图为激光雷达在华材职中点位进行水平扫描绘制的示意图。 佛山市环保局供图

　　图为激光雷达的发射、接收端仪器。 佛山市环保局供图

过去，面对环境污染，环保部门往往是通过加大执法巡查力度或根据群众的投诉举报进行处理。如今，利用激光雷达这一高科技手段对空气质量进行全天候监测，或将改变这种被动格局。
日前，广东省佛山市环保局首次尝试用3D可视型激光雷达设备监测空气质量。这一设备可24小时不间断监测10公里半径范围内的颗粒物和气溶胶等浓度情况，直观地对城市污染源进行监测与追踪，为环保部门开展污染排查提供强有力的技术支撑。更为精准的监测数据，也将提高环境执法的效率，让执法“有的放矢”。
启用激光雷达，有效破解污染排查难题
“SO2为21毫克/立方米、NO2为74毫克/立方米、O3日最大1小时平均浓度为9毫克/立方米、O3日最大8小时平均浓度为169毫克/立方米、PM10为113毫克/立方米、PM2.5为61毫克/立方米……”10月23日，佛山市禅城区华材职中空气质量自动监测站点的日均监测结果显示：空气质量为轻度污染。
进入秋冬雾霾天气频发期，空气质量监测数据的每一次波动，无一不牵动环保人的心。也因此，不管工作多繁忙，佛山市禅城区环境监测站副站长占天刚时刻都绷紧着留意空气质量监测数据这根弦，每隔一个小时左右，就会掏出手机查看一番。自从中国环境监测总站推出了全国空气质量手机客户端，定时“玩”手机，成为占天刚的工作职责之一。
据了解，禅城共有华材职中、湾华、湖涌3个固定空气自动监测站点，是佛山5区中空气监测站点密度最大的行政区。根据各个监测站点的监测数据，环保部门能实时掌握片区内的空气质量状况，进而分析判断辖区是否存在超标排放。不过，由于监测数据大多是反映整个区域的数据，往往难以由此判断污染源头。
为找出污染源头，环保部门每每都要投入大量的人力、物力进行排查，而即使如此，仍收效甚微。特别是经过近几年的产业结构调整和排污企业综合整治，禅城区本地工业企业污染物排放总量相对较少，目前空气污染来源主要为交通尾气、生活源、建筑工地扬尘以及少部分工业废气污染，污染源呈现分散化、小型化和隐蔽化等特点。
因此，对这些小而分散的污染源进行控制，势必不能再依靠过去用大而全的覆盖方式获得数据，而是要更具有针对性地进行排查。
今年8月中旬，占天刚发现华材职中监测站点的数据发生异常，其PM10、PM2.5等颗粒物浓度出现上涨。这种情况连续出现一周后，占天刚决定启用激光雷达来弄清空气污染来源。
让人出乎意料的是，首次启用激光雷达这一监测技术，禅城环保部门便成功排查出了7个颗粒物排放源。根据雷达监测出的数据以及监测部门现场检试，执法人员现场对违规排放企业进行了查处。
激光感知数据，精准锁定污染源
如此“厉害”的监测设备，到底长什么样，又是怎么工作的呢？
走进顺德区乐从镇小布村气象站顶楼的监测站点，顶楼出现一个类似“望眼镜”的仪器和一台连着处理器的电脑。“这就是激光雷达？”面对疑问，技术人员说：“准确讲，这是气溶胶激光雷达，跟此前禅城区环保部门用的3D可视型激光雷达有些不同，但工作原理是一样的。”
其实，激光雷达的工作原理并不复杂——雷达通过镜头发射出绿色激光束到大气中，经过大气中的分子、颗粒物（云、烟尘、海盐等）散射，被雷达系统接收后将光信号转换为电信号。而固体颗粒对光都有反射作用，激光照到不同浓度、直径、形状的颗粒会形成不同的回波信号。激光雷达接收到电信号后，通过计算光在空气中的传播时间，得到不同距离（高度）上的回波信号，从而得到沿光束发射方向的气溶胶粒子分布情况。
而3D可视型激光雷达除了能连续监测大气气溶胶的分布、分析气溶胶的组成结构和时空演变外，还创新性地增加了智能扫描和摄像功能。也就是根据事先设定好的的扫描速度和角度，可精准水平扫描半径10公里区域内污染源位置分布和污染程度分布信息，与此同时，通过可调焦摄像装置进行拍照记录，定点监测工业烟尘排放和城市上空环境污染物的扩散情况，准确捕获污染源位置。激光可以感知上述信息和照片并将数据传回，在后台结合地图，以不同颜色标识出不同程度的空气状况。
“根据空气中颗粒物从少到多的不同，依次在地图上直观地以绿色、黄色、橙色、红色标示，而图中显示白色的空白区域，则说明这一区间有遮挡物。所以，使用3D可视型激光雷达进行水平扫描时，最好选择在高处，如高楼楼顶，以免因遮挡而影响了监测效果。”工作人员介绍说。
根据雷达绘制的地图，环保部门发现了7处黄色区域，由此判断这些地方可能存在污染源。于是，环保部门按图索骥，揪出罪魁祸首，其中包括一个没有上扬尘治理设施的市政工地和一家设备老旧的汽车喷漆企业等。
大气污染将实现精细化治理
“以前，对一些污染，执法人员很难发现源头，华材职中监测站点负责整个城北片区，如果全部用人工排查，基本上是不可能完成的任务。”禅城区环保局执法队副队长梁炳钊介绍说，“3D可视型激光雷达能够准确定位污染物最密集地方的经纬度，再结合执法人员对片区内企业和工地等情况的了解，我们很快就能锁定污染源。”
“毋庸置疑，3D可视型激光雷达用于环境执法，能及时发现疑似问题企业，有针对性地开展执法，避免了监控巡查的盲目性，使得执法更精准、高效。”对于3D可视型激光雷达的效果，占天刚同样给予了肯定。但他同时也指出，“设备价格高昂，难以普及”。
“还有一个问题是现在整套设备包括主机和公共机，重量超过了50公斤，有点太重了，所以现在只能选择车载式或固定的安装使用方式，如果可以将硬件改得更轻巧、便捷些，就可以搭载到无人机上，避免了很多监测的死角，也让我们的工作人员减少设备搬运之苦，那就更好了。”占天刚说。
为了最大限度保障本辖区的环境空气质量，禅城区环保部门正积极申请专项经费购置3D可视型激光雷达。