran)情況。


  另外,5G技術的(de)(de)(de)(de)應用也(ye)使(shi)走(zou)航車(che)對污染源的(de)(de)(de)(de)定位日(ri)臻精準(zhun),已(yi)經達到厘(li)米(mi)級,如果是(shi)4G的(de)(de)(de)(de)話(hua),也(ye)就只(zhi)能精確到10米(mi)級。這意味著,溯(su)源對于(yu)我(wo)們來說不(bu)僅限(xian)于(yu)一個(ge)地(di)區、一家(jia)企業(ye),而是(shi)可(ke)(ke)以(yi)找到某(mou)個(ge)車(che)間。盡管有些(xie)車(che)間和生產(chan)工(gong)藝是(shi)連續(xu)性(xing)的(de)(de)(de)(de),但我(wo)們在工(gong)藝段之間的(de)(de)(de)(de)走(zou)航能夠非常準(zhun)確地(di)找到無組織排(pai)(pai)放點到底是(shi)在哪(na)個(ge)位置。伴隨著快(kuai)速定位,我(wo)們還能夠進行遠程(cheng)的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)視(shi)化(hua)管控,也(ye)就是(shi)在走(zou)航過程(cheng)中增加了攝像頭,攝像頭抓拍到的(de)(de)(de)(de)無組織排(pai)(pai)放違法行為,包括視(shi)頻(pin)、圖(tu)像,都通過5G網絡(luo)瞬時(shi)傳輸(shu)到監察人員手中。


  無論利用(yong)空(kong)氣(qi)質(zhi)量(liang)模型對(dui)臭氧(yang)源解析和敏感性進行分析,對(dui)臭氧(yang)污染過程進行模擬,還是精(jing)準溯源、實時可視化監管,都是目前5G+ AI與環境監測深度耦合,助力我(wo)們數字化轉型的例子。


  中國環境報:關(guan)于生(sheng)(sheng)態(tai)環境部(bu)提出的構建全(quan)流域(yu)生(sheng)(sheng)態(tai)質(zhi)量監測(ce)一張(zhang)網,您怎么理(li)解(jie)?作為(wei)環境監測(ce)行業的龍頭企業,又會在水環境監測(ce)領域(yu)有何布(bu)局(ju)?


  孫越:按照全流域(yu)、全要(yao)素的要(yao)求(qiu)系統治理水環(huan)境(jing),是當前(qian)的新方向。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(he)流(liu)(liu)途經不同(tong)行政(zheng)轄區(qu),原本具有整體(ti)性、關聯性特征的流(liu)(liu)域(yu)自然空間(jian)被(bei)行政(zheng)區(qu)單元(yuan)所(suo)分割管理,流(liu)(liu)域(yu)內各類資源、各個因(yin)素相互影(ying)響、相互促進(jin)、相互約束,共同(tong)構成統一(yi)的動態平衡(heng)系統,因(yin)此涉水事務(wu)非(fei)常多,管理部門業務(wu)上相互交叉。


  把“系統治理(li)”“協同治理(li)”作為方(fang)向指(zhi)南,對流域治理(li)來說既是挑戰也是機(ji)遇。我們以此提(ti)出“源(yuan)、網、岸、排、河(he)”五方(fang)面監測,分別對應污(wu)染源(yuan)、排水管網、近水岸線、入河(he)排污(wu)口和河(he)道水質(zhi)。


  污(wu)染源(yuan)不僅有工(gong)業源(yuan),污(wu)水處(chu)理廠(chang)也可以當成(cheng)點(dian)源(yuan),還有農業面源(yuan),都要監(jian)測。以改善水環境(jing)、恢復水生(sheng)態治理為主的(de)系統性治理將逐步成(cheng)為未(wei)來市(shi)場(chang)的(de)發展趨勢(shi)。


  排水(shui)管網不(bu)僅(jin)要監測污水(shui)管網,還有雨水(shui)管網,也可能出現超標(biao)。


  管(guan)網的(de)(de)(de)(de)終端就是(shi)排(pai)(pai)(pai)(pai)口。生(sheng)態環(huan)境部(bu)開(kai)展長江(jiang)入(ru)河(he)(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口排(pai)(pai)(pai)(pai)查整治專項行(xing)動時就提(ti)出(chu),往長江(jiang)里排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)的(de)(de)(de)(de)到(dao)底有(you)多少排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口,在(zai)哪里排(pai)(pai)(pai)(pai),誰在(zai)排(pai)(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)(pai)什么(me),排(pai)(pai)(pai)(pai)多少等一系列問題。如何把入(ru)河(he)(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口這個(ge)(ge)最重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)基礎性(xing)底數摸(mo)清楚,也是(shi)對監(jian)測行(xing)業的(de)(de)(de)(de)一場(chang)大(da)考。首先,這個(ge)(ge)數量是(shi)非常(chang)龐(pang)大(da)的(de)(de)(de)(de)。以(yi)去(qu)年(nian)生(sheng)態環(huan)境部(bu)完成的(de)(de)(de)(de)長江(jiang)流域2.4萬公(gong)里岸線及沿岸2公(gong)里區域的(de)(de)(de)(de)入(ru)河(he)(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口排(pai)(pai)(pai)(pai)查為例,排(pai)(pai)(pai)(pai)查出(chu)長江(jiang)入(ru)河(he)(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口6萬多個(ge)(ge)。這是(shi)我們目前掌握(wo)的(de)(de)(de)(de)數字,具體(ti)到(dao)每一個(ge)(ge)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)口 如何監(jian)測則涉及更復雜、更多樣的(de)(de)(de)(de)情況。比如,許多污(wu)染排(pai)(pai)(pai)(pai)放不是(shi)連(lian)續性(xing)的(de)(de)(de)(de),如果是(shi)抽查,很(hen)難監(jian)測到(dao)超標現象(xiang)。


  所(suo)以說(shuo),水里的問題,根源在(zai)岸上(shang),對(dui)長江沿岸的重點工業企業,我們(men)也要全部(bu)納入(ru)日常監測,進行全過(guo)程跟蹤,實(shi)現(xian)長江沿岸區域污染源情況明、底數清。


  我(wo)們發(fa)現,河(he)流、湖泊岸線范圍不(bu)明,功能(neng)界(jie)定(ding)不(bu)清,部分河(he)段(duan)岸線開(kai)發(fa)不(bu)合(he)理,也會嚴重破(po)壞河(he)流生態環境。比(bi)如用河(he)道兩(liang)側兩公里保(bao)護范圍的這把“綠色標尺(chi)”去衡(heng)量(liang),涉及到的監測對(dui)象包(bao)括(kuo)沿河化工企業的排污,建筑垃圾生(sheng)活垃圾等固體廢物堆存產生(sheng)的滲濾液廢水。


  岸(an)線的管(guan)控(kong)(kong)也是非(fei)常重要,最(zui)終回(hui)歸到水(shui)體(ti)本(ben)身。除了水(shui)質監測,還(huan)有(you)很多(duo)外延(yan),比如(ru)非(fei)法(fa)采砂、非(fei)法(fa)養殖、非(fei)法(fa)捕撈、非(fei)法(fa)傾倒廢棄物等(deng)。試想如(ru)果長江沿岸(an)密(mi)集安(an)裝攝像(xiang)(xiang)頭,那么(me)海量的監控(kong)(kong)錄像(xiang)(xiang)由誰(shui)來甄別鑒定?

  

      查看監控視頻是工作量(liang)巨大(da)且效率低(di)下的事情,靠人力幾乎(hu)難以解決。如何(he)真正節約人力和(he)成本,提高(gao)效率和(he)正確率?


  這就(jiu)要依靠視(shi)覺AI技術。對人類(lei)而言,70%~80%的信息(xi)獲取來自(zi)視(shi)覺,但人類(lei)長期觀(guan)看監(jian)視(shi)錄(lu)像(xiang)易喪失注意力和(he)辨(bian)別(bie)力。而我(wo)們希望(wang)讓(rang)計算(suan)機具(ju)備“從識(shi)人知物到辨(bian)識(shi)萬(wan)物”的能(neng)力,幫(bang)助(zhu)我(wo)們在環(huan)境(jing)監(jian)管中,提升處理信息(xi)的效率。


  真正的(de)(de)(de)視頻監測(ce)可以(yi)區分人體(ti)形(xing)態(tai),車輛(liang)、船(chuan)只或選(xuan)定物體(ti)與(yu)所有其(qi)他物體(ti)的(de)(de)(de)一(yi)般移動和變化(hua),從而進行抓(zhua)取、分析(xi)、預警。隨著以(yi)改善(shan)水環境、恢復(fu)水生(sheng)(sheng)態(tai)治理(li)為(wei)主的(de)(de)(de)系統性治理(li)將逐步成為(wei)未(wei)來(lai)市場的(de)(de)(de)發展趨勢(shi),我們(men)要監測(ce)的(de)(de)(de)對(dui)象可以(yi)是(shi)藍(lan)藻的(de)(de)(de)覆蓋面積(ji)、生(sheng)(sheng)長速(su)度、擴散情(qing)況,還有水生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物的(de)(de)(de)多樣性情(qing)況,外來(lai)物種對(dui)生(sheng)(sheng)態(tai)平衡的(de)(de)(de)破壞,甚至結合電(dian)子顯微鏡監測(ce)微生(sheng)(sheng)物種類、菌群數量。

  AI技術適用于(yu)生物識(shi)別(bie)場景的(de)預演已經(jing)在(zai)進行中,推動(dong)環(huan)境遠程監(jian)測(ce)(ce)、在(zai)線監(jian)測(ce)(ce)是(shi)繼高清(qing)化(hua)和網絡化(hua)之后的(de)第(di)三次技術變革。從(cong)“看得見”到“看得清(qing)”再到現在(zai)的(de)“看得懂(dong)”,在(zai)未來必將(jiang)有更多的(de)AI算法、AI芯片、AI產品(pin)被應用到環(huan)境監(jian)測(ce)(ce)行業,比如對(dui)岸上、水里的(de)不同(tong)種類(lei)動(dong)物,從(cong)顏(yan)色、形態、運(yun)動(dong)軌跡(ji)、三維位置(zhi)及尺寸(cun)信息來差(cha)異化(hua)判別(bie)它們。


  中國(guo)環(huan)境(jing)報:《生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)條例》正在(zai)加(jia)速出臺,此(ci)舉將大大推進生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)的(de)法(fa)治化進程。對于公(gong)開征求(qiu)意(yi)見(jian)的(de)《條例(草案)》,您(nin)怎么理解?從中可(ke)以看出哪(na)些環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)行(xing)業未來發展的(de)一個方(fang)向和可(ke)以突破、拓展的(de)空間?


  孫越:生(sheng)態環(huan)境監測(ce)是生(sheng)態環(huan)境保護的(de)基(ji)礎,但過去(qu)這項工作的(de)法律支撐不(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(tiao)例(li)(草案)》,我們欣喜地看到(dao),生態環境(jing)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)定義(yi)擴展(zhan)到(dao)了六大(da)內涵,包括對環境(jing)質(zhi)量、生態狀況(kuang)和污(wu)染物(wu)排(pai)放及其變(bian)化(hua)趨(qu)勢的(de)(de)采樣觀測(ce)(ce)(ce)、調查(cha)普查(cha)、遙(yao)感(gan)解譯、分(fen)析測(ce)(ce)(ce)試、評價評估、預(yu)測(ce)(ce)(ce)預(yu)報(bao)等(deng)活動。過去無論(lun)是在線(xian)分(fen)析還是實驗室分(fen)析,我們的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)機構還局限在理(li)化(hua)分(fen)析層面,也(ye)就是對各(ge)類污(wu)染物(wu)排(pai)放活動的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce),而(er)今后,環境(jing)監(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)范(fan)疇將(jiang)大(da)幅度拓寬。


  除了六大內涵,我們還看到了九大外延,也就是對森(sen)林、草原(yuan)、濕地、荒漠、河(he)湖、海(hai)洋、農田、城市和鄉村等生(sheng)態狀況的(de)監測(ce),包括對大氣、地表水(shui)、地下水(shui)、海(hai)水(shui)、土壤、聲、光、熱、生(sheng)物、振動、輻射、溫(wen)室氣體等環(huan)境(jing)(jing)要素質(zhi)量的(de)監測(ce)。顯而易(yi)見,未來生(sheng)態環(huan)境(jing)(jing)監測(ce)高新技(ji)術、先進裝(zhuang)備的(de)研究、開(kai)發應用和推廣,新型污染(ran)物、應對新興環(huan)境(jing)(jing)問(wen)題和履行國際環(huan)境(jing)(jing)公約涉(she)及污染(ran)物的(de)研究性監測(ce)將有更多突(tu)破(po)和發展。


  環(huan)(huan)境監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)網絡(luo)的不斷(duan)完(wan)善,監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)對象和適用(yong)范圍的不斷(duan)豐富,將推(tui)動物聯網、傳(chuan)感器、區塊鏈、人(ren)工智能(neng)等新(xin)(xin)(xin)技(ji)術在監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)業務中(zhong)的應(ying)用(yong),一(yi)批(pi)生(sheng)態(tai)環(huan)(huan)境監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)創(chuang)新(xin)(xin)(xin)示范基(ji)地有(you)(you)望建(jian)立,具有(you)(you)自主(zhu)知識(shi)產權的監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)技(ji)術裝備研發和應(ying)用(yong)轉化(hua)全面(mian)加(jia)速,生(sheng)態(tai)環(huan)(huan)境監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)自動化(hua)、智能(neng)化(hua)、信息化(hua)能(neng)力(li)不斷(duan)提升(sheng),為創(chuang)新(xin)(xin)(xin)驅動環(huan)(huan)境監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)產品的不斷(duan)升(sheng)級與推(tui)陳出新(xin)(xin)(xin)助力(li)。同時我們的研發投入(ru)也在持續(xu)加(jia)大,例如在環(huan)(huan)境與健康領域,我們已經對環(huan)(huan)境病理(li)性、毒理(li)性監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)分析有(you)(you)所布局。



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