济南布设全国首张“量子治霾”监测网,助力实现颗粒物精准溯源

发布于 2021-10-08 14:38

来源：济南时报

抢占量子科技发展制高点、构筑发展新优势成为如今城市竞赛的新赛道，这条赛道上，济南已先行11个年头。下好量子科技“先手棋”，谋划好量子产业链“强链”“延链”，推动量子产业向更好发展，济南市生态环境局紧扣精准治污、科学治污导向，将量子技术应用到生态环境保护领域，助力生态环境实现高质量发展。

“光量子雷达”外观图

“光量子雷达”绘制出的360度“大气污染地图”济南时报·新黄河客户端记者王汗冰 摄

　　“量子治霾”被列入济南量子信息产业发展规划

　　“量子”不是一种粒子，而是对非常小的微观粒子的一个范畴称呼，比如我们熟悉的光子、电子、原子都属于量子的范畴。我们家里的手电筒发射的光信号，就是由无穷多的一个一个光子组成，而光子就属于量子的范畴，它表现出来的一些特性就需要用量子力学来解释，而不是我们传统概念上的经典力学。

　　那么量子技术如何应用到环保领域呢?《济南市量子信息产业发展规划(2019-2022年)》(以下简称《规划》)提出，发挥山东国耀量子雷达科技有限公司的行业应用示范效应，实现光量子雷达技术在山东环保治霾、气象监测等方面的应用。推动量子成像技术科技成果转化，实现原子重力仪、磁力仪和原子钟等量子测量产品在重力测量、地震预警、目标探测、大气参数遥感测量、气候监测、地下勘测、排污监控和空中交通管制等领域的应用。

　　近日，新黄河记者来到山东国耀量子雷达科技有限公司(以下简称国耀量子)，“揭秘”量子技术在环保领域的应用。据了解，目前量子技术主要有三个方向的研究，分别为量子计算、量子通信和量子测量。《规划》中提到的“实现光量子雷达技术在山东环保治霾、气象监测等方面的应用”属于量子测量领域。根据这一方向，目前国耀量子研发的颗粒物光量子雷达已投入使用并实现量产。

　　最快5分钟就能绘制一张360度“大气污染地图”

　　于今年5月“上岗”的一台颗粒物光量子雷达位于济南量子技术研究院楼顶，高度不足1米，看起来比较小巧，使用起来非常便捷。

　　“颗粒物光量子雷达使用近红外量子探测技术接收大气气溶胶等颗粒物的米散射后向散射信号，反演大气颗粒物的各项参数及其物理特性。”中国科学技术大学博士、国耀量子总经理申屠国樑介绍，目前这类雷达主要用于城市扬尘监测、大气颗粒物污染源追踪定位、区分本地与外来飘入大气污染源、大气边界层探测、沙尘探测、云层探测等。

　　“光量子雷达能解决颗粒物溯源的问题。”申屠国樑说，把雷达设备放在一个较高的位置，对一片区域进行水平监测，在优良气象条件下，就能把半径0至15公里范围内的所有颗粒物污染突发排放的点“抓”出来。和传统雷达相比，光量子雷达“”的速度非常快，通常传统激光雷达绘制一张360度的“大气污染地图”需要1小时的时间，但是光量子雷达只需要5至8分钟就可以绘制完成，这种快速的“抓捕”能力就可以把突发污染源产生、飘动、消逝的整个过程分析得非常清楚，也可以迅速地掌握较大范围内颗粒物的排放变化。

　　新黄河记者探访时，光量子雷达正在工作，但是现场既看不到“激光”，也没有噪声。“光量子雷达发射的激光信号是人肉眼看不到的光波段，对人眼也是绝对安全的，这个波段其实跟我们日常家里光纤入户上网用的光波段一样，我们平时家里上网，入户的光纤里虽然信号在走但是我们肉眼是看不到的。”申屠国樑介绍，光量子雷达的另外一个优势，就是白天和夜间性能是一样的，而且基本不会受到非极端雨雾天气的影响。垂直发射的“激光信号”最优可以探测15千米高度内的大气污染情况，监测外界飘过来的颗粒物的情况。

　　全国首张量子雷达监测网今年将“扩容”

　　总的来说，通过自主研发先进识别算法，颗粒物光量子雷达能够准确识别大气污染排放，大幅降低误报漏报。目前，颗粒物光量子雷达也已应用到济南颗粒物污染治理中。在济南市生态环境局生态环境监测处处长王磊的手机上，可以查看到雷达绘制的“污染地图”：“所有的图片叠加起来做一个动态图，就能实现颗粒物污染溯源。生态环境部门还专门建了一个群，发现污染，及时反馈给生态环保分局以及执法人员及时解决。”

　　截至目前，济南在高新区、莱芜区、章丘区已布点5台颗粒物光量子雷达，布设起全国第一张光量子雷达大气监测网，接下来这张网还将进一步扩容。

　　“为做好光量子雷达的推广布局，充分发挥光量子雷达在扬尘污染管控方面的优势，市生态环境局积极与国耀量子深入对接，确定今年在济南新增安装4台光量子雷达，目前，莱芜点位的光量子雷达已安装使用，在颗粒物监测方面效果明显。”王磊说，下一步，济南还将继续推进安装进度，扩大雷达监测覆盖面，打造光量子雷达示范样板。
　　除了光量子雷达“监控”大气污染物，济南还开展起“空地人”立体化监测排查。在秋冬季攻坚战期间，市生态环境局利用科技手段开展重点区域，对发现的高值区域进行走航监测，通过走航监测确定问题点位，组织执法人员进行现场排查。

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