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中國(guo)環境(jing)報:臭氧逐(zhu)漸上升為僅次(ci)于PM2.5的(de)(de)影響優良(liang)天數的(de)(de)重(zhong)要因(yin)素,今年夏季(ji),在新(xin)冠肺炎(yan)疫情防控常態化形勢下,生態環境(jing)部門開展臭氧污(wu)染防治監督幫扶攻堅行(xing)動,越(yue)來越(yue)倚重(zhong)新(xin)一代(dai)信息化技術的(de)(de)參與。在臭氧監測領域(yu),有哪些高新(xin)技術手(shou)段出現?
孫越:臭(chou)氧污染(ran)防(fang)治工作的艱巨性和(he)復雜性,亟需監(jian)測科技(ji)力量的支持。
臭氧(yang)污染具(ju)有(you)明顯的復合型,其(qi)成因非(fei)常復雜,涉及氮氧(yang)化物(wu)(NOx)和揮發性有(you)機物(wu)(VOCs)的排(pai)放,還與(yu)氣象條(tiao)件、地理(li)環境,比如氣溫、光(guang)照、濕度、氣壓、風速、風向(xiang)都有(you)關系(xi)。
因此(ci),我(wo)們不(bu)僅(jin)(jin)要監(jian)測(ce)(ce)臭氧的(de)濃度,更要研究它的(de)生成(cheng)機理,測(ce)(ce)出導致臭氧污(wu)染(ran)的(de)各個因素的(de)貢獻率。以(yi)此(ci)為出發(fa)點(dian),我(wo)們設計了一系列(lie)參與臭氧生成(cheng)光化學反應(ying)的(de)常規污(wu)染(ran)物、特征(zheng)污(wu)染(ran)物監(jian)測(ce)(ce)指(zhi)標,這些監(jian)測(ce)(ce)不(bu)僅(jin)(jin)指(zhi)向區(qu)域(yu),甚至能鎖定(ding)污(wu)染(ran)行業、企(qi)業、工藝。
目前大(da)家可以看到的臭氧污(wu)染(ran)監測,除(chu)固定站外,已經增加了大(da)氣環境走航(hang)(hang)監測車(che)。大(da)部分走航(hang)(hang)車(che)功能還(huan)比較簡單(dan),僅僅是(shi)監測VOCs,主要作用(yong)是(shi)定位(wei) VOCs超標的點位(wei),從而識別來源。
在此基礎上(shang),聚光科技提出了(le)協同走航監(jian)測(ce)(ce)的概念,也(ye)就是(shi)(shi)同時監(jian)測(ce)(ce) VOCs、NOx、臭(chou)氧以(yi)及(ji)PM2.5。一臺走航車協同監(jian)測(ce)(ce)的優勢(shi)在于不(bu)僅(jin)能獲知VOCs濃度,而且(qie)通過(guo)模型演繹,計算和預測(ce)(ce)各類污染(ran)源(yuan)對整個地區(qu)臭(chou)氧污染(ran)的貢獻,全面(mian)、精準、實時、定性、定量地診斷區(qu)域污染(ran)狀(zhuang)況。有效(xiao)改善了(le)過(guo)去雖(sui)然監(jian)測(ce)(ce)到(dao)單一污染(ran)物的濃度,但還是(shi)(shi)無法判斷污染(ran)源(yuan)究(jiu)竟(jing)是(shi)(shi)誰,以(yi)及(ji)它與片區(qu)臭(chou)氧濃度究(jiu)竟(jing)關(guan)聯性有多(duo)大的被動局面(mian)。
我(wo)們試圖通過這(zhe)樣的(de)監(jian)測和(he)模型計算,對(dui)一(yi)個(ge)地(di)區的(de)臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)污(wu)染成(cheng)因精準畫(hua)像(xiang),什么時間(jian)生(sheng)成(cheng),哪(na)個(ge)時段濃度最高(gao),哪(na)些因子較活(huo)躍,是(shi)(shi)哪(na)些行業導致的(de)……當然,一(yi)個(ge)城市(shi)的(de)臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)不僅僅來自于本地(di),還(huan)(huan)有(you)(you)外源(yuan)(yuan)輸入(ru)。對(dui)此(ci),我(wo)們也有(you)(you)一(yi)個(ge)監(jian)測指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧(yang)(yang)乙酰硝(xiao)酸酯)是(shi)(shi)由大氣中部分VOCs和(he)NOx進(jin)行光(guang)化(hua)學反應而生(sheng)成(cheng)的(de),是(shi)(shi)一(yi)種重(zhong)要的(de)二次污(wu)染物,聚光(guang)科(ke)技PANs在線監(jian)測系統就是(shi)(shi)針對(dui)它。通過這(zhe)一(yi)監(jian)測,能迅速分析出(chu)臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)污(wu)染是(shi)(shi)外源(yuan)(yuan)輸入(ru)還(huan)(huan)是(shi)(shi)本地(di)源(yuan)(yuan)造成(cheng)的(de)。
這些圍繞(rao)VOCs的監測(ce),除了(le)因(yin)為它(ta)(ta)通過光照與NOx發(fa)生(sheng)反應后生(sheng)產臭(chou)氧(yang)(yang),也(ye)源于它(ta)(ta)與空氣(qi)中(zhong)的氧(yang)(yang)化劑、硝酸(suan)等發(fa)生(sheng)氧(yang)(yang)化、吸附(fu)、凝結反應會生(sheng)成二次有(you)機顆粒物,也(ye)就(jiu)是我們(men)熟(shu)知的PM2.5。監測(ce)分析VOCs就(jiu)把臭(chou)氧(yang)(yang)防治和(he)PM2.5防治兩項任務協同起(qi)來了(le),也(ye)就(jiu)是既(ji)要(yao)扭轉臭(chou)氧(yang)(yang)污染升高(gao)態勢,還要(yao)保持PM2.5污染持續下降。
我們(men)的(de)走航車同(tong)時(shi)開(kai)展(zhan)VOCs+大氣常規六參(can)數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工(gong)作,再通過搭載的(de)空氣質量(liang)模型,分析本地生成和外部傳輸(shu)臭(chou)(chou)氧(yang)前(qian)體(ti)物與臭(chou)(chou)氧(yang)的(de)占比,獲得(de)各地區各類污染源(yuan)排(pai)放(fang)(fang)對(dui)受(shou)體(ti)點環(huan)境臭(chou)(chou)氧(yang)濃度的(de)貢獻。當得(de)到環(huan)境中臭(chou)(chou)氧(yang)濃度與其生成前(qian)體(ti)物排(pai)放(fang)(fang)之(zhi)間的(de)定(ding)量(liang)關系后,還可以(yi)以(yi)此為依據開(kai)展(zhan)減排(pai)效(xiao)果評估(gu)。
這些復雜(za)的(de)源解析模(mo)(mo)型(xing)和擴散(san)模(mo)(mo)型(xing)、預(yu)警模(mo)(mo)型(xing)都需要人工(gong)智能(AI)不斷優化,讓(rang)一臺車至少(shao)解決五六個方面(mian)的(de)問題,大大降低了(le)監測(ce)(ce)成本(ben)。比如除了(le)前面(mian)講的(de),PM10我(wo)們(men)怎么辦?在走航車底部就有(you)這樣的(de)裝置,針對建筑工(gong)地或者城市道(dao)路的(de)道(dao)路積塵(chen)負荷,都可以做(zuo)到實(shi)時監測(ce)(ce)。
除了(le)降低成(cheng)本,還要提升工(gong)作效率。現在的大氣(qi)走航監測車采用飛行時間質譜(pu)儀(yi),實現秒級(ji)出(chu)數,便于快(kuai)速摸(mo)清污染底數。同時與搭(da)載的氣(qi)相色譜(pu)-質譜(pu)聯用儀(yi)(GC-MS分析儀(yi))相結合(he),輸出(chu)VOCs特征因子污染全域圖,全面摸(mo)排、定性定量診斷污染情況。
另(ling)外(wai),5G技術的(de)應用(yong)也使走(zou)(zou)航(hang)車(che)對污染(ran)源的(de)定位日臻精準,已經達到厘米級(ji)(ji),如果是(shi)4G的(de)話,也就只能精確到10米級(ji)(ji)。這意味著,溯源對于我(wo)(wo)們來說不僅(jin)限于一個地區、一家企業(ye),而(er)是(shi)可以找(zhao)到某(mou)個車(che)間。盡管(guan)有(you)些車(che)間和生產工藝是(shi)連(lian)續性的(de),但我(wo)(wo)們在工藝段之(zhi)間的(de)走(zou)(zou)航(hang)能夠(gou)非常準確地找(zhao)到無(wu)組(zu)織(zhi)排(pai)放(fang)點到底是(shi)在哪個位置(zhi)。伴(ban)隨著快速定位,我(wo)(wo)們還能夠(gou)進行遠程(cheng)的(de)可視化(hua)管(guan)控,也就是(shi)在走(zou)(zou)航(hang)過(guo)程(cheng)中增加(jia)了攝像(xiang)頭(tou),攝像(xiang)頭(tou)抓拍到的(de)無(wu)組(zu)織(zhi)排(pai)放(fang)違(wei)法行為,包括視頻、圖像(xiang),都通(tong)過(guo)5G網絡瞬時(shi)傳(chuan)輸到監察人員手中。
無論利用空氣(qi)質(zhi)量模型對(dui)臭(chou)氧(yang)源(yuan)(yuan)解析和敏感(gan)性進行(xing)分析,對(dui)臭(chou)氧(yang)污染過程進行(xing)模擬,還(huan)是(shi)精(jing)準溯源(yuan)(yuan)、實(shi)時可(ke)視化監(jian)管,都是(shi)目前5G+ AI與環境監(jian)測深(shen)度耦合,助力我們數字化轉型的例子。
中國環(huan)(huan)境報:關(guan)于生態環(huan)(huan)境部提出的構建全流(liu)域(yu)生態質量監(jian)測(ce)(ce)一張網,您怎么(me)理解?作(zuo)為環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)(ce)行業的龍頭企業,又會在水環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)(ce)領(ling)域(yu)有何布(bu)局?
孫越:按照(zhao)全(quan)流域、全(quan)要(yao)素的(de)要(yao)求系(xi)統(tong)治理水環境,是(shi)當前的(de)新(xin)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(he)流途經不同(tong)行政(zheng)(zheng)轄區(qu),原本具有整體性(xing)、關(guan)聯性(xing)特征(zheng)的流域(yu)自然(ran)空(kong)間被(bei)行政(zheng)(zheng)區(qu)單(dan)元所分割管理(li),流域(yu)內(nei)各(ge)類資(zi)源(yuan)、各(ge)個因(yin)素(su)相(xiang)互影響、相(xiang)互促(cu)進、相(xiang)互約束,共同(tong)構成統一的動態(tai)平衡系統,因(yin)此(ci)涉水事務(wu)非常多,管理(li)部門業務(wu)上相(xiang)互交(jiao)叉。
把“系統治(zhi)(zhi)理(li)(li)”“協同治(zhi)(zhi)理(li)(li)”作為方向指南,對流域治(zhi)(zhi)理(li)(li)來(lai)說既是挑(tiao)戰(zhan)也是機(ji)遇。我們以此提出“源、網、岸、排(pai)、河(he)”五方面(mian)監(jian)測,分(fen)別對應污染(ran)源、排(pai)水管網、近水岸線、入河(he)排(pai)污口和河(he)道水質。
污(wu)染源不僅有工業源,污(wu)水(shui)處理廠也可以當成點源,還有農(nong)業面源,都要監測。以改善水(shui)環境(jing)、恢復(fu)水(shui)生態治(zhi)理為(wei)主的(de)系統(tong)性治(zhi)理將逐步成為(wei)未(wei)來市(shi)場的(de)發展趨勢。
排水管網(wang)不僅要監(jian)測(ce)污水管網(wang),還有(you)雨水管網(wang),也可(ke)能(neng)出(chu)現超標。
管網(wang)的(de)終端就(jiu)是(shi)(shi)(shi)排(pai)(pai)(pai)口。生(sheng)態(tai)環境部開(kai)展(zhan)長(chang)(chang)江入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口排(pai)(pai)(pai)查整治專項行(xing)(xing)動時就(jiu)提出,往長(chang)(chang)江里(li)(li)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)的(de)到(dao)(dao)底有多(duo)(duo)(duo)少(shao)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口,在哪里(li)(li)排(pai)(pai)(pai),誰在排(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)什(shen)么,排(pai)(pai)(pai)多(duo)(duo)(duo)少(shao)等一(yi)系列問題。如何把(ba)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口這個(ge)最重要的(de)基礎性底數摸清(qing)楚,也是(shi)(shi)(shi)對監(jian)測(ce)行(xing)(xing)業的(de)一(yi)場大考。首先,這個(ge)數量是(shi)(shi)(shi)非常龐大的(de)。以(yi)去年生(sheng)態(tai)環境部完成的(de)長(chang)(chang)江流域(yu)2.4萬(wan)公里(li)(li)岸線及(ji)沿岸2公里(li)(li)區域(yu)的(de)入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口排(pai)(pai)(pai)查為(wei)例(li),排(pai)(pai)(pai)查出長(chang)(chang)江入河(he)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口6萬(wan)多(duo)(duo)(duo)個(ge)。這是(shi)(shi)(shi)我們目前掌(zhang)握(wo)的(de)數字,具(ju)體到(dao)(dao)每一(yi)個(ge)排(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口 如何監(jian)測(ce)則涉及(ji)更復雜、更多(duo)(duo)(duo)樣的(de)情況。比如,許多(duo)(duo)(duo)污(wu)(wu)染(ran)排(pai)(pai)(pai)放不是(shi)(shi)(shi)連(lian)續(xu)性的(de),如果是(shi)(shi)(shi)抽(chou)查,很難(nan)監(jian)測(ce)到(dao)(dao)超標現象。
所以說,水里的問(wen)題,根源(yuan)在(zai)岸(an)上,對長江沿(yan)岸(an)的重點(dian)工業(ye)企業(ye),我們也要(yao)全(quan)(quan)部(bu)納(na)入日常監測,進行全(quan)(quan)過程(cheng)跟蹤,實(shi)現長江沿(yan)岸(an)區(qu)域污染源(yuan)情(qing)況明(ming)、底數(shu)清。
我們發現,河(he)(he)(he)流、湖泊岸線范圍(wei)不(bu)明,功(gong)能界(jie)定不(bu)清(qing),部分河(he)(he)(he)段(duan)岸線開發不(bu)合理,也會嚴重破壞河(he)(he)(he)流生(sheng)態環(huan)境。比如(ru)用河(he)(he)(he)道兩側兩公里保護范圍的這(zhe)把“綠色標尺”去衡量,涉及到的監測對象包括(kuo)沿河化工(gong)企(qi)業(ye)的排(pai)污,建筑垃圾(ji)生活垃圾(ji)等固體廢(fei)物堆存產(chan)生的滲濾液廢(fei)水。
岸線的(de)(de)管控也是非常重要(yao),最終回歸到水體本(ben)身(shen)。除了水質監測,還有很多外延,比如(ru)非法采砂(sha)、非法養殖(zhi)、非法捕撈、非法傾(qing)倒廢棄物等(deng)。試想如(ru)果長江沿岸密集(ji)安裝攝(she)像(xiang)頭(tou),那么海量的(de)(de)監控錄(lu)像(xiang)由誰來(lai)甄別(bie)鑒定?
查看(kan)監控視頻是工作(zuo)量巨大且效率(lv)低下的事(shi)情,靠人力(li)幾乎難以解(jie)決。如(ru)何真(zhen)正節約人力(li)和(he)成本(ben),提(ti)高效率(lv)和(he)正確率(lv)?
這就要(yao)依靠(kao)視(shi)覺AI技(ji)術(shu)。對人(ren)類(lei)(lei)而言,70%~80%的(de)(de)信(xin)息獲取來自視(shi)覺,但人(ren)類(lei)(lei)長期觀(guan)看(kan)監(jian)(jian)視(shi)錄像易喪失(shi)注意(yi)力和辨別力。而我們(men)希望讓計(ji)算機具備“從識(shi)人(ren)知物到辨識(shi)萬物”的(de)(de)能力,幫助我們(men)在環(huan)境監(jian)(jian)管中,提升處理信(xin)息的(de)(de)效率。
真正的(de)(de)視頻監(jian)測(ce)可以(yi)(yi)區分人體(ti)形態(tai),車輛、船只或選定物體(ti)與所有其他物體(ti)的(de)(de)一般移(yi)動和變化(hua),從而(er)進行抓取(qu)、分析、預(yu)警(jing)。隨著以(yi)(yi)改善水(shui)環境、恢復(fu)水(shui)生(sheng)(sheng)(sheng)態(tai)治(zhi)理為(wei)主的(de)(de)系統性治(zhi)理將逐步成為(wei)未(wei)來(lai)市場的(de)(de)發展趨勢,我們要監(jian)測(ce)的(de)(de)對(dui)象(xiang)可以(yi)(yi)是(shi)藍(lan)藻的(de)(de)覆蓋面積、生(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)速(su)度(du)、擴散情況,還有水(shui)生(sheng)(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)(sheng)物的(de)(de)多樣(yang)性情況,外(wai)來(lai)物種對(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)態(tai)平衡的(de)(de)破壞,甚至結(jie)合電子顯微(wei)鏡(jing)監(jian)測(ce)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物種類、菌群(qun)數量。
AI技術適(shi)用(yong)于生物(wu)(wu)識別場景(jing)的預(yu)演已經在(zai)(zai)進行中,推(tui)動環(huan)境(jing)遠程監測(ce)、在(zai)(zai)線監測(ce)是(shi)繼(ji)高清(qing)化(hua)和網(wang)絡化(hua)之后(hou)的第(di)三(san)次技術變革(ge)。從“看(kan)得見”到(dao)“看(kan)得清(qing)”再到(dao)現在(zai)(zai)的“看(kan)得懂(dong)”,在(zai)(zai)未來(lai)必將有更(geng)多的AI算法、AI芯(xin)片、AI產品被應(ying)用(yong)到(dao)環(huan)境(jing)監測(ce)行業,比如對岸上(shang)、水里的不同種類動物(wu)(wu),從顏色(se)、形態(tai)、運動軌跡、三(san)維位置及尺寸信(xin)息來(lai)差異化(hua)判別它們。
中國環(huan)境(jing)報(bao):《生態環(huan)境(jing)監測條(tiao)(tiao)例(li)(li)》正在加(jia)速(su)出臺,此舉(ju)將大(da)大(da)推進生態環(huan)境(jing)監測的(de)法治(zhi)化進程。對(dui)于公開征求意見的(de)《條(tiao)(tiao)例(li)(li)(草案)》,您怎么理解?從中可(ke)以看(kan)出哪些環(huan)境(jing)監測行業未來發(fa)展的(de)一個(ge)方向和可(ke)以突破、拓展的(de)空(kong)間?
孫越:生(sheng)態環(huan)境監測是生(sheng)態環(huan)境保護的(de)基礎,但過去(qu)這項工作的(de)法律支撐不太完善。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(kan)到,生態(tai)(tai)環境監測(ce)(ce)(ce)的(de)定義擴展到了六大(da)內涵,包括對(dui)環境質(zhi)量、生態(tai)(tai)狀況和(he)污(wu)染(ran)物排放(fang)及(ji)其變化趨(qu)勢的(de)采樣(yang)觀(guan)測(ce)(ce)(ce)、調查普查、遙感解譯、分(fen)析測(ce)(ce)(ce)試(shi)、評價(jia)評估、預測(ce)(ce)(ce)預報等活動(dong)。過去無論是(shi)在(zai)線分(fen)析還是(shi)實驗室分(fen)析,我們的(de)監測(ce)(ce)(ce)機構還局限在(zai)理化分(fen)析層面,也就(jiu)是(shi)對(dui)各類污(wu)染(ran)物排放(fang)活動(dong)的(de)監測(ce)(ce)(ce),而今(jin)后(hou),環境監測(ce)(ce)(ce)的(de)范(fan)疇將大(da)幅度拓寬。
除了(le)六大(da)內(nei)涵,我們還看(kan)到了(le)九大(da)外延,也(ye)就是對森(sen)林、草原、濕地、荒漠、河湖、海洋、農田、城市(shi)和(he)(he)鄉村等生態狀(zhuang)況的監(jian)測(ce),包括(kuo)對大(da)氣、地表水、地下水、海水、土(tu)壤、聲、光、熱、生物(wu)、振動、輻(fu)射、溫室氣體等環境要素質量(liang)的監(jian)測(ce)。顯而易見,未來生態環境監(jian)測(ce)高新技術、先進裝備的研究、開發應(ying)(ying)用和(he)(he)推(tui)廣,新型污染物(wu)、應(ying)(ying)對新興環境問(wen)題和(he)(he)履行國際環境公約(yue)涉及污染物(wu)的研究性監(jian)測(ce)將有更多突破和(he)(he)發展(zhan)。
環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)網絡的(de)(de)不(bu)斷(duan)完善,監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)對象(xiang)和適用范(fan)(fan)圍的(de)(de)不(bu)斷(duan)豐富,將推動物聯網、傳感(gan)器、區塊鏈、人工智(zhi)能等新(xin)技(ji)術(shu)在監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)業務中的(de)(de)應(ying)用,一批生態環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)創(chuang)新(xin)示(shi)范(fan)(fan)基地有望建立(li),具有自主知識產權(quan)的(de)(de)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)技(ji)術(shu)裝(zhuang)備研發和應(ying)用轉化全面加(jia)速(su),生態環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)自動化、智(zhi)能化、信(xin)息化能力(li)不(bu)斷(duan)提(ti)升,為創(chuang)新(xin)驅動環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)產品的(de)(de)不(bu)斷(duan)升級與推陳出新(xin)助力(li)。同時我們的(de)(de)研發投入也(ye)在持續(xu)加(jia)大(da),例(li)如(ru)在環(huan)(huan)境(jing)(jing)與健康領域(yu),我們已經對環(huan)(huan)境(jing)(jing)病(bing)理性、毒(du)理性監(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)分析有所布局。