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中(zhong)國環(huan)境報:臭氧(yang)逐漸上升為(wei)僅(jin)次(ci)于PM2.5的影響優良天(tian)數的重(zhong)要(yao)因素,今年夏季,在新冠肺(fei)炎(yan)疫(yi)情(qing)防(fang)控(kong)常態化形勢下,生態環(huan)境部門開展臭氧(yang)污(wu)染防(fang)治(zhi)監督幫扶攻(gong)堅行動,越來越倚重(zhong)新一代信息化技(ji)術的參與(yu)。在臭氧(yang)監測領域(yu),有哪些高新技(ji)術手段出現?
孫越:臭氧污染防(fang)治(zhi)工作(zuo)的艱巨(ju)性(xing)和復雜性(xing),亟需(xu)監測(ce)科(ke)技力量的支持。
臭氧污染具有(you)明(ming)顯的復合(he)型,其成(cheng)因非常復雜,涉及(ji)氮氧化物(NOx)和揮發性有(you)機物(VOCs)的排放,還與氣象條件、地理環境,比如氣溫、光照、濕(shi)度(du)、氣壓、風速、風向都有(you)關系。
因此,我們不(bu)僅要(yao)(yao)監(jian)測(ce)臭氧的濃度(du),更要(yao)(yao)研究它的生成機理,測(ce)出(chu)導致臭氧污(wu)染(ran)的各個因素的貢(gong)獻(xian)率。以此為出(chu)發點,我們設計了(le)一(yi)系列(lie)參與臭氧生成光(guang)化學反應的常規污(wu)染(ran)物、特征污(wu)染(ran)物監(jian)測(ce)指(zhi)標,這些監(jian)測(ce)不(bu)僅指(zhi)向區域,甚(shen)至(zhi)能鎖(suo)定污(wu)染(ran)行業(ye)、企業(ye)、工藝(yi)。
目前大家可以(yi)看到的臭氧污染監測,除固定站外,已(yi)經增加了大氣(qi)環境走(zou)(zou)航監測車(che)。大部(bu)分走(zou)(zou)航車(che)功能還比較(jiao)簡單,僅僅是監測VOCs,主要作(zuo)用是定位 VOCs超標的點位,從而識別來源。
在(zai)此(ci)基礎上,聚(ju)光(guang)科技(ji)提出了協同走航(hang)監(jian)(jian)測的(de)概(gai)念,也就是(shi)同時監(jian)(jian)測 VOCs、NOx、臭氧(yang)以及PM2.5。一臺走航(hang)車協同監(jian)(jian)測的(de)優(you)勢(shi)在(zai)于(yu)不僅能獲知VOCs濃度,而且(qie)通過模型演繹,計算和(he)預測各類污(wu)染源對(dui)整個地區(qu)臭氧(yang)污(wu)染的(de)貢(gong)獻(xian),全面(mian)、精準、實時、定(ding)性(xing)、定(ding)量地診斷區(qu)域污(wu)染狀況。有效改善了過去雖然監(jian)(jian)測到單一污(wu)染物的(de)濃度,但還是(shi)無法判斷污(wu)染源究竟是(shi)誰(shui),以及它與片區(qu)臭氧(yang)濃度究竟關聯性(xing)有多(duo)大的(de)被動局面(mian)。
我(wo)們(men)(men)試圖(tu)通過(guo)這(zhe)樣的(de)監測和模(mo)型計算,對一(yi)(yi)個(ge)地區(qu)的(de)臭(chou)(chou)氧污(wu)染成(cheng)因(yin)精準(zhun)畫像,什么時(shi)間生成(cheng),哪個(ge)時(shi)段濃度最高(gao),哪些(xie)因(yin)子(zi)較活躍,是(shi)哪些(xie)行業導致(zhi)的(de)……當(dang)然,一(yi)(yi)個(ge)城(cheng)市的(de)臭(chou)(chou)氧不僅僅來自于本(ben)地,還有(you)外源(yuan)(yuan)輸入。對此(ci),我(wo)們(men)(men)也有(you)一(yi)(yi)個(ge)監測指標(biao)——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過(guo)氧乙(yi)酰硝酸酯(zhi))是(shi)由大氣中部分(fen)VOCs和NOx進行光化學(xue)反應(ying)而生成(cheng)的(de),是(shi)一(yi)(yi)種重要的(de)二次污(wu)染物,聚(ju)光科技(ji)PANs在線監測系統就是(shi)針(zhen)對它。通過(guo)這(zhe)一(yi)(yi)監測,能迅速(su)分(fen)析出臭(chou)(chou)氧污(wu)染是(shi)外源(yuan)(yuan)輸入還是(shi)本(ben)地源(yuan)(yuan)造成(cheng)的(de)。
這些圍(wei)繞(rao)VOCs的監(jian)測,除(chu)了因為它通過光照(zhao)與(yu)(yu)NOx發生(sheng)反(fan)應(ying)(ying)后生(sheng)產(chan)臭(chou)氧(yang)(yang),也(ye)源于它與(yu)(yu)空氣(qi)中(zhong)的氧(yang)(yang)化劑、硝酸等發生(sheng)氧(yang)(yang)化、吸附、凝(ning)結(jie)反(fan)應(ying)(ying)會生(sheng)成二次有(you)機(ji)顆(ke)粒物,也(ye)就是我們熟知的PM2.5。監(jian)測分析VOCs就把臭(chou)氧(yang)(yang)防(fang)治和PM2.5防(fang)治兩項任務協同起來了,也(ye)就是既(ji)要(yao)扭轉臭(chou)氧(yang)(yang)污染(ran)(ran)升高態(tai)勢,還要(yao)保持(chi)PM2.5污染(ran)(ran)持(chi)續下(xia)降。
我(wo)們(men)的(de)(de)走航車同時開展(zhan)VOCs+大氣(qi)(qi)常規(gui)六(liu)參(can)數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工作,再通過搭載的(de)(de)空氣(qi)(qi)質量(liang)模型,分析(xi)本地(di)生成(cheng)和(he)外(wai)部(bu)傳輸臭氧前體物(wu)與臭氧的(de)(de)占比,獲得各地(di)區各類污染源排(pai)放對受(shou)體點環境(jing)臭氧濃度的(de)(de)貢獻。當得到環境(jing)中臭氧濃度與其生成(cheng)前體物(wu)排(pai)放之間的(de)(de)定量(liang)關系后,還可以以此為依(yi)據開展(zhan)減排(pai)效果(guo)評估。
這(zhe)些復雜的(de)(de)源(yuan)解析模型和擴散模型、預(yu)警模型都需要人工智能(AI)不斷優化,讓一臺車(che)至少解決五六個方面(mian)的(de)(de)問題,大大降低了(le)監(jian)測(ce)成(cheng)本。比如除了(le)前(qian)面(mian)講(jiang)的(de)(de),PM10我們(men)怎么辦?在走航車(che)底部就有(you)這(zhe)樣(yang)的(de)(de)裝置,針(zhen)對建筑工地或者城市道(dao)(dao)路的(de)(de)道(dao)(dao)路積塵(chen)負荷,都可以做到實時(shi)監(jian)測(ce)。
除了(le)降低成(cheng)本,還要提升工作效率(lv)。現在(zai)的大氣走航監測(ce)車采用飛(fei)行時(shi)(shi)間質譜(pu)儀,實現秒級出數(shu),便于快(kuai)速(su)摸清(qing)污(wu)染(ran)底數(shu)。同時(shi)(shi)與(yu)搭載的氣相(xiang)色譜(pu)-質譜(pu)聯用儀(GC-MS分析儀)相(xiang)結合,輸出VOCs特征因(yin)子污(wu)染(ran)全域圖,全面摸排(pai)、定性(xing)定量診斷污(wu)染(ran)情況。
另外,5G技術的(de)應用也使走(zou)航(hang)車對污染源的(de)定位(wei)日臻精準,已經(jing)達到(dao)(dao)厘(li)米級,如果是(shi)4G的(de)話(hua),也就(jiu)只(zhi)能精確到(dao)(dao)10米級。這意(yi)味著,溯源對于我們(men)(men)來(lai)說不僅限于一個地區、一家企業,而是(shi)可(ke)以(yi)找到(dao)(dao)某個車間。盡管有些車間和生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)是(shi)連(lian)續性的(de),但我們(men)(men)在工(gong)藝(yi)段之間的(de)走(zou)航(hang)能夠(gou)非(fei)常準確地找到(dao)(dao)無(wu)(wu)組(zu)織(zhi)排放(fang)點到(dao)(dao)底(di)是(shi)在哪個位(wei)置。伴(ban)隨著快速定位(wei),我們(men)(men)還(huan)能夠(gou)進(jin)行遠(yuan)程的(de)可(ke)視(shi)化管控,也就(jiu)是(shi)在走(zou)航(hang)過程中增加了攝(she)像(xiang)頭(tou),攝(she)像(xiang)頭(tou)抓拍到(dao)(dao)的(de)無(wu)(wu)組(zu)織(zhi)排放(fang)違法行為,包括(kuo)視(shi)頻、圖像(xiang),都通過5G網絡瞬時(shi)傳輸到(dao)(dao)監察人員手中。
無(wu)論利用空氣(qi)質(zhi)量模型對(dui)臭氧(yang)源解析和敏感性(xing)進行(xing)分析,對(dui)臭氧(yang)污(wu)染過程進行(xing)模擬(ni),還(huan)是(shi)(shi)精準溯源、實時可視(shi)化監管,都是(shi)(shi)目(mu)前5G+ AI與環境監測深度耦合,助(zhu)力我(wo)們數字化轉型的(de)例子(zi)。
中國環(huan)境(jing)報:關于生態環(huan)境(jing)部提(ti)出的構建全流(liu)域生態質量(liang)監(jian)測一張網(wang),您怎么理解(jie)?作為環(huan)境(jing)監(jian)測行業的龍頭企業,又會(hui)在水(shui)環(huan)境(jing)監(jian)測領(ling)域有何布局?
孫越:按照全流域、全要(yao)(yao)素的(de)要(yao)(yao)求系統治理(li)水環境(jing),是當前的(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(tu)經不同行政(zheng)轄(xia)區(qu),原本具有整(zheng)體(ti)性、關聯性特征的流域(yu)自然空間被(bei)行政(zheng)區(qu)單元所分(fen)割管理,流域(yu)內各類資(zi)源(yuan)、各個(ge)因素相(xiang)互影(ying)響、相(xiang)互促進、相(xiang)互約束,共(gong)同構成統(tong)一的動態(tai)平(ping)衡系統(tong),因此涉水事務非常多,管理部門業務上相(xiang)互交叉。
把“系統治理”“協(xie)同治理”作為方(fang)向指南,對流域治理來說既是(shi)挑戰也是(shi)機遇。我們以此提(ti)出“源、網、岸、排、河(he)”五方(fang)面(mian)監測,分別對應(ying)污染源、排水(shui)管(guan)網、近水(shui)岸線、入(ru)河(he)排污口和河(he)道水(shui)質。
污(wu)(wu)染源(yuan)不僅有工業源(yuan),污(wu)(wu)水處理廠也可以當成點源(yuan),還有農業面源(yuan),都要(yao)監測。以改善(shan)水環境(jing)、恢(hui)復水生態(tai)治(zhi)理為主的系統性治(zhi)理將逐步成為未來市場的發展趨勢。
排水管網(wang)不僅要監測污(wu)水管網(wang),還(huan)有雨水管網(wang),也(ye)可能(neng)出現(xian)超標。
管網的(de)終端就(jiu)是(shi)排(pai)(pai)(pai)口(kou)。生態環境部開展(zhan)長(chang)江(jiang)入(ru)河排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)整治專項行(xing)動時就(jiu)提出,往長(chang)江(jiang)里排(pai)(pai)(pai)污(wu)的(de)到(dao)底有(you)多(duo)少(shao)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou),在哪里排(pai)(pai)(pai),誰(shui)在排(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)什(shen)么,排(pai)(pai)(pai)多(duo)少(shao)等一(yi)(yi)系列問題(ti)。如何把入(ru)河排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)這個(ge)(ge)最重要(yao)的(de)基礎性底數摸清(qing)楚,也(ye)是(shi)對監測行(xing)業的(de)一(yi)(yi)場(chang)大考。首先,這個(ge)(ge)數量(liang)是(shi)非常龐大的(de)。以(yi)去年生態環境部完成的(de)長(chang)江(jiang)流域(yu)2.4萬公(gong)里岸(an)線及沿岸(an)2公(gong)里區域(yu)的(de)入(ru)河排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)排(pai)(pai)(pai)查(cha)為例,排(pai)(pai)(pai)查(cha)出長(chang)江(jiang)入(ru)河排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou)6萬多(duo)個(ge)(ge)。這是(shi)我們(men)目前掌握的(de)數字,具(ju)體到(dao)每一(yi)(yi)個(ge)(ge)排(pai)(pai)(pai)污(wu)口(kou) 如何監測則涉(she)及更復雜、更多(duo)樣的(de)情況(kuang)。比如,許多(duo)污(wu)染排(pai)(pai)(pai)放不是(shi)連續性的(de),如果是(shi)抽(chou)查(cha),很難監測到(dao)超標現(xian)象。
所以說,水里(li)的(de)問題(ti),根源在岸上,對長江沿岸的(de)重(zhong)點(dian)工業(ye)企業(ye),我們(men)也要(yao)全部納入日常(chang)監測,進(jin)行全過(guo)程跟蹤,實現長江沿岸區域污染(ran)源情(qing)況明、底數清。
我們(men)發現(xian),河(he)流、湖泊岸線范圍不明,功能界定不清(qing),部(bu)分河(he)段岸線開發不合理,也會嚴重(zhong)破壞河(he)流生態環(huan)境。比如用河(he)道(dao)兩側兩公(gong)里保護范圍的這把“綠(lv)色(se)標尺”去(qu)衡量,涉及到的監測(ce)對象包(bao)括沿(yan)河(he)化工企業的排污,建筑(zhu)垃圾生活(huo)垃圾等固體廢(fei)物(wu)堆存產(chan)生的滲濾液廢(fei)水。
岸(an)線的管控(kong)(kong)也是非(fei)常(chang)重要,最終回歸到水體本身。除了水質(zhi)監測,還有很多外延,比如非(fei)法(fa)(fa)采砂、非(fei)法(fa)(fa)養(yang)殖、非(fei)法(fa)(fa)捕撈、非(fei)法(fa)(fa)傾倒廢棄物等(deng)。試想如果長(chang)江(jiang)沿岸(an)密集安裝攝像頭,那么海(hai)量的監控(kong)(kong)錄像由誰(shui)來甄別鑒定?
查看監(jian)控(kong)視頻(pin)是工作量巨(ju)大(da)且效(xiao)率低下的事情(qing),靠人力幾乎難(nan)以(yi)解決。如何真正(zheng)節(jie)約(yue)人力和成(cheng)本,提高效(xiao)率和正(zheng)確率?
這就要依靠視覺AI技術。對人(ren)類(lei)而言,70%~80%的信息獲取來自視覺,但(dan)人(ren)類(lei)長期(qi)觀看監視錄像易(yi)喪失注意力(li)(li)和辨別力(li)(li)。而我們希望讓計算(suan)機具(ju)備(bei)“從識人(ren)知物到(dao)辨識萬物”的能力(li)(li),幫助我們在環境監管中,提升處理信息的效率。
真正的(de)(de)視頻監測(ce)可以(yi)(yi)區(qu)分人體形態(tai),車(che)輛、船只或選定物體與所有其他物體的(de)(de)一般移動和(he)變化,從而進行(xing)抓取、分析、預警(jing)。隨著(zhu)以(yi)(yi)改善水(shui)(shui)環(huan)境(jing)、恢復水(shui)(shui)生態(tai)治(zhi)(zhi)理為(wei)主的(de)(de)系統性(xing)治(zhi)(zhi)理將逐步成為(wei)未(wei)來市(shi)場(chang)的(de)(de)發展趨勢,我們要監測(ce)的(de)(de)對(dui)象可以(yi)(yi)是藍藻的(de)(de)覆蓋面積(ji)、生長速度、擴散(san)情況,還(huan)有水(shui)(shui)生生物的(de)(de)多樣性(xing)情況,外來物種(zhong)對(dui)生態(tai)平衡的(de)(de)破壞,甚(shen)至結合電(dian)子顯(xian)微鏡(jing)監測(ce)微生物種(zhong)類、菌(jun)群(qun)數量(liang)。
AI技(ji)術適用于生物識(shi)別場景(jing)的預演已經在(zai)(zai)進行(xing)中,推(tui)動(dong)環境(jing)遠程(cheng)監(jian)測、在(zai)(zai)線監(jian)測是繼高清化和網絡化之后(hou)的第三次技(ji)術變革。從“看(kan)(kan)得(de)見”到“看(kan)(kan)得(de)清”再到現在(zai)(zai)的“看(kan)(kan)得(de)懂”,在(zai)(zai)未來必將(jiang)有更多(duo)的AI算法、AI芯片、AI產品(pin)被應用到環境(jing)監(jian)測行(xing)業(ye),比(bi)如對岸上、水里的不同種類動(dong)物,從顏色(se)、形態、運動(dong)軌跡、三維位置及尺寸信息來差異化判別它們。
中國環境報:《生態環境監(jian)(jian)測條例(li)》正在加速(su)出臺,此(ci)舉將大(da)大(da)推進生態環境監(jian)(jian)測的(de)(de)(de)法治化進程(cheng)。對(dui)于公開(kai)征(zheng)求意(yi)見的(de)(de)(de)《條例(li)(草案)》,您怎么理解(jie)?從中可以看出哪些(xie)環境監(jian)(jian)測行業未來發展的(de)(de)(de)一個方向和可以突破、拓展的(de)(de)(de)空間?
孫越:生態環境(jing)監(jian)測是生態環境(jing)保護的基礎,但(dan)過去這項工作的法(fa)律支(zhi)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(guo)《條例(li)(草案)》,我們(men)欣喜(xi)地看到(dao),生態(tai)(tai)環境(jing)(jing)監(jian)測的(de)定義擴展到(dao)了(le)六(liu)大內涵,包括對環境(jing)(jing)質量、生態(tai)(tai)狀況和污(wu)染物排放及其(qi)變化趨(qu)勢的(de)采樣觀測、調查(cha)普查(cha)、遙(yao)感解譯、分(fen)析(xi)測試、評價評估、預(yu)測預(yu)報等(deng)活(huo)動。過(guo)去無論是在線分(fen)析(xi)還(huan)是實驗(yan)室分(fen)析(xi),我們(men)的(de)監(jian)測機構還(huan)局限在理化分(fen)析(xi)層面,也就是對各(ge)類污(wu)染物排放活(huo)動的(de)監(jian)測,而今后,環境(jing)(jing)監(jian)測的(de)范疇將(jiang)大幅(fu)度(du)拓寬。
除(chu)了六大(da)(da)內(nei)涵,我們還看(kan)到了九大(da)(da)外延,也就(jiu)是對森林、草原、濕地、荒漠、河湖、海洋、農田、城市和(he)(he)鄉(xiang)村(cun)等(deng)(deng)生(sheng)態(tai)狀況的監(jian)測(ce)(ce)(ce),包括對大(da)(da)氣(qi)、地表水、地下水、海水、土壤、聲(sheng)、光、熱、生(sheng)物、振動(dong)、輻射、溫室氣(qi)體(ti)等(deng)(deng)環境(jing)要素質量的監(jian)測(ce)(ce)(ce)。顯而(er)易見,未來生(sheng)態(tai)環境(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)高新(xin)技術、先進裝備的研究、開(kai)發(fa)應用和(he)(he)推廣,新(xin)型污(wu)染物、應對新(xin)興環境(jing)問題(ti)和(he)(he)履行國際環境(jing)公約涉及污(wu)染物的研究性(xing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)將有更多(duo)突破和(he)(he)發(fa)展。
環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)網絡的(de)不斷完善,監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)對象和適(shi)用范(fan)圍的(de)不斷豐富,將(jiang)推(tui)動物聯網、傳感器、區塊鏈、人工(gong)智(zhi)能(neng)等新(xin)(xin)技(ji)(ji)術在監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)業務中的(de)應用,一批生態(tai)(tai)環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)創新(xin)(xin)示范(fan)基地有(you)望建立,具有(you)自主知識產(chan)權(quan)的(de)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)技(ji)(ji)術裝備研發和應用轉化全面加速,生態(tai)(tai)環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)自動化、智(zhi)能(neng)化、信息化能(neng)力(li)不斷提升,為創新(xin)(xin)驅動環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)產(chan)品的(de)不斷升級與(yu)推(tui)陳(chen)出新(xin)(xin)助力(li)。同時我(wo)(wo)們的(de)研發投入也在持續加大,例如在環(huan)境(jing)(jing)與(yu)健康領域,我(wo)(wo)們已(yi)經對環(huan)境(jing)(jing)病理(li)性、毒理(li)性監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)分析(xi)有(you)所(suo)布局(ju)。