圖為激光雷達在華材職中點位進行水平掃描繪制的示意圖。 佛山市環保局供圖
圖為激光雷達的發射、接收端儀器。 佛山市環保局供圖
過去，面對環境污染，環保部門往往是通過加大執法巡查力度或根據群眾的投訴舉報進行處理。如今，利用激光雷達這一高科技手段對空氣質量進行全天候監測，或將改變這種被動格局。
日前，廣東省佛山市環保局首次嘗試用3D可視型激光雷達設備監測空氣質量。這一設備可24小時不間斷監測10公里半徑范圍內的顆粒物和氣溶膠等濃度情況，直觀地對城市污染源進行監測與追蹤，為環保部門開展污染排查提供強有力的技術支撐。更為精準的監測數據，也將提高環境執法的效率，讓執法“有的放矢”。
啟用激光雷達，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，佛山市禪城區華材職中空氣質量自動監測站點的日均監測結果顯示：空氣質量為輕度污染。
進入秋冬霧霾天氣頻發期，空氣質量監測數據的每一次波動，無一不牽動環保人的心。也因此，不管工作多繁忙，佛山市禪城區環境監測站副站長占天剛時刻都繃緊著留意空氣質量監測數據這根弦，每隔一個小時左右，就會掏出手機查看一番。自從中國環境監測總站推出了全國空氣質量手機客戶端，定時“玩”手機，成為占天剛的工作職責之一。
據了解，禪城共有華材職中、灣華、湖涌3個固定空氣自動監測站點，是佛山5區中空氣監測站點密度最大的行政區。根據各個監測站點的監測數據，環保部門能實時掌握片區內的空氣質量狀況，進而分析判斷轄區是否存在超標排放。不過，由于監測數據大多是反映整個區域的數據，往往難以由此判斷污染源頭。
為找出污染源頭，環保部門每每都要投入大量的人力、物力進行排查，而即使如此，仍收效甚微。特別是經過近幾年的產業結構調整和排污企業綜合整治，禪城區本地工業企業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、建筑工地揚塵以及少部分工業廢氣污染，污染源呈現分散化、小型化和隱蔽化等特點。
因此，對這些小而分散的污染源進行控制，勢必不能再依靠過去用大而全的覆蓋方式獲得數據，而是要更具有針對性地進行排查。
今年8月中旬，占天剛發現華材職中監測站點的數據發生異常，其PM10、PM2.5等顆粒物濃度出現上漲。這種情況連續出現一周后，占天剛決定啟用激光雷達來弄清空氣污染來源。
讓人出乎意料的是，首次啟用激光雷達這一監測技術，禪城環保部門便成功排查出了7個顆粒物排放源。根據雷達監測出的數據以及監測部門現場檢試，執法人員現場對違規排放企業進行了查處。
激光感知數據，精準鎖定污染源
如此“厲害”的監測設備，到底長什么樣，又是怎么工作的呢？
走進順德區樂從鎮小布村氣象站頂樓的監測站點，頂樓出現一個類似“望眼鏡”的儀器和一臺連著處理器的電腦。“這就是激光雷達？”面對疑問，技術人員說：“準確講，這是氣溶膠激光雷達，跟此前禪城區環保部門用的3D可視型激光雷達有些不同，但工作原理是一樣的。”
其實，激光雷達的工作原理并不復雜——雷達通過鏡頭發射出綠色激光束到大氣中，經過大氣中的分子、顆粒物（云、煙塵、海鹽等）散射，被雷達系統接收后將光信號轉換為電信號。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，從而得到沿光束發射方向的氣溶膠粒子分布情況。
而3D可視型激光雷達除了能連續監測大氣氣溶膠的分布、分析氣溶膠的組成結構和時空演變外，還創新性地增加了智能掃描和攝像功能。也就是根據事先設定好的的掃描速度和角度，可精準水平掃描半徑10公里區域內污染源位置分布和污染程度分布信息，與此同時，通過可調焦攝像裝置進行拍照記錄，定點監測工業煙塵排放和城市上空環境污染物的擴散情況，準確捕獲污染源位置。激光可以感知上述信息和照片并將數據傳回，在后臺結合地圖，以不同顏色標識出不同程度的空氣狀況。
“根據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、紅色標示，而圖中顯示白色的空白區域，則說明這一區間有遮擋物。所以，使用3D可視型激光雷達進行水平掃描時，最好選擇在高處，如高樓樓頂，以免因遮擋而影響了監測效果。”工作人員介紹說。
根據雷達繪制的地圖，環保部門發現了7處黃色區域，由此判斷這些地方可能存在污染源。于是，環保部門按圖索驥，揪出罪魁禍首，其中包括一個沒有上揚塵治理設施的市政工地和一家設備老舊的汽車噴漆企業等。
大氣污染將實現精細化治理
“以前，對一些污染，執法人員很難發現源頭，華材職中監測站點負責整個城北片區，如果全部用人工排查，基本上是不可能完成的任務。”禪城區環保局執法隊副隊長梁炳釗介紹說，“3D可視型激光雷達能夠準確定位污染物最密集地方的經緯度，再結合執法人員對片區內企業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可視型激光雷達用于環境執法，能及時發現疑似問題企業，有針對性地開展執法，避免了監控巡查的盲目性，使得執法更精準、高效。”對于3D可視型激光雷達的效果，占天剛同樣給予了肯定。但他同時也指出，“設備價格高昂，難以普及”。
“還有一個問題是現在整套設備包括主機和公共機，重量超過了50公斤，有點太重了，所以現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上，避免了很多監測的死角，也讓我們的工作人員減少設備搬運之苦，那就更好了。”占天剛說。
為了最大限度保障本轄區的環境空氣質量，禪城區環保部門正積極申請專項經費購置3D可視型激光雷達。
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