圖為激光雷達(dá)在華材職中點(diǎn)位進(jìn)行水平掃描繪制的示意圖。         佛山市環(huán)保局供圖

　　圖為激光雷達(dá)的發(fā)射、接收端儀器。 佛山市環(huán)保局供圖

      過去，面對環(huán)境污染，環(huán)保部門往往是通過加大執(zhí)法巡查力度或根據(jù)群眾的投訴舉報進(jìn)行處理。如今，利用激光雷達(dá)這一高科技手段對空氣質(zhì)量進(jìn)行全天候監(jiān)測，或?qū)⒏淖冞@種被動格局。
      日前，廣東省佛山市環(huán)保局首次嘗試用3D可視型激光雷達(dá)設(shè)備監(jiān)測空氣質(zhì)量。這一設(shè)備可24小時不間斷監(jiān)測10公里半徑范圍內(nèi)的顆粒物和氣溶膠等濃度情況，直觀地對城市污染源進(jìn)行監(jiān)測與追蹤，為環(huán)保部門開展污染排查提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。更為精準(zhǔn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，也將提高環(huán)境執(zhí)法的效率，讓執(zhí)法“有的放矢”。
啟用激光雷達(dá)，有效破解污染排查難題
      “SO2為21毫克/立方米、NO2為74毫克/立方米、O3日最大1小時平均濃度為9毫克/立方米、O3日最大8小時平均濃度為169毫克/立方米、PM10為113毫克/立方米、PM2.5為61毫克/立方米……”10月23日，佛山市禪城區(qū)華材職中空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站點(diǎn)的日均監(jiān)測結(jié)果顯示：空氣質(zhì)量為輕度污染。
進(jìn)入秋冬霧霾天氣頻發(fā)期，空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的每一次波動，無一不牽動環(huán)保人的心。也因此，不管工作多繁忙，佛山市禪城區(qū)環(huán)境監(jiān)測站副站長占天剛時刻都繃緊著留意空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)這根弦，每隔一個小時左右，就會掏出手機(jī)查看一番。自從中國環(huán)境監(jiān)測總站推出了全國空氣質(zhì)量手機(jī)客戶端，定時“玩”手機(jī)，成為占天剛的工作職責(zé)之一。
      據(jù)了解，禪城共有華材職中、灣華、湖涌3個固定空氣自動監(jiān)測站點(diǎn)，是佛山5區(qū)中空氣監(jiān)測站點(diǎn)密度最大的行政區(qū)。根據(jù)各個監(jiān)測站點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，環(huán)保部門能實(shí)時掌握片區(qū)內(nèi)的空氣質(zhì)量狀況，進(jìn)而分析判斷轄區(qū)是否存在超標(biāo)排放。不過，由于監(jiān)測數(shù)據(jù)大多是反映整個區(qū)域的數(shù)據(jù)，往往難以由此判斷污染源頭。
為找出污染源頭，環(huán)保部門每每都要投入大量的人力、物力進(jìn)行排查，而即使如此，仍收效甚微。特別是經(jīng)過近幾年的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和排污企業(yè)綜合整治，禪城區(qū)本地工業(yè)企業(yè)污染物排放總量相對較少，目前空氣污染來源主要為交通尾氣、生活源、建筑工地?fù)P塵以及少部分工業(yè)廢氣污染，污染源呈現(xiàn)分散化、小型化和隱蔽化等特點(diǎn)。
      因此，對這些小而分散的污染源進(jìn)行控制，勢必不能再依靠過去用大而全的覆蓋方式獲得數(shù)據(jù)，而是要更具有針對性地進(jìn)行排查。
      今年8月中旬，占天剛發(fā)現(xiàn)華材職中監(jiān)測站點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)生異常，其PM10、PM2.5等顆粒物濃度出現(xiàn)上漲。這種情況連續(xù)出現(xiàn)一周后，占天剛決定啟用激光雷達(dá)來弄清空氣污染來源。
       讓人出乎意料的是，首次啟用激光雷達(dá)這一監(jiān)測技術(shù)，禪城環(huán)保部門便成功排查出了7個顆粒物排放源。根據(jù)雷達(dá)監(jiān)測出的數(shù)據(jù)以及監(jiān)測部門現(xiàn)場檢試，執(zhí)法人員現(xiàn)場對違規(guī)排放企業(yè)進(jìn)行了查處。
激光感知數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)鎖定污染源
      如此“厲害”的監(jiān)測設(shè)備，到底長什么樣，又是怎么工作的呢？
      走進(jìn)順德區(qū)樂從鎮(zhèn)小布村氣象站頂樓的監(jiān)測站點(diǎn)，頂樓出現(xiàn)一個類似“望眼鏡”的儀器和一臺連著處理器的電腦。“這就是激光雷達(dá)？”面對疑問，技術(shù)人員說：“準(zhǔn)確講，這是氣溶膠激光雷達(dá)，跟此前禪城區(qū)環(huán)保部門用的3D可視型激光雷達(dá)有些不同，但工作原理是一樣的。”
       其實(shí)，激光雷達(dá)的工作原理并不復(fù)雜——雷達(dá)通過鏡頭發(fā)射出綠色激光束到大氣中，經(jīng)過大氣中的分子、顆粒物（云、煙塵、海鹽等）散射，被雷達(dá)系統(tǒng)接收后將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。而固體顆粒對光都有反射作用，激光照到不同濃度、直徑、形狀的顆粒會形成不同的回波信號。激光雷達(dá)接收到電信號后，通過計算光在空氣中的傳播時間，得到不同距離（高度）上的回波信號，從而得到沿光束發(fā)射方向的氣溶膠粒子分布情況。
       而3D可視型激光雷達(dá)除了能連續(xù)監(jiān)測大氣氣溶膠的分布、分析氣溶膠的組成結(jié)構(gòu)和時空演變外，還創(chuàng)新性地增加了智能掃描和攝像功能。也就是根據(jù)事先設(shè)定好的的掃描速度和角度，可精準(zhǔn)水平掃描半徑10公里區(qū)域內(nèi)污染源位置分布和污染程度分布信息，與此同時，通過可調(diào)焦攝像裝置進(jìn)行拍照記錄，定點(diǎn)監(jiān)測工業(yè)煙塵排放和城市上空環(huán)境污染物的擴(kuò)散情況，準(zhǔn)確捕獲污染源位置。激光可以感知上述信息和照片并將數(shù)據(jù)傳回，在后臺結(jié)合地圖，以不同顏色標(biāo)識出不同程度的空氣狀況。
“根據(jù)空氣中顆粒物從少到多的不同，依次在地圖上直觀地以綠色、黃色、橙色、紅色標(biāo)示，而圖中顯示白色的空白區(qū)域，則說明這一區(qū)間有遮擋物。所以，使用3D可視型激光雷達(dá)進(jìn)行水平掃描時，最好選擇在高處，如高樓樓頂，以免因遮擋而影響了監(jiān)測效果。”工作人員介紹說。
       根據(jù)雷達(dá)繪制的地圖，環(huán)保部門發(fā)現(xiàn)了7處黃色區(qū)域，由此判斷這些地方可能存在污染源。于是，環(huán)保部門按圖索驥，揪出罪魁禍?zhǔn)?，其中包括一個沒有上揚(yáng)塵治理設(shè)施的市政工地和一家設(shè)備老舊的汽車噴漆企業(yè)等。
大氣污染將實(shí)現(xiàn)精細(xì)化治理
       “以前，對一些污染，執(zhí)法人員很難發(fā)現(xiàn)源頭，華材職中監(jiān)測站點(diǎn)負(fù)責(zé)整個城北片區(qū)，如果全部用人工排查，基本上是不可能完成的任務(wù)。”禪城區(qū)環(huán)保局執(zhí)法隊副隊長梁炳釗介紹說，“3D可視型激光雷達(dá)能夠準(zhǔn)確定位污染物最密集地方的經(jīng)緯度，再結(jié)合執(zhí)法人員對片區(qū)內(nèi)企業(yè)和工地等情況的了解，我們很快就能鎖定污染源。”
       “毋庸置疑，3D可視型激光雷達(dá)用于環(huán)境執(zhí)法，能及時發(fā)現(xiàn)疑似問題企業(yè)，有針對性地開展執(zhí)法，避免了監(jiān)控巡查的盲目性，使得執(zhí)法更精準(zhǔn)、高效。”對于3D可視型激光雷達(dá)的效果，占天剛同樣給予了肯定。但他同時也指出，“設(shè)備價格高昂，難以普及”。
        “還有一個問題是現(xiàn)在整套設(shè)備包括主機(jī)和公共機(jī)，重量超過了50公斤，有點(diǎn)太重了，所以現(xiàn)在只能選擇車載式或固定的安裝使用方式，如果可以將硬件改得更輕巧、便捷些，就可以搭載到無人機(jī)上，避免了很多監(jiān)測的死角，也讓我們的工作人員減少設(shè)備搬運(yùn)之苦，那就更好了。”占天剛說。
          為了最大限度保障本轄區(qū)的環(huán)境空氣質(zhì)量，禪城區(qū)環(huán)保部門正積極申請專項經(jīng)費(fèi)購置3D可視型激光雷達(dá)。