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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:401

聚光科技(杭(hang)州(zhou))股份(fen)有限公司(si)總(zong)經理(li)孫越

  中(zhong)國環境(jing)報(bao):臭氧逐漸上升為僅(jin)次于PM2.5的(de)影響優良天數的(de)重要因(yin)素,今(jin)年夏季,在新(xin)冠肺炎(yan)疫情防控常態化(hua)形勢下,生態環境(jing)部門開展臭氧污染(ran)防治(zhi)監(jian)督幫扶攻堅行動,越來越倚(yi)重新(xin)一代信(xin)息化(hua)技(ji)術的(de)參與(yu)。在臭氧監(jian)測領域,有哪些高(gao)新(xin)技(ji)術手(shou)段出現?


  孫越:臭氧污(wu)染防治工作的(de)艱巨性和復雜性,亟(ji)需(xu)監測科(ke)技力量(liang)的(de)支(zhi)持。


  臭氧污(wu)染具有(you)明(ming)顯的復(fu)合型,其成因非常(chang)復(fu)雜,涉(she)及氮氧化物(NOx)和揮發(fa)性有(you)機物(VOCs)的排(pai)放,還與(yu)氣象條(tiao)件、地理環境,比如氣溫、光照、濕度、氣壓、風速(su)、風向都有(you)關(guan)系。


  因此(ci)(ci),我(wo)們不僅(jin)要監測(ce)(ce)臭氧的濃(nong)度(du),更要研究它的生(sheng)成(cheng)機(ji)理,測(ce)(ce)出(chu)導致臭氧污(wu)染的各個因素(su)的貢獻率(lv)。以此(ci)(ci)為出(chu)發點(dian),我(wo)們設計了一系列參與(yu)臭氧生(sheng)成(cheng)光化學反應的常規污(wu)染物(wu)、特征污(wu)染物(wu)監測(ce)(ce)指標,這些監測(ce)(ce)不僅(jin)指向區(qu)域,甚至能鎖定污(wu)染行業、企業、工(gong)藝。


  目(mu)前大家可以看到的臭(chou)氧污染監測(ce),除(chu)固(gu)定站外(wai),已經增加了大氣(qi)環境(jing)走航監測(ce)車(che)。大部分走航車(che)功能還比較簡單,僅(jin)僅(jin)是監測(ce)VOCs,主要作用是定位(wei) VOCs超標的點位(wei),從而識(shi)別來源。

  在(zai)(zai)此(ci)基礎上,聚(ju)光科技(ji)提出了協(xie)同(tong)(tong)走(zou)(zou)航(hang)監(jian)測的(de)概念,也就是(shi)同(tong)(tong)時監(jian)測 VOCs、NOx、臭(chou)氧(yang)以及PM2.5。一臺走(zou)(zou)航(hang)車協(xie)同(tong)(tong)監(jian)測的(de)優(you)勢(shi)在(zai)(zai)于不(bu)僅能獲知(zhi)VOCs濃度,而且通過模型演(yan)繹,計算和預測各類污(wu)染源對整個地區(qu)臭(chou)氧(yang)污(wu)染的(de)貢獻(xian),全面、精準、實時、定性、定量地診斷(duan)(duan)區(qu)域污(wu)染狀(zhuang)況。有(you)效改(gai)善了過去雖然(ran)監(jian)測到(dao)單一污(wu)染物的(de)濃度,但還是(shi)無(wu)法判斷(duan)(duan)污(wu)染源究竟是(shi)誰,以及它與片(pian)區(qu)臭(chou)氧(yang)濃度究竟關聯性有(you)多(duo)大(da)的(de)被(bei)動(dong)局面。


  我(wo)們(men)試圖通過(guo)這(zhe)樣的(de)(de)監測(ce)(ce)(ce)和模型(xing)計算,對一個(ge)(ge)地區的(de)(de)臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)污染成(cheng)因精準畫(hua)像,什么時間生(sheng)成(cheng),哪(na)(na)個(ge)(ge)時段(duan)濃度最高,哪(na)(na)些因子較(jiao)活躍(yue),是(shi)(shi)(shi)哪(na)(na)些行(xing)(xing)業導致(zhi)的(de)(de)……當然,一個(ge)(ge)城市的(de)(de)臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)不僅僅來(lai)自(zi)于本地,還有外源輸入(ru)。對此,我(wo)們(men)也有一個(ge)(ge)監測(ce)(ce)(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過(guo)氧(yang)(yang)(yang)乙(yi)酰硝酸酯)是(shi)(shi)(shi)由大氣中(zhong)部分VOCs和NOx進行(xing)(xing)光化學反應而(er)生(sheng)成(cheng)的(de)(de),是(shi)(shi)(shi)一種重要的(de)(de)二次污染物(wu),聚光科(ke)技PANs在(zai)線監測(ce)(ce)(ce)系(xi)統就是(shi)(shi)(shi)針(zhen)對它。通過(guo)這(zhe)一監測(ce)(ce)(ce),能(neng)迅(xun)速分析出(chu)臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)污染是(shi)(shi)(shi)外源輸入(ru)還是(shi)(shi)(shi)本地源造(zao)成(cheng)的(de)(de)。


  這些圍繞VOCs的監測,除(chu)了因為(wei)它通過光照(zhao)與(yu)NOx發生(sheng)反應后生(sheng)產臭氧(yang),也源于它與(yu)空氣(qi)中的氧(yang)化劑、硝酸等(deng)發生(sheng)氧(yang)化、吸附、凝結反應會生(sheng)成二次有機顆粒物(wu),也就是我們(men)熟知的PM2.5。監測分析VOCs就把臭氧(yang)防治(zhi)和PM2.5防治(zhi)兩(liang)項任務協同起來了,也就是既要(yao)扭轉臭氧(yang)污(wu)染(ran)升高(gao)態(tai)勢,還要(yao)保持PM2.5污(wu)染(ran)持續下降。


  我們的走航車(che)同(tong)時(shi)開展VOCs+大(da)氣常(chang)規六參數(shu)(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工作,再通過搭載的空氣質量(liang)模型(xing),分(fen)析本地生(sheng)成(cheng)(cheng)和外部傳(chuan)輸臭(chou)(chou)氧(yang)前體(ti)物(wu)與(yu)臭(chou)(chou)氧(yang)的占比,獲得(de)各地區(qu)各類污染源排放(fang)對受(shou)體(ti)點(dian)環境臭(chou)(chou)氧(yang)濃(nong)度的貢獻。當得(de)到(dao)環境中(zhong)臭(chou)(chou)氧(yang)濃(nong)度與(yu)其生(sheng)成(cheng)(cheng)前體(ti)物(wu)排放(fang)之間(jian)的定量(liang)關(guan)系(xi)后,還可以以此為依據開展減排效果評(ping)估(gu)。


  這些(xie)復(fu)雜的(de)源解析(xi)模型和擴散(san)模型、預警(jing)模型都需要人工智能(AI)不斷優化(hua),讓一臺車至少(shao)解決五六個方面的(de)問題(ti),大大降低(di)了(le)監測成本。比如除了(le)前面講(jiang)的(de),PM10我們怎么辦?在走航車底部就有這樣的(de)裝置,針對建筑工地(di)或(huo)者(zhe)城市道路的(de)道路積塵負荷,都可以做到實時監測。


  除(chu)了(le)降低成本,還要提升工(gong)作(zuo)效率。現在的(de)大氣走航監測車采(cai)用飛行時間質譜儀(yi),實現秒級出數,便于快速摸清污染底數。同(tong)時與(yu)搭(da)載的(de)氣相色譜-質譜聯用儀(yi)(GC-MS分(fen)析儀(yi))相結合,輸出VOCs特征因子污染全(quan)域圖(tu),全(quan)面摸排、定(ding)性定(ding)量診斷污染情(qing)況。


  另外,5G技術的應用也使走(zou)航(hang)車對污染源(yuan)的定(ding)位(wei)日臻精準(zhun),已(yi)經(jing)達到厘米(mi)級,如果(guo)是(shi)(shi)4G的話,也就(jiu)只能精確到10米(mi)級。這意味著,溯源(yuan)對于(yu)我們來(lai)說不僅限于(yu)一(yi)個(ge)地(di)區、一(yi)家企業,而(er)是(shi)(shi)可以(yi)找(zhao)到某個(ge)車間(jian)。盡管有(you)些車間(jian)和生產工藝(yi)是(shi)(shi)連續性(xing)的,但(dan)我們在(zai)(zai)工藝(yi)段之間(jian)的走(zou)航(hang)能夠非常準(zhun)確地(di)找(zhao)到無(wu)組(zu)織(zhi)排(pai)放點到底是(shi)(shi)在(zai)(zai)哪個(ge)位(wei)置。伴(ban)隨(sui)著快速(su)定(ding)位(wei),我們還能夠進(jin)行遠程(cheng)的可視化管控,也就(jiu)是(shi)(shi)在(zai)(zai)走(zou)航(hang)過程(cheng)中增加了攝像頭(tou)(tou),攝像頭(tou)(tou)抓拍到的無(wu)組(zu)織(zhi)排(pai)放違法行為,包括視頻、圖像,都(dou)通(tong)過5G網絡(luo)瞬時(shi)傳(chuan)輸到監察人(ren)員(yuan)手中。


  無論(lun)利(li)用空氣質量模型對臭氧(yang)源解(jie)析和敏感(gan)性(xing)進(jin)行分析,對臭氧(yang)污染過程(cheng)進(jin)行模擬,還(huan)是精準溯源、實(shi)時可視化監管,都是目(mu)前(qian)5G+ AI與(yu)環境監測深度耦合,助力我們數字化轉型的(de)例子。


  中國環(huan)境報:關(guan)于生(sheng)態(tai)環(huan)境部提(ti)出的(de)構建(jian)全流(liu)域生(sheng)態(tai)質量監測一張網,您(nin)怎么理解?作為環(huan)境監測行業的(de)龍頭企業,又會(hui)在水環(huan)境監測領域有何布局(ju)?


  孫越:按照全(quan)流域、全(quan)要素(su)的要求系統治(zhi)理水環(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。


  一條河流途經不同行(xing)政轄區(qu),原本具有整體性(xing)、關(guan)聯性(xing)特征的(de)流域(yu)自然空間(jian)被行(xing)政區(qu)單元所分割管理,流域(yu)內各類資源、各個因(yin)素相(xiang)(xiang)互(hu)影響、相(xiang)(xiang)互(hu)促進(jin)、相(xiang)(xiang)互(hu)約束,共同構成(cheng)統一的(de)動(dong)態(tai)平(ping)衡(heng)系統,因(yin)此涉(she)水事務非常多,管理部(bu)門(men)業務上相(xiang)(xiang)互(hu)交(jiao)叉(cha)。


  把“系統治(zhi)理”“協同治(zhi)理”作為方向指南,對(dui)流域治(zhi)理來(lai)說既(ji)是(shi)挑戰(zhan)也是(shi)機遇。我們(men)以(yi)此提(ti)出“源、網(wang)、岸、排、河(he)”五方面監測,分別對(dui)應污(wu)染源、排水(shui)(shui)管網(wang)、近水(shui)(shui)岸線、入河(he)排污(wu)口和河(he)道水(shui)(shui)質。


  污染(ran)源(yuan)不僅有工(gong)業源(yuan),污水處理(li)廠(chang)也可以當(dang)成點源(yuan),還(huan)有農業面源(yuan),都要(yao)監測。以改善水環境、恢復水生態治(zhi)理(li)為主的系(xi)統性(xing)治(zhi)理(li)將(jiang)逐步成為未來(lai)市(shi)場(chang)的發展趨(qu)勢。


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


  管網的(de)(de)(de)終(zhong)端就(jiu)是排(pai)口(kou)(kou)(kou)。生態環(huan)境(jing)部開展長江入河(he)(he)(he)排(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)排(pai)查(cha)整治專項行動時就(jiu)提出,往(wang)長江里排(pai)污(wu)(wu)的(de)(de)(de)到底(di)有(you)多(duo)少排(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou),在哪里排(pai),誰在排(pai),排(pai)什么(me),排(pai)多(duo)少等一(yi)(yi)系列(lie)問題。如(ru)(ru)(ru)何把(ba)入河(he)(he)(he)排(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)這個(ge)(ge)最重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)基礎性底(di)數摸清(qing)楚,也(ye)是對監(jian)(jian)測(ce)行業的(de)(de)(de)一(yi)(yi)場(chang)大(da)考。首先(xian),這個(ge)(ge)數量是非(fei)常龐大(da)的(de)(de)(de)。以去年生態環(huan)境(jing)部完成的(de)(de)(de)長江流(liu)域2.4萬(wan)公(gong)里岸線及沿岸2公(gong)里區域的(de)(de)(de)入河(he)(he)(he)排(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)排(pai)查(cha)為例(li),排(pai)查(cha)出長江入河(he)(he)(he)排(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)6萬(wan)多(duo)個(ge)(ge)。這是我們(men)目前(qian)掌握的(de)(de)(de)數字,具(ju)體到每一(yi)(yi)個(ge)(ge)排(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou) 如(ru)(ru)(ru)何監(jian)(jian)測(ce)則涉及更復雜(za)、更多(duo)樣(yang)的(de)(de)(de)情況。比(bi)如(ru)(ru)(ru),許多(duo)污(wu)(wu)染排(pai)放(fang)不是連續性的(de)(de)(de),如(ru)(ru)(ru)果是抽查(cha),很難監(jian)(jian)測(ce)到超標現象(xiang)。


  所(suo)以說(shuo),水(shui)里的(de)問(wen)題(ti),根(gen)源在岸上,對(dui)長江(jiang)沿(yan)岸的(de)重點(dian)工業企業,我們也要全部納入日(ri)常監測(ce),進行全過(guo)程(cheng)跟(gen)蹤,實(shi)現長江(jiang)沿(yan)岸區域(yu)污染源情(qing)況明、底數清。


  我們發(fa)現,河流、湖(hu)泊岸(an)(an)線(xian)范圍不(bu)明,功(gong)能界(jie)定不(bu)清,部分河段岸(an)(an)線(xian)開(kai)發(fa)不(bu)合理,也會嚴重破壞(huai)河流生(sheng)態環境(jing)。比如用河道兩側兩公里保護范(fan)圍的(de)(de)這把“綠色(se)標尺”去衡量(liang),涉及到的(de)(de)監測對象包(bao)括沿河化工企(qi)業的(de)(de)排污,建筑垃圾(ji)生活垃圾(ji)等固體廢物堆存產生的(de)(de)滲濾(lv)液(ye)廢水。


  岸(an)線的管控(kong)也是非常(chang)重要,最終回歸到(dao)水體(ti)本身。除了水質監測,還有很多(duo)外延,比如(ru)非法(fa)(fa)采(cai)砂、非法(fa)(fa)養殖(zhi)、非法(fa)(fa)捕撈(lao)、非法(fa)(fa)傾倒(dao)廢棄物等。試想如(ru)果長(chang)江(jiang)沿(yan)岸(an)密集安裝攝像頭,那么海量的監控(kong)錄像由誰來(lai)甄別(bie)鑒(jian)定?

  

      查看監控視(shi)頻是工作(zuo)量(liang)巨大且效率低下(xia)的事情,靠(kao)人(ren)(ren)力幾乎難以(yi)解決。如(ru)何真(zhen)正節約人(ren)(ren)力和(he)成本(ben),提高(gao)效率和(he)正確(que)率?


  這就要(yao)依靠視(shi)覺AI技術。對(dui)人(ren)類而言,70%~80%的(de)信(xin)息獲取(qu)來自(zi)視(shi)覺,但(dan)人(ren)類長(chang)期觀看監(jian)視(shi)錄像易(yi)喪失注(zhu)意力(li)和辨別(bie)力(li)。而我(wo)們希望讓計算機具備(bei)“從識人(ren)知物到辨識萬物”的(de)能(neng)力(li),幫助我(wo)們在環境監(jian)管(guan)中,提升處(chu)理信(xin)息的(de)效率。


  真正的(de)視頻(pin)監測(ce)可(ke)以(yi)(yi)(yi)區分(fen)人(ren)體(ti)(ti)形態,車輛、船只或選定(ding)物(wu)體(ti)(ti)與(yu)所有(you)其他物(wu)體(ti)(ti)的(de)一般移動(dong)和(he)變化(hua),從而進行抓(zhua)取、分(fen)析、預警。隨著(zhu)以(yi)(yi)(yi)改善水(shui)環境(jing)、恢復水(shui)生(sheng)態治理(li)為主的(de)系統性治理(li)將逐步成為未來(lai)市場(chang)的(de)發(fa)展趨(qu)勢(shi),我們(men)要監測(ce)的(de)對象可(ke)以(yi)(yi)(yi)是藍藻的(de)覆蓋面積、生(sheng)長速度、擴散情況,還有(you)水(shui)生(sheng)生(sheng)物(wu)的(de)多樣性情況,外來(lai)物(wu)種對生(sheng)態平(ping)衡的(de)破壞,甚(shen)至(zhi)結合電子顯微鏡監測(ce)微生(sheng)物(wu)種類(lei)、菌群(qun)數量(liang)。

  AI技術適用于生物識別場景的(de)(de)預(yu)演已經在進行中,推動環(huan)境遠程監測、在線監測是(shi)繼高清(qing)化和(he)網絡化之后(hou)的(de)(de)第三次技術變革。從(cong)“看(kan)得(de)見”到“看(kan)得(de)清(qing)”再到現在的(de)(de)“看(kan)得(de)懂”,在未來必將有(you)更多的(de)(de)AI算法、AI芯片、AI產品被應用到環(huan)境監測行業,比如對岸上、水(shui)里的(de)(de)不同種類動物,從(cong)顏色、形態、運動軌跡、三維位(wei)置(zhi)及尺寸信息(xi)來差異化判別它(ta)們。


  中(zhong)國(guo)環(huan)(huan)境報:《生態(tai)環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)(ce)條例》正在(zai)加速(su)出臺,此舉將大大推進(jin)生態(tai)環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)(ce)的(de)法治化進(jin)程。對于公開征求意(yi)見(jian)的(de)《條例(草案)》,您怎么理解?從中(zhong)可以(yi)(yi)看出哪些(xie)環(huan)(huan)境監(jian)測(ce)(ce)行業未(wei)來(lai)發展的(de)一個方向和可以(yi)(yi)突破(po)、拓(tuo)展的(de)空(kong)間?


  孫越:生(sheng)態(tai)環境監測是生(sheng)態(tai)環境保護的基礎,但(dan)過去(qu)這項(xiang)工作(zuo)的法律支撐不太完(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(tong)過(guo)《條例(li)(草案)》,我們(men)欣喜地看到(dao),生(sheng)態環境監(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)定(ding)義擴展到(dao)了六大內涵,包括對環境質量、生(sheng)態狀況(kuang)和(he)污染(ran)物(wu)排放及其變化趨(qu)勢的(de)采樣觀測(ce)(ce)(ce)、調查普查、遙感解譯(yi)、分析(xi)(xi)測(ce)(ce)(ce)試、評價評估、預測(ce)(ce)(ce)預報(bao)等活(huo)動(dong)。過(guo)去(qu)無論是在(zai)線分析(xi)(xi)還(huan)是實(shi)驗室分析(xi)(xi),我們(men)的(de)監(jian)測(ce)(ce)(ce)機構(gou)還(huan)局(ju)限(xian)在(zai)理化分析(xi)(xi)層面,也就(jiu)是對各類(lei)污染(ran)物(wu)排放活(huo)動(dong)的(de)監(jian)測(ce)(ce)(ce),而今后,環境監(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)范(fan)疇將大幅度拓寬。


  除了(le)六大(da)內涵,我們(men)還(huan)看到了(le)九大(da)外延,也(ye)就(jiu)是對(dui)(dui)森林、草(cao)原(yuan)、濕(shi)地、荒漠、河湖、海洋、農田、城市(shi)和鄉村等生(sheng)態狀況(kuang)的(de)監測(ce)(ce),包括對(dui)(dui)大(da)氣(qi)、地表水、地下水、海水、土壤、聲、光、熱、生(sheng)物、振動、輻射、溫室氣(qi)體等環(huan)(huan)境要素(su)質量的(de)監測(ce)(ce)。顯(xian)而易見,未來生(sheng)態環(huan)(huan)境監測(ce)(ce)高新(xin)(xin)技術、先進裝備的(de)研究、開發應(ying)用和推廣,新(xin)(xin)型污染物、應(ying)對(dui)(dui)新(xin)(xin)興環(huan)(huan)境問題和履行(xing)國際環(huan)(huan)境公約涉及污染物的(de)研究性監測(ce)(ce)將有更(geng)多突破和發展。


  環境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測網絡(luo)的(de)(de)不斷(duan)(duan)完善(shan),監(jian)(jian)(jian)測對象和(he)適用(yong)范圍的(de)(de)不斷(duan)(duan)豐富,將推動物聯網、傳感(gan)器、區塊(kuai)鏈(lian)、人工智能(neng)等新技(ji)術(shu)在(zai)(zai)監(jian)(jian)(jian)測檢測業(ye)務中(zhong)的(de)(de)應用(yong),一批生態環境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測創新示范基(ji)地(di)有望建立,具(ju)有自主(zhu)知識產權的(de)(de)監(jian)(jian)(jian)測技(ji)術(shu)裝(zhuang)備(bei)研發和(he)應用(yong)轉化全面(mian)加速,生態環境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測自動化、智能(neng)化、信息(xi)化能(neng)力不斷(duan)(duan)提升,為創新驅動環境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測產品的(de)(de)不斷(duan)(duan)升級與推陳出新助力。同時我(wo)們的(de)(de)研發投(tou)入也(ye)在(zai)(zai)持續加大,例如在(zai)(zai)環境(jing)(jing)與健康領域(yu),我(wo)們已(yi)經對環境(jing)(jing)病理性、毒理性監(jian)(jian)(jian)測分析(xi)有所(suo)布局(ju)。



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