一團(tuán)不明污染物從天空飄來，通過激光雷達(dá)甚至高光譜等科技應(yīng)用，就能在屏幕中清晰展現(xiàn)它的污染成分乃至動(dòng)態(tài)漂移變化。未來，科技的力量將助力環(huán)保部門，真正實(shí)現(xiàn)從“人防”到“技防”的轉(zhuǎn)變。
2月27日，禪城區(qū)成立環(huán)境立體監(jiān)控中心，這是全省首個(gè)利用無人機(jī)和激光雷達(dá)等技術(shù)對區(qū)域環(huán)境進(jìn)行“水陸空”立體監(jiān)控的中心。禪城區(qū)環(huán)保局通過探索以購買數(shù)據(jù)服務(wù)的方式，鏈接各方科技力量，綜合監(jiān)測區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，為政府決策提供依據(jù)。未來，這些數(shù)據(jù)還將“上云”，為環(huán)境綜合管理和環(huán)保問題快速解決提供“云大腦”支持。
“得益于無人機(jī)在環(huán)保領(lǐng)域的不斷探索和實(shí)踐，一個(gè)集信息感知、數(shù)據(jù)處理和綜合管理于一體的無人機(jī)應(yīng)用體系已形成。”禪城區(qū)環(huán)保局局長蒙海濤說。
力推“黑科技”應(yīng)用，促進(jìn)數(shù)據(jù)“上云”打造大數(shù)據(jù)的“云大腦”……一系列舉措表明，禪城的環(huán)保工作正突破傳統(tǒng)路徑，以全新的“云思維”注入環(huán)保事業(yè)中。
●南方日報(bào)記者 李曉莉
1“黑科技”云集 開辟污染防治新思路
春節(jié)前后，搭載了傳感器的無人機(jī)多次在禪城區(qū)上空盤旋“試飛”，為正式“上崗”作準(zhǔn)備。禪城區(qū)環(huán)境立體監(jiān)控中心成立后，接下來，這架數(shù)研航遙的環(huán)保專業(yè)無人機(jī)將在工地、企業(yè)、村級工業(yè)園、船舶四個(gè)領(lǐng)域的上空作業(yè)，精準(zhǔn)把握大氣環(huán)境綜合情況。
“無人機(jī)是載體，環(huán)保監(jiān)測可由無人機(jī)上搭載的各種環(huán)保監(jiān)測設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。”禪城區(qū)環(huán)境立體監(jiān)控中心的合作方、廣東北大數(shù)研航空遙感科技有限公司總經(jīng)理張寶華介紹，在環(huán)保領(lǐng)域，無人機(jī)有很多在地面監(jiān)測無法體現(xiàn)的優(yōu)勢，例如通過飛行到人力監(jiān)控死角，立體監(jiān)測污染源；同時(shí)繪制大氣污染區(qū)域動(dòng)態(tài)分布圖，分析污染物變化；最終串聯(lián)各個(gè)空氣監(jiān)測點(diǎn)擴(kuò)大監(jiān)控范圍，反映污染源對周邊的影響。
無人機(jī)的應(yīng)用僅僅是該中心監(jiān)測空氣污染的其中一個(gè)“利器”。事實(shí)上，該中心分為三個(gè)部分，分別為無人機(jī)空中環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、移動(dòng)式空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、激光雷達(dá)可視化監(jiān)控系統(tǒng)，三個(gè)部分將綜合應(yīng)用傳感器、視頻監(jiān)控、衛(wèi)星遙感、紅外探測、射頻識別等裝置與技術(shù)，構(gòu)建全方面、全時(shí)段、全覆蓋的“地—空”一體化監(jiān)控系統(tǒng)，科學(xué)問診大氣污染成因，找準(zhǔn)治理方向，增強(qiáng)污染預(yù)警和防控能力，提升禪城區(qū)的環(huán)境監(jiān)管水平。
“我們沒有無人機(jī)和飛手，政府耗巨資購買無人機(jī)和聘請飛手這種做法也不現(xiàn)實(shí)，所以我們與環(huán)�？萍夹袠I(yè)內(nèi)的佼佼者們合作，融合其他城市的經(jīng)驗(yàn)做法，探索一套符合禪城環(huán)保工作實(shí)際的監(jiān)控體系。”禪城區(qū)環(huán)保局總工程師何錦英說。
嫁接社會的科技力量，創(chuàng)新禪城區(qū)環(huán)保監(jiān)控體系成為工作抓手，禪城區(qū)環(huán)保局利用“黑科技”，開辟了污染防治的新思路。以往環(huán)保部門因人力不足、物力不足而無法對轄區(qū)內(nèi)污染源實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)管的壓力將得以緩解。
“環(huán)境立體監(jiān)控中心志在創(chuàng)新環(huán)境監(jiān)測防控手段，以監(jiān)控防治立體化、智能化補(bǔ)充傳統(tǒng)‘人防’監(jiān)測監(jiān)管的不足。”蒙海濤說。
利用科技防控，以往人力防控很難覆蓋的“死角”將暴露在無人機(jī)的“鷹眼”之下。例如針對工地?fù)P塵的監(jiān)控，以往環(huán)保工作者只能攜帶相關(guān)設(shè)備，在工地范圍附近開展人工監(jiān)測，如今利用無人機(jī)監(jiān)測工地附近的大氣質(zhì)量，可對不同樓層不同高度的大氣進(jìn)行全方位精準(zhǔn)監(jiān)測。“部分住宅小區(qū)在裝修時(shí)可能產(chǎn)生揮發(fā)性氣體和顆粒物，這些氣體的成分和濃度均可被實(shí)時(shí)監(jiān)測。”何錦英表示。
2 數(shù)據(jù)“上云” 提升環(huán)保治理能力
一個(gè)垃圾桶被點(diǎn)燃，一架白色無人機(jī)立刻升空，在煙霧之上盤旋，該范圍大氣中的二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、PM10、PM2.5等數(shù)據(jù)立馬顯示在禪城區(qū)環(huán)保部門工作人員的電腦屏幕上……在豐收街北大數(shù)研航遙園區(qū)，通過飛手的演示，環(huán)保工作人員能以“秒速”獲知特定區(qū)域的大氣環(huán)境狀況。
“我們將充分利用無人機(jī)監(jiān)測資料，根據(jù)污染現(xiàn)狀分類施策，開展針對性污染整治工作及監(jiān)測督察行動(dòng)，同時(shí)與地面執(zhí)法相結(jié)合，大力查處相關(guān)違法行為。”禪城區(qū)環(huán)保局有關(guān)負(fù)責(zé)人說。
技術(shù)利用是“皮膚”，數(shù)據(jù)應(yīng)用是“肌理”，利用眾多“黑科技”對區(qū)域環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控的目的，是獲得動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以圖表等方式直觀呈現(xiàn)區(qū)域環(huán)境的現(xiàn)狀，并最終為政府決策思考提供參考。
而目前禪城區(qū)環(huán)境立體監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)綜合“大腦”正在生成中。
“利用技術(shù)手段把數(shù)據(jù)采集回來后，怎么立體呈現(xiàn)大氣實(shí)時(shí)狀況，未來將通過大數(shù)據(jù)中心來實(shí)現(xiàn)這一功能。”張寶華表示，禪城區(qū)環(huán)境立體監(jiān)控中心將以大數(shù)據(jù)中心打造環(huán)境監(jiān)控的“云大腦”，把各種技術(shù)綜合利用后得出的數(shù)據(jù)，圖像化、整體化綜合呈現(xiàn)出來，并對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行功能化、模塊化管理，從而達(dá)到對環(huán)境實(shí)現(xiàn)立體監(jiān)控的目標(biāo)。
“我們準(zhǔn)備分幾步走，第一步首先著力利用無人機(jī)、激光雷達(dá)等立體監(jiān)測大氣，系統(tǒng)收集大氣相關(guān)數(shù)據(jù)。第二步，我們將著重考慮數(shù)據(jù)融合的問題。第三步，中心將加緊建設(shè)立體監(jiān)控的省級標(biāo)準(zhǔn)。”何錦英介紹道。
目前，中心與北大數(shù)研等三個(gè)技術(shù)公司合作，嫁接科技資源，但這些數(shù)據(jù)目前仍是分散的狀態(tài)。“這些收集來的數(shù)據(jù)未來怎樣才能更好地為我所用，來指導(dǎo)環(huán)境管理，甚至形成決策的依據(jù)，幫助禪城打好污染防控的攻堅(jiān)戰(zhàn)？接下來，做好各方數(shù)據(jù)的融合是關(guān)鍵。”她表示，目前環(huán)保部門正與禪城區(qū)社會綜合治理云平臺商議，準(zhǔn)備開啟數(shù)據(jù)“上云”行動(dòng)，為更好地解決環(huán)保問題“鋪路”。
3 光“指紋”捕捉污染團(tuán) 環(huán)境監(jiān)控更精準(zhǔn)
向大氣射出一束激光，便可監(jiān)測到空氣中顆粒物立體分布情況，還能“看”到目前地面設(shè)備無法監(jiān)測到的細(xì)小顆粒物，動(dòng)態(tài)反映大氣污染的來源、過程及特征變化；而利用不同物體呈現(xiàn)不同的光“指紋”這一特點(diǎn)，未來環(huán)保監(jiān)測還可運(yùn)用高光譜技術(shù)，快速識別污染物團(tuán)，并能立馬掌握污染源經(jīng)風(fēng)向傳播的“旅行圖”……
往高科技方向發(fā)展是環(huán)保治理工作的趨勢之一，在眾多“黑科技”加身后，環(huán)保監(jiān)控的“招式”將愈發(fā)新奇。目前，禪城區(qū)探索利用“黑科技”提升環(huán)保監(jiān)控能力僅僅是踏出了第一步，未來將有更多“黑科技”加盟，與環(huán)保部門共同努力，實(shí)現(xiàn)市民的環(huán)保夢。
張寶華介紹，未來無人機(jī)空中環(huán)境監(jiān)控將進(jìn)行更深層次的優(yōu)化，如從現(xiàn)有的高清圖像采集模式優(yōu)化到激光雷達(dá)、高光譜等技術(shù)；從現(xiàn)有的飛行檢測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，生成報(bào)表技術(shù)進(jìn)化到系統(tǒng)功能深度化、綜合化。未來還可能研發(fā)手機(jī)客戶端，讓環(huán)境保護(hù)局相關(guān)人員只要點(diǎn)開手機(jī)，就能實(shí)時(shí)看到環(huán)境大氣情況。
其中，高光譜在環(huán)保方面的技術(shù)應(yīng)用，將使環(huán)境監(jiān)控更精準(zhǔn)有效。
“任何物體都有光的發(fā)射，每一個(gè)物體發(fā)出來的光譜都不同，這跟人的指紋一樣具有獨(dú)特性，我們可以捕捉到物體的光譜，根據(jù)光譜的特性識別物體的種類。”廣東北大數(shù)研航空遙感科技有限公司市場研發(fā)部總監(jiān)朱治國表示，以往環(huán)保監(jiān)控的難點(diǎn)是，固定監(jiān)測站監(jiān)測到了一個(gè)污染團(tuán)，但往往難以快速識別污染團(tuán)的成分，也難以獲知污染團(tuán)的來源。企業(yè)排放出來的污染物，人的肉眼看不到，利用高光譜則能“看到”。
“利用高光譜技術(shù)，不僅可以快速識別污染物，還可呈現(xiàn)污染團(tuán)的成分、濃度等，甚至連它的移動(dòng)路線也能清晰掌握。”他說，未來利用高光譜技術(shù)，污染物從哪里產(chǎn)生，在不同層次的高度、移動(dòng)路線，通過風(fēng)向如何傳播，均能被環(huán)保工作人員及時(shí)掌握。
針對水面排污，以往從圖像看來，環(huán)保工作者能看到不同顏色，而事實(shí)上很多從企業(yè)排出來的污染物是無色的，但無色并不代表無污染。“用傳感器無法監(jiān)測出水中污染物，高光譜則可以。”他分析道，環(huán)保工作人員利用高光譜根據(jù)水中不同元素波段的變化，可判斷出水里含有哪些有害物質(zhì)。
據(jù)介紹，除了高光譜，未來監(jiān)測高層的污染還可以利用衛(wèi)星遙感等技術(shù)。這一種空間技術(shù)的應(yīng)用，將為環(huán)保監(jiān)控打開全新視野。
細(xì)數(shù)禪城環(huán)保“黑科技”
氣體監(jiān)測無人機(jī)：設(shè)定航線可自主“巡邏”
目前在禪城“上崗”的環(huán)保專業(yè)無人機(jī)，事實(shí)上是北大數(shù)研研發(fā)的氣體監(jiān)測無人機(jī)，它是智慧環(huán)保應(yīng)用的實(shí)例，其搭載了多枚高精度氣體傳感器，可對大氣中多種氣體數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測精度可達(dá)到亞PPB級別。
在具體應(yīng)用上，環(huán)保工作人員只需在操控盤的屏幕上劃出具體監(jiān)測區(qū)域，規(guī)劃好航線，該無人機(jī)可脫離人手操控，按照規(guī)劃好的航線自主“巡邏”。如果在途中遇到高層障礙物怎么辦？北大數(shù)研在設(shè)計(jì)之始，就已對用于環(huán)保監(jiān)測的無人機(jī)進(jìn)行了改良設(shè)計(jì)，在“工作”過程中遇到各種建筑，它都可主動(dòng)“避障”。
據(jù)悉，該無人機(jī)可在1平方公立的范圍內(nèi)，續(xù)航20分鐘，目前已經(jīng)有兩架氣體監(jiān)測無人機(jī)正式“上崗”，為環(huán)保監(jiān)測工作服務(wù)。如果發(fā)現(xiàn)排污企業(yè)，氣體監(jiān)測無人機(jī)還可立馬找到污染源在哪里，分辨出企業(yè)排放了哪些污染物，并留下視頻和圖像證據(jù)，為環(huán)保執(zhí)法提供依據(jù)。
激光雷達(dá)：可預(yù)估出污染氣團(tuán)到達(dá)時(shí)間
顆粒物激光雷達(dá)掃描是一種新式可視化的空氣質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)，通過一束射向大氣的激光，系統(tǒng)可監(jiān)測到空氣中顆粒物立體分布情況。該技術(shù)不僅能監(jiān)測到目前地面設(shè)備無法監(jiān)測到的細(xì)小顆粒物，而且能動(dòng)態(tài)反映大氣污染的來源、過程及特征變化；同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)可通過細(xì)顆粒物的形狀及消光大小來判斷污染氣團(tuán)形成的成分，判斷是細(xì)顆粒物還是沙塵。
這些數(shù)據(jù)能夠判斷出污染的源頭，并分辨出究竟是局地污染、外來輸送污染還是高空沉降污染，甚至對污染氣團(tuán)到達(dá)時(shí)間、停留時(shí)間都能作出精準(zhǔn)的預(yù)估和監(jiān)測。
高光譜探測：“火眼金睛”識別污染物
人們?nèi)粘Ｉ钪兴姷墓�，是由多種顏色構(gòu)成的復(fù)色光，通過棱鏡等分光后顯現(xiàn)的是單色光。這些單色光按波長（或頻率）大小依次排列形成的圖案，就是光譜。
地球上不同的元素及其化合物都有自己獨(dú)特的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質(zhì)的“指紋”。如果說肉眼光學(xué)成像能看到物質(zhì)的形狀、尺寸等信息，光譜分析則能獲取物質(zhì)的成分信息。要獲取更豐富、精細(xì)的物質(zhì)成分信息，除了提升分光系統(tǒng)性能外，還可以改進(jìn)分光方法、呈現(xiàn)方式等——高光譜遙感探測就是這樣一種思路。
高光譜探測范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人類肉眼的感知范圍，能夠探測人眼無法看到的大量信息。在環(huán)保監(jiān)控上，未來利用高光譜技術(shù)，污染物從哪里產(chǎn)生，在不同層次的高度、移動(dòng)路線，通過風(fēng)向如何傳播等信息，均能被環(huán)保工作人員及時(shí)掌握。
針對水面排污，環(huán)保工作人員可利用高光譜，根據(jù)水中不同元素波段的變化，判斷出水里含有哪些有害物質(zhì)。
■他山之石
環(huán)境保護(hù)的云端暢想
未來還可實(shí)現(xiàn)
哪些“不可能”？
科技的嫁接，讓環(huán)境保護(hù)這件事變得更精準(zhǔn)有效，也更有趣。除了高光譜、衛(wèi)星遙感等，環(huán)保領(lǐng)域還有哪些“黑科技”，可在將來把原來不可能的事情實(shí)現(xiàn)？
記者最近采訪了一家科技公司，了解到基于人工智能技術(shù)打造的“環(huán)保云”，不僅可實(shí)現(xiàn)大氣污染的精準(zhǔn)預(yù)測，還能在環(huán)保管理上發(fā)力，助力環(huán)保決策層的工作效率提升。
利用人工智能預(yù)測大氣污染情況
天氣預(yù)報(bào)是人類用以預(yù)測天氣的工具，未來人們除了可預(yù)測天氣外，還可預(yù)測大氣污染情況。這些都可通過數(shù)據(jù)的沉淀、機(jī)器的深度學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)。
這是廣東奧博信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司（下稱“奧博信息”）打造的“環(huán)保云”可實(shí)現(xiàn)的功能之一。
“目前各級環(huán)保部門都沉淀著大量的環(huán)保數(shù)據(jù)，但很多數(shù)據(jù)并沒有充分利用，如果把收集到的海量數(shù)據(jù)加以利用，可解決很多實(shí)際的環(huán)保問題。”奧博信息環(huán)保部負(fù)責(zé)人姚沛介紹道，利用人工智能技術(shù)、深度機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可把環(huán)保部門、環(huán)保企業(yè)積累的數(shù)據(jù)應(yīng)用起來，預(yù)測空氣污染情況，從而解決空氣污染問題。
據(jù)介紹，空氣監(jiān)測站利用各種技術(shù)收集到的數(shù)據(jù)，與天氣、風(fēng)向、濕度、溫度等很多氣象條件有關(guān)系，通過機(jī)器學(xué)習(xí)的模型，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，可找出氣象條件、事實(shí)排放情況，以及污染之間的關(guān)系，從而找出污染的規(guī)律。
“氣象是可以預(yù)測的，當(dāng)出現(xiàn)同等天氣條件，同等的污染排放的情況下，機(jī)器學(xué)習(xí)可以預(yù)測三到五天內(nèi)的污染情況。”姚沛說，目前此項(xiàng)技術(shù)通過小網(wǎng)格的精準(zhǔn)監(jiān)測設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，對200米范圍內(nèi)的污染精準(zhǔn)化預(yù)測，并同時(shí)可找到污染源的位置。
“通過數(shù)據(jù)的不斷積累，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的精準(zhǔn)度將不斷提升，空氣污染預(yù)測的結(jié)果也將越發(fā)精準(zhǔn)。”他表示，這一應(yīng)用于環(huán)境污染領(lǐng)域的新技術(shù)，目前已在山東濟(jì)寧“試水”，今年上半年還將新增一批技術(shù)應(yīng)用區(qū)域。
可為管理層提供決策參考
技術(shù)的提供方奧博信息坐落于廣東�。ǚ鹕剑┸浖䦂@產(chǎn)業(yè)園，自1999年創(chuàng)辦以來，一直專注于開展大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能研究，該公司建立了廣東省大數(shù)據(jù)智能云推送工程技術(shù)研究中心，深耕大數(shù)據(jù)智慧云行業(yè)應(yīng)用服務(wù)。
據(jù)介紹，“環(huán)保云”是一張網(wǎng)，這張網(wǎng)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)有可能是環(huán)境衛(wèi)生主管部門、環(huán)境運(yùn)營企業(yè)，也有可能是環(huán)衛(wèi)作業(yè)公司、環(huán)衛(wèi)設(shè)施裝備企業(yè)，甚至也有一些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，所有能夠提供環(huán)境服務(wù)的機(jī)構(gòu)，都是這張網(wǎng)上的一個(gè)點(diǎn)。針對云中每一個(gè)元素都可利用云應(yīng)用，使效率得以提升。
打造“環(huán)保云”，在云應(yīng)用上，通過數(shù)據(jù)的計(jì)算和學(xué)習(xí)，從而形成環(huán)境診斷模型，除了可預(yù)測未來的污染情況，直擊環(huán)境痛點(diǎn)，還可以有更多可能。
“我們的智慧環(huán)保云，還可面向決策管理層提供服務(wù)。在環(huán)保云平臺上，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，我們可給每一位決策者提供工作支撐，給環(huán)境管理和治理、決策的制定等，提供相關(guān)數(shù)據(jù)和參考。”姚沛說。
另外，除了環(huán)保外，在社會發(fā)展的方方面面，云應(yīng)用均可滲透，并發(fā)揮強(qiáng)大影響力。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過對往年同一季節(jié)容易出現(xiàn)的病蟲害等記錄進(jìn)行推算、匹配，人工智能可很快測算出這一時(shí)段容易出現(xiàn)的病蟲害情報(bào)信息，歷年發(fā)生這類病蟲害的情況概述等，相關(guān)信息會通過手機(jī)APP直接推送到種植戶手里。除此之外，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)還可對“倒春寒”、連續(xù)3小時(shí)降水超出設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)等極端天氣將對農(nóng)作物產(chǎn)生何種影響及時(shí)發(fā)出預(yù)警，推動(dòng)科學(xué)種植。
