激光遙感新利器 大氣監(jiān)測添助力

大氣網(wǎng)訊:自2018年入冬以來，先是北京、天津、河北省中南部、山西省東部和南部、山東省西部、河南省北部以及關(guān)中地區(qū)部分城市空氣質(zhì)量連續(xù)出現(xiàn)2天至3天重度污染，緊跟著魯蘇豫皖四省陷入重度污染，程度堪比京津冀。全國各地生態(tài)環(huán)境監(jiān)管積極采取科學(xué)的大氣污染管理手段和預(yù)防應(yīng)急措施，但面臨這特殊時(shí)期復(fù)雜的污染特征和污染高峰，讓一線環(huán)境執(zhí)法者頭痛不已。究其原因：一方面是采取的各種手段仍然不能全方位對區(qū)域監(jiān)管，存在盲區(qū);二是對隨時(shí)發(fā)生的污染事件未能有效預(yù)警，不能及時(shí)執(zhí)法;三是不清楚污染源的形成和擴(kuò)散過程是如何影響考核站的數(shù)據(jù)升高。

河道污染熱點(diǎn)圖

化工廠污染熱點(diǎn)圖

當(dāng)周焚紙污染熱點(diǎn)圖

大氣顆粒物層析儀

大氣污染CT式掃描和分析平臺（AirScan）

構(gòu)建激光遙感在線掃描監(jiān)測網(wǎng)，讓顆粒物無所遁形

在《第24屆中國大氣環(huán)境科學(xué)與技術(shù)大會》上，泛測環(huán)境首席科學(xué)家兼CEO管祖光博士重磅發(fā)布了最新研發(fā)成果“大氣污染CT式掃描和分析平臺(AirScan，以下簡稱‘平臺’)”，并表示，平臺采用了顛覆性激光遙感技術(shù)，結(jié)合最前沿互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)真正意義上實(shí)現(xiàn)了激光遙感在線掃描探測，通過24小時(shí)在線實(shí)時(shí)動態(tài)掃描大范圍內(nèi)污染事件高頻區(qū)域，實(shí)現(xiàn)污染源的探測與報(bào)警，幫助一線生態(tài)環(huán)境監(jiān)管部門對大氣污染管控實(shí)現(xiàn)四個(gè)方面的重要功能：一是考核站周邊污染預(yù)警及定位;二是污染源對考核站的貢獻(xiàn)分析;三是重點(diǎn)污染區(qū)域監(jiān)管;四是組網(wǎng)全區(qū)域監(jiān)管。

1.考核站周邊污染預(yù)警及定位

今年，天津市西青區(qū)運(yùn)用AirScan平臺技術(shù)于8月22日23時(shí)25分監(jiān)測到張家窩工業(yè)園的工業(yè)燃燒源排放，且因?yàn)榇藭r(shí)段主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)0.5m/s~2m/s，不利于污染擴(kuò)散，因此在污染排放源附近形成了塊狀污染。污染程度嚴(yán)重、污染范圍影響大，會直接影響附近空氣監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)。

AirScan平臺在考核站周邊實(shí)現(xiàn)365×24小時(shí)在線實(shí)時(shí)動態(tài)掃描，快速準(zhǔn)確地抓取污染點(diǎn)位信息并記錄為污染事件，結(jié)合氣象信息和設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)生成的顆粒物污染雷達(dá)圖、地圖定位信息和掃描目標(biāo)范圍內(nèi)的當(dāng)?shù)卦辞鍐?，?zhǔn)確地判定污染的排放來源、類型、濃度和位置信息，以做到事前預(yù)警和及時(shí)管控。

2.污染源對考核站貢獻(xiàn)分析

以河北省辛集市為例，2018年11月17日23時(shí)至24時(shí)期間，市內(nèi)某兩個(gè)考核站出現(xiàn)一次污染事件：PM10數(shù)據(jù)從68μg/m3迅速升至82μg/m3，且與市內(nèi)其他考核站呈現(xiàn)相反的變化趨勢。同一時(shí)間段從AirScan平臺監(jiān)測到，在該空氣監(jiān)測站西向附近有一明顯帶狀污染。當(dāng)時(shí)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)0.5m/s～2m/s，污染對于這兩個(gè)空氣監(jiān)測站處于上風(fēng)向，因此，對該考核站造成的影響程度為強(qiáng)。再結(jié)合泛測環(huán)境空氣監(jiān)測微站的數(shù)據(jù)以及當(dāng)?shù)氐脑辞鍐蔚刃畔ⅲ袛啻舜挝廴緸楣I(yè)排放，對該考核站造成嚴(yán)重影響，使其顆粒物數(shù)值顯著升高。

在污染事件發(fā)生時(shí)，大氣顆粒物層析儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合氣象站提供的局部風(fēng)向風(fēng)力等擴(kuò)散條件，可預(yù)測該污染事件對考核站的影響及其后果，進(jìn)行事前預(yù)報(bào);與此同時(shí)，可根據(jù)目標(biāo)范圍內(nèi)空氣監(jiān)測微站的數(shù)據(jù)對該預(yù)測進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)行事后分析。為當(dāng)?shù)乇O(jiān)管部門對考核站數(shù)據(jù)影響分析提供數(shù)據(jù)支撐。

3.重點(diǎn)污染區(qū)域監(jiān)管

由于城市污染源類型多樣、基數(shù)眾多，大氣顆粒物層析儀基于面狀掃描，365×24小時(shí)工作，15分鐘完成一次掃描，掃描半徑可長達(dá)7km，對重點(diǎn)污染區(qū)域面源無死角實(shí)時(shí)監(jiān)測，讓排污行為、環(huán)保措施不到位等行為無處遁形。

以天津市開發(fā)區(qū)為例，2018年11月05日至11月11日，開發(fā)區(qū)的大氣顆粒物層析儀經(jīng)過一周掃描統(tǒng)計(jì)污染熱點(diǎn)分析，該區(qū)域內(nèi)主要為交通運(yùn)輸污染源和化工排放源：河道交通源主要集中在海河河道海門大橋至海河隧道段，傍晚和清晨時(shí)分集中出現(xiàn);道路交通源集中在津沽一線、迎賓大道以及天津大道。設(shè)備正西向是天津大沽化工廠及天津樂金渤海化學(xué)廠區(qū)域，該區(qū)域的污染貢獻(xiàn)最為嚴(yán)重。此外，由于當(dāng)時(shí)正處于焚紙祭祖風(fēng)俗時(shí)期，在傍晚21時(shí)、22時(shí)左右，區(qū)民聚集區(qū)發(fā)現(xiàn)成塊污染。

4.組網(wǎng)全區(qū)域監(jiān)管

由于大氣顆粒物層析儀具低維護(hù)、響應(yīng)快、穩(wěn)定性強(qiáng)、高性價(jià)比等特點(diǎn)，可在目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行組網(wǎng)監(jiān)測，構(gòu)建全區(qū)域、無死角、動態(tài)化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)第一時(shí)間掌握全區(qū)域顆粒物污染狀況，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的污染生成及區(qū)域污染傳輸，為環(huán)境污染應(yīng)急工作及監(jiān)管防控提供精準(zhǔn)依據(jù)。

AirScan平臺以光強(qiáng)、消光系數(shù)以及污染熱點(diǎn)三種形式展現(xiàn)顆粒物污染狀況，通過在線實(shí)時(shí)掃描能直觀地解析污染源狀況與污染過程，從時(shí)間上捕獲污染事件發(fā)生—擴(kuò)散—影響全過程，從空間上定位區(qū)域污染事件地點(diǎn)和類型，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)污染熱點(diǎn)精準(zhǔn)溯源，從而促進(jìn)快速聯(lián)動執(zhí)法，有效降低污染源對考核站的影響。

新型大氣激光遙感技術(shù)與半導(dǎo)體激光器、圖像傳感器技術(shù)的融合

脈沖式激光雷達(dá)作為城市大氣污染監(jiān)測的科技手段之一，由點(diǎn)及面的監(jiān)測模式，大大縮小了監(jiān)測盲區(qū)，為掌握區(qū)域大氣污染分布和傳輸、污染來源和變化趨勢，提供了有力支撐。同時(shí)，一方面因其光學(xué)技術(shù)精密，造成其系統(tǒng)設(shè)計(jì)高成本、運(yùn)維服務(wù)難度大;另一方面系統(tǒng)監(jiān)測周期長，它按次和特定時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測的特點(diǎn)等等，限制了其在大氣環(huán)境探測領(lǐng)域的大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

大氣顆粒物層析儀結(jié)合先進(jìn)的激光器技術(shù)和圖像傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大氣后向散射信號的距離分辨探測、從近距離到遠(yuǎn)距離的大氣后向散射信號的清晰成像和探測，而這是常規(guī)脈沖式激光雷達(dá)大口徑成像系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的。

和傳統(tǒng)激光雷達(dá)相比，大氣顆粒物層析儀具有365×24小時(shí)無人值守、360度掃描一周最快只需要15分鐘和超高近距離分辨率等技術(shù)優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)脈沖式激光雷達(dá)技術(shù)由于需要使用高性能納秒量級脈沖光源而導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本居高不下、維護(hù)成本高等難題。

目前，AirScan平臺已經(jīng)在天津和河北省城市大氣污染掃描中部署應(yīng)用，以問題為導(dǎo)向多次在考核站周邊污染熱點(diǎn)預(yù)警、數(shù)據(jù)升高的貢獻(xiàn)分析中展現(xiàn)其亮麗的精湛技術(shù)，在秋冬季的大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)中有效助力生態(tài)環(huán)境監(jiān)管部門第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染問題，從而減少因存在盲區(qū)以及發(fā)生污染后不能及時(shí)預(yù)警所產(chǎn)生的一系列污染連鎖反應(yīng)。

技術(shù)改變環(huán)境，環(huán)境改變生活。泛測環(huán)境在空氣質(zhì)量精細(xì)化管理理念下，以實(shí)際改變污染環(huán)境為己任，繼續(xù)努力、不斷創(chuàng)新，用技術(shù)和產(chǎn)品回饋用戶，為建設(shè)美麗、智慧城市做出自己的貢獻(xiàn)。

原標(biāo)題:激光遙感新利器 大氣監(jiān)測添助力