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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(liang):401

聚光科技(杭州)股份有(you)限公司(si)總經(jing)理孫越

  中國環境(jing)報:臭(chou)氧(yang)逐漸(jian)上升(sheng)為僅次于PM2.5的(de)影響優良天數的(de)重(zhong)要因素(su),今(jin)年夏季,在新(xin)冠(guan)肺炎疫情防(fang)控常態化形(xing)勢下,生(sheng)態環境(jing)部門開展臭(chou)氧(yang)污(wu)染防(fang)治監(jian)督幫扶攻(gong)堅(jian)行動,越來越倚(yi)重(zhong)新(xin)一代(dai)信息化技術的(de)參與(yu)。在臭(chou)氧(yang)監(jian)測領域(yu),有哪些高新(xin)技術手(shou)段出(chu)現(xian)?


  孫越:臭(chou)氧污染防治工作的艱巨性和(he)復雜性,亟需監測(ce)科技力量的支持。


  臭氧(yang)污染(ran)具(ju)有明(ming)顯(xian)的復合型,其成(cheng)因非常(chang)復雜(za),涉(she)及氮氧(yang)化(hua)物(NOx)和揮(hui)發性有機物(VOCs)的排放,還與氣象條件(jian)、地理環境,比如氣溫(wen)、光照(zhao)、濕度、氣壓、風速(su)、風向都有關系。


  因此(ci),我們不僅要監測(ce)臭氧(yang)的(de)濃(nong)度(du),更要研究(jiu)它(ta)的(de)生成機理,測(ce)出(chu)導致臭氧(yang)污染(ran)的(de)各(ge)個(ge)因素的(de)貢(gong)獻率。以(yi)此(ci)為出(chu)發點,我們設計了一系(xi)列參(can)與臭氧(yang)生成光化學反應的(de)常(chang)規污染(ran)物、特征污染(ran)物監測(ce)指標,這(zhe)些監測(ce)不僅指向(xiang)區(qu)域(yu),甚至能鎖定污染(ran)行(xing)業(ye)、企業(ye)、工藝。


  目前(qian)大家可以看到的臭(chou)氧污染監(jian)(jian)測,除固(gu)定站(zhan)外,已經(jing)增加了大氣環境走航監(jian)(jian)測車(che)。大部(bu)分走航車(che)功能(neng)還(huan)比(bi)較簡單,僅(jin)僅(jin)是監(jian)(jian)測VOCs,主要作用是定位(wei) VOCs超標(biao)的點位(wei),從而識別來源。

  在此基礎上,聚光(guang)科(ke)技提出了協同走航監(jian)測(ce)的概(gai)念,也就是(shi)同時(shi)監(jian)測(ce) VOCs、NOx、臭氧以及PM2.5。一(yi)臺走航車協同監(jian)測(ce)的優勢(shi)在于不僅能獲知VOCs濃(nong)度(du)(du),而且通過(guo)模型演繹,計算和預測(ce)各類(lei)污(wu)(wu)染源對整個地區臭氧污(wu)(wu)染的貢獻(xian),全面(mian)、精準、實時(shi)、定性(xing)、定量地診斷(duan)區域污(wu)(wu)染狀況。有效(xiao)改(gai)善了過(guo)去雖(sui)然監(jian)測(ce)到單一(yi)污(wu)(wu)染物(wu)的濃(nong)度(du)(du),但還是(shi)無法判斷(duan)污(wu)(wu)染源究(jiu)竟是(shi)誰,以及它與片區臭氧濃(nong)度(du)(du)究(jiu)竟關聯(lian)性(xing)有多大的被動(dong)局面(mian)。


  我們(men)試圖通過這樣的(de)監測(ce)和模型計算,對一(yi)(yi)個(ge)地區(qu)的(de)臭(chou)氧(yang)污(wu)染成因(yin)精準畫(hua)像,什么時(shi)間生成,哪個(ge)時(shi)段濃度最高(gao),哪些因(yin)子較活躍,是哪些行業導致的(de)……當然,一(yi)(yi)個(ge)城市的(de)臭(chou)氧(yang)不(bu)僅(jin)僅(jin)來自于本地,還(huan)有(you)外源(yuan)輸入。對此,我們(men)也(ye)有(you)一(yi)(yi)個(ge)監測(ce)指標——PAN。PAN(CH3C(O)OONO2,過氧(yang)乙酰硝酸酯)是由大氣中部分VOCs和NOx進行光化學反(fan)應而生成的(de),是一(yi)(yi)種重要(yao)的(de)二次污(wu)染物,聚(ju)光科(ke)技PANs在線監測(ce)系(xi)統(tong)就(jiu)是針對它(ta)。通過這一(yi)(yi)監測(ce),能迅(xun)速(su)分析出臭(chou)氧(yang)污(wu)染是外源(yuan)輸入還(huan)是本地源(yuan)造(zao)成的(de)。


  這些圍繞VOCs的(de)監測,除了(le)因(yin)為它通過(guo)光照與(yu)NOx發(fa)生反應后生產(chan)臭(chou)氧(yang),也(ye)源于(yu)它與(yu)空氣中的(de)氧(yang)化(hua)劑(ji)、硝酸等發(fa)生氧(yang)化(hua)、吸(xi)附(fu)、凝結(jie)反應會生成二次有機顆粒物,也(ye)就(jiu)是我們熟(shu)知的(de)PM2.5。監測分析VOCs就(jiu)把(ba)臭(chou)氧(yang)防治和PM2.5防治兩(liang)項任務協同起(qi)來(lai)了(le),也(ye)就(jiu)是既要扭轉臭(chou)氧(yang)污染(ran)升高態勢(shi),還要保持PM2.5污染(ran)持續(xu)下降。


  我(wo)們的走航車同時開展(zhan)VOCs+大氣(qi)常(chang)規六參數(O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10)監測工(gong)作,再通過搭載的空氣(qi)質量模(mo)型,分析(xi)本地生(sheng)成(cheng)(cheng)和外(wai)部傳(chuan)輸臭氧(yang)(yang)(yang)前體(ti)物與臭氧(yang)(yang)(yang)的占比(bi),獲得(de)各地區各類(lei)污(wu)染源(yuan)排(pai)放(fang)對受體(ti)點環(huan)境臭氧(yang)(yang)(yang)濃(nong)度(du)的貢獻。當(dang)得(de)到環(huan)境中臭氧(yang)(yang)(yang)濃(nong)度(du)與其生(sheng)成(cheng)(cheng)前體(ti)物排(pai)放(fang)之間(jian)的定量關系后,還可以以此(ci)為依據開展(zhan)減排(pai)效果(guo)評(ping)估。


  這些復雜的(de)源解(jie)(jie)析模型(xing)(xing)和擴散模型(xing)(xing)、預警模型(xing)(xing)都(dou)需要人工(gong)智能(AI)不(bu)斷優化,讓一臺車至少解(jie)(jie)決(jue)五六個方面的(de)問題(ti),大(da)大(da)降低了監測(ce)成(cheng)本。比如除了前(qian)面講的(de),PM10我們怎(zen)么辦?在走航車底部就(jiu)有這樣的(de)裝置,針對建筑工(gong)地或者城市(shi)道路的(de)道路積塵負荷,都(dou)可(ke)以做到(dao)實時(shi)監測(ce)。


  除(chu)了降低(di)成本,還要提升工(gong)作效率。現(xian)在的大(da)氣(qi)走(zou)航監測車采(cai)用(yong)飛行(xing)時間質譜(pu)儀(yi)(yi),實現(xian)秒級出數,便于快速摸(mo)清(qing)污(wu)染(ran)(ran)底數。同時與搭(da)載的氣(qi)相(xiang)色譜(pu)-質譜(pu)聯用(yong)儀(yi)(yi)(GC-MS分析儀(yi)(yi))相(xiang)結(jie)合,輸出VOCs特征(zheng)因(yin)子污(wu)染(ran)(ran)全(quan)域圖(tu),全(quan)面摸(mo)排(pai)、定(ding)性定(ding)量診斷(duan)污(wu)染(ran)(ran)情況。


  另外,5G技術(shu)的應用也使走(zou)(zou)航車(che)對污(wu)染源的定(ding)位日臻精準,已經達到(dao)(dao)(dao)厘(li)米(mi)級,如果是4G的話,也就只(zhi)能(neng)精確(que)到(dao)(dao)(dao)10米(mi)級。這意味著,溯源對于(yu)我們(men)(men)來說不僅限于(yu)一個地區、一家(jia)企(qi)業(ye),而是可以找(zhao)到(dao)(dao)(dao)某(mou)個車(che)間。盡管有些(xie)車(che)間和生產(chan)工(gong)藝是連(lian)續性的,但(dan)我們(men)(men)在(zai)工(gong)藝段(duan)之間的走(zou)(zou)航能(neng)夠(gou)非(fei)常準確(que)地找(zhao)到(dao)(dao)(dao)無組織排放(fang)點到(dao)(dao)(dao)底是在(zai)哪個位置(zhi)。伴隨著快速(su)定(ding)位,我們(men)(men)還能(neng)夠(gou)進行遠程的可視(shi)(shi)化管控,也就是在(zai)走(zou)(zou)航過程中(zhong)增加了(le)攝像頭,攝像頭抓拍到(dao)(dao)(dao)的無組織排放(fang)違法行為,包括視(shi)(shi)頻(pin)、圖像,都通過5G網絡瞬時傳輸到(dao)(dao)(dao)監察人員手中(zhong)。


  無論利用空氣質(zhi)量模型對(dui)臭氧(yang)源解析和敏(min)感性進行分析,對(dui)臭氧(yang)污(wu)染(ran)過程進行模擬,還是精準(zhun)溯(su)源、實時可(ke)視化監管(guan),都是目前5G+ AI與環(huan)境監測深度耦合,助(zhu)力我們(men)數字化轉(zhuan)型的例(li)子。


  中國環(huan)境報:關于生態(tai)環(huan)境部提出的構建全流域生態(tai)質(zhi)量監(jian)測(ce)一(yi)張(zhang)網,您怎么(me)理解(jie)?作為環(huan)境監(jian)測(ce)行業(ye)的龍頭企業(ye),又會在水(shui)環(huan)境監(jian)測(ce)領域有(you)何(he)布局?


  孫越:按照全(quan)(quan)流域、全(quan)(quan)要素(su)的要求(qiu)系統治理水環境,是(shi)當前的新方向。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。


  一條(tiao)河流途經不同行政轄區(qu),原本具有(you)整體性、關(guan)聯性特征的(de)流域(yu)(yu)自然空間被行政區(qu)單元所分(fen)割管理(li),流域(yu)(yu)內各(ge)類(lei)資源、各(ge)個因(yin)素相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)影響、相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)促進、相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)約束,共同構成統一的(de)動(dong)態(tai)平衡系(xi)統,因(yin)此(ci)涉水事(shi)務(wu)(wu)非常(chang)多,管理(li)部門業務(wu)(wu)上相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)交(jiao)叉(cha)。


  把“系(xi)統治理(li)”“協(xie)同治理(li)”作為方向(xiang)指南(nan),對流域(yu)治理(li)來說既是挑戰也(ye)是機(ji)遇。我(wo)們以此(ci)提出“源、網(wang)、岸、排(pai)、河(he)(he)”五方面監測,分別對應污染源、排(pai)水(shui)管網(wang)、近水(shui)岸線、入(ru)河(he)(he)排(pai)污口和河(he)(he)道水(shui)質。


  污染源不僅有(you)工業(ye)源,污水處理(li)廠(chang)也(ye)可以(yi)當成(cheng)點源,還有(you)農業(ye)面源,都要(yao)監測。以(yi)改善水環境、恢復(fu)水生態治理(li)為主的系統性(xing)治理(li)將逐步(bu)成(cheng)為未來市場的發展趨勢(shi)。


  排(pai)水管(guan)網不僅要監測污水管(guan)網,還有雨(yu)水管(guan)網,也(ye)可能出現超標。


  管網的終端就(jiu)是排(pai)(pai)(pai)(pai)口(kou)(kou)。生態環境部(bu)開(kai)展(zhan)長江(jiang)入(ru)(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)排(pai)(pai)(pai)(pai)查整(zheng)治專項行(xing)動(dong)時就(jiu)提(ti)出,往長江(jiang)里(li)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)的到底有(you)多(duo)少(shao)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou),在哪(na)里(li)排(pai)(pai)(pai)(pai),誰(shui)在排(pai)(pai)(pai)(pai),排(pai)(pai)(pai)(pai)什么,排(pai)(pai)(pai)(pai)多(duo)少(shao)等一(yi)系(xi)列問題。如(ru)何把入(ru)(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)這(zhe)(zhe)個(ge)最重要的基礎性底數摸清楚,也是對監(jian)(jian)測行(xing)業的一(yi)場大考。首先,這(zhe)(zhe)個(ge)數量是非常龐大的。以去年(nian)生態環境部(bu)完成的長江(jiang)流域2.4萬公(gong)里(li)岸線(xian)及沿(yan)岸2公(gong)里(li)區域的入(ru)(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)排(pai)(pai)(pai)(pai)查為例,排(pai)(pai)(pai)(pai)查出長江(jiang)入(ru)(ru)河(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou)6萬多(duo)個(ge)。這(zhe)(zhe)是我(wo)們目(mu)前掌握(wo)的數字,具體到每一(yi)個(ge)排(pai)(pai)(pai)(pai)污(wu)(wu)口(kou)(kou) 如(ru)何監(jian)(jian)測則涉及更復雜、更多(duo)樣的情況(kuang)。比(bi)如(ru),許多(duo)污(wu)(wu)染排(pai)(pai)(pai)(pai)放不是連續性的,如(ru)果是抽查,很(hen)難(nan)監(jian)(jian)測到超標現象。


  所以說,水里的問題,根源在岸上,對(dui)長(chang)江沿岸的重點工業企業,我們(men)也要全部納入(ru)日常(chang)監測,進(jin)行(xing)全過程(cheng)跟蹤(zong),實現長(chang)江沿岸區域污(wu)染源情(qing)況明(ming)、底數清。


  我們發(fa)現,河(he)流、湖(hu)泊岸線范圍不(bu)明,功能界定不(bu)清(qing),部(bu)分河(he)段岸線開發(fa)不(bu)合理(li),也會(hui)嚴(yan)重破壞河(he)流生態(tai)環境(jing)。比如用(yong)河(he)道兩側兩公里保護范圍的(de)這(zhe)把“綠色(se)標尺”去衡(heng)量(liang),涉及到的(de)監測對象包括沿河(he)化工(gong)企業的(de)排污,建筑垃圾生(sheng)活垃圾等固(gu)體(ti)廢物堆存產生(sheng)的(de)滲濾液(ye)廢水。


  岸(an)(an)線的管控也是(shi)非常重要,最終回歸到水(shui)體本(ben)身(shen)。除了水(shui)質監測,還有很(hen)多外(wai)延,比(bi)如非法采砂、非法養殖、非法捕撈、非法傾倒廢(fei)棄物(wu)等(deng)。試想如果(guo)長江(jiang)沿岸(an)(an)密集安裝攝像頭(tou),那么海量(liang)的監控錄像由(you)誰來甄別鑒定?

  

      查看監控視頻(pin)是工作量巨大且效(xiao)率低下的事情,靠人力(li)幾乎難以解決。如何(he)真正(zheng)節約人力(li)和成本,提高效(xiao)率和正(zheng)確率?


  這就(jiu)要依靠視(shi)覺AI技術。對人(ren)類而(er)言,70%~80%的信息獲(huo)取來自視(shi)覺,但(dan)人(ren)類長期觀(guan)看監視(shi)錄像易喪失注意(yi)力(li)和辨(bian)(bian)別力(li)。而(er)我(wo)們希望讓計(ji)算機(ji)具備“從識人(ren)知物到辨(bian)(bian)識萬物”的能(neng)力(li),幫(bang)助我(wo)們在環境(jing)監管中,提(ti)升處(chu)理(li)信息的效(xiao)率。


  真正的(de)(de)(de)視(shi)頻監測(ce)可以區分(fen)人體(ti)形(xing)態,車(che)輛、船只(zhi)或選定物體(ti)與所有其他物體(ti)的(de)(de)(de)一般移動(dong)和變化,從而進行抓取(qu)、分(fen)析、預警。隨(sui)著以改善水(shui)環境、恢復(fu)水(shui)生態治理為主的(de)(de)(de)系統性治理將逐步(bu)成為未來(lai)市場(chang)的(de)(de)(de)發展趨勢,我們要監測(ce)的(de)(de)(de)對象(xiang)可以是藍藻的(de)(de)(de)覆蓋面(mian)積、生長(chang)速(su)度、擴散情況(kuang),還(huan)有水(shui)生生物的(de)(de)(de)多樣性情況(kuang),外來(lai)物種(zhong)對生態平衡的(de)(de)(de)破壞,甚至結合電子(zi)顯微鏡監測(ce)微生物種(zhong)類、菌群數量(liang)。

  AI技術適用于生物識別場景的預演已(yi)經在(zai)進行中,推動環境遠程(cheng)監測、在(zai)線(xian)監測是(shi)繼高(gao)清化和網(wang)絡化之后的第三次技術變革。從“看(kan)得(de)見”到(dao)“看(kan)得(de)清”再到(dao)現(xian)在(zai)的“看(kan)得(de)懂”,在(zai)未(wei)來(lai)必將有更多(duo)的AI算(suan)法(fa)、AI芯(xin)片、AI產品被應用到(dao)環境監測行業(ye),比如對岸上、水里的不同(tong)種(zhong)類動物,從顏色、形態、運動軌跡、三維位置(zhi)及尺寸信息來(lai)差異化判別它們。


  中(zhong)國環境(jing)報:《生態(tai)環境(jing)監測條例》正在加速出臺(tai),此舉將大大推進生態(tai)環境(jing)監測的(de)法治化進程。對于公開征求(qiu)意見的(de)《條例(草(cao)案)》,您(nin)怎么理解?從中(zhong)可(ke)以看(kan)出哪些環境(jing)監測行業未(wei)來發展(zhan)的(de)一個(ge)方向和可(ke)以突破、拓展(zhan)的(de)空間?


  孫越:生(sheng)態(tai)環境監測是(shi)生(sheng)態(tai)環境保(bao)護的(de)基礎(chu),但(dan)過去(qu)這項(xiang)工作的(de)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《條例(草案)》,我們欣喜地看(kan)到,生態(tai)環(huan)境監(jian)測的定義擴展(zhan)到了六大內涵(han),包括(kuo)對環(huan)境質量、生態(tai)狀況和污染物排(pai)放及其變(bian)化趨(qu)勢(shi)的采樣觀測、調查普查、遙感(gan)解(jie)譯、分(fen)析測試、評價評估、預測預報(bao)等活動。過去(qu)無論是(shi)在(zai)(zai)線(xian)分(fen)析還(huan)是(shi)實驗室分(fen)析,我們的監(jian)測機構還(huan)局(ju)限在(zai)(zai)理(li)化分(fen)析層面,也就(jiu)是(shi)對各類(lei)污染物排(pai)放活動的監(jian)測,而今后,環(huan)境監(jian)測的范(fan)疇將大幅度(du)拓寬。


  除了六(liu)大(da)內涵,我們還看到了九大(da)外延,也就是(shi)對森林、草原、濕地(di)、荒漠(mo)、河湖、海洋、農(nong)田、城市和鄉村等生(sheng)態狀況(kuang)的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce),包(bao)括對大(da)氣、地(di)表水(shui)、地(di)下(xia)水(shui)、海水(shui)、土壤、聲、光、熱、生(sheng)物、振動(dong)、輻射(she)、溫(wen)室氣體(ti)等環(huan)境(jing)(jing)要素質量的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce)。顯(xian)而易見,未來生(sheng)態環(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)測(ce)高新(xin)(xin)技術、先進裝(zhuang)備的(de)(de)研(yan)究、開發(fa)應(ying)用和推(tui)廣,新(xin)(xin)型污染(ran)物、應(ying)對新(xin)(xin)興環(huan)境(jing)(jing)問題和履行國際環(huan)境(jing)(jing)公約涉及污染(ran)物的(de)(de)研(yan)究性監(jian)(jian)測(ce)將有(you)更多(duo)突(tu)破和發(fa)展。


  環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)網(wang)絡的不(bu)(bu)斷完(wan)善,監(jian)測(ce)(ce)(ce)對象和(he)適用(yong)范圍(wei)的不(bu)(bu)斷豐富,將推動(dong)物聯網(wang)、傳感器、區塊鏈、人工智能等(deng)新(xin)技術在監(jian)測(ce)(ce)(ce)檢測(ce)(ce)(ce)業(ye)務中的應用(yong),一批(pi)生(sheng)態環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)創(chuang)新(xin)示范基(ji)地有(you)望建立,具有(you)自(zi)主知識(shi)產權的監(jian)測(ce)(ce)(ce)技術裝(zhuang)備研發(fa)和(he)應用(yong)轉化(hua)全面(mian)加速,生(sheng)態環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)自(zi)動(dong)化(hua)、智能化(hua)、信息(xi)化(hua)能力不(bu)(bu)斷提(ti)升(sheng),為(wei)創(chuang)新(xin)驅(qu)動(dong)環(huan)(huan)境(jing)(jing)監(jian)測(ce)(ce)(ce)產品的不(bu)(bu)斷升(sheng)級與推陳出新(xin)助力。同時我(wo)(wo)們的研發(fa)投入(ru)也在持(chi)續加大,例如在環(huan)(huan)境(jing)(jing)與健康領域,我(wo)(wo)們已(yi)經對環(huan)(huan)境(jing)(jing)病理(li)性、毒理(li)性監(jian)測(ce)(ce)(ce)分析有(you)所(suo)布局。



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