張 銳

(山西省信息產(chǎn)業(yè)技術研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

隨著政府職能轉變和加強，在空間技術與移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)時代到來的大背景下，面對政府環(huán)境保護和監(jiān)管領域多元化、業(yè)務豐富化、周期頻繁化的需求，通過衛(wèi)星遙感、攝影測量、激光雷達、傾斜攝影、北斗導航定位系統(tǒng)等技術手段，建立環(huán)境保護北斗高分應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)打通遙感數(shù)據(jù)推送獲取鏈路，實現(xiàn)對遙感數(shù)據(jù)處理、分析、專題產(chǎn)品制作，結合北斗衛(wèi)星導航的定位、通信服務，提高環(huán)保移動執(zhí)法的效率[1-4]。

1 總體設計

建設環(huán)境保護北斗應用系統(tǒng)整合多源生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星遙感、航空遙感數(shù)據(jù)以及監(jiān)測站點實時采集數(shù)據(jù)、人工定期定點采樣數(shù)據(jù)，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等智能信息技術，建設集數(shù)據(jù)匯交、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)共享等功能為一體的開放性生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)資源承載平臺。各監(jiān)測站分別為環(huán)保執(zhí)法人員配備北斗手持RDSS終端，為環(huán)保執(zhí)法車配備北斗車載終端，通過示范可保證環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、可靠性，同時能確保環(huán)保動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準采集。其中包括了環(huán)保監(jiān)控子系統(tǒng)和環(huán)保遙感監(jiān)測應用子系統(tǒng)。

1.1 環(huán)保監(jiān)控子系統(tǒng)

環(huán)保監(jiān)控子系統(tǒng)主要包括對環(huán)保監(jiān)測即執(zhí)法人員基礎信息管理、任務規(guī)劃、人員調(diào)度、定點采樣取證以及對環(huán)保執(zhí)法車的實時監(jiān)管。在系統(tǒng)應用過程中，通過手持北斗/GPS雙模定位對巡查人員信息的有效監(jiān)控，通過車載北斗/GPS雙模實時車輛信息的有效監(jiān)控，同時結合GIS地圖服務，提高對指定監(jiān)測點的土壤、水體等取樣巡檢管理，提升執(zhí)法人員和執(zhí)法車輛的工作效率。圖1為環(huán)保監(jiān)控子系統(tǒng)。

圖1 環(huán)保監(jiān)控子系統(tǒng)

系統(tǒng)具有以下功能：

人員實時跟蹤：通過本系統(tǒng)可以實現(xiàn)巡查人員實時定位，并在電子地圖上實時顯示人員的行動軌跡。

人員軌跡回放：實現(xiàn)對巡查人員在指定時間段的巡查軌跡進行查詢。

信息下發(fā)：將環(huán)保執(zhí)法取樣點位置及任務信息下發(fā)給執(zhí)法人員，指導執(zhí)法人員進行環(huán)保信息采樣。

執(zhí)法記錄/取樣取證：執(zhí)法人員通過手持終端實時記錄執(zhí)法信息，通過文字、照片、視頻方式記錄并通過終端將信息錄入系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)執(zhí)法人員上報信息，生成表單，詳細記錄發(fā)現(xiàn)問題的時間、地點、污染情況等信息作為日后執(zhí)法依據(jù)。對于環(huán)境樣本取樣工作，平臺對比GIS數(shù)據(jù)和取樣點位置信息，通過北斗手持終端引導取樣人員精確取樣。

偏離監(jiān)測：確保執(zhí)法人員在執(zhí)法采樣過程覆蓋指定采樣地點環(huán)保數(shù)據(jù)采樣工作。

人員任務調(diào)度：各級監(jiān)管系統(tǒng)可以通過平臺直接向終端設備發(fā)送任務信息。同時系統(tǒng)也可以根據(jù)當前巡查人員所在位置、任務所在區(qū)域，區(qū)域負責人等信息綜合考量，自動指派任務。系統(tǒng)自動記錄平臺向終端設備下發(fā)的信息，并提供下發(fā)信息的查詢功能。

電子圍欄：通過平臺對執(zhí)法人員的監(jiān)測，在地圖上設置電子圍欄，當執(zhí)法人員在執(zhí)法過程中發(fā)送越界行為則進行報警。

車輛實時跟蹤：通過本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對單車、多車同時進行跟蹤，并可以通過多窗口的展現(xiàn)形式實現(xiàn)車輛的分窗口跟蹤監(jiān)控，并在電子地圖上實時標注車輛的行駛軌跡。在車輛行駛過程中，車輛的行駛信息可以動態(tài)的傳輸至監(jiān)控窗口，用戶可以自行配置車輛行駛信息的顯示。

執(zhí)法路線制定：按照城市環(huán)境監(jiān)測中大氣、噪聲和輻射監(jiān)測的要求，制定執(zhí)法車輛巡檢路線，指導執(zhí)法車巡檢線路特定污染物進行動態(tài)監(jiān)測，如對二氧化硫、氮氧化物、工業(yè)煙粉塵、重點行業(yè)揮發(fā)性有機物、可吸入顆粒物、環(huán)境噪聲、輻射等進行綜合監(jiān)測，并將監(jiān)測結果通過北斗高分綜合應用服務平臺公布。

1.2 環(huán)保遙感監(jiān)測應用子系統(tǒng)

充分發(fā)掘遙感、氣象等衛(wèi)星數(shù)據(jù)的特點，針對環(huán)境保護工作的重要內(nèi)容，基于國內(nèi)外氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，包括極軌衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星等，以及多時相、多源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，從宏觀與微觀兩個層面提供環(huán)保遙感監(jiān)測工具集。結合“氣象宏觀監(jiān)測、遙感微觀感知”的一體化服務方式，利用氣象數(shù)據(jù)得到的宏觀處理結果，利用遙感微觀處理結果對氣象宏觀處理結果進行區(qū)域詳情補充，從大氣環(huán)境、水體環(huán)境、生態(tài)環(huán)境三個方面開展環(huán)境保護行業(yè)應用示范，滿足政府用戶對環(huán)境保護的決策支持和行業(yè)用戶的業(yè)務化需求。

選取晉城市作為示范區(qū)域，每年實現(xiàn)每季度一次環(huán)保遙感監(jiān)測應用示范，主要包括氣溶膠監(jiān)測反演、葉綠素a濃度反演、水體懸浮物濃度、水體富營養(yǎng)化程度、水質監(jiān)測、水土保持監(jiān)測等專題產(chǎn)品輸出；如遇應急突發(fā)狀況，則按需提供相應專題產(chǎn)品。圖2為環(huán)保遙感監(jiān)測應用子系統(tǒng)。

以下為該系統(tǒng)功能:

遙感影像分析組件集：主要為遙感、氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品提供輻射定標、大氣校正、氣象數(shù)據(jù)預處理、影像融合、幾何校正、影像匹配、影像鑲嵌、勻光勻色和影像分類等影像分析功能，植被狀態(tài)指數(shù)VCI、偏差植被指數(shù)DVI、距平植被指數(shù)AVI等基礎影像產(chǎn)品分析等功能。

遙感影像處理組件集：主要為遙感、氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品提供各種影像處理工具，包括格式轉換工具、投影轉換工具、ROI工具、重采樣工具、顏色轉換工具、柵格計算工具、波段合成工具、影像裁剪工具、影像增強工具和影像濾波工具等影像處理功能。

氣溶膠監(jiān)測反演：通過氣象數(shù)據(jù)處理可以獲取區(qū)域地表的大氣信息，依據(jù)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)對氣溶膠產(chǎn)品進行宏觀監(jiān)測，結合宏觀氣溶膠監(jiān)測產(chǎn)品與遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對微觀氣溶膠產(chǎn)品進行精細反演，并與宏觀監(jiān)測結果進行對比分析驗證。

葉綠素a濃度反演：利用水體葉綠素a提取模塊處理得到水體葉綠素a濃度，對水體富營養(yǎng)化、水體污染等提供基礎信息支持。

水體懸浮物濃度：針對河流、湖泊、大型水庫等大面積水體，利用極軌氣象衛(wèi)星進行水體黃色懸浮物反演，監(jiān)測泥沙等懸浮物。

水體富營養(yǎng)化監(jiān)測：基于水體葉綠素濃度，計算富營養(yǎng)化指數(shù)，利用水體富營養(yǎng)化監(jiān)測模塊處理得到水體富營養(yǎng)化程度，同時，基于長時間序列的監(jiān)測，可以提供大型水利設施對水體水質的持續(xù)影響情況。

水質監(jiān)測：基于氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取大范圍區(qū)域內(nèi)的水體懸浮物、藍藻水華等信息，再利用遙感衛(wèi)星影像分析具體小范圍水體的富營養(yǎng)化、熱工業(yè)污染、泥沙含量、水華等基礎信息，應用于水體水質現(xiàn)狀監(jiān)測、長時間內(nèi)水質變化分析以及大型水利設施對水體水質的影響等業(yè)務方向。

水土保持監(jiān)測：通過氣象數(shù)據(jù)處理宏觀層面的大氣含水量、植被指數(shù)、陸表溫度等基本信息，利用中高分辨率影像確定植被分布的區(qū)域、類型及變化信息，對環(huán)境監(jiān)測、水體保持、生物多樣性保護等提供信息服務。

2 領域優(yōu)勢

北斗衛(wèi)星導航技術與遙感數(shù)據(jù)的結合，可極大提高環(huán)境監(jiān)管力度，提升全省環(huán)境質量，使環(huán)境治理由先污染后治理的落后辦法轉變?yōu)樘嵩绨l(fā)現(xiàn)，預先治理。提高人民滿意度，有效減少環(huán)境恢復治理所造成的資金浪費。通過對手持終端的示范推廣，提高巡查人員和取證人員的工作效率，減少因傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術耗費的人力、物力、財力資源；解決環(huán)境治理成本，提高人民滿意度。另外，對自動監(jiān)測站配備北斗數(shù)傳終端，可有效減少用戶對VPN線路的維護、鋪設、管理費用。北斗在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面的示范及應用極大提高生態(tài)保護相關業(yè)務部門的業(yè)務辦公效率，提高社會公信度；同時，通過與科研院所及高校合作，研究新技術、新方法，提升相關業(yè)務部門辦公水平；為解決經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)保護的矛盾，為發(fā)展與保護并重、“雙贏”提供科學的決策依據(jù)；對于改善生態(tài)環(huán)境起到非常關鍵的作用。