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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 來源: 聚光 瀏(liu)覽量:400

聚光(guang)科(ke)技(杭州)股份有(you)限公司總經理孫越

  中國環(huan)(huan)境報:臭氧(yang)(yang)逐漸上升為僅次(ci)于PM2.5的影(ying)響(xiang)優(you)良天數的重(zhong)要因素(su),今年夏季(ji),在(zai)新冠(guan)肺炎疫情防控常態化(hua)形(xing)勢下(xia),生(sheng)態環(huan)(huan)境部門開展(zhan)臭氧(yang)(yang)污染(ran)防治監督幫(bang)扶(fu)攻堅(jian)行動,越來(lai)越倚重(zhong)新一代信息化(hua)技術的參與(yu)。在(zai)臭氧(yang)(yang)監測領域,有哪些(xie)高新技術手段出現(xian)?


  孫越:臭(chou)氧(yang)污染(ran)防治工作(zuo)的艱巨性(xing)和復雜(za)性(xing),亟需監測科技力量的支(zhi)持(chi)。


  臭氧(yang)污染具有(you)明顯的(de)復合型(xing),其成因非常復雜,涉(she)及氮(dan)氧(yang)化物(NOx)和揮發性有(you)機物(VOCs)的(de)排(pai)放,還與(yu)氣(qi)象條件、地理環境,比如(ru)氣(qi)溫、光照、濕度、氣(qi)壓、風速、風向都有(you)關系。


  因此(ci),我們不(bu)僅要監(jian)測(ce)(ce)臭(chou)氧(yang)的濃度,更(geng)要研究它的生(sheng)成(cheng)機理,測(ce)(ce)出導致臭(chou)氧(yang)污染(ran)的各個因素的貢獻率。以(yi)此(ci)為出發點(dian),我們設計(ji)了一系列參與臭(chou)氧(yang)生(sheng)成(cheng)光化學反(fan)應(ying)的常(chang)規(gui)污染(ran)物、特征污染(ran)物監(jian)測(ce)(ce)指標(biao),這些(xie)監(jian)測(ce)(ce)不(bu)僅指向區域,甚至能鎖定(ding)污染(ran)行業、企業、工藝。


  目前大家可(ke)以看到(dao)的臭氧污染監(jian)測,除(chu)固定站外,已(yi)經增加了(le)大氣環(huan)境走航(hang)監(jian)測車(che)。大部分走航(hang)車(che)功能(neng)還比較簡(jian)單,僅僅是監(jian)測VOCs,主要作用(yong)是定位 VOCs超標的點位,從而(er)識(shi)別來(lai)源。

  在此基(ji)礎上(shang),聚(ju)光科技提出(chu)了協(xie)同走航(hang)監測(ce)(ce)的(de)概(gai)念,也就是(shi)同時監測(ce)(ce) VOCs、NOx、臭(chou)(chou)氧以(yi)(yi)及PM2.5。一(yi)臺走航(hang)車協(xie)同監測(ce)(ce)的(de)優勢在于不僅能獲知VOCs濃(nong)度(du),而(er)且通過模(mo)型(xing)演繹,計算和預測(ce)(ce)各類污(wu)(wu)染源對整個地(di)區臭(chou)(chou)氧污(wu)(wu)染的(de)貢獻,全面、精準、實(shi)時、定性、定量地(di)診(zhen)斷區域(yu)污(wu)(wu)染狀(zhuang)況。有效(xiao)改善了過去雖(sui)然監測(ce)(ce)到單一(yi)污(wu)(wu)染物(wu)的(de)濃(nong)度(du),但還是(shi)無法判斷污(wu)(wu)染源究(jiu)竟(jing)是(shi)誰,以(yi)(yi)及它與片區臭(chou)(chou)氧濃(nong)度(du)究(jiu)竟(jing)關聯性有多大(da)的(de)被動局(ju)面。


  我們(men)試圖通過這(zhe)樣的(de)監(jian)(jian)(jian)測(ce)和模型計算,對一個地區的(de)臭氧污染成因精準畫像(xiang),什么時(shi)間生成,哪個時(shi)段(duan)濃度最高,哪些(xie)因子較活躍,是哪些(xie)行業(ye)導致(zhi)的(de)……當然(ran),一個城市的(de)臭氧不僅僅來(lai)自(zi)于本(ben)地,還有外(wai)(wai)源輸(shu)入(ru)。對此,我們(men)也(ye)有一個監(jian)(jian)(jian)測(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧乙酰(xian)硝酸酯)是由大氣中部分VOCs和NOx進行光化學反應(ying)而生成的(de),是一種重要的(de)二次污染物,聚光科技PANs在線監(jian)(jian)(jian)測(ce)系統就(jiu)是針對它。通過這(zhe)一監(jian)(jian)(jian)測(ce),能迅速分析(xi)出(chu)臭氧污染是外(wai)(wai)源輸(shu)入(ru)還是本(ben)地源造成的(de)。


  這些圍繞VOCs的監測,除了(le)因為(wei)它通過光(guang)照(zhao)與NOx發(fa)生(sheng)反(fan)應(ying)后生(sheng)產(chan)臭(chou)(chou)氧,也(ye)源于(yu)它與空氣中的氧化(hua)劑、硝酸等發(fa)生(sheng)氧化(hua)、吸附(fu)、凝結反(fan)應(ying)會生(sheng)成二(er)次有(you)機顆粒物,也(ye)就(jiu)(jiu)是我們熟知的PM2.5。監測分析VOCs就(jiu)(jiu)把臭(chou)(chou)氧防治和PM2.5防治兩(liang)項任務協同(tong)起來了(le),也(ye)就(jiu)(jiu)是既要(yao)扭轉臭(chou)(chou)氧污(wu)(wu)染升高態(tai)勢,還要(yao)保持(chi)(chi)PM2.5污(wu)(wu)染持(chi)(chi)續下降。


  我們(men)的走航車同(tong)時開展VOCs+大氣常規六參(can)數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工作,再(zai)通過(guo)搭載的空氣質量模型,分析本地生成(cheng)和外部傳輸臭(chou)氧(yang)前體物與臭(chou)氧(yang)的占比,獲得各地區各類污染(ran)源排(pai)(pai)放(fang)對受(shou)體點環境臭(chou)氧(yang)濃(nong)(nong)度(du)的貢獻。當得到環境中臭(chou)氧(yang)濃(nong)(nong)度(du)與其生成(cheng)前體物排(pai)(pai)放(fang)之間的定量關系(xi)后,還可以以此為依(yi)據開展減排(pai)(pai)效果評估(gu)。


  這(zhe)些(xie)復雜的(de)(de)源解析模(mo)型和擴散(san)模(mo)型、預警模(mo)型都需要(yao)人工(gong)智能(AI)不斷優化,讓一臺車至少解決(jue)五六個方面(mian)的(de)(de)問(wen)題,大大降低了(le)監測成本。比如除了(le)前面(mian)講的(de)(de),PM10我們怎么辦?在走(zou)航車底部就有(you)這(zhe)樣的(de)(de)裝(zhuang)置,針對建筑工(gong)地(di)或(huo)者城市道(dao)路的(de)(de)道(dao)路積塵負荷,都可以(yi)做到實時監測。


  除了降低成本(ben),還要提升工作效率。現在的大氣走航監測車(che)采用飛行時間質譜儀,實現秒級出(chu)數(shu),便于快速摸清污(wu)染(ran)底數(shu)。同時與(yu)搭載的氣相(xiang)色譜-質譜聯(lian)用儀(GC-MS分(fen)析(xi)儀)相(xiang)結合(he),輸出(chu)VOCs特征(zheng)因(yin)子污(wu)染(ran)全域圖,全面摸排、定性定量診斷污(wu)染(ran)情況。


  另外,5G技術的應用也(ye)(ye)使(shi)走航車對污染源的定位(wei)日臻(zhen)精準,已(yi)經達到(dao)(dao)(dao)厘米級,如果是4G的話,也(ye)(ye)就只能精確到(dao)(dao)(dao)10米級。這意(yi)味著,溯源對于我們(men)來說(shuo)不僅限于一個地區、一家(jia)企業(ye),而是可以找(zhao)(zhao)到(dao)(dao)(dao)某個車間。盡管有些車間和生(sheng)產(chan)工藝是連續性的,但我們(men)在工藝段(duan)之間的走航能夠非常準確地找(zhao)(zhao)到(dao)(dao)(dao)無組織排(pai)放點到(dao)(dao)(dao)底是在哪個位(wei)置。伴隨(sui)著快速定位(wei),我們(men)還能夠進行(xing)遠程的可視化管控,也(ye)(ye)就是在走航過程中(zhong)增加(jia)了(le)攝(she)像頭,攝(she)像頭抓拍到(dao)(dao)(dao)的無組織排(pai)放違法行(xing)為,包括視頻、圖像,都通過5G網(wang)絡瞬時(shi)傳輸(shu)到(dao)(dao)(dao)監察(cha)人員手中(zhong)。


  無論利用空氣質量模(mo)型對臭氧源解析(xi)和敏感性(xing)進行分析(xi),對臭氧污染過程進行模(mo)擬,還(huan)是(shi)精準溯源、實時(shi)可視化(hua)監(jian)管,都是(shi)目前5G+ AI與環境(jing)監(jian)測深度耦(ou)合(he),助(zhu)力我們數字(zi)化(hua)轉(zhuan)型的例(li)子。


  中國(guo)環(huan)境(jing)(jing)報:關于生(sheng)態環(huan)境(jing)(jing)部(bu)提出的(de)構(gou)建全(quan)流(liu)域生(sheng)態質量監(jian)測(ce)(ce)一張(zhang)網(wang),您怎么理(li)解?作為環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)行業的(de)龍頭企業,又會(hui)在水環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)領(ling)域有何布局?


  孫越:按照(zhao)全流域(yu)、全要素的(de)要求(qiu)系(xi)統(tong)治理水環境,是當前(qian)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。


  一條河流途經(jing)不同(tong)行政轄區,原本具有整體(ti)性(xing)、關聯性(xing)特征的流域(yu)自然空間被行政區單(dan)元(yuan)所(suo)分割(ge)管理(li)(li),流域(yu)內各類資源、各個因素相互影響、相互促進、相互約束,共同(tong)構成統一的動態平衡系統,因此涉水事務(wu)非常多(duo),管理(li)(li)部(bu)門業務(wu)上(shang)相互交叉。


  把(ba)“系統治(zhi)理”“協同治(zhi)理”作為方(fang)向(xiang)指(zhi)南,對流(liu)域(yu)治(zhi)理來說(shuo)既是(shi)挑戰也(ye)是(shi)機遇(yu)。我們以此(ci)提出“源、網、岸、排(pai)、河(he)(he)”五(wu)方(fang)面監(jian)測(ce),分別對應污(wu)染源、排(pai)水管網、近(jin)水岸線、入河(he)(he)排(pai)污(wu)口和河(he)(he)道水質(zhi)。


  污(wu)染源不僅有(you)工業源,污(wu)水處理(li)廠(chang)也(ye)可以當成點源,還有(you)農(nong)業面(mian)源,都要監測。以改善水環(huan)境、恢復水生態治理(li)為(wei)(wei)主(zhu)的系統性治理(li)將逐(zhu)步成為(wei)(wei)未來市場的發展趨勢。


  排水(shui)管網不(bu)僅要監測污水(shui)管網,還有(you)雨(yu)水(shui)管網,也(ye)可能出現超(chao)標。


  管網的(de)終端就(jiu)是(shi)(shi)排(pai)(pai)(pai)(pai)口(kou)(kou)(kou)。生(sheng)態環境部(bu)開展長(chang)江入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)排(pai)(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)(cha)整治專(zhuan)項行動(dong)時就(jiu)提出(chu),往長(chang)江里(li)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)的(de)到底(di)有多(duo)少(shao)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou),在(zai)哪里(li)排(pai)(pai)(pai)(pai),誰(shui)在(zai)排(pai)(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)(pai)(pai)多(duo)少(shao)等一(yi)系列問(wen)題。如何把入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)這(zhe)個(ge)(ge)最重要的(de)基礎性(xing)底(di)數(shu)(shu)摸清楚,也是(shi)(shi)對監測行業的(de)一(yi)場大(da)考。首先,這(zhe)個(ge)(ge)數(shu)(shu)量是(shi)(shi)非(fei)常龐大(da)的(de)。以去(qu)年生(sheng)態環境部(bu)完(wan)成的(de)長(chang)江流(liu)域2.4萬公里(li)岸線及沿岸2公里(li)區(qu)域的(de)入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)排(pai)(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)(cha)為例,排(pai)(pai)(pai)(pai)查(cha)(cha)(cha)出(chu)長(chang)江入河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou)6萬多(duo)個(ge)(ge)。這(zhe)是(shi)(shi)我們目前(qian)掌握的(de)數(shu)(shu)字(zi),具體(ti)到每一(yi)個(ge)(ge)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)(kou) 如何監測則涉及更復雜、更多(duo)樣的(de)情況。比如,許(xu)多(duo)污(wu)(wu)染(ran)排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)不是(shi)(shi)連續性(xing)的(de),如果是(shi)(shi)抽查(cha)(cha)(cha),很難監測到超標現象。


  所以說,水里(li)的(de)問題,根(gen)源(yuan)在岸上(shang),對長江沿(yan)岸的(de)重點(dian)工業企業,我們也(ye)要全部納(na)入日(ri)常監測,進行全過程跟蹤,實現長江沿(yan)岸區(qu)域污染(ran)源(yuan)情況明、底數(shu)清。


  我們發(fa)現(xian),河流(liu)(liu)、湖泊岸線范圍不明,功能(neng)界(jie)定(ding)不清,部分(fen)河段岸線開發(fa)不合理,也會嚴重破壞(huai)河流(liu)(liu)生態環境。比如(ru)用河道兩側兩公里保護(hu)范圍(wei)的(de)這把“綠色標尺(chi)”去衡量,涉及到的(de)監測(ce)對(dui)象包括沿(yan)河化工企業的(de)排污,建筑垃圾(ji)生(sheng)活垃圾(ji)等固體(ti)廢(fei)物堆存產(chan)生(sheng)的(de)滲濾液廢(fei)水(shui)。


  岸線的(de)管控(kong)也是非(fei)常重要,最終回歸(gui)到水體(ti)本身(shen)。除了水質監測,還有很多外延(yan),比如非(fei)法采砂、非(fei)法養(yang)殖、非(fei)法捕撈、非(fei)法傾倒廢棄物等。試想如果長江沿岸密集安(an)裝攝(she)像(xiang)頭,那么海量的(de)監控(kong)錄(lu)像(xiang)由誰(shui)來甄(zhen)別鑒定(ding)?

  

      查看監(jian)控視(shi)頻是工作量巨大且(qie)效率低下的事情,靠人力幾乎(hu)難以解決。如何真(zhen)正節約人力和成本,提高效率和正確(que)率?


  這就要依靠視(shi)覺AI技術。對人類而言,70%~80%的(de)(de)信息獲(huo)取來自視(shi)覺,但(dan)人類長期(qi)觀看監視(shi)錄像易喪失注意力和(he)辨(bian)(bian)別力。而我們希望讓計算機(ji)具備“從(cong)識(shi)人知物(wu)到辨(bian)(bian)識(shi)萬物(wu)”的(de)(de)能力,幫助我們在環境監管(guan)中(zhong),提升(sheng)處(chu)理(li)信息的(de)(de)效率。


  真正(zheng)的視頻(pin)監(jian)(jian)測可以區分(fen)人(ren)體形態(tai),車輛、船只或選(xuan)定(ding)物(wu)(wu)體與(yu)所有其他(ta)物(wu)(wu)體的一(yi)般移動和變化,從而(er)進行抓取、分(fen)析、預警。隨著以改善水(shui)環境、恢復水(shui)生(sheng)(sheng)態(tai)治(zhi)理為主的系統性(xing)治(zhi)理將逐步成為未來(lai)市(shi)場的發(fa)展趨勢,我們要監(jian)(jian)測的對象可以是(shi)藍藻的覆(fu)蓋(gai)面積、生(sheng)(sheng)長速度、擴散情況,還有水(shui)生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的多樣性(xing)情況,外來(lai)物(wu)(wu)種對生(sheng)(sheng)態(tai)平衡(heng)的破壞,甚至(zhi)結合電子顯(xian)微鏡監(jian)(jian)測微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)種類、菌群數量(liang)。

  AI技術適用(yong)于生物識別場(chang)景的(de)(de)預演已經(jing)在進行中,推動環(huan)境遠程監測(ce)(ce)、在線監測(ce)(ce)是繼高清化和網絡化之后的(de)(de)第三次技術變革。從“看(kan)得見”到(dao)“看(kan)得清”再到(dao)現在的(de)(de)“看(kan)得懂”,在未來必將(jiang)有更多的(de)(de)AI算(suan)法、AI芯片(pian)、AI產品(pin)被應用(yong)到(dao)環(huan)境監測(ce)(ce)行業,比如對岸(an)上、水里的(de)(de)不同種類動物,從顏色、形(xing)態、運動軌跡、三維位置及(ji)尺寸信息來差異化判別它們。


  中國環(huan)境(jing)報:《生態環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)條(tiao)例》正在加速出臺,此舉將大大推進(jin)生態環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)的法(fa)治(zhi)化進(jin)程。對于(yu)公開(kai)征求意見的《條(tiao)例(草案(an))》,您怎么理解?從中可以(yi)看出哪些環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)行業未來發(fa)展的一個方向(xiang)和可以(yi)突破、拓展的空間(jian)?


  孫越:生(sheng)態(tai)環境監測是生(sheng)態(tai)環境保護的(de)基礎(chu),但過去這項工作的(de)法(fa)律支撐不太完善(shan)。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(an))》,我們欣(xin)喜地(di)看到,生態(tai)環(huan)境監(jian)測(ce)的定義(yi)擴展到了(le)六大(da)內涵,包括對環(huan)境質量(liang)、生態(tai)狀況和污(wu)染物排放及其(qi)變化趨勢的采樣觀測(ce)、調查普查、遙感解(jie)譯、分(fen)析(xi)(xi)測(ce)試、評價評估、預(yu)測(ce)預(yu)報等(deng)活(huo)動(dong)。過(guo)去無論是在線分(fen)析(xi)(xi)還(huan)是實驗室分(fen)析(xi)(xi),我們的監(jian)測(ce)機構還(huan)局限(xian)在理化分(fen)析(xi)(xi)層(ceng)面,也(ye)就是對各類污(wu)染物排放活(huo)動(dong)的監(jian)測(ce),而今后,環(huan)境監(jian)測(ce)的范疇將大(da)幅度(du)拓寬。


  除了六大(da)內涵,我(wo)們還看到了九(jiu)大(da)外延,也就(jiu)是對(dui)森林、草原、濕(shi)地、荒漠、河湖、海(hai)(hai)洋、農田、城市和(he)鄉村(cun)等生(sheng)態(tai)狀況的(de)監(jian)測(ce)(ce),包括對(dui)大(da)氣(qi)、地表水(shui)、地下水(shui)、海(hai)(hai)水(shui)、土壤、聲、光(guang)、熱、生(sheng)物(wu)、振動、輻射、溫(wen)室(shi)氣(qi)體等環(huan)境(jing)(jing)要素質(zhi)量的(de)監(jian)測(ce)(ce)。顯而易見,未來生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)高新(xin)技(ji)術、先進(jin)裝(zhuang)備的(de)研(yan)究、開發應用和(he)推廣,新(xin)型(xing)污染物(wu)、應對(dui)新(xin)興環(huan)境(jing)(jing)問(wen)題(ti)和(he)履(lv)行國(guo)際環(huan)境(jing)(jing)公約涉及污染物(wu)的(de)研(yan)究性(xing)監(jian)測(ce)(ce)將(jiang)有更(geng)多突破和(he)發展。


  環境(jing)(jing)(jing)(jing)監測(ce)網(wang)絡的不(bu)斷(duan)完善,監測(ce)對(dui)象和(he)(he)適(shi)用范圍的不(bu)斷(duan)豐富(fu),將(jiang)推(tui)動物(wu)聯(lian)網(wang)、傳感器、區塊鏈(lian)、人工智能等(deng)新(xin)(xin)(xin)技術(shu)在(zai)(zai)監測(ce)檢測(ce)業務(wu)中的應用,一批(pi)生態環境(jing)(jing)(jing)(jing)監測(ce)創(chuang)新(xin)(xin)(xin)示范基地有(you)望建立(li),具有(you)自(zi)(zi)主知(zhi)識產權的監測(ce)技術(shu)裝(zhuang)備研發和(he)(he)應用轉化全面加速(su),生態環境(jing)(jing)(jing)(jing)監測(ce)自(zi)(zi)動化、智能化、信(xin)息化能力不(bu)斷(duan)提升(sheng)(sheng),為創(chuang)新(xin)(xin)(xin)驅動環境(jing)(jing)(jing)(jing)監測(ce)產品(pin)的不(bu)斷(duan)升(sheng)(sheng)級(ji)與推(tui)陳(chen)出(chu)新(xin)(xin)(xin)助力。同時我(wo)們的研發投入(ru)也(ye)在(zai)(zai)持續加大,例如在(zai)(zai)環境(jing)(jing)(jing)(jing)與健(jian)康領(ling)域,我(wo)們已經對(dui)環境(jing)(jing)(jing)(jing)病理性(xing)、毒理性(xing)監測(ce)分(fen)析有(you)所布局。



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