潘慶慶 張春林

【摘 要】衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，環(huán)境一號、高分一號等衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)已在環(huán)保部的日常監(jiān)測、監(jiān) 管工作中實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行，在環(huán)保工作中發(fā)揮了不可或缺的重要作用。結(jié)合新時期我國環(huán)境保護(hù)工作的特點(diǎn)和需求，探討了傳統(tǒng)電網(wǎng)污穢分析技術(shù)存在的數(shù)據(jù)獲取周期長、范圍有局限性、數(shù)據(jù)可靠性低等問 題，對比分析了衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測范圍廣、重訪周期固定、分辨率高、連續(xù)快速、信息準(zhǔn)確客觀等特點(diǎn)，并展 望了基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的電網(wǎng)分析和推演的應(yīng)用方法和前景。

【關(guān)鍵詞】大氣環(huán)境；水環(huán)境；土壤環(huán)境；生態(tài)環(huán)境；高分辨率

引文

隨著空氣污染問題的日益突顯，利用衛(wèi)星遙感 進(jìn)行大氣探測的技術(shù)得到了不斷發(fā)展。通過應(yīng)用 衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測范圍廣、重訪周期固定、分辨率 高、快速連續(xù)、信息準(zhǔn)確客觀等優(yōu)勢，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng) 電網(wǎng)污穢分析技術(shù)存在的不足。綜合分析衛(wèi)星遙 感監(jiān)測大氣污染等多元實(shí)測數(shù)據(jù)，開展推演與建 模，實(shí)現(xiàn)污穢綜合分析和預(yù)測方法的創(chuàng)新與應(yīng)用，為電網(wǎng)差異化污穢狀況分析、治理和預(yù)防提供判據(jù)，將有望高效指導(dǎo)電網(wǎng)防污工作的開展和決策的 制定實(shí)施，從而改善電網(wǎng)的環(huán)境質(zhì)量。

1 應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取電網(wǎng)環(huán)境參數(shù)分析

衛(wèi)星遙感歷經(jīng)多年的研究和發(fā)展，在設(shè)計和研制方面攻克了一系列高精度、定量化的技術(shù)難題，其衍生的產(chǎn)品種類、數(shù)量，以及定量化指標(biāo)均有顯 著提升[7]。按照我國“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略，衛(wèi)星遙感 系統(tǒng)將重點(diǎn)發(fā)展大氣觀測系列，逐步形成高、中、低 空間分辨率合理配置、多種觀測手段優(yōu)化組合的綜 合高效全球觀測能力?？深A(yù)期，氣象衛(wèi)星事業(yè)將邁 入新階段。衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測大氣具有以下3個優(yōu) 勢。

1.1易獲取海量周期性、連續(xù)性數(shù)據(jù)

衛(wèi)星遙感監(jiān)測通過多種衛(wèi)星周期性重復(fù)覆蓋 地球表面，對陸地表面進(jìn)行大范圍、多時次的掃描，提供了海量、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源，便于對大氣污染 進(jìn)行長時期動態(tài)監(jiān)測和預(yù)報。通過選擇不同周期、分辨率、觀測對象的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可有效獲取所需的 大氣污染數(shù)據(jù)。例如，美國對地觀測系統(tǒng)（EOS）計 劃發(fā)射的下午星群飛行在太陽同步軌道上，在與當(dāng) 地時間下午13：30相隔不到30min的時間內(nèi)經(jīng)過赤 道上空。其CALIPSO衛(wèi)星通過激光束與光路上的 云粒子、氣溶膠粒子和大氣分子等相互作用產(chǎn)生散 射信號，獲取氣溶膠特性數(shù)據(jù)。同為EOS計劃的 Terra和Aqua衛(wèi)星在大氣數(shù)據(jù)采集時間上形成互 補(bǔ)，其搭載的對地觀測器之一MODIS一天覆蓋全球 兩次，具有多光譜分辨率、高時間分辨率、多空間分 辨率等特點(diǎn)。美國宇航局發(fā)射的Aura衛(wèi)星對地球 臭氧層、空氣質(zhì)量和氣候變化進(jìn)行觀測和研究，1d 覆蓋1次全球，能夠以較高的空間分辨率獲取大氣 污染物的空間分布和動態(tài)變化，為深入研究污染物 的遠(yuǎn)距離輸送及其復(fù)雜性提供支持。

1.2 監(jiān)測范圍廣泛

與傳統(tǒng)以監(jiān)測點(diǎn)的絕緣子為測量范圍開展推 算相比，衛(wèi)星遙感技術(shù)突破了局限性，可以獲得三 維空間數(shù)據(jù)，得到污染物垂直和水平分布信息。同時，采用衛(wèi)星遙感技術(shù)易于獲取多元實(shí)測數(shù) 據(jù)，可通過觀測大氣中氣溶膠和微量氣體的變化趨勢，研究其源和匯，改變以往以點(diǎn)代面、以小范圍代 表大區(qū)域、污穢分析較粗放的不足，實(shí)現(xiàn)污穢綜合 評估和預(yù)測方法的融合、創(chuàng)新與應(yīng)用。

1.3數(shù)據(jù)來源可靠、多樣，能真實(shí)反映污穢情況

衛(wèi)星遙感技術(shù)可以瞬時獲得大區(qū)域內(nèi)地表和 大氣的綜合信息，客觀、準(zhǔn)確、實(shí)時地反應(yīng)大氣污染 情況，避免大氣污染時空易變性、人工取樣的隨機(jī) 性、人工試驗(yàn)干預(yù)的誤差性等產(chǎn)生的誤差。例如，高光譜遙感通過光譜區(qū)間的連續(xù)分布，可探測到更精細(xì)的地物信息和大氣吸收特征，提高遙感高定量 分析的精度和可靠性。采用衛(wèi)星遙感的手段進(jìn)行大氣污染檢測，還能 通過融合不同衛(wèi)星監(jiān)測源，對絕緣子污穢提供多 樣、有效的數(shù)據(jù)。例如，風(fēng)云四號定量遙感氣象衛(wèi)星，采用高精度轉(zhuǎn)角測量及掃描控制、定標(biāo)、實(shí)時補(bǔ) 償、圖像配準(zhǔn)等創(chuàng)新技術(shù)，可提供溫濕度、大氣、導(dǎo) 風(fēng)、閃電等34種數(shù)據(jù)，涵蓋沙塵檢測、氣溶膠光學(xué)厚 度、大氣穩(wěn)定度指數(shù)等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在靜止軌道的大 氣垂直探測，可與太陽同步軌道衛(wèi)星形成時空、監(jiān) 測種類及精度等方面數(shù)據(jù)互補(bǔ)。

2 基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的電網(wǎng)環(huán)保推演前景展望

2.1應(yīng)用思路探究

（1）通過衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取長時間、大范圍污 染情況 對搜集到的實(shí)時氣象、污染數(shù)據(jù)進(jìn)行清理與重 組，結(jié)合鹽密、灰密實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵要素篩選和 過程規(guī)則推理，分析、探索污穢引發(fā)閃絡(luò)過程及機(jī) 理的本質(zhì)化學(xué)成分，與不同電壓等級下發(fā)生的污閃 情況關(guān)聯(lián)，得出不同影響權(quán)重因子。例如，通過綜 合分析衛(wèi)星遙感大氣污染中的大氣氣溶膠、硫氧化 物、氮氧化物等因子、區(qū)域地理氣候特征與電網(wǎng)設(shè) 備污穢實(shí)測參數(shù)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立相應(yīng)的多元因 素關(guān)聯(lián)模型及各因子間的量化關(guān)系，研究其特征和 規(guī)律，建立基于環(huán)境因素的灰密、鹽密等數(shù)值濃度 預(yù)測預(yù)報模型。對來自不同衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行時空配準(zhǔn)與融合，實(shí)現(xiàn)大氣污染數(shù)據(jù)的空域擴(kuò)展。建立類型豐富、尺度層次多樣、面向應(yīng)用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)庫，能更加精確的篩選出與電網(wǎng)設(shè)備污穢相關(guān)的數(shù)據(jù)，為模 型優(yōu)化等研究提供數(shù)據(jù)支持。

（2）融合地面離散測量數(shù)據(jù)與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù) 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和地面人工采樣數(shù)據(jù)的融合，實(shí) 現(xiàn)衛(wèi)星-地基觀測相結(jié)合的污穢在面域的擴(kuò)展。采 用多時相加權(quán)平均等數(shù)據(jù)融合及ARIMA、集合卡爾曼濾波等由點(diǎn)及面的數(shù)據(jù)同化方法，將衛(wèi)星遙感大 氣污染數(shù)據(jù)與地面監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行時空匹配，構(gòu)建具 有共同時空屬性的分析數(shù)據(jù)集，利用空間數(shù)據(jù)挖掘 等方法建立關(guān)系模型；最后，輸入衛(wèi)星大氣污染數(shù) 據(jù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星-地基觀測相結(jié)合的輸變電設(shè)備外絕 緣污穢在面域的擴(kuò)展。將地面人工監(jiān)測結(jié)果作為 驗(yàn)證參考，動態(tài)更新輸入，展開模型參量微調(diào)。

（3）無地面監(jiān)測點(diǎn)區(qū)域開展推演、比對研究 針對地面無監(jiān)測點(diǎn)區(qū)域，可以建立氣象、地形 地貌數(shù)據(jù)的污染物擴(kuò)散遷徙模型，開展其在區(qū)域環(huán) 境特征下的污穢評估。采用衛(wèi)星遙感的手段，實(shí)時、動態(tài)探測土地利 用變化，結(jié)合輸電線路周邊區(qū)域地形的精確測繪數(shù) 據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，發(fā)展數(shù)據(jù)挖掘和模式預(yù)測的新方 法，對大面積區(qū)域絕緣子污穢進(jìn)行評估和預(yù)測。可 以擴(kuò)散統(tǒng)計理論出發(fā)點(diǎn)，假設(shè)污染物濃度分布在一 定程度上服從高斯分布，構(gòu)建多種排放源排污的模 式系統(tǒng)，開展推演、估算，針對新建的工廠、熱電廠 等高污染源區(qū)域及時修正。模型成熟后，可擴(kuò)展到 適用于鄉(xiāng)村環(huán)境和城市環(huán)境、平坦地形和復(fù)雜地 形、地面源和高架源等多種排放擴(kuò)散情形的模擬和 預(yù)測。

2.2應(yīng)用效果展望

通過衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)與絕緣子積污、電網(wǎng)污閃間 關(guān)聯(lián)研究的深入，可以減少電網(wǎng)污穢分析的主觀 性、局限性，增加分析方法多樣性。與已有精益化 評估方法相結(jié)合，開展與歷史污穢數(shù)據(jù)、離散監(jiān)測 點(diǎn)數(shù)據(jù)、實(shí)時氣象預(yù)報等融合的污穢推演，實(shí)現(xiàn)監(jiān) 測區(qū)到無布點(diǎn)區(qū)的拓展，將有效指導(dǎo)污穢特殊區(qū)域 分布圖的繪制及動態(tài)修訂，為電網(wǎng)防污的差異化規(guī) 劃設(shè)計、運(yùn)維管理和檢修防治等提供判據(jù)，科學(xué)指 導(dǎo)絕緣子防污閃能力配合、電網(wǎng)防污工作的開展和 決策的制定實(shí)施。

結(jié)束語

雖然衛(wèi)星遙感技術(shù)在中國的環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但面對當(dāng)前我國總體依然嚴(yán)峻的環(huán) 境形勢，諸如一些重點(diǎn)流域、海域水污染嚴(yán)重，部分 區(qū)域和城市大氣灰霾現(xiàn)象突出，許多地區(qū)主要污染 物排放量超過環(huán)境容量、農(nóng)村土壤污染嚴(yán)重等突出的環(huán)境問題，目前衛(wèi)星遙感還存在土壤污染高精度反演、顆粒物高精度反演、城市黑臭水體高精度監(jiān) 測、高光譜數(shù)據(jù)快速處理、雷達(dá)數(shù)據(jù)快速處理、多尺 度影像處理、天地一體化數(shù)據(jù)同化和信息協(xié)同處理 技術(shù)、遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)技術(shù)、高精度幾何校正、輻射校正、大氣校正技術(shù)、多源生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)同化、異構(gòu)環(huán)境數(shù)據(jù)協(xié)同建模、星地環(huán)境數(shù)據(jù)融合與挖掘 等系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，以及國產(chǎn)環(huán)境專用衛(wèi)星和載 荷缺乏、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)嚴(yán)重滯后等不足。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭之懷.遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀. 環(huán)境科學(xué)，2013.

[2]張九根.衛(wèi)星遙感在我國環(huán)境保護(hù)中的開發(fā)應(yīng)用展望.環(huán)境科學(xué)研究，2016.

（作者單位：國網(wǎng)銀川供電公司）