扬州环境监测中心将在全国率先实施天空地一体化环境监测监管体系

2019-06-15 10:03:19
作者:webmaster    来源:合肥光水遥环保科技有限公司官网    关键词:水质在线监测仪器、合肥光水遥环保科技有限公司
天空地一体化环境监测体系
是一种立体化、智慧化、大通量、
高密度生态环境信息监控监测体系
由扬州环境监测中心于
2012年在全国率先提出
初衷是建立一种高效率、高密度的
环境监测技术和业务体系
主要为地方精准化环境监管
和环境治理与改善提供技术支撑
环境问题主要由于
人类活动引起
具有时空维度的广域性、差异性、
随机性、突发性
和环境维度的多元性(要素和因子)
及成因的复杂性
因此完善的环境监测应提供时间、空间
和环境三个维度的高覆盖信息
简单地说就是需要提供环境时空大数据
而传统监测目的主要归属于环境考核性
和评价性监测
对监管和改善的直接具体指导作用较弱
至少在区域尺度上
当前生态环境的地面监测数据存在痛点:
密度—“疏、稀、空”
时效—“慢、延、迟”
关联—“松、散、乱”
三大问题长期存在
难以形成环境时空大数据
此外其必要性的内在逻辑则是
在环境质量考核不断趋严
环境督查行动不断趋紧
生态环境发展任务持续加重的背景下
地方担负繁重的监管和治理改善任务
急需大通量、高密度、高效率
的监测监管数据
才能精准实施各种监管和治理改善
否则将无的放矢
粗放式的监管和无差别无针对性
的治理改善举措
必将付出巨大的代价
性价比太差而不可持续
例如,在一条设立国控断面的
主干河流中水体氨氮严重超标
很明显是流经县城的诸多支流
承接了生活污水
这种面源的控制流域几乎
覆盖了全部县城
如果迅即全面开展地下管网整治
将付出巨大的成本
不发达的县级财政一时难以承受
但如果将污染负荷相对较大的
小流域判别出来
可以精准施策
以较小的治理代价获得立竿见影
的显著效益
这就产生了对数据空间覆盖
及其分辨的实际需求
同理,如果能对城区工地实施
全覆盖扬尘遥感动态监管
可以避免人海战术才能达到的效果


还有通过对不同湖区叶绿素a
和蓝藻水华的定量遥感监测
可以大致判断不同湖区入湖河流
及流域营养盐的输入强度
同理,在长江大保护的背景下
对入江河流开展常态化定量化的
有机污染负荷天空地一体化监测
对污染负荷高的河流及其控制流域
和沿岸重点源开展重点整治
可以有效削减入湖入江营养盐
和有机污染负荷
在较短时间内显著改善
湖泊和长江水生态环境


对重点源的气态污染物排放
实施遥感通量监测
可以对其颗粒物及其前驱物的
贡献负荷和输送方向进行定量核算
避免在重大空气质量保障活动中
和应对重污染天气的对策中
无差别地进行关停
以有限的资源实施精准的重点源治理
分配科学定量化、约束性、
可测量的总量削减任务
对化工、电子和涂装园区的VOCs
进行常态化的全时空全组份监控
形成的无组织排放大数据
可以对园区的各个工艺和
管理环节水平进行预判预警
从而及时有针对性地进行精准监管
防止悲剧事故“无征兆”的发生


对红线和重点敏感区域的遥感监控
在第一时间发现红线侵占和生态损害
避免重特大生态环境事件的发生
和无监管地放任演化
对主干高速公路和航道的移动风险源
进行常态化的低空遥感巡线
对目标智能化跟踪监控和风险识别
可以及时预警
降低重特大事故风险发生的几率
……
据此,扬州监测中心经反复论证思辨
排除一切阻力
横下一条心
零起点地研究建立这一实效性
先进监测体系
从2012年提出初步设想
到初步构建业务体系和技术架构,
再到前期技术验证,解决核心技术
形成全面解决方案,
直至在“云上扬州”计划中项目落地……
历时整整7年!
模式



天空地一体化监测模式利用国产
和国际民用卫星遥感数据
形成天基遥感监测能力
建立各种无人机遥感平台
形成多种低空遥感监测能力
建立各种车载和船载监测平台


形成地基移动监测能力
三种立体空间的监测既可以独立运行
也可以采用各种协同模式—
天地协同、天空协同,
空地协同,天空地协同


业务体系运行将发挥两种技术机制:
一是从上至下的问题发现机制
即天基遥感监测通过覆盖全域的普查
和筛查发现疑似环境问题
引导低空遥感监测进行精细排查
确认问题后,再由地基移动监测
和传统监测进行核查
二是从下至上的数据校准机制
即通过地面监测的基准数据
对低空遥感监测数据进行校准
局部区域的低空遥感监测数据
再对全域的卫星遥感数据进行校准
由此形成时域高覆盖的环境大数据
可以有效捕捉变幅很大的
各种环境问题的时空分布
全面把握各种环境问题的演变趋势
及时做出精准对策
功效


传统监测采用现场采样-实验室分析
秉持单纯的数据精准化、平面化、局地化思维
对“监测”数据的时空维度着墨不多
是一种典型的考核评价型监测模式
难以监控各种环境问题时空分布
对环境事件的把握往往形同盲人摸象
导致许多环境问题技术性失察
使环境高质量进程严重受阻
固定点自动监测站由于
建设和运维成本高昂
无法广泛布点
大气垂直分布
和水体断面分布数据缺失
依然存在空间分布
严重不足的弊端
这两种现有监测模式主要是
用于上级的环境考核
对地方监管和治理改善的施策
难以提供精准的支撑
而天空地一体化环境监测体系
可以在很大程度上克服
这两种现有监测模式的不足
以高密度的时空覆盖环境大数据
对地方的环境监管和环境治理改善
提供精准化的技术支撑
如果将传统监测
和固定站点自动监测比喻为“检验科”
可以对各种污染成分进行分析检测
而遥感监测就是环境监测的“影像科”
可以对已经呈现外在表象的
综合性环境问题和生态环境空间内
大量的“散乱污”违法事件
进行全方位、高时域覆盖的监测
如大气环境的灰霾、光化学烟雾
水环境的蓝藻水华、水体叶绿素a、
黑臭水体等水色问题
生态环境损害、物种多样性、
生物量、外来物种
环境违法事件中的非法排污、
生态红线侵占
固废非法倾倒、秸秆非法焚烧、
工地扬尘、非法围网养殖
重点源排放
相当于对生态环境问题
及时进行影像诊断和体检
既有“站得高,看得远”的卫星遥感
监测广度的优势
又有“站得近,看得清”的低空遥感
监测精度的优势
具有宏观、直观、客观的“三观”特点
利于决策
其实“检验科”与“影像科”
是相互补充,相得益彰
不可相互替代的
甚至存在关联
可以相互借鉴
如天空地一体化监测体系中的
各种地面移动监测
就部分吸收采用了传统监测的原理
对传统监测方法进行了系统升级
可以更好地实现时空维度的覆盖
对传统环境指标开展移动走航监测
边航行边出数据
将会使各种传统指标的监测效率
也大幅提升


遥感即是“遥望感知”的意思
各种环境维度信息在时空维度上
的分布是遥感技术的所长
而环境维度信息在遥感和移动监测
技术上将转变为光谱维度信息
因为需要感知更多的生态环境问题
除了传统的人眼目及的可见光波段
的被动遥感如成像光谱外
延展到可见光波段以外的光谱遥感
及主动遥感也在发展中
如水体有机物需要中短波
紫外光谱波段的信息
而空气中的诸多污染成分则需要
中远红外光谱波段的信息
这些人眼无法看见的物质成分
也会被感知
激光吸收光谱、激光诱导荧光光谱、
激光击穿等离子光谱、
激光扫描、激光散射、
合成孔径激光雷达等
主动光学光谱探测技术
未来将会被大量应用
感知的光电器件需要同时考量
光谱波段、光谱分辨率、
视场角、空间分辨率、
响应灵敏度、响应速度、
光谱扫描速度、空间扫描速度、
激光功率、探测位深等
对搭载的无人系统平台也提出了
巡航速度、续航时间、适航条件
姿态稳定性、载荷搭载能力、
起降和启返航方式、智能航行
安全保障等技术要求
更有专业的数据处理
对获取的原始“毛数据”进行
一系列的加工处理
出伪存真,去粗存精
直至成为合格的成品数据
这些极高甚至是极端的系统技术要求
如果全部能实现兼顾
才可以实现捕捉各种无组织排放
和随机突发的环境问题
对各种面源污染、移动排放、
应急事故也都将发挥全方位、
高时空覆盖的全面高效监测
因此,天空地一体化监测体系
不仅现有技术含量很高
而且其发展前景非常广阔
未来对把握环境全局
发挥地方环境监管和治理改善
精准施策的作用
形成环境时空大数据的功效
将不断增强
可以利用环境时空大数据
逐步开展预报预测
对环境事件的演变趋势
可以预判预警
如果将传统监测和固定点自动监测
分别称之为环境监测1.0和2.0版
以遥感和移动监测为特点的
天空地一体化监测就可以称为
环境监测3.0版
一个多世纪以来
通信技术缓慢地从“鸿雁传书”
发展升级到电报和固定电话
但仅仅二十年,就迅猛发展至
5G移动通信和移动物联网时代
而传统环境监测技术则相当于
通信业务的书信和电报
固定点自动监测相当于固定电话
遥感和移动监测则相当于移动电话
而天空地一体化监测则相当于
移动物联网
我们将迎来一个环境时空大数据
的先进监测技术时代!
未来,我们将逐步实现对天空下
广阔的生态系统下垫面
都能进行无死角的“凝视”
使各种环境违法事件无藏身之处
随时处于监管监控之中
使各种环境的变化
随时处于监测监控之中
这将对生态环境的高质量
发挥关键的引领和支撑作用
进程

目前天空地一体化环境监测体系
已经形成全面解决方案
规划项目全面建成后将对扬州市
的大气环境、水环境、
陆地地表生态环境、
各种环境违法事件和重点污染源等
进行立体化全方位的环境监测监管
全面准确地把握各种环境问题
的时空分布
目前正在“云上扬州”计划中
落地实施投资2600万元的一期项目
启动建设了针对湖泊及流域水环境、
城市水环境、
生态红线监管和环境监察执法
三个子系统的空地环境感知平台
以及一个以多源遥感数据处理为主
的多元综合数据处理系统
这将是一个国内最先进的
多元空间综合数据处理系统
自动化程度非常高
具备复杂的遥感数据多级处理
和专业处理能力
如大气纠正、离水辐射处理、
辐射纠正等等
各种多元数据将在其中进行融合、
耦合、配准、校准、运算
包括了遥感数据AI智能化
解译及分类的功能


也包括了定量遥感数据
的自动生产功能
提供数据运行管理能力
和多种可视化成果输出
预计今年年底将进行全系统调试
随后形成试运行的能力
创新

天空地一体化环境监测体系
完全由扬州监测中心
紧密结合地方环境监管
和环境治理改善的实际需求
以及未来生态环境高质量的潜在需求
提出技术和业务体系的实际构想
体系架构设计和全面解决方案
也由扬州监测中心主导完成
这不是因为我们开始就具备
多么高大上的科技素质和水平
重要的是只有身处基层才能
深入理解需求和设计应用场景
也只有在生态环境高质量
的压力下才会产生实际需求
因此总体技术架构、解决方案
及应用场景
只有身处基层需求的氛围中
才有可能提出和拟定
并非单纯高学术高科技阶层
所能及所能为
如果说有什么特别之处
我们只是用实际需求驱动了创新
用创新项目带动了不断思考、
深入学习和研究
这是我们对科技创新最重要的认知
在没有现成系统方法和
产品可参照的现实情况下
我们不断地在各个专业方向
开展大量技术调研
与各个领域的专家不断沟通
向他们学习各种专业知识
对构建体系的思路和认知不断思考,
否决,再思考,再否决……
不仅逐步形成和深化完善了
体系架构和全面解决方案
而且通过技术沟通、磨合和遴选
牵引和集聚了一大批国内顶级专家
参与各项关键技术的前期研发
涉及数字光电技术、无人智能系统、
先进能源(氢燃料电池、高效太阳能)
遥感及空天信息、数字图像处理、
5G移动物联网、人工智能、大数据、
云计算、航空航天、生态环境、
分析化学等诸多科技领域
也利用自身环境监测分析的专业特长
不仅对船载地基移动监测开展了
实际应用验证研究
而且对多维光谱数据融合的反演算法
开展了自主研究
取得了前沿性先进成果
我们也参与了遥感等项目的技术验证
对每次不成功的实验找出各种原因
作为问题提出技术需求
并直接参与关键技术的研发


各项技术经过反复的前期验证后
逐步细化成可靠的实施方案
多项技术集成后将形成兼顾空间维、
时间维、光谱维的
环境感知、移动物联、智能化的
时空大数据技术体系
中科院合肥物质科学研究院、
中科院空天信息研究院、
中船重工集团702所
(中国船舶科学研究中心)
以及一批创新型科技企业作为
一期项目中标单位参与建设
二期项目除了上述一些单位
会继续参与外
已经初步确定由
中科院长春光学精密机械与物理研究所、
中科院工程热物理研究所、
中科院上海技术物理研究所、
清华大学、浙江大学等学术和研究机构
参与各项技术的定制化研究
关注

天空地一体化监测体系
在酝酿建立的长期过程中
得到了生态环境部多个主管部门和
省生态环境厅领导的高度关注和重视
生态环境部环境监测司和
卫星环境应用中心多位领导曾来调研
希望项目能尽快落地建设
形成技术和业务体系
为地方环境监管提供示范案例
省生态环境厅主要领导
指示要加快建设进度
为我省提供示范应用
目前一期项目已经启动建设
多年来的埋头实干花蕾初放
即将结出果实
扬州监测中心也终于可以吐露心声
在零起点的旅途中我们一路走来
克服各种障碍实属艰辛!
我们一直在顽强坚持
我们始终没有放弃
我们不会辜负各级领导的殷切期待
我们终将展现风采
我们将对生态环境高质量
奉献成果!
希望各级领导对这一全新技术体系
继续保持重点关注
对我们后期项目的落地实施和
能力建设中遇到的困难
及时研究帮助解决
我们相信
只要有充足给力的支持
我们会走得更远!
我们充满信心和豪情
一定能为我国生态环境监测技术创新
贡献最有生命力、影响力的
“扬州模式”和“江苏方案”!

科技创造价值 绿色改变未来

SCIENCE TECHNOLOGY CREATE VALUE GREEN,CHANGE FUTURE
合肥光水遥环保科技有限公司成立于2017年,坐落于合肥市高新技术开发区"国家大学科技园"内,致力于水体生态环境光学监测及相关技术咨询与服务,公司专注于用最先进的三维荧光光谱技术、激光诱导等离子体光谱技术快速获取水体有机污染物、藻类、重金属等污染物浓度数据,以预报预警为核心技术手段,构建水体生态安全实时在线监测体系,为环境管理部门实时掌握水体生态环境状况信息提供科学系统的解决方案!
合肥光水遥环保科技有限公司依托中国科学院、中国科技大学、合肥工业大学等科技研究机构人才技术优势,联合开发了水体藻类荧光光谱在线分析仪、水体有机污染物在线监测仪、水体重金属在线快速监测仪等多项环境在线监测产品。产品主要应用于饮用水、生活用水、农业用水、工业废水排放的过程在线监测,以及海洋、湖泊、河流、地震预警等生态环境水质实时监测。
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