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激光遥感新利器构建激光遥感在线扫描监测网

文章来源: 中国环境监测       发布时间:2018-12-07

自2018年入冬以来,先是北京、天津、河北省中南部、山西省东部和南部、山东省西部、河南省北部以及关中地区部分城市空气质量连续出现2天至3天重度污染,紧跟着鲁苏豫皖四省陷入重度污染,程度堪比京津冀。全国各地生态环境监管积极采取科学的大气污染管理手段和预防应急措施,但面临这特殊时期复杂的污染特征和污染高峰,让一线环境执法者头痛不已。


究其原因:一方面是采取的各种手段仍然不能全方位对区域监管,存在盲区;二是对随时发生的污染事件未能有效预警,不能及时执法;三是不清楚污染源的形成和扩散过程是如何影响考核站的数据升高。


激光遥感新利器构建激光遥感在线扫描监测网


河道污染热点图


构建激光遥感在线扫描监测网,让颗粒物无所遁形


在《第24届中国大气环境科学与技术大会》上,泛测环境首席科学家兼CEO管祖光博士重磅发布了最新研发成果“大气污染CT式扫描和分析平台(AirScan,以下简称‘平台’)”,并表示,平台采用了颠覆性激光遥感技术,结合最前沿互联网技术真正意义上实现了激光遥感在线扫描探测,通过24小时在线实时动态扫描大范围内污染事件高频区域,实现污染源的探测与报警,帮助一线生态环境监管部门对大气污染管控实现四个方面的重要功能:一是考核站周边污染预警及定位;二是污染源对考核站的贡献分析;三是重点污染区域监管;四是组网全区域监管。


1.考核站周边污染预警及定位


今年,天津市西青区运用AirScan平台技术于8月22日23时25分监测到张家窝工业园的工业燃烧源排放,且因为此时段主导风向为西风0.5m/s——2m/s,不利于污染扩散,因此在污染排放源附近形成了块状污染。污染程度严重、污染范围影响大,会直接影响附近空气监测站监测数据。


AirScan平台在考核站周边实现365×24小时在线实时动态扫描,快速准确地抓取污染点位信息并记录为污染事件,结合气象信息和设备实时数据生成的颗粒物污染雷达图、地图定位信息和扫描目标范围内的当地源清单,准确地判定污染的排放来源、类型、浓度和位置信息,以做到事前预警和及时管控。


2.污染源对考核站贡献分析


以河北省辛集市为例,2018年11月17日23时至24时期间,市内某两个考核站出现一次污染事件:PM10数据从68μg/m3迅速升至82μg/m3,且与市内其他考核站呈现相反的变化趋势。同一时间段从AirScan平台监测到,在该空气监测站西向附近有一明显带状污染。当时主导风向为西南风0.5m/s——2m/s,污染对于这两个空气监测站处于上风向,因此,对该考核站造成的影响程度为强。再结合泛测环境空气监测微站的数据以及当地的源清单等信息,判断此次污染为工业排放,对该考核站造成严重影响,使其颗粒物数值显著升高。


在污染事件发生时,大气颗粒物层析仪的监测数据结合气象站提供的局部风向风力等扩散条件,可预测该污染事件对考核站的影响及其后果,进行事前预报;与此同时,可根据目标范围内空气监测微站的数据对该预测进行检验,进行事后分析。为当地监管部门对考核站数据影响分析提供数据支撑。


激光遥感新利器构建激光遥感在线扫描监测网


化工厂污染热点图


3.重点污染区域监管


由于城市污染源类型多样、基数众多,大气颗粒物层析仪基于面状扫描,365×24小时工作,15分钟完成一次扫描,扫描半径可长达7km,对重点污染区域面源无死角实时监测,让排污行为、环保措施不到位等行为无处遁形。


以天津市开发区为例,2018年11月05日至11月11日,开发区的大气颗粒物层析仪经过一周扫描统计污染热点分析,该区域内主要为交通运输污染源和化工排放源:河道交通源主要集中在海河河道海门大桥至海河隧道段,傍晚和清晨时分集中出现;道路交通源集中在津沽一线、迎宾大道以及天津大道。设备正西向是天津大沽化工厂及天津乐金渤海化学厂区域,该区域的污染贡献最为严重。此外,由于当时正处于焚纸祭祖风俗时期,在傍晚21时、22时左右,区民聚集区发现成块污染。


4.组网全区域监管


由于大气颗粒物层析仪具低维护、响应快、稳定性强、高性价比等特点,可在目标区域进行组网监测,构建全区域、无死角、动态化监测网络,实现第一时间掌握全区域颗粒物污染状况,监测区域内的污染生成及区域污染传输,为环境污染应急工作及监管防控提供精准依据。


AirScan平台以光强、消光系数以及污染热点三种形式展现颗粒物污染状况,通过在线实时扫描能直观地解析污染源状况与污染过程,从时间上捕获污染事件发生—扩散—影响全过程,从空间上定位区域污染事件地点和类型,实现目标区域内污染热点精准溯源,从而促进快速联动执法,有效降低污染源对考核站的影响。


激光遥感新利器构建激光遥感在线扫描监测网


当周焚纸污染热点图


新型大气激光遥感技术与半导体激光器、图像传感器技术的融合


脉冲式激光雷达作为城市大气污染监测的科技手段之一,由点及面的监测模式,大大缩小了监测盲区,为掌握区域大气污染分布和传输、污染来源和变化趋势,提供了有力支撑。同时,一方面因其光学技术精密,造成其系统设计高成本、运维服务难度大;另一方面系统监测周期长,它按次和特定时间进行监测的特点等等,限制了其在大气环境探测领域的大规模推广和应用。


激光遥感新利器构建激光遥感在线扫描监测网


大气颗粒物层析仪


大气颗粒物层析仪结合先进的激光器技术和图像传感器技术,实现大气后向散射信号的距离分辨探测、从近距离到远距离的大气后向散射信号的清晰成像和探测,而这是常规脉冲式激光雷达大口径成像系统难以实现的。


和传统激光雷达相比,大气颗粒物层析仪具有365×24小时无人值守、360度扫描一周最快只需要15分钟和超高近距离分辨率等技术优势,解决了传统脉冲式激光雷达技术由于需要使用高性能纳秒量级脉冲光源而导致系统结构复杂、成本居高不下、维护成本高等难题。


目前,AirScan平台已经在天津和河北省城市大气污染扫描中部署应用,以问题为导向多次在考核站周边污染热点预警、数据升高的贡献分析中展现其亮丽的精湛技术,在秋冬季的大气污染防治攻坚战中有效助力生态环境监管部门第一时间发现环境污染问题,从而减少因存在盲区以及发生污染后不能及时预警所产生的一系列污染连锁反应。


技术改变环境,环境改变生活。泛测环境在空气质量精细化管理理念下,以实际改变污染环境为己任,继续努力、不断创新,用技术和产品回馈用户,为建设美丽、智慧城市做出自己的贡献。


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大气污染CT式扫描和分析平台(AirScan)


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