傳感器能為城市大氣環(huán)境精細化管理做什么？
【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】山東省濟南市，2017年8月，首批100輛出租車裝上了能監(jiān)測PM2.5和PM10的傳感器，使得濟南成為全國首個利用出租車進行大氣監(jiān)測的城市。同年10月，又有200輛出租車加裝道路走航監(jiān)測設(shè)備。
在北京，中國環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所科研樓三層樓頂，一排排精密儀器正在不停運轉(zhuǎn)，一組組數(shù)據(jù)被精確記錄。傳感器測試觀測室里多臺不同品牌不同型號的大氣污染物傳感器正在進行性能比對，這些數(shù)據(jù)將為改進傳感器性能提供基礎(chǔ)依據(jù)。
從濟南到北京，從車載傳感器到傳感器測試觀測室，新型低成本大氣傳感器是中國環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所的研究方向之一。作為生態(tài)環(huán)境部直屬科研單位的中國環(huán)境科學(xué)研究院，近年來正在不斷投入開展大氣傳感器的相關(guān)研發(fā)，為城市大氣污染監(jiān)測與溯源提供更精細的技術(shù)工具和數(shù)據(jù)依據(jù)。
始于需求 源自基層
大氣傳感器應(yīng)用始于基層，源自2013年的一個電話。
“我們從2013年開始研究城市網(wǎng)格化監(jiān)測和大氣傳感器的應(yīng)用，其需求來源于2013年山西省太原市的一個電話。”中國環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所副所長高健告訴記者。
2013年，全國首次開展城市空氣質(zhì)量六項參數(shù)監(jiān)測，也就是這一年，太原市夏季出現(xiàn)了嚴重的臭氧污染。為了扭轉(zhuǎn)不利局面，太原市政府找到了中國環(huán)境科學(xué)研究院團隊。
但當時的太原只有4個監(jiān)測點位，很難全面代表整個城市的污染狀況。無奈之下，高健團隊利用手動采樣的方法在太原布設(shè)了60個監(jiān)測點位，沒想到效果很好，整個城市的污染地圖被很好地呈現(xiàn)出來。
從那時起，高健帶領(lǐng)團隊開始尋找便捷、低成本、有一定精度的傳感器產(chǎn)品，來替代成本高、耗人力大但精度高的手工方法。
2013年—2016年，大氣污染防治領(lǐng)域開始出現(xiàn)類似產(chǎn)品，“微型站”開始成為“標準站”的有效補充。2016年，高健團隊組織了包括國內(nèi)外十余個品牌的大氣傳感器評測工作，為時一年的細致評測后，發(fā)布了研究論文，闡述了大氣傳感器的適用條件、存在問題和改進方案。
在大氣污染防治應(yīng)用方面，大氣傳感器也迎來了井噴，針對工地、企業(yè)、園區(qū)、港口等目標場景的固定式應(yīng)用，逐漸發(fā)展到無人機搭載、船載、車載等移動方式。例如濟南市生態(tài)環(huán)境局2018年全面建成1000余個微站，在市、區(qū)縣、街鎮(zhèn)三級大氣污染聯(lián)防聯(lián)動中得到廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了濟南市大氣污染治理向公里級網(wǎng)格化精細監(jiān)管、快速精準溯源、聯(lián)動高效治理的轉(zhuǎn)變。
目前，環(huán)保無人機搭載傳感器設(shè)備在全國多個工業(yè)園區(qū)進行污染源位置排查、環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測，鎖定排放源，聯(lián)動環(huán)境應(yīng)急處置。船載傳感器也已在江蘇、上海等地示范應(yīng)用，監(jiān)測內(nèi)河、港口等重點區(qū)域的空氣質(zhì)量，補全移動源監(jiān)管的重要環(huán)節(jié)。
小小傳感器 能解大問題
每個城市有各自的“基因”，決定了人與路的關(guān)系。道路是城市的血管，密集處往往是人口聚居地，是商業(yè)發(fā)達區(qū)域，是各類污染排放聚集區(qū)。
在濟南，從你身邊經(jīng)過的出租車，或許不是尋常的出租車，它可能裝載著傳感器。這些設(shè)備從出租車的外觀上是看不出來的，因為設(shè)備藏身在車燈里。別看傳感器體積小，它能彌補固定環(huán)境監(jiān)測器械分布不均勻的缺陷。
“在項目初期，我們考慮可以利用出租車的覆蓋范圍廣、監(jiān)測結(jié)果不受人為干預(yù)的特點，在車頂上安裝傳感器，可實時監(jiān)測污染情況，通過與現(xiàn)有的空氣監(jiān)測站等定點大氣網(wǎng)格化監(jiān)測數(shù)據(jù)相互補充、相互校準的方式，獲得監(jiān)測區(qū)域的大氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，高效促進大氣污染源頭治理。”高健告訴記者。
每3秒一組數(shù)據(jù)；定位精度小于20米，精準治理；300輛車每天合計行程超過 6.9萬公里，數(shù)據(jù)超過360萬組，平均每天可覆蓋95%以上的主城區(qū)機動車道路……這些數(shù)據(jù)彌補了定點大氣網(wǎng)格化監(jiān)測的不足，依托傳感器的有力支撐，可以實現(xiàn)城市毛細血管的凈化與疏通。
獲取數(shù)據(jù)只是第一步，治理才是關(guān)鍵。相關(guān)部門可以根據(jù)從出租車傳感器上獲取的實時數(shù)據(jù)，精準鎖定哪些地方有道路揚塵污染，從而進行精準治理，既節(jié)約時間，也節(jié)約了成本。
在安徽省亳州市，除市區(qū)所有出租車外，還投入了近百輛裝有大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的小型車輛，做到了監(jiān)管全覆蓋。相關(guān)人員一旦發(fā)現(xiàn)手機云圖上出現(xiàn)顏色異常，就會第一時間在微信群里反映，通知對應(yīng)的部門和執(zhí)法人員到現(xiàn)場進行處理。
截至目前，全國已有40多個城市，數(shù)千輛出租車安裝并應(yīng)用了這一傳感器。“下一步，我們將加強研究，把傳感器做精、做好，利用傳感器體積小、成本低的優(yōu)勢，幫助城市更好地解決當?shù)乜諝馕廴締栴}。”高健表示。
新型傳感器 面向新需求
生態(tài)環(huán)境治理精細化是新時代生態(tài)文明建設(shè)的新要求、新考驗。數(shù)據(jù)準確、參數(shù)齊全的新型傳感器正在走上舞臺。大氣傳感器需要解決的不僅僅是高時空分辨率的數(shù)據(jù)支撐，更是要通過多參數(shù)、全方位的監(jiān)測，提升我們對城市污染來源和影響的科學(xué)認識。
近年來，高健團隊并沒有停止對傳感器技術(shù)前沿的探索。“新產(chǎn)品、新方法、新技術(shù)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，關(guān)鍵是要鎖定最合適的產(chǎn)品和技術(shù)，解決科學(xué)需求。”中國環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所助理研究員沈毅成告訴記者，“我們正在將新型的粒徑譜傳感器、黑碳傳感器應(yīng)用于走航監(jiān)測中。新型的測量參數(shù)能夠幫助我們區(qū)分道路揚塵、柴油車、汽油車尾氣和城市本底污染，實現(xiàn)街區(qū)尺度的顆粒物來源解析。”
目前，濟南市的微站網(wǎng)絡(luò)和走航出租車搭載的PM2.5傳感器已經(jīng)全部升級成為粒徑譜傳感器，能夠?qū)㈩w粒物的濃度細分成31個粒徑區(qū)間，可以有效區(qū)分不同類型的顆粒物對PM2.5、PM10的相對貢獻。“更加先進設(shè)備不斷走出去，多元化的數(shù)據(jù)不斷傳回來，大數(shù)據(jù)賦能智慧環(huán)保已經(jīng)到來。”沈毅成表示。
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