生態(tài)環(huán)境監(jiān)測服務(wù)走向智能化

環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)訊:中國環(huán)境報：臭氧逐漸上升為僅次于PM2.5的影響優(yōu)良天數(shù)的重要因素，今年夏季，在新冠肺炎疫情防控常態(tài)化形勢下，生態(tài)環(huán)境部門開展臭氧污染防治監(jiān)督幫扶攻堅行動，越來越倚重新一代信息化技術(shù)的參與。在臭氧監(jiān)測領(lǐng)域，有哪些高新技術(shù)手段出現(xiàn)？

孫越：臭氧污染防治工作的艱巨性和復雜性，亟需監(jiān)測科技力量的支持。

臭氧污染具有明顯的復合型，其成因非常復雜，涉及氮氧化物（NOx）和揮發(fā)性有機物（VOCs）的排放，還與氣象條件、地理環(huán)境，比如氣溫、光照、濕度、氣壓、風速、風向都有關(guān)系。

因此，我們不僅要監(jiān)測臭氧的濃度，更要研究它的生成機理，測出導致臭氧污染的各個因素的貢獻率。以此為出發(fā)點，我們設(shè)計了一系列參與臭氧生成光化學反應(yīng)的常規(guī)污染物、特征污染物監(jiān)測指標，這些監(jiān)測不僅指向區(qū)域，甚至能鎖定污染行業(yè)、企業(yè)、工藝。

目前大家可以看到的臭氧污染監(jiān)測，除固定站外，已經(jīng)增加了大氣環(huán)境走航監(jiān)測車。大部分走航車功能還比較簡單，僅僅是監(jiān)測VOCs，主要作用是定位 VOCs超標的點位，從而識別來源。

在此基礎(chǔ)上，聚光科技提出了協(xié)同走航監(jiān)測的概念，也就是同時監(jiān)測 VOCs、NOx、臭氧以及PM2.5。一臺走航車協(xié)同監(jiān)測的優(yōu)勢在于不僅能獲知VOCs濃度，而且通過模型演繹，計算和預測各類污染源對整個地區(qū)臭氧污染的貢獻，全面、精準、實時、定性、定量地診斷區(qū)域污染狀況。有效改善了過去雖然監(jiān)測到單一污染物的濃度，但還是無法判斷污染源究竟是誰，以及它與片區(qū)臭氧濃度究竟關(guān)聯(lián)性有多大的被動局面。

我們試圖通過這樣的監(jiān)測和模型計算，對一個地區(qū)的臭氧污染成因精準畫像，什么時間生成，哪個時段濃度最高，哪些因子較活躍，是哪些行業(yè)導致的……當然，一個城市的臭氧不僅僅來自于本地，還有外源輸入。對此，我們也有一個監(jiān)測指標——PAN。PAN（CH3C（O）OONO2，過氧乙酰硝酸酯）是由大氣中部分VOCs和NOx進行光化學反應(yīng)而生成的，是一種重要的二次污染物，聚光科技PANs在線監(jiān)測系統(tǒng)就是針對它。通過這一監(jiān)測，能迅速分析出臭氧污染是外源輸入還是本地源造成的。

這些圍繞VOCs的監(jiān)測，除了因為它通過光照與NOx發(fā)生反應(yīng)后生產(chǎn)臭氧，也源于它與空氣中的氧化劑、硝酸等發(fā)生氧化、吸附、凝結(jié)反應(yīng)會生成二次有機顆粒物，也就是我們熟知的PM2.5。監(jiān)測分析VOCs就把臭氧防治和PM2.5防治兩項任務(wù)協(xié)同起來了，也就是既要扭轉(zhuǎn)臭氧污染升高態(tài)勢，還要保持PM2.5污染持續(xù)下降。

我們的走航車同時開展VOCs+大氣常規(guī)六參數(shù)（O3、NO2、SO2、CO、PM2.5、PM10）監(jiān)測工作，再通過搭載的空氣質(zhì)量模型，分析本地生成和外部傳輸臭氧前體物與臭氧的占比，獲得各地區(qū)各類污染源排放對受體點環(huán)境臭氧濃度的貢獻。當?shù)玫江h(huán)境中臭氧濃度與其生成前體物排放之間的定量關(guān)系后，還可以以此為依據(jù)開展減排效果評估。

這些復雜的源解析模型和擴散模型、預警模型都需要人工智能（AI）不斷優(yōu)化，讓一臺車至少解決五六個方面的問題，大大降低了監(jiān)測成本。比如除了前面講的，PM10我們怎么辦？在走航車底部就有這樣的裝置，針對建筑工地或者城市道路的道路積塵負荷，都可以做到實時監(jiān)測。

除了降低成本，還要提升工作效率?，F(xiàn)在的大氣走航監(jiān)測車采用飛行時間質(zhì)譜儀，實現(xiàn)秒級出數(shù)，便于快速摸清污染底數(shù)。同時與搭載的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS分析儀）相結(jié)合，輸出VOCs特征因子污染全域圖，全面摸排、定性定量診斷污染情況。

另外，5G技術(shù)的應(yīng)用也使走航車對污染源的定位日臻精準，已經(jīng)達到厘米級，如果是4G的話，也就只能精確到10米級。這意味著，溯源對于我們來說不僅限于一個地區(qū)、一家企業(yè)，而是可以找到某個車間。盡管有些車間和生產(chǎn)工藝是連續(xù)性的，但我們在工藝段之間的走航能夠非常準確地找到無組織排放點到底是在哪個位置。伴隨著快速定位，我們還能夠進行遠程的可視化管控，也就是在走航過程中增加了攝像頭，攝像頭抓拍到的無組織排放違法行為，包括視頻、圖像，都通過5G網(wǎng)絡(luò)瞬時傳輸?shù)奖O(jiān)察人員手中。

無論利用空氣質(zhì)量模型對臭氧源解析和敏感性進行分析，對臭氧污染過程進行模擬，還是精準溯源、實時可視化監(jiān)管，都是目前5G+ AI與環(huán)境監(jiān)測深度耦合，助力我們數(shù)字化轉(zhuǎn)型的例子。

中國環(huán)境報：關(guān)于生態(tài)環(huán)境部提出的構(gòu)建全流域生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測一張網(wǎng)，您怎么理解？作為環(huán)境監(jiān)測行業(yè)的龍頭企業(yè)，又會在水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域有何布局？

孫越：按照全流域、全要素的要求系統(tǒng)治理水環(huán)境，是當前的新方向。一條河是統(tǒng)一的自然生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)修復必須遵循自然規(guī)律，統(tǒng)籌兼顧各種要素、協(xié)調(diào)各方關(guān)系，把局部問題放在整個生態(tài)系統(tǒng)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(huán)境治理既有其顯著性，又有其復雜性。

一條河流途經(jīng)不同行政轄區(qū)，原本具有整體性、關(guān)聯(lián)性特征的流域自然空間被行政區(qū)單元所分割管理，流域內(nèi)各類資源、各個因素相互影響、相互促進、相互約束，共同構(gòu)成統(tǒng)一的動態(tài)平衡系統(tǒng)，因此涉水事務(wù)非常多，管理部門業(yè)務(wù)上相互交叉。

把“系統(tǒng)治理”“協(xié)同治理”作為方向指南，對流域治理來說既是挑戰(zhàn)也是機遇。我們以此提出 “源、網(wǎng)、岸、排、河”五方面監(jiān)測，分別對應(yīng)污染源、排水管網(wǎng)、近水岸線、入河排污口和河道水質(zhì)。

污染源不僅有工業(yè)源，污水處理廠也可以當成點源，還有農(nóng)業(yè)面源，都要監(jiān)測。以改善水環(huán)境、恢復水生態(tài)治理為主的系統(tǒng)性治理將逐步成為未來市場的發(fā)展趨勢。

排水管網(wǎng)不僅要監(jiān)測污水管網(wǎng)，還有雨水管網(wǎng)，也可能出現(xiàn)超標。

管網(wǎng)的終端就是排口。生態(tài)環(huán)境部開展長江入河排污口排查整治專項行動時就提出，往長江里排污的到底有多少排污口，在哪里排，誰在排，排什么，排多少等一系列問題。如何把入河排污口這個最重要的基礎(chǔ)性底數(shù)摸清楚，也是對監(jiān)測行業(yè)的一場大考。首先，這個數(shù)量是非常龐大的。以去年生態(tài)環(huán)境部完成的長江流域2.4萬公里岸線及沿岸2公里區(qū)域的入河排污口排查為例，排查出長江入河排污口6萬多個。這是我們目前掌握的數(shù)字，具體到每一個排污口 如何監(jiān)測則涉及更復雜、更多樣的情況。比如，許多污染排放不是連續(xù)性的，如果是抽查，很難監(jiān)測到超標現(xiàn)象。

所以說，水里的問題，根源在岸上，對長江沿岸的重點工業(yè)企業(yè)，我們也要全部納入日常監(jiān)測，進行全過程跟蹤，實現(xiàn)長江沿岸區(qū)域污染源情況明、底數(shù)清。

我們發(fā)現(xiàn)，河流、湖泊岸線范圍不明，功能界定不清，部分河段岸線開發(fā)不合理，也會嚴重破壞河流生態(tài)環(huán)境。比如用河道兩側(cè)

兩公里保護范圍的這把“綠色標尺”去衡量，涉及到的監(jiān)測對象包括沿河化工企業(yè)的排污，建筑垃圾生活垃圾等固體廢物堆存產(chǎn)生的滲濾液廢水。

岸線的管控也是非常重要，最終回歸到水體本身。除了水質(zhì)監(jiān)測，還有很多外延，比如非法采砂、非法養(yǎng)殖、非法捕撈、非法傾倒廢棄物等。試想如果長江沿岸密集安裝攝像頭， 那么海量的監(jiān)控錄像由誰來甄別鑒定？

查看監(jiān)控視頻是工作量巨大且效率低下的事情，靠人力幾乎難以解決。如何真正節(jié)約人力和成本，提高效率和正確率？

這就要依靠視覺AI技術(shù)。對人類而言，70%~80%的信息獲取來自視覺，但人類長期觀看監(jiān)視錄像易喪失注意力和辨別力。而我們希望讓計算機具備“從識人知物到辨識萬物”的能力，幫助我們在環(huán)境監(jiān)管中，提升處理信息的效率。

真正的視頻監(jiān)測可以區(qū)分人體形態(tài)，車輛、船只或選定物體與所有其他物體的一般移動和變化，從而進行抓取、分析、預警。隨著以改善水環(huán)境、恢復水生態(tài)治理為主的系統(tǒng)性治理將逐步成為未來市場的發(fā)展趨勢，我們要監(jiān)測的對象可以是藍藻的覆蓋面積、生長速度、擴散情況，還有水生生物的多樣性情況，外來物種對生態(tài)平衡的破壞，甚至結(jié)合電子顯微鏡監(jiān)測微生物種類、菌群數(shù)量。

AI技術(shù)適用于生物識別場景的預演已經(jīng)在進行中，推動環(huán)境遠程監(jiān)測、在線監(jiān)測是繼高清化和網(wǎng)絡(luò)化之后的第三次技術(shù)變革。從“看得見”到“看得清”再到現(xiàn)在的“看得懂”，在未來必將有更多的AI算法、AI芯片、AI產(chǎn)品被應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測行業(yè)，比如對岸上、水里的不同種類動物，從顏色、形態(tài)、運動軌跡、三維位置及尺寸信息來差異化判別它們。

中國環(huán)境報：《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測條例》正在加速出臺，此舉將大大推進生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的法治化進程。對于公開征求意見的《條例（草案）》，您怎么理解？從中可以看出哪些環(huán)境監(jiān)測行業(yè)未來發(fā)展的一個方向和可以突破、拓展的空間？

孫越：生態(tài)環(huán)境監(jiān)測是生態(tài)環(huán)境保護的基礎(chǔ)，但過去這項工作的法律支撐不太完善。比如關(guān)于監(jiān)測數(shù)據(jù)的法律效力，《條例（草案）》首次明確，通過自動監(jiān)測設(shè)備、設(shè)施獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以作為環(huán)境監(jiān)督管理和行政執(zhí)法的依據(jù)，是一個轉(zhuǎn)折性的變化。通過《條例》的制訂，進一步確立了各級生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的法律地位和作用，保護各級各類生態(tài)環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)的權(quán)利和義務(wù)，同時也進一步強化各界生態(tài)環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)的法律責任。

通過《條例（草案）》，我們欣喜地看到，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的定義擴展到了六大內(nèi)涵，包括對環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)狀況和污染物排放及其變化趨勢的采樣觀測、調(diào)查普查、遙感解譯、分析測試、評價評估、預測預報等活動。過去無論是在線分析還是實驗室分析，我們的監(jiān)測機構(gòu)還局限在理化分析層面，也就是對各類污染物排放活動的監(jiān)測，而今后，環(huán)境監(jiān)測的范疇將大幅度拓寬。

除了六大內(nèi)涵，我們還看到了九大外延，也就是對森林、草原、濕地、荒漠、河湖、海洋、農(nóng)田、城市和鄉(xiāng)村等生態(tài)狀況的監(jiān)測，包括對大氣、地表水、地下水、海水、土壤、聲、光、熱、生物、振動、輻射、溫室氣體等環(huán)境要素質(zhì)量的監(jiān)測。顯而易見，未來生態(tài)環(huán)境監(jiān)測高新技術(shù)、先進裝備的研究、開發(fā)應(yīng)用和推廣，新型污染物、應(yīng)對新興環(huán)境問題和履行國際環(huán)境公約涉及污染物的研究性監(jiān)測將有更多突破和發(fā)展。

環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，監(jiān)測對象和適用范圍的不斷豐富，將推動物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)在監(jiān)測檢測業(yè)務(wù)中的應(yīng)用，一批生態(tài)環(huán)境監(jiān)測創(chuàng)新示范基地有望建立，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的監(jiān)測技術(shù)裝備研發(fā)和應(yīng)用轉(zhuǎn)化全面加速，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測自動化、智能化、信息化能力不斷提升，為創(chuàng)新驅(qū)動環(huán)境監(jiān)測產(chǎn)品的不斷升級與推陳出新助力。同時我們的研發(fā)投入也在持續(xù)加大，例如在環(huán)境與健康領(lǐng)域，我們已經(jīng)對環(huán)境病理性、毒理性監(jiān)測分析有所布局。