山東省濟(jì)南市，2017年8月，首批100輛出租車(chē)裝上了能監(jiān)測(cè)PM2.5和PM10的傳感器，使得濟(jì)南成為全國(guó)首個(gè)利用出租車(chē)進(jìn)行大氣監(jiān)測(cè)的城市。同年10月，又有200輛出租車(chē)加裝道路走航監(jiān)測(cè)設(shè)備。

在北京，中國(guó)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(yùn)轉(zhuǎn)，一組組數(shù)據(jù)被精確記錄。傳感器測(cè)試觀(guān)測(cè)室里多臺(tái)不同品牌不同型號(hào)的大氣污染物傳感器正在進(jìn)行性能比對(duì)，這些數(shù)據(jù)將為改進(jìn)傳感器性能提供基礎(chǔ)依據(jù)。

從濟(jì)南到北京，從車(chē)載傳感器到傳感器測(cè)試觀(guān)測(cè)室，新型低成本大氣傳感器是中國(guó)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(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，近年來(lái)正在不斷投入開(kāi)展大氣傳感器的相關(guān)研發(fā)，為城市大氣污染監(jiān)測(cè)與溯源提供更精細(xì)的技術(shù)工具和數(shù)據(jù)依據(jù)。

(資料圖片)

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(gè)電話(huà)。

“我們從2013年開(kāi)始研究城市網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)和大氣傳感器的應(yīng)用，其需求來(lái)源于2013年山西省太原市的一個(gè)電話(huà)?！敝袊?guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所副所長(zhǎng)高健告訴記者。

2013年，全國(guó)首次開(kāi)展城市空氣質(zhì)量六項(xiàng)參數(shù)監(jiān)測(cè)，也就是這一年，太原市夏季出現(xiàn)了嚴(yán)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(guó)環(huán)境科學(xué)研究院團(tuán)隊(duì)。

但當(dāng)時(shí)的太原只有4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，很難全面代表整個(gè)城市的污染狀況。無(wú)奈之下，高健團(tuán)隊(duì)利用手動(dòng)采樣的方法在太原布設(shè)了60個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，沒(méi)想到效果很好，整個(gè)城市的污染地圖被很好地呈現(xiàn)出來(lái)。

從那時(shí)起，高健帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始尋找便捷、低成本、有一定精度的傳感器產(chǎn)品，來(lái)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(kāi)始出現(xiàn)類(lèi)似產(chǎn)品，“微型站”開(kāi)始成為“標(biāo)準(zhǔn)站”的有效補(bǔ)充。2016年，高健團(tuán)隊(duì)組織了包括國(guó)內(nèi)外十余個(gè)品牌的大氣傳感器評(píng)測(cè)工作，為時(shí)一年的細(xì)致評(píng)測(cè)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(wèn)題和改進(jìn)方案。

在大氣污染防治應(yīng)用方面，大氣傳感器也迎來(lái)了井噴，針對(duì)工地、企業(yè)、園區(qū)、港口等目標(biāo)場(chǎng)景的固定式應(yīng)用，逐漸發(fā)展到無(wú)人機(jī)搭載、船載、車(chē)載等移動(dòng)方式。例如濟(jì)南市生態(tài)環(huán)境局2018年全面建成1000余個(gè)微站，在市、區(qū)縣、街鎮(zhèn)三級(jí)大氣污染聯(lián)防聯(lián)動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了濟(jì)南市大氣污染治理向公里級(jí)網(wǎng)格化精細(xì)監(jiān)管、快速精準(zhǔn)溯源、聯(lián)動(dòng)高效治理的轉(zhuǎn)變。

目前，環(huán)保無(wú)人機(jī)搭載傳感器設(shè)備在全國(guó)多個(gè)工業(yè)園區(qū)進(jìn)行污染源位置排查、環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)，鎖定排放源，聯(lián)動(dòng)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(cè)內(nèi)河、港口等重點(diǎn)區(qū)域的空氣質(zhì)量，補(bǔ)全移動(dòng)源監(jiān)管的重要環(huán)節(jié)。

小小傳感器 能解大問(wèn)題

每個(gè)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(dá)區(qū)域，是各類(lèi)污染排放聚集區(qū)。

在濟(jì)南，從你身邊經(jīng)過(guò)的出租車(chē)，或許不是尋常的出租車(chē)，它可能裝載著傳感器。這些設(shè)備從出租車(chē)的外觀(guān)上是看不出來(lái)的，因?yàn)樵O(shè)備藏身在車(chē)燈里。別看傳感器體積小，它能彌補(bǔ)固定環(huán)境監(jiān)測(cè)器械分布不均勻的缺陷。

“在項(xiàng)目初期，我們考慮可以利用出租車(chē)的覆蓋范圍廣、監(jiān)測(cè)結(jié)果不受人為干預(yù)的特點(diǎn)，在車(chē)頂上安裝傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污染情況，通過(guò)與現(xiàn)有的空氣監(jiān)測(cè)站等定點(diǎn)大氣網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充、相互校準(zhǔn)的方式，獲得監(jiān)測(cè)區(qū)域的大氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，高效促進(jìn)大氣污染源頭治理?！备呓「嬖V記者。

每3秒一組數(shù)據(jù)；定位精度小于20米，精準(zhǔn)治理；300輛車(chē)每天合計(jì)行程超過(guò) 6.9萬(wàn)公里，數(shù)據(jù)超過(guò)360萬(wàn)組，平均每天可覆蓋95%以上的主城區(qū)機(jī)動(dòng)車(chē)道路……這些數(shù)據(jù)彌補(bǔ)了定點(diǎn)大氣網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)的不足，依托傳感器的有力支撐，可以實(shí)現(xiàn)城市毛細(xì)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(mén)可以根據(jù)從出租車(chē)傳感器上獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)鎖定哪些地方有道路揚(yáng)塵污染，從而進(jìn)行精準(zhǔn)治理，既節(jié)約時(shí)間，也節(jié)約了成本。

在安徽省亳州市，除市區(qū)所有出租車(chē)外，還投入了近百輛裝有大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的小型車(chē)輛，做到了監(jiān)管全覆蓋。相關(guān)人員一旦發(fā)現(xiàn)手機(jī)云圖上出現(xiàn)顏色異常，就會(huì)第一時(shí)間在微信群里反映，通知對(duì)應(yīng)的部門(mén)和執(zhí)法人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。

截至目前，全國(guó)已有40多個(gè)城市，數(shù)千輛出租車(chē)安裝并應(yīng)用了這一傳感器?！跋乱徊?，我們將加強(qiáng)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(shì)，幫助城市更好地解決當(dāng)?shù)乜諝馕廴締?wèn)題?！备呓”硎?。

新型傳感器 面向新需求

生態(tài)環(huán)境治理精細(xì)化是新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)的新要求、新考驗(yàn)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、參數(shù)齊全的新型傳感器正在走上舞臺(tái)。大氣傳感器需要解決的不僅僅是高時(shí)空分辨率的數(shù)據(jù)支撐，更是要通過(guò)多參數(shù)、全方位的監(jiān)測(cè)，提升我們對(duì)城市污染來(lái)源和影響的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

近年來(lái)，高健團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有停止對(duì)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(guó)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(cè)中。新型的測(cè)量參數(shù)能夠幫助我們區(qū)分道路揚(yáng)塵、柴油車(chē)、汽油車(chē)尾氣和城市本底污染，實(shí)現(xiàn)街區(qū)尺度的顆粒物來(lái)源解析?！?/p>

目前，濟(jì)南市的微站網(wǎng)絡(luò)和走航出租車(chē)搭載的PM2.5傳感器已經(jīng)全部升級(jí)成為粒徑譜傳感器，能夠?qū)㈩w粒物的濃度細(xì)分成31個(gè)粒徑區(qū)間，可以有效區(qū)分不同類(lèi)型的顆粒物對(duì)PM2.5、PM10的相對(duì)貢獻(xiàn)。“更加先進(jìn)設(shè)備不斷走出去，多元化的數(shù)據(jù)不斷傳回來(lái)，大數(shù)據(jù)賦能智慧環(huán)保已經(jīng)到來(lái)。”沈毅成表示。