近日，“陸家嘴起訴蘇鋼集團索賠100億”的消息引起社會廣泛關注。
簡單來說，就是陸家嘴于2016年花85.25億元買了蘇鋼集團17塊地，然后熱火朝天地進行了幾年開發工作。
結果房子都蓋出來了，卻發現其中大部分都存在嚴重污染風險，與此前蘇鋼集團掛牌出讓時披露污染的信息不符，根本無法用于住宅、商辦等——這很有可能導致投資百億的綜合體項目淪為一座空城，所以陸家嘴直接就把蘇鋼集團告了，索賠約100億！
圖1，陸家嘴金融貿易區開發股份有限公司公告
在此之前，日本政府無視國內外反對呼聲，于8月24日啟動福島核污染水排海的舉動，則是引發了世界范圍內大規模的反對和譴責。
隨著工業生產和日常生活中排放的廢氣、廢水和廢物越來越多，以這些熱點事件為引，環境污染問題越發成為國家和社會關注的焦點。
然而，傳統的環境保護和污染治理在預防性、及時性以及精準性等方面有所欠缺，與之相比，新興的智慧環保依托AIoT技術，通過對監測地區的環境信息進行感知、分析、整合，使決策者能夠更好地做出契合環境發展需要的決策，進而實現環境保護的精細化管理。
根據北京研精畢智信息咨詢有限公司統計，當前全球智慧環保行業市場規模逐年上升，截至2021年底，全球市場規模已達到1250億美元，2022年市場規模則進一步增加至1310億美元。可以預知，前景廣闊的智慧環保市場將為物聯網產業鏈上下游，尤其是提供監測/檢測類設備的企業帶來可觀的增長空間。
智能監測/檢測領域前景可期
與智能物聯從1.0到2.0的演進方向一致，一套完整的智慧環保解決方案架構基本也可分為感知層、傳輸層、平臺層和應用層，并且各個層級之間出現了“通感智值一體化”的發展趨勢：
感知層：主要包括污染源監控設備、水質監控站、大氣監控站等智能監測/檢測設備和站點，通過對周邊環境進行感知，捕獲、測定及傳遞信息；
傳輸層：利用通信網絡和技術傳輸感知設備收集到的數據，由于很多監測/監測設備地處偏遠，所以常用的通信技術有衛星通信，以及包括NB-IoT、LoRa在內的低功耗廣域傳輸技術；
平臺層：基于人工智能大模型、大數據等技術對環境信息進行整合、分析和處理，實現對環境信息智能化解讀及使用；
應用層：建立信息應用系統和平臺，為服務對象提供智能化服務——一方面幫助政府、企業更好地實現環境質量檢測、污染防治、生態環境保護決策，如風險管理子系統、 監測預警子系統、應急響應子系統等；另一方面也可以服務于民。
在智慧環保產業鏈中，智能檢測/監測設備是核心產品之一。
就政策層面來看，《數字中國建設整體布局規劃》中著重提出了對生態環境相關領域的數字化建設要求，推動智慧環保發展機遇到來，環境監測作為智慧環保感知層建設中最重要的一環，有望率先受益。
另據《生態環境監測規劃綱要（2020-2035年）》，要求“十四五”期間大氣監測國控點位數量從1436個增加至2000個左右、地表水國控斷面數從2050個整合增加至4000個左右，并形成多層次地下水環境質量監測網絡。
顯然，“十四五”新增的大氣及水質國控監測點位有望帶來大量新增設備需求，智能監測/檢測領域前景可期。就細分領域來看，智能監測/檢測領域分為氣體監測、水質監測、輻射監測、土壤監測等多個方向，下面將一一進行闡述：
（1）氣體監測/檢測
氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉換成可以被人員、儀器儀表、計算機等利用的信息的裝置，近年來市場持續增長。根據Mordor Intelligence的數據，氣體傳感器市場規模預計將從2023年的13.9億美元增長到2028年的22.8億美元，在預測期間（2023-2028 年）的復合年增長率為 10.40%。
氣體傳感器技術種類繁多，有不同的分類維度，以發生反應的方式不同可分為電化學、半導體、紅外、接觸燃燒、氣體傳感器等，如下表所示：
表1：氣體傳感器主要分類及介紹
按照氣體分類，目前市場上主要測量碳氫化合物以及可燃氣體，例如O(2、)NH(3)、HCN、HCl、Cl(2)、NO、NO(2)、CO、CO(2)、O(3)、SO(2)、H(2)S等。在配合各類通訊協議的條件下，這類傳感器在接收到超過閾值的有毒有害氣體時會自動報警，并且實時上傳數據，保障工廠作業和日常生活中的安全性。
在市場需求的持續推動下，氣體傳感器領域也不斷推陳出新，向著小型化、智能化、低功耗、高靈敏度、多組分檢測等方向進化。
早在2021年3月，博世就推出了第一款具有人工智能功能的氣體傳感器MEMS傳感器BME688。據官方介紹，基于 Bosch Sensortec 成熟的 BME680 平臺，BME688 內置的更新版本氣體傳感器可實現更廣泛的測量范圍，并擁有先進的人工智能功能。此氣體傳感器現可檢測多種氣體，包括揮發性有機化合物(VOCs)、揮發性化合物 (VSCs) 和其他類型的氣體，如一氧化碳和氫氣，檢測范圍為十億分之一 (ppb）。
今年3月，清華大學機械系在智能氣體傳感器研究中取得新進展，基于單氣體傳感器實現了混合物多組分智能檢測。
圖2.該研究被選為《先進智能系統》（Advanced Intelligent Systems）期刊封底文章
混合物中的多組分檢測，在現代生物醫學及化學研究中有著不可或缺的重要地位。由于傳感單元響應選擇性往往不盡如人意，不同組分在同一傳感器上產生的響應信號會不可避免地發生重疊。這導致現有檢測手段仍需面對成本較高、操作流程冗長、需要專業人員操作等問題。
而人工智能的發展為傳感器信號處理與特征提取提供了新思路。針對上述問題，清華大學針對混合物組分在同一傳感器上的重疊響應信號，探索出了低成本、高準確率、自動化的多組分智能檢測方法。該研究中，針對18種不同濃度配比的乙烯-乙炔二元氣體混合物，可直接根據傳感器響應信號預測各組樣品的組分含量，在5折交叉驗證測試中，成功識別了這18種二元氣體樣本，準確率達99.9%以上。
就市場份額和企業來看，氣體傳感器企業主要集中在歐美和日本等地區，包括費加羅、安費諾、盛思銳、艾邁斯等企業。近幾年，國內一些氣體傳感器企業也逐漸浮出水面，在國內市場逐步擴大份額。比如，主營傳感器、智能儀表和物聯網相關軟件產品的漢威科技廣泛布局氣體監測行業，已經形成傳感器+監測終端+數據采集+空間信息技術+云應用+AI的全方案商業模式；專精生產氣體傳感器的四方光電不斷在氣體傳感器細分領域內深耕，打造屬于自己的護城河，做到細分行業龍頭；從事環境監測及相關服務的雪迪龍主要圍繞與大氣、水、土壤等生態環境監測相關的“端+云+服務”展開。
（2）水質監測/檢測
水質監測是保證用水安全和水污染治理不可或缺的環節。《生態環境監測規劃綱要（2020-2035年）》提出了我國未來15年將實現水環境監測的發展目標。明確了水環境質量監測的重要性，并進一步提出水質監測將逐步向水生態監測轉變，組建統一的地表水環境監測網絡、深化自動監測與手工監測相融合的監測體系、推動水質污染溯源監測、拓展流域水生態監測。
水質傳感器是其中的核心設備——該類傳感器主要用于監測河流、湖泊和海洋的水質，適用于飲用水監測、河流化學泄漏檢測和海水污染水平的遠程測量。
目前水質主要監測pH值、溶解氧、電導率、濁度和溫度等水質常規五參數，以及ORP、氨氮、余氯、COD、BOD、重金屬、亞硝酸-硝酸鹽指數、總磷及葉綠素等對水自然環境影響較大監測因子。按照監測參數和技術原理，水質傳感器主要有如下分類：
表2：水質傳感器主要分類及介紹
由于水質監測涉及的監測范圍通常比較大，監測設備往往會以監測站的形式進行應用。國家海洋環境監測中心今年3月發布的數據顯示，目前，全國已建的71套海水水質自動監測站中有38套已聯網接入海洋中心，監測數據包括風速、風向、氣溫、水溫、pH、溶解氧、營養鹽等指標，數據量約1000萬條。
打通了沿海地方與國家節點之間的數據傳輸通道，實現了海水水質自動監測站數據實時傳輸、即時評價，在一張圖上動態展示評價結果。
圖3：海水水質自動監控信息系統（國家海洋環境監測中心)
就市場份額和企業來看，中國水質監測儀器行業主要有國內本土企業和國外企業兩大派系——國外水質監測企業技術水平、市場占有率、產品成熟度等方面具有一定優勢，代表企業有艾默生、賽默飛、島津、哈希等；國內企業雖然相比國外同行存在著一定差距，但近年來發展迅速，代表企業有聚光科技、先河環保、力合科技、雪迪龍、理工環科、怡文環境等。
（3）輻射監測/檢測
與氣體、水質等傳感器相比，輻射傳感器原本比較“低調”，應用范圍也沒有前兩者那么廣泛，但是近期日本核污水排海的消息卻讓這類設備被推上了風口浪尖，甚至引發了大眾對核輻射檢測儀的一波搶購。
所謂核輻射檢測儀，是用于測量環境中輻射強度的儀器，常用于檢測核輻射、核污染是否超標，一般是機場、海關、碼頭、安全組織、核電站或是研究機構、實驗室等可能接觸到核輻射、核污染的工作人員會用到，其原理是利用射線與物質相互作用時所產生的多種效應，將各種需要檢測的物理、化學等變量信息轉變成可測量的電信號，再傳給芯片進行計算得出結果。
除了常見的核輻射檢測儀之外，還有另一種可以用于檢測的核輻射傳感器，即利用放射性同位素來進行測量的傳感器，又稱放射性同位素傳感器。它的基本工作原理是利用放射性物質與物質相互作用產生的電離現象，將其轉換為電信號，再經過前置放大器進行放大，并由數字顯示裝置或轉換器進行數碼顯示或轉換為標準信號（如模擬信號或數字通信信號）輸出。
目前，核輻射監測/監測設備可被應用于核工業、醫療衛生、食品安全等領域。在核工業中，其常被用于放射性物質的監測與控制；在醫療衛生方面，則可用于放射性藥物的使用量控制、輻射治療劑量的測定等；在食品安全方面，還可實現對食品中放射性物質含量的快速檢測和監測。
（4）土壤監測/檢測
數據顯示，95%的食物來自土地，因此土壤是全人類生存、發展的基礎，也是生態環境的重要組成部分。然而，采礦、熔煉和制造等工業活動；生活垃圾、畜禽廢物和城市廢物；農用殺蟲劑、除草劑、化肥；車輛尾氣等排放物——都會在不同程度上造成土壤污染。
具體到中國，當前我國土壤污染防治形勢嚴峻。2014年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，總的調查點位超標率為16.1%，中度和重度污染點位分別為1.5%和1.1%。其中，耕地土壤的超標率高達19.4%；工礦業場地點位超標率達36.3%。
土壤污染既會損害植物代謝減少作物產量，也會危害生活在土壤中的微生物，從而威脅我國農產品質量安全、人居環境安全和生態環境安全，因此加強土壤污染防治已經迫在眉睫。從土壤生態安全的戰略高度，防治的關鍵一環在于加強對土壤環境質量狀況的及時監測/檢測。
雖然土壤微生物監測也十分重要，但與之相比，土壤理化監測方法具有易采樣、成本低、檢測快等優點，目前許多土壤環境健康監測多采用此方法。常用的物理監測指標包括土壤質地、水分、容重、導水率、團聚體、滲透力、土層深度、孔隙度等；化學監測指標包括pH值、有機質、重金屬、有效養分、含鹽量等，因此市面上的土壤監測/檢測傳感器種類繁多，常見的如下表所示：
表3：土壤傳感器主要分類及介紹
在諸多土壤監測/檢測傳感器，土壤水分傳感器的應用最為廣泛。調研數據顯示，2022年，全球土壤水分傳感器市場規模達到2.166億美元。展望未來，IMARC集團預計到2028年，市場規模將達到4.581億美元，在2023-2028年期間達13.7%的增長率（CAGR）。
面向市場需求，土壤水分傳感器也在持續迭代進化：第一代土壤水分傳感器多以單深度針式傳感器為主，穩定性和重復性都比較差，且精度普遍與標稱值不符。
隨著物聯網技術的普及，將數字儀表、無線發送設備與傳感器一體化設計，成為我國土壤水分測量傳感器第二代技術的標志。第二代傳感器實現了實時、在線、原位測量，而且“一管到底”，多個深度同時監測，數據直接通過無線GSM/GPRS芯片發送至云服務器，用戶可借助任何終端（手機、PC機）隨時隨地查看數據。
如今，隨著人工智能的加持，土壤水分傳感器迎來3.0時代——據報道，中國農業大學傳感器團隊研發了我國第3代“端云一體的多深度土壤水分監測系統”，完全實現了模擬感知、數據采集、無線通信、云服務器及用戶終端一體化、小型化及系統化設計，系統可以對同一點四個土壤剖面的水分、溫度、空氣的溫度、濕度、大氣壓等參數同時測量。3.0版本采用智能算法，在不增加傳感器成本及測量節點的情況下，實現了對傳感器四個有感知環的深度精準測量精準度≤2%，其它點任意測，預估誤差≤4%。
一些典型應用場景/案例
雖然智能監測/檢測設備是智能環保產業鏈的核心設備，但由于監測環境的特殊性，其往往需要和其他智能化設備配合應用，形成一套綜合性的智慧物聯網解決方案。基于此，本部分將介紹一些典型應用案例：
機器人+氣體傳感器
在我國石油、化工、煤炭等行業，非常規、非連續作業的有限空間，如管道、煙道、隧道、下水道、船艙、地下倉庫、儲藏室等場所，有毒氣體泄漏事故時有發生，對人身安全的威脅也越來越大。傳統人工巡檢氣體檢測方法存在“望、聞、問、切”四步驟的局限性，且效率低、巡檢盲區問題較為突出。
智能巡檢機器人搭載氣體傳感器依靠以5G為代表的無線通信技術，可以代替一線高危作業人員，在各類易燃易爆、有毒有害、高溫高壓的環境中，執行全天候晝夜巡檢工作，部分機器人還具備自主建圖、路徑規劃、自主避障、定位導航、快速感知、實時監測、超前預警等功能，保證巡檢工作的安全與高效。
此前，高通公司聯合智次方·物聯網智庫發布的《2023高通賦能企業數字化轉型案例集》曾提及，移遠通信推出了基于高通QCM6490物聯網解決方案的5G智能模組SG560D和基于高通QCS8250物聯網解決方案的高算力模組SG865W-WF，為無人機、機器人終端在油氣行業開啟遠程巡檢提供“動能”。
無人機+氣體傳感器
當前，無人機生態環境監測在一體化監測體系中扮演著非常重要的角色。衛星環境應用中心航空遙感部曾表示，在日常監測中，818個縣域的生態環境監測就是無人機和衛星相互配合來完成工作的。
在夏季大氣污染觀測中，無人機搭載大氣氣體檢測傳感器的應用得到了大力推廣。中國科技部交予上海交通大學的科研項目“復雜地形區域大氣污染機載走航觀測技術”，利用搭載大氣氣體檢測傳感器及小型化高分辨成像DOAS探測系統進行空氣污染走航觀測，效果很好。無人機根據飛行的不同高度，可以搭載不同的大氣自動監測設備，實現對空氣中不同高度目標區域的大氣進行監測，實時反饋大氣質量數據或對空氣進行采樣，其中可監測臭氧、二氧化硫、一氧化碳、顆粒物濃度pm2.5濃度等空氣環境問題。
此前， ABB 也曾在第三屆進博會上全球首發HoverGuard?天然氣泄漏檢測解決方案。該方案基于ABB 專利的激光檢測技術，結合北斗精準服務，可快速、準確、可靠地檢測與定位天然氣泄漏情況，用創新的數字化技術保障城市與基礎設施安全。據悉，HoverGuard 無人機載天然氣泄漏解決方案可實現在 40米或更高的飛行高度下快速檢測 100米范圍內的泄漏。無人機在幾分鐘內即可遠距離檢測車輛和人員難以到達之處的泄漏問題，其每分鐘覆蓋的陸地面積是傳統方法的10-15倍。
智能無人船+水質傳感器
河湖監管范圍大，任務重，依靠當前水政監察人員人走車跑船巡的監管方式，巡查效率較為低下，同時耗費的人力物力也較大，據統計，2016—2021年，全國共出動水政監察人員1468.4萬人次，車輛375.2萬車次，船艇63.5萬航次。
為了解決類似挑戰，水利部發展研究中心發文介紹了一種新型智能無人船設備，包含水面自主巡航機器人、智能停泊塢和可視化軟件系統平臺三個部分。
圖4：新型無人船體設計示意
其中，水面自主巡航機器人內置完善的水文、水質檢測系統和多種傳感器，可24小時無人值守自主完成指定水域的監測巡航，并實時采集自身所處水域的各種水資源相關數據和視頻圖像。
智能停泊塢可以為水面自主巡航機器人提供補給，包括充電、補充水資源檢測系統所需的耗材、移除水質測試系統產生的廢液等。此外，船塢本身還是一個無人值守監測站和5G信號基站，既可以實時監測船塢所處一定范圍內的水資源相關指標，還可以為無人船和周邊其他監測設備提供5G信號傳輸支持和電力支持。
最后，可視化管理系統平臺匯集所有水面自主巡航機器人和智能停泊塢獲取的監測數據，可以建立相關的數據模型庫，同時支持實時圖像傳輸和VR遠程控制，可將數據傳輸至省、市、縣等各級水利業務平臺系統和政府其他相關業務平臺，方便水行政主管部門和其他相關職能部門遠程查看和實時調用被監測水域的相關數據和影像。
物聯網平臺+土壤傳感器
當下，中國農業數字化應用技術水平在不斷提高，智慧化技術改變了農民“面朝黃土背朝天”的傳統，一座座“數字農場”如雨后春筍一般紛紛冒出。
舉例來說——曾經創辦“偷菜”游戲“開心農場”的郜韶飛在2018年投資了一家名為“農法自然”的農業科技公司，該公司看中衢州氣候環境不易生“柑橘黃龍病”（柑橘的毀滅性病害）的優點，在柯城區承包了1250畝土地，種植當地著名的椪柑、雞尾葡萄柚、大雅柑。
公司引進了阿里智慧農業IoT物聯網技術和數字化管理工具，通過土壤傳感器、光傳感器等設備實時監測土壤水分、PH值、日照時數、光和有效輻射等情況。根據這些數據，果農可以在電腦或手機上遠程實時操控灌溉的時間、強度等等，避免造成旱、澇，也避免浪費資源。
除了土壤和光照情況，這套系統還能監測植株長勢、土壤養分分布、土壤有機質含量等等，實施精準化種植管理，全程追溯。最終提高雞尾柚產量，增強果實甜度、光澤度等指標，實現良好的種植效益。
寫在最后
在智慧環保的大潮中，智能監測/檢測設備展現出令人矚目的前景，為環境保護事業注入了強大的動力。氣體監測、水質監測、輻射監測、土壤監測等多方位的綜合數據，使得我們對環境狀況的了解更為全面深入，為科學決策提供了堅實的依據。
隨著科技的不斷進步，智能監測設備的發展將迎來更為廣闊的空間。未來，我們可以期待更精密、智能化的監測工具，更高效、實時的數據分析系統，以及更便捷、全面的監測網絡。這將為環保部門、科研機構以及社會大眾提供更多創新性的解決方案，推動環保事業不斷取得新的進展。
在智慧環保的長遠道路上，我們期許智能監測設備不僅成為環保事業的得力助手，更是推動社會可持續發展的引擎。通過科技的力量，我們能夠更好地保護自然環境，實現人與自然的和諧共生。讓我們共同努力，攜手邁向一個更清潔、更綠色、更美好的未來。
參考資料：
《智慧環保行業發展現狀分析》，智次方研究院
《氣體傳感器市場規模和份額分析-增長趨勢和預測（2023-2028）報告》，Mordor Intelligence
《2023年中國氣體傳感器行業市場分析報告 》，智研咨詢
《機械系研究團隊基于單氣體傳感器實現混合物多組分智能檢測》，清華大學官網
《Bosch Sensortec推出搭載人工智能的四合一氣體傳感器BME688》，博世官網
《中國水質監測行業競爭格局及市場份額》，前瞻網
《水質檢測常用的幾款傳感器》，煒盛科技
《核輻射檢測儀賣爆了！檢測設備上的傳感器嚴重短缺》，儀商網
《我們需要買核輻射檢測儀嗎？》，與非網
《從礦山到油田，5G+AI為能源行業添智慧》，智次方·物聯網智庫
《氣體傳感器在無人機上的應用》，工采網
《新型智能無人船在提升水資源監測、河湖監管水平方面的應用》，水利部發展研究中心
《全國土壤污染狀況調查公報》，環保部和國土部
當土壤檢測遇上物聯網和人工智能，會發生怎樣的化學反應》，修復通
《土壤水分傳感器市場：2023-2028年全球行業趨勢、份額、規模、增長、機會和預測》，IMARC
《【專題報道】隱藏的危險---全球土壤污染問題》，聯合國新聞
《行業觀察 | 數字技術“播種”，阿里巴巴下田》，財經雜志
