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禅城环保监控升级背后的“云思维”

  一团不明污染物从天空飘来,通过激光雷达甚至高光谱等科技应用,就能在屏幕中清晰展现它的污染成分乃至动态漂移变化。未来,科技的力量将助力环保部门,真正实现从“人防”到“技防”的转变。

  2月27日,禅城区成立环境立体监控中心,这是全省首个利用无人机和激光雷达等技术对区域环境进行“水陆空”立体监控的中心。禅城区环保局通过探索以购买数据服务的方式,链接各方科技力量,综合监测区域环境质量,为政府决策提供依据。未来,这些数据还将“上云”,为环境综合管理和环保问题快速解决提供“云大脑”支持。

  “得益于无人机在环保领域的不断探索和实践,一个集信息感知、数据处理和综合管理于一体的无人机应用体系已形成。”禅城区环保局局长蒙海涛说。

  力推“黑科技”应用,促进数据“上云”打造大数据的“云大脑”……一系列举措表明,禅城的环保工作正突破传统路径,以全新的“云思维”注入环保事业中。

  ●南方日报记者 李晓莉

  1“黑科技”云集 开辟污染防治新思路

  春节前后,搭载了传感器的无人机多次在禅城区上空盘旋“试飞”,为正式“上岗”作准备。禅城区环境立体监控中心成立后,接下来,这架数研航遥的环保专业无人机将在工地、企业、村级工业园、船舶四个领域的上空作业,精准把握大气环境综合情况。

  “无人机是载体,环保监测可由无人机上搭载的各种环保监测设备来实现。”禅城区环境立体监控中心的合作方、广东北大数研航空遥感科技有限公司总经理张宝华介绍,在环保领域,无人机有很多在地面监测无法体现的优势,例如通过飞行到人力监控死角,立体监测污染源;同时绘制大气污染区域动态分布图,分析污染物变化;最终串联各个空气监测点扩大监控范围,反映污染源对周边的影响。

  无人机的应用仅仅是该中心监测空气污染的其中一个“利器”。事实上,该中心分为三个部分,分别为无人机空中环境监控系统、移动式空气质量监测系统、激光雷达可视化监控系统,三个部分将综合应用传感器、视频监控、卫星遥感、红外探测、射频识别等装置与技术,构建全方面、全时段、全覆盖的“地—空”一体化监控系统,科学问诊大气污染成因,找准治理方向,增强污染预警和防控能力,提升禅城区的环境监管水平。

  “我们没有无人机和飞手,政府耗巨资购买无人机和聘请飞手这种做法也不现实,所以我们与环保科技行业内的佼佼者们合作,融合其他城市的经验做法,探索一套符合禅城环保工作实际的监控体系。”禅城区环保局总工程师何锦英说。

  嫁接社会的科技力量,创新禅城区环保监控体系成为工作抓手,禅城区环保局利用“黑科技”,开辟了污染防治的新思路。以往环保部门因人力不足、物力不足而无法对辖区内污染源实现全面监管的压力将得以缓解。

  “环境立体监控中心志在创新环境监测防控手段,以监控防治立体化、智能化补充传统‘人防’监测监管的不足。”蒙海涛说。

  利用科技防控,以往人力防控很难覆盖的“死角”将暴露在无人机的“鹰眼”之下。例如针对工地扬尘的监控,以往环保工作者只能携带相关设备,在工地范围附近开展人工监测,如今利用无人机监测工地附近的大气质量,可对不同楼层不同高度的大气进行全方位精准监测。“部分住宅小区在装修时可能产生挥发性气体和颗粒物,这些气体的成分和浓度均可被实时监测。”何锦英表示。

  2 数据“上云” 提升环保治理能力

  一个垃圾桶被点燃,一架白色无人机立刻升空,在烟雾之上盘旋,该范围大气中的二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、PM10、PM2.5等数据立马显示在禅城区环保部门工作人员的电脑屏幕上……在丰收街北大数研航遥园区,通过飞手的演示,环保工作人员能以“秒速”获知特定区域的大气环境状况。

  “我们将充分利用无人机监测资料,根据污染现状分类施策,开展针对性污染整治工作及监测督察行动,同时与地面执法相结合,大力查处相关违法行为。”禅城区环保局有关负责人说。

  技术利用是“皮肤”,数据应用是“肌理”,利用众多“黑科技”对区域环境进行监控的目的,是获得动态数据,以图表等方式直观呈现区域环境的现状,并最终为政府决策思考提供参考。

  而目前禅城区环境立体监控中心的数据综合“大脑”正在生成中。

  “利用技术手段把数据采集回来后,怎么立体呈现大气实时状况,未来将通过大数据中心来实现这一功能。”张宝华表示,禅城区环境立体监控中心将以大数据中心打造环境监控的“云大脑”,把各种技术综合利用后得出的数据,图像化、整体化综合呈现出来,并对各种数据进行功能化、模块化管理,从而达到对环境实现立体监控的目标。

  “我们准备分几步走,第一步首先着力利用无人机、激光雷达等立体监测大气,系统收集大气相关数据。第二步,我们将着重考虑数据融合的问题。第三步,中心将加紧建设立体监控的省级标准。”何锦英介绍道。

  目前,中心与北大数研等三个技术公司合作,嫁接科技资源,但这些数据目前仍是分散的状态。“这些收集来的数据未来怎样才能更好地为我所用,来指导环境管理,甚至形成决策的依据,帮助禅城打好污染防控的攻坚战?接下来,做好各方数据的融合是关键。”她表示,目前环保部门正与禅城区社会综合治理云平台商议,准备开启数据“上云”行动,为更好地解决环保问题“铺路”。

  3 光“指纹”捕捉污染团 环境监控更精准

  向大气射出一束激光,便可监测到空气中颗粒物立体分布情况,还能“看”到目前地面设备无法监测到的细小颗粒物,动态反映大气污染的来源、过程及特征变化;而利用不同物体呈现不同的光“指纹”这一特点,未来环保监测还可运用高光谱技术,快速识别污染物团,并能立马掌握污染源经风向传播的“旅行图”……

  往高科技方向发展是环保治理工作的趋势之一,在众多“黑科技”加身后,环保监控的“招式”将愈发新奇。目前,禅城区探索利用“黑科技”提升环保监控能力仅仅是踏出了第一步,未来将有更多“黑科技”加盟,与环保部门共同努力,实现市民的环保梦。

  张宝华介绍,未来无人机空中环境监控将进行更深层次的优化,如从现有的高清图像采集模式优化到激光雷达、高光谱等技术;从现有的飞行检测数据实时呈现,生成报表技术进化到系统功能深度化、综合化。未来还可能研发手机客户端,让环境保护局相关人员只要点开手机,就能实时看到环境大气情况。

  其中,高光谱在环保方面的技术应用,将使环境监控更精准有效。

  “任何物体都有光的发射,每一个物体发出来的光谱都不同,这跟人的指纹一样具有独特性,我们可以捕捉到物体的光谱,根据光谱的特性识别物体的种类。”广东北大数研航空遥感科技有限公司市场研发部总监朱治国表示,以往环保监控的难点是,固定监测站监测到了一个污染团,但往往难以快速识别污染团的成分,也难以获知污染团的来源。企业排放出来的污染物,人的肉眼看不到,利用高光谱则能“看到”。

  “利用高光谱技术,不仅可以快速识别污染物,还可呈现污染团的成分、浓度等,甚至连它的移动路线也能清晰掌握。”他说,未来利用高光谱技术,污染物从哪里产生,在不同层次的高度、移动路线,通过风向如何传播,均能被环保工作人员及时掌握。

  针对水面排污,以往从图像看来,环保工作者能看到不同颜色,而事实上很多从企业排出来的污染物是无色的,但无色并不代表无污染。“用传感器无法监测出水中污染物,高光谱则可以。”他分析道,环保工作人员利用高光谱根据水中不同元素波段的变化,可判断出水里含有哪些有害物质。

  据介绍,除了高光谱,未来监测高层的污染还可以利用卫星遥感等技术。这一种空间技术的应用,将为环保监控打开全新视野。

  细数禅城环保“黑科技”

  气体监测无人机:设定航线可自主“巡逻”

  目前在禅城“上岗”的环保专业无人机,事实上是北大数研研发的气体监测无人机,它是智慧环保应用的实例,其搭载了多枚高精度气体传感器,可对大气中多种气体数据进行监测,监测精度可达到亚PPB级别。

  在具体应用上,环保工作人员只需在操控盘的屏幕上划出具体监测区域,规划好航线,该无人机可脱离人手操控,按照规划好的航线自主“巡逻”。如果在途中遇到高层障碍物怎么办?北大数研在设计之始,就已对用于环保监测的无人机进行了改良设计,在“工作”过程中遇到各种建筑,它都可主动“避障”。

  据悉,该无人机可在1平方公立的范围内,续航20分钟,目前已经有两架气体监测无人机正式“上岗”,为环保监测工作服务。如果发现排污企业,气体监测无人机还可立马找到污染源在哪里,分辨出企业排放了哪些污染物,并留下视频和图像证据,为环保执法提供依据。

  激光雷达:可预估出污染气团到达时间

  颗粒物激光雷达扫描是一种新式可视化的空气质量监控技术,通过一束射向大气的激光,系统可监测到空气中颗粒物立体分布情况。该技术不仅能监测到目前地面设备无法监测到的细小颗粒物,而且能动态反映大气污染的来源、过程及特征变化;同时,该项技术可通过细颗粒物的形状及消光大小来判断污染气团形成的成分,判断是细颗粒物还是沙尘。

  这些数据能够判断出污染的源头,并分辨出究竟是局地污染、外来输送污染还是高空沉降污染,甚至对污染气团到达时间、停留时间都能作出精准的预估和监测。

  高光谱探测:“火眼金睛”识别污染物

  人们日常生活中所见的光,是由多种颜色构成的复色光,通过棱镜等分光后显现的是单色光。这些单色光按波长(或频率)大小依次排列形成的图案,就是光谱。

  地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征,光谱因此被视为辨别物质的“指纹”。如果说肉眼光学成像能看到物质的形状、尺寸等信息,光谱分析则能获取物质的成分信息。要获取更丰富、精细的物质成分信息,除了提升分光系统性能外,还可以改进分光方法、呈现方式等——高光谱遥感探测就是这样一种思路。

  高光谱探测范围远远超过了人类肉眼的感知范围,能够探测人眼无法看到的大量信息。在环保监控上,未来利用高光谱技术,污染物从哪里产生,在不同层次的高度、移动路线,通过风向如何传播等信息,均能被环保工作人员及时掌握。

  针对水面排污,环保工作人员可利用高光谱,根据水中不同元素波段的变化,判断出水里含有哪些有害物质。

  ■他山之石

  环境保护的云端畅想

  未来还可实现

  哪些“不可能”?

  科技的嫁接,让环境保护这件事变得更精准有效,也更有趣。除了高光谱、卫星遥感等,环保领域还有哪些“黑科技”,可在将来把原来不可能的事情实现?

  记者最近采访了一家科技公司,了解到基于人工智能技术打造的“环保云”,不仅可实现大气污染的精准预测,还能在环保管理上发力,助力环保决策层的工作效率提升。

  利用人工智能预测大气污染情况

  天气预报是人类用以预测天气的工具,未来人们除了可预测天气外,还可预测大气污染情况。这些都可通过数据的沉淀、机器的深度学习来实现。

  这是广东奥博信息产业股份有限公司(下称“奥博信息”)打造的“环保云”可实现的功能之一。

  “目前各级环保部门都沉淀着大量的环保数据,但很多数据并没有充分利用,如果把收集到的海量数据加以利用,可解决很多实际的环保问题。”奥博信息环保部负责人姚沛介绍道,利用人工智能技术、深度机器学习技术,可把环保部门、环保企业积累的数据应用起来,预测空气污染情况,从而解决空气污染问题。

  据介绍,空气监测站利用各种技术收集到的数据,与天气、风向、湿度、温度等很多气象条件有关系,通过机器学习的模型,对大量数据进行比对,可找出气象条件、事实排放情况,以及污染之间的关系,从而找出污染的规律。

  “气象是可以预测的,当出现同等天气条件,同等的污染排放的情况下,机器学习可以预测三到五天内的污染情况。”姚沛说,目前此项技术通过小网格的精准监测设备,可实现在一个小时内,对200米范围内的污染精准化预测,并同时可找到污染源的位置。

  “通过数据的不断积累,机器学习技术的精准度将不断提升,空气污染预测的结果也将越发精准。”他表示,这一应用于环境污染领域的新技术,目前已在山东济宁“试水”,今年上半年还将新增一批技术应用区域。

  可为管理层提供决策参考

  技术的提供方奥博信息坐落于广东省(佛山)软件园产业园,自1999年创办以来,一直专注于开展大数据、机器学习、人工智能研究,该公司建立了广东省大数据智能云推送工程技术研究中心,深耕大数据智慧云行业应用服务。

  据介绍,“环保云”是一张网,这张网上的每一个节点有可能是环境卫生主管部门、环境运营企业,也有可能是环卫作业公司、环卫设施装备企业,甚至也有一些互联网企业,所有能够提供环境服务的机构,都是这张网上的一个点。针对云中每一个元素都可利用云应用,使效率得以提升。

  打造“环保云”,在云应用上,通过数据的计算和学习,从而形成环境诊断模型,除了可预测未来的污染情况,直击环境痛点,还可以有更多可能。

  “我们的智慧环保云,还可面向决策管理层提供服务。在环保云平台上,利用大数据技术,我们可给每一位决策者提供工作支撑,给环境管理和治理、决策的制定等,提供相关数据和参考。”姚沛说。

  另外,除了环保外,在社会发展的方方面面,云应用均可渗透,并发挥强大影响力。在农业领域,通过对往年同一季节容易出现的病虫害等记录进行推算、匹配,人工智能可很快测算出这一时段容易出现的病虫害情报信息,历年发生这类病虫害的情况概述等,相关信息会通过手机APP直接推送到种植户手里。除此之外,利用大数据技术还可对“倒春寒”、连续3小时降水超出设定标准等极端天气将对农作物产生何种影响及时发出预警,推动科学种植。

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