伊丕源，黃樹桃，郭里，林秀景，鐘霞，劉原麟，武鼎，王樹紅

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029；2.國(guó)防科工局國(guó)家核應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)支持中心，北京100089）

依據(jù)中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)核能發(fā)展報(bào)告（2021）》［1］，截至2020 年12 月底，中國(guó)大陸地區(qū)商運(yùn)核電機(jī)組達(dá)到48 臺(tái)，總裝機(jī)容量為4 988 萬(wàn)kW，僅次于美國(guó)、法國(guó)，位列全球第三?！笆奈濉奔爸虚L(zhǎng)期，核能在我國(guó)清潔能源低碳系統(tǒng)中的定位將更加明確，作用將更加凸顯［2-3］。核應(yīng)急作為核安全縱深防御體系的最后一道防線，是核能事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障［4-5］。如何借助現(xiàn)代科技手段，提高核事故應(yīng)急處置效率，是我國(guó)核應(yīng)急科技創(chuàng)新發(fā)展的重要內(nèi)容。

對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星是人類獲取地球空間信息的重要手段，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)中具有不可替代的重要作用［6］。國(guó)外衛(wèi)星遙感技術(shù)起步早［7-9］，美國(guó)、日本、韓國(guó)和歐盟國(guó)家在利用遙感技術(shù)進(jìn)行核事故應(yīng)對(duì)和核應(yīng)急響應(yīng)演習(xí)方面，也已取得重要成效。近年來(lái)，我國(guó)高分辨率遙感衛(wèi)星技術(shù)取得了迅速發(fā)展，尤其是隨著“高分辨率對(duì)地觀測(cè)重大專項(xiàng)”（CHEOS）的實(shí)施，已初步形成了高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率的天基對(duì)地觀測(cè)能力。充分發(fā)揮“高分”衛(wèi)星遙感技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)在核應(yīng)急領(lǐng)域的應(yīng)用，有利于促進(jìn)核應(yīng)急科技創(chuàng)新及響應(yīng)水平的提升。

1 核應(yīng)急業(yè)務(wù)概述

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)《核或輻射應(yīng)急的準(zhǔn)備與響應(yīng)》《中國(guó)的核應(yīng)急》白皮書中對(duì)核應(yīng)急響應(yīng)定義為，為了控制核事故、緩解核事故、減輕核事故后果而采取的不同于正常秩序和正常工作程序的緊急行為，是政府主導(dǎo)、企業(yè)配合、各方協(xié)同、統(tǒng)一開展的應(yīng)急行動(dòng)［10-13］。核應(yīng)急具體任務(wù)包括核應(yīng)急準(zhǔn)備、核應(yīng)急響應(yīng)、恢復(fù)重建的三大部分。從國(guó)際、國(guó)家、地方和營(yíng)運(yùn)單位開展核應(yīng)急工作，均要求在相應(yīng)職責(zé)的空間范圍內(nèi)協(xié)調(diào)開展核應(yīng)急準(zhǔn)備、核應(yīng)急響應(yīng)和恢復(fù)重建的具體任務(wù)。

核應(yīng)急準(zhǔn)備，是指確保在營(yíng)運(yùn)組織內(nèi)部以及在地方、地區(qū)和國(guó)家一級(jí)、并酌情在國(guó)際一級(jí)具備在核或輻射應(yīng)急中作出有效響應(yīng)的適當(dāng)能力［14-15］。

核應(yīng)急響應(yīng)，是為控制和減輕核事故或輻射事故的后果而采取的緊急行動(dòng)。應(yīng)急響應(yīng)可分為場(chǎng)內(nèi)響應(yīng)和場(chǎng)外響應(yīng)兩類，包括事故緩解和控制、輻射監(jiān)測(cè)和后果評(píng)價(jià)、人員放射性照射防護(hù)、去污洗消和醫(yī)療救治、出入通道和口岸控制、市場(chǎng)監(jiān)管和調(diào)控、維護(hù)社會(huì)治安、信息報(bào)告和發(fā)布、國(guó)際通報(bào)和援助等九大響應(yīng)行動(dòng)。

當(dāng)核事故已經(jīng)得到有效控制，放射性物質(zhì)的釋放已經(jīng)停止或者已經(jīng)控制到可接受的水平，核設(shè)施基本恢復(fù)到安全狀態(tài)，經(jīng)相應(yīng)審批程序終止應(yīng)急狀態(tài)后，應(yīng)開展核應(yīng)急恢復(fù)工作。各級(jí)人民政府及其有關(guān)部門、核設(shè)施營(yíng)運(yùn)單位等應(yīng)當(dāng)按照國(guó)務(wù)院有關(guān)規(guī)定和授權(quán)，組織開展核事故后的恢復(fù)行動(dòng)、損失評(píng)估等工作。

以上定義可以看出，為保障核應(yīng)急準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)工作的順利開展，核設(shè)施營(yíng)運(yùn)單位應(yīng)當(dāng)對(duì)地質(zhì)、地震、氣象、水文、環(huán)境和人口分布等因素進(jìn)行科學(xué)評(píng)估與定期監(jiān)測(cè)。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)也對(duì)核應(yīng)急工作針對(duì)啟動(dòng)核項(xiàng)目對(duì)核應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)需考慮的事宜及核應(yīng)急響應(yīng)協(xié)調(diào)能力等技術(shù)指南中［16-17］，分別對(duì)所需的空間信息的覆蓋范圍及其具體空間要素內(nèi)容進(jìn)行了指導(dǎo)性說(shuō)明。將核設(shè)施全壽期應(yīng)急準(zhǔn)備所需求信息資源劃分為一般基礎(chǔ)信息、交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)信息資源、環(huán)境條件信息、食品生產(chǎn)信息資源和支持響應(yīng)條件的基礎(chǔ)設(shè)施信息資源五大類。

國(guó)際上已發(fā)生了的美國(guó)三里島（1979 年3月28 日）、前蘇聯(lián)切爾諾貝利（1986 年4 月26日）、日本福島（2011 年3 月11 日）等核事故，至今仍在環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響，也為分布于全球的各類核設(shè)施安全敲響了警鐘。核應(yīng)急是保護(hù)公眾、保護(hù)環(huán)境的核安全縱深防御體系中五道防線的最后一道屏障，在核設(shè)施全壽期的核應(yīng)急工作，需要有地理、地質(zhì)、水文、自然災(zāi)害、氣候、交通、人文經(jīng)濟(jì)等信息的全方位支持，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可以作為以上信息的重要數(shù)據(jù)源。

2 國(guó)際核應(yīng)急衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外衛(wèi)星遙感技術(shù)起步較早，截至2019 年底，國(guó)外共有663 顆對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星在軌運(yùn)行，其中軍用衛(wèi)星107 顆，民商衛(wèi)星556 顆。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，其空間分辨率、時(shí)間分辨率、光譜分辨率逐漸提高，國(guó)際對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的空間分辨率最高已達(dá)0.1 m、光譜分辨率可達(dá)5 nm、時(shí)間分辨率則可達(dá)到定點(diǎn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)觀測(cè)。

當(dāng)前，衛(wèi)星遙感技術(shù)已成為國(guó)際核應(yīng)急響應(yīng)、核安全監(jiān)管、核安保防控的常規(guī)技術(shù)手段，其最通常與成熟的應(yīng)用是提供核設(shè)施及場(chǎng)址的高清遙感信息產(chǎn)品，而目前隨著遙感技術(shù)與信息分析技術(shù)的發(fā)展，在核應(yīng)急領(lǐng)域的應(yīng)用潛能已得到更深層次拓展，包括核應(yīng)急后果評(píng)價(jià)、決策支持、保護(hù)行動(dòng)等方面的具體支持。

2.1 北美

北美的核應(yīng)急以美國(guó)和加拿大最有代表性。美國(guó)核能管理委員會(huì)（NRC）、美國(guó)能源部（DOE）、聯(lián)邦緊急措施署（FEMA）、國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（EPA）、國(guó)土安全部（DHS）等機(jī)構(gòu)和部門。針對(duì)核應(yīng)急準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)的數(shù)據(jù)服務(wù)與產(chǎn)品發(fā)布，制訂了較為完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。具備一套相對(duì)完善的數(shù)據(jù)共享保障機(jī)制，其核應(yīng)急關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)資源的支持部門主要包括美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）、美國(guó)國(guó)家宇航局（NASA）、美國(guó)國(guó)家海洋與大氣局（NOAA）等機(jī)構(gòu)及Google、Digital Globe 等商業(yè)數(shù)據(jù)公司。

1979 年3 月三厘島核事故后，美國(guó)核能管理委員會(huì)（NRC）于1985 年在核電站部署核應(yīng)急響應(yīng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)（ERDS）［18］。該系統(tǒng)有400 多個(gè)關(guān)鍵核設(shè)施點(diǎn)數(shù)據(jù)接口，并于2015 年實(shí)現(xiàn)與遙感、地理信息系統(tǒng)（GIS）的集成，解決核電站的空間信息管理與應(yīng)用，進(jìn)一步提升了核應(yīng)急響應(yīng)能力（圖1）［19］。

圖1 美國(guó)核能管理委員會(huì)（NRC）的核應(yīng)急響應(yīng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)（ERDS）界面Fig.1 Interface of NRC’s ERDS

美國(guó)能源部（DOE）為精準(zhǔn)確定在役和退役核設(shè)施分布及空間形態(tài)，于2004 年采用高分辨率“快鳥”（Quick Bird）衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)核設(shè)施空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了全面的更新，建立了全美遺留軍工核設(shè)施退役管理信息系統(tǒng)。2005 年，美國(guó)能源部進(jìn)一步啟動(dòng)了基于GIS 的核設(shè)施場(chǎng)址自然災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目（NPH Database）（圖2），其主要目的是應(yīng)對(duì)未來(lái)自然變化不確定性，為核設(shè)施選址、核安全監(jiān)管、核應(yīng)急響應(yīng)提供支持，定期進(jìn)行核安全外部危害評(píng)定。

圖2 美國(guó)能源部（DOE）核設(shè)施退役空間信息系統(tǒng)界面Fig.2 Interface of DOE’s Legacy Management

20 世 紀(jì)90 年 代，美 國(guó)EPA 與DOE 的 聯(lián) 邦輻射監(jiān)測(cè)和評(píng)估中心（FRMAC）采用GIS 和RS技術(shù)，制訂系列的輻射信息產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)食品、飲用水、撤離通道等行動(dòng)指南專題的內(nèi)容、空間要素表述形式進(jìn)行了規(guī)定。21 世紀(jì)初，為加強(qiáng)數(shù)據(jù)集成與信息共享，DOE 的FRMAC 利用衛(wèi)星通信、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)IT 技術(shù)，實(shí)施eFRMAC、RadResponder 平臺(tái)項(xiàng)目建設(shè)，組建天空地一體化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，致力于從數(shù)據(jù)至信息產(chǎn)品應(yīng)用的高效化，為公眾提供輻射監(jiān)測(cè)信息產(chǎn)品服務(wù)［20-22］。

在核應(yīng)急后果評(píng)價(jià)與決策支持方面，20 世紀(jì)70 年代后期，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）開發(fā)了國(guó)家大氣釋放決策支持能力系統(tǒng)（NARAC），其后隨著技術(shù)的不斷發(fā)展已更新了3 代系統(tǒng)架構(gòu)。NARAC 的多尺度數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)、在線源項(xiàng)、地形、地理、人口、土地利用以及大量不同尺度遙感影像的鏈接與集成，并結(jié)合GIS 技術(shù)為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)化核應(yīng)急制圖產(chǎn)品，為全球范圍內(nèi)的核事故應(yīng)急進(jìn)行技術(shù)支持［23-27］。

加拿大為應(yīng)對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)核應(yīng)急事件，建立了核應(yīng)急決策支持系統(tǒng)框架。其核應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)之初就集成了遙感、GIS 等技術(shù)，并面向不同的用戶群體和使用環(huán)境，設(shè)計(jì)了多類別的應(yīng)用系統(tǒng)。加拿大核應(yīng)急信息管理與決策支持系統(tǒng)由事故報(bào)告和指導(dǎo)操作系統(tǒng)（ARGOS）和應(yīng)急制圖系統(tǒng)（EMAP）構(gòu)成，EMAP 既是ARGOS 所需空間數(shù)據(jù)的提供者（包括環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星與航空遙感數(shù)據(jù)、輻射數(shù)據(jù)等），同時(shí)對(duì)ARGOS 計(jì)算結(jié)果的表述與發(fā)布，通過(guò)基于Web GIS 的EMAP 系統(tǒng)，直接為核應(yīng)急指揮、救援隊(duì)伍、處置行動(dòng)、數(shù)據(jù)采集和公眾用戶提供交互式應(yīng)用服務(wù)［28-29］。

2.2 歐洲與俄羅斯

鑒于切爾諾貝利核事故對(duì)歐洲影響巨大，為應(yīng)對(duì)核與輻射安全，歐盟各國(guó)在數(shù)據(jù)、信息、技術(shù)等方面，開展了前所未有的高度協(xié)作。經(jīng)合組織/核能機(jī)構(gòu)（OECD/NEA）和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）組織實(shí)施的國(guó)際核應(yīng)急演習(xí)（INEX）項(xiàng)目，自1993 年至今已實(shí)施了五期，以檢測(cè)歐盟各國(guó)的核應(yīng)急能力和技術(shù)水平［30］。

歐洲核應(yīng)急決策支持系統(tǒng)——實(shí)時(shí)在線決策支持系統(tǒng)（RODOS），自1990 年啟動(dòng)開發(fā)。2004 年起開展了為期5 年的歐洲核與輻射應(yīng)急管理及恢復(fù)策略研究項(xiàng)目（EURANOS）。2010年啟動(dòng)核應(yīng)急響應(yīng)信息技術(shù)平臺(tái)項(xiàng)目（NERIS—TP），致力于為歐洲地區(qū)提供統(tǒng)一的核應(yīng)急管理策略、數(shù)據(jù)治理與同化方案、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、應(yīng)急指南、人員培訓(xùn)、軟件工具（RODOS）等技術(shù)支持。

在歐盟“地平線2020”計(jì)劃和“哥白尼”計(jì)劃支持下，衛(wèi)星遙感已成為各國(guó)核應(yīng)急演習(xí)、演練、實(shí)戰(zhàn)的常規(guī)技術(shù)手段，主要體現(xiàn)在衛(wèi)星遙感對(duì)核應(yīng)急后果評(píng)價(jià)與決策支持系統(tǒng)的應(yīng)用上。當(dāng)前歐盟各國(guó)主要采用的RODOS 系統(tǒng)（圖3），均與遙感等數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，并通過(guò)GIS空間信息技術(shù)支持，應(yīng)用于事件場(chǎng)景設(shè)計(jì)、響應(yīng)決策支持、擴(kuò)散預(yù)測(cè)、后果評(píng)價(jià)、應(yīng)急通道優(yōu)選、輻射防護(hù)指南、技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)、信息通報(bào)發(fā)布交換等［31-34］。

圖3 歐盟RODOS 系統(tǒng)與GoogleEarth 結(jié)合Fig.3 Interface of RODOS system combined with Google Earth

在汲取1986 年切爾諾貝利核事故經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，對(duì)于核應(yīng)急管理，俄羅斯建立了以緊急情況部為核心、其他有關(guān)部門協(xié)調(diào)配合的五級(jí)垂直管理系統(tǒng)。俄羅斯國(guó)家原子能集團(tuán)公司內(nèi)部建立了緊急情況預(yù)防和消除系統(tǒng)（EPRS），并設(shè)有危機(jī)管理中心負(fù)責(zé)EPRS 的日常管理。應(yīng)急工作中的信息支撐工作由俄羅斯聯(lián)邦的信息中心（俄羅斯聯(lián)邦緊急情況部、俄羅斯災(zāi)害應(yīng)急中心）提供，遙感信息是其中的重要數(shù)據(jù)之一［35］。

2.3 亞洲

日本、韓國(guó)、印度等國(guó)家都圍繞核應(yīng)急開展了大量工作。日本核安全委員會(huì)在1980 年代初建立的核電廠事故情況下放射性排放實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了全球范圍環(huán)境應(yīng)急劑量信息預(yù)測(cè)系統(tǒng)（WSPEEDI），可以響應(yīng)不同地域尺度的放射性釋放事故，比如預(yù)測(cè)周邊國(guó)家發(fā)生的核事故對(duì)本國(guó)造成的放射性影響。進(jìn)一步與GIS 系統(tǒng)和遙感技術(shù)融合，在福島核電站事故的應(yīng)急響應(yīng)和恢復(fù)階段，發(fā)揮了重要作用，包括后果評(píng)估、空氣輻射劑量及擴(kuò)散態(tài)勢(shì)分析、多時(shí)相恢復(fù)治理等［36-37］。

韓國(guó)核安全研究院（KINS）開發(fā)的核事故應(yīng)急技術(shù)支援系統(tǒng)（AtomCARE），利用基礎(chǔ)地理信息、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、事故進(jìn)展和三維氣象風(fēng)場(chǎng)等信息，可較為準(zhǔn)確、直觀地模擬事故進(jìn)展，計(jì)算放射性釋放量，并與遙感、GIS 系統(tǒng)集成展示輻射后果，能夠?qū)?zhǔn)確判斷事故狀況和潛在后果、正確決策起到重要作用［38-39］。

印度原子能管理局（AERB），將遙感與GIS技術(shù)列為重點(diǎn)研究方向，卡爾帕卡姆中心研發(fā)了核應(yīng)急管理信息系統(tǒng)（NEMIS），主要應(yīng)用包括環(huán)境評(píng)估、溫排水監(jiān)測(cè)、海岸帶變化監(jiān)測(cè)、多源數(shù)據(jù)庫(kù)等［40-41］。

3 我國(guó)核應(yīng)急遙感應(yīng)用需求分析

我國(guó)面臨國(guó)際、國(guó)內(nèi)復(fù)雜核安全形勢(shì)，“預(yù)防為主、縱深防御”是我國(guó)核安全的基本原則，核應(yīng)急作為核安全“縱深防御”的最后一道防線，精準(zhǔn)、快速、有效的空間信息支持，是持續(xù)加強(qiáng)和改進(jìn)核應(yīng)急準(zhǔn)備與響應(yīng)工作，不斷提升中國(guó)核安全保障水平的必要條件。

3.1 支撐核應(yīng)急業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)地理要素需求

IAEA 將核應(yīng)急響應(yīng)的空間范圍劃分為核設(shè)施、場(chǎng)內(nèi)、場(chǎng)外（包括預(yù)防行動(dòng)區(qū)（PAZ）和緊急防護(hù)行動(dòng)計(jì)劃區(qū)（UPZ））、國(guó)境，各級(jí)核應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)在此空間范圍相互協(xié)調(diào)。同時(shí)，對(duì)啟動(dòng)核電項(xiàng)目的核應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)所需數(shù)據(jù)資源提出了具體要求［42-43］，劃分為一般基礎(chǔ)信息、交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)信息資源、環(huán)境條件信息、食品生產(chǎn)信息資源和支持響應(yīng)條件的基礎(chǔ)設(shè)施信息資源5 大類，明確以上數(shù)據(jù)資源內(nèi)容是核設(shè)施全壽期核應(yīng)急準(zhǔn)備所必備。

我國(guó)在核應(yīng)急計(jì)劃區(qū)中，劃分為煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)和食入應(yīng)急計(jì)劃區(qū)［44］。煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)系以核電廠為中心、半徑為7～10 km 的區(qū)域，又可分為內(nèi)、外兩區(qū)，內(nèi)區(qū)的半徑為3～5 km，撤離（包括預(yù)防性撤離）準(zhǔn)備一般主要在內(nèi)區(qū)進(jìn)行。食入應(yīng)急計(jì)劃區(qū)系以核電廠為中心、半徑為30～50 km 劃定的區(qū)域。應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的基礎(chǔ)地理要素產(chǎn)品，包括土地利用、地形、交通、人口等，是開展核應(yīng)急規(guī)劃和準(zhǔn)備工作，以及實(shí)施核應(yīng)急決策等任務(wù)的必要支撐。如在核應(yīng)急培訓(xùn)、演練方面，高分辨率遙感產(chǎn)品結(jié)合GIS 技術(shù)，可以提供核應(yīng)急演練場(chǎng)景信息，如場(chǎng)內(nèi)核應(yīng)急設(shè)施空間分布、場(chǎng)外人口分布、應(yīng)急通道等，提升核應(yīng)急訓(xùn)練和演習(xí)效果；在核應(yīng)急響應(yīng)協(xié)調(diào)指揮方面，響應(yīng)行動(dòng)需有精準(zhǔn)的地理基礎(chǔ)圖作為支撐；在場(chǎng)址恢復(fù)與重建方面，恢復(fù)計(jì)劃的制訂與重建進(jìn)行施工設(shè)計(jì)均需要有基礎(chǔ)空間信息專題圖的支持。

3.2 核應(yīng)急遙感專題產(chǎn)品需求

核應(yīng)急遙感專題圖像產(chǎn)品是基于衛(wèi)星圖像的高空間分辨率和光譜分辨率時(shí)空分辨率等開展定量反演、以及利用GIS 技術(shù)等與其它多源信息疊加融合分析，生成能反映核應(yīng)急不同階段業(yè)務(wù)需求的各類專題圖像產(chǎn)品。

在核設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，基于多譜段、多平臺(tái)的遙感影像可以直接反演、解譯諸多環(huán)境要素。

在核應(yīng)急的準(zhǔn)備階段，綜合利用前述基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品，輔助開展應(yīng)急物資資源分布、輻射監(jiān)測(cè)站點(diǎn)設(shè)置等，以及疊加多類型要素信息，為開展核應(yīng)急計(jì)劃編制、演練提供場(chǎng)景規(guī)劃與模擬支持。

核應(yīng)急響應(yīng)階段，以核應(yīng)急準(zhǔn)備階段的遙感專題產(chǎn)品為基礎(chǔ)，根據(jù)事件發(fā)生場(chǎng)景、輻射擴(kuò)散條件和專家知識(shí)，疊加影響事件研判的其它信息，形成核應(yīng)急啟動(dòng)高分遙感應(yīng)用產(chǎn)品，包括對(duì)輻射擴(kuò)散的后果評(píng)價(jià)、污染分布、防護(hù)行動(dòng)路線等，從多角度反映核事件場(chǎng)景并輔助決策分析。

核應(yīng)急恢復(fù)階段，基于多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)提供核應(yīng)急恢復(fù)產(chǎn)品序列，分析地物設(shè)施、水系、植被等各類空間要素在核應(yīng)急事件前后的差異變化，評(píng)估在核應(yīng)急事件發(fā)生所形成的后果，包括產(chǎn)生影響范圍和影響程度及各類設(shè)施的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，以圖形圖像的形式直觀表述核事件的產(chǎn)生后果，為場(chǎng)外、場(chǎng)內(nèi)恢復(fù)提供指導(dǎo)，并為重建規(guī)劃提供依據(jù)。

3.3 開展國(guó)際核應(yīng)急業(yè)務(wù)的必要

1986 年4 月26 日，蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生爆炸事故，但未在第一時(shí)間通報(bào)國(guó)際社會(huì)。不過(guò)，美國(guó)“旋渦”（Vortex）電子偵察衛(wèi)星在第一時(shí)間偵測(cè)到蘇聯(lián)通訊信號(hào)，隨后通過(guò)與“鎖 眼”（Key Hole）偵察衛(wèi)星及Landsat 衛(wèi)星影像結(jié)合，即判定了事故的發(fā)生（圖4）。由此可見，衛(wèi)星遙感具有不受國(guó)界和地理?xiàng)l件限制的優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)楸O(jiān)測(cè)掌握國(guó)際核事故動(dòng)態(tài)提供及時(shí)支持［45-46］。

圖4 切爾諾貝利核電站冷卻水池?zé)峒t外影像Fig.4 Images showing cooling pond of Chernobyl nuclear complex thermal patterns from TM band 6

鑒于切爾諾貝利核事故的巨大影響，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)特別大會(huì)于1986 年9 月通過(guò)了《及早通報(bào)核事故公約》，旨是進(jìn)一步加強(qiáng)安全發(fā)展和利用核能方面的國(guó)際合作，通過(guò)在締約國(guó)之間盡早提供有關(guān)核事故的情報(bào)，以使可能超越界的輻射后果減少到最低限度［47-48］。

我國(guó)作為《及早通報(bào)核事故公約》的締約國(guó)，在《國(guó)家核應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案》中關(guān)于“國(guó)際通報(bào)和援助”部分也做出了相應(yīng)規(guī)定，主要內(nèi)容包括：國(guó)家核應(yīng)急協(xié)調(diào)委統(tǒng)籌協(xié)調(diào)核應(yīng)急國(guó)際通報(bào)與國(guó)際援助工作；按照《及早通報(bào)核事故公約》的要求，當(dāng)核事故造成或可能造成超越國(guó)界的輻射影響時(shí)，國(guó)家核應(yīng)急協(xié)調(diào)委通過(guò)核應(yīng)急國(guó)家聯(lián)絡(luò)點(diǎn)向國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)通報(bào)；向有關(guān)國(guó)家和地區(qū)的通報(bào)工作，由外交部按照雙邊或多邊核應(yīng)急合作協(xié)議辦理［49-51］。

在國(guó)際核應(yīng)急業(yè)務(wù)中，一方面按照《及早通報(bào)核事故公約》，可以接收獲得核事故發(fā)生國(guó)的及時(shí)通報(bào)；另一方面，通過(guò)衛(wèi)星遙感可以第一時(shí)間及時(shí)掌握核事故進(jìn)展的多方面信息，為應(yīng)對(duì)國(guó)際核事故提供重要參考支撐。2011年3 月，日本福島核事故發(fā)生后，多個(gè)國(guó)家利用衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取了福島核電廠衛(wèi)星影像，對(duì)研判反應(yīng)堆破壞狀態(tài)及應(yīng)急措施制定發(fā)揮了重要作用。此后，多國(guó)學(xué)者基于多時(shí)相衛(wèi)星影像對(duì)于福島地區(qū)的恢復(fù)治理進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，還利用高光譜遙感開展了核事故對(duì)福島周邊農(nóng)作物影響的評(píng)估研究［52-53］。由此可見，衛(wèi)星遙感技術(shù)已成為應(yīng)對(duì)國(guó)際核事故的必不可少的有效手段之一，而隨著我國(guó)衛(wèi)星遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)可以在國(guó)際核應(yīng)急業(yè)務(wù)中發(fā)揮重要作用。

4 我國(guó)“高分”衛(wèi)星應(yīng)用潛力分析

4.1 “高分”衛(wèi)星的特點(diǎn)分析

相較于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)對(duì)地觀測(cè)技術(shù)起步較晚，但近年發(fā)展迅速。根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》，國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局于2010 年啟動(dòng)實(shí)施高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)（以下簡(jiǎn)稱高分專項(xiàng)）。從2013 年至今，高分專項(xiàng)已研制、發(fā)射和投入使用了20 余顆“高分”系列衛(wèi)星，部分衛(wèi)星參數(shù)如表1 所列。目前高分專項(xiàng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)已在國(guó)土、測(cè)繪、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、林業(yè)、氣象等多個(gè)行業(yè)和區(qū)域開展業(yè)務(wù)化應(yīng)用［54］。

表1 “高分”專項(xiàng)系列衛(wèi)星參數(shù)Table 1 Parameters of the main CHEOS satellites

2015 年以來(lái)，多渠道支持的商業(yè)遙感衛(wèi)星發(fā)展迅速，“吉林一號(hào)”“高景一號(hào)”“珠海一號(hào)”等遙感衛(wèi)星在高空間分辨率光學(xué)遙感影像、視頻影像和數(shù)據(jù)商業(yè)化服務(wù)方面取得好成績(jī)［55］。

4.2 “高分”衛(wèi)星可提供的核應(yīng)急產(chǎn)品分析

依據(jù)《國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)》，基于“高分”系列衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)，可以提供39 種高分共性產(chǎn)品，包括幾何產(chǎn)品2種（數(shù)字正射影像圖、數(shù)字地表模型）、輻射基礎(chǔ)產(chǎn)品6 種、土地覆蓋產(chǎn)品2 種（地表覆蓋類型、土地利用類型）、能量平衡產(chǎn)品9 種、植被參量產(chǎn)品10 種、水分參量產(chǎn)品10 種。

本文根據(jù)核應(yīng)急預(yù)案或計(jì)劃編制、核應(yīng)急培訓(xùn)演練、核應(yīng)急響應(yīng)與指揮決策、場(chǎng)址恢復(fù)與重建等方面的業(yè)務(wù)需求［56］，梳理了“高分”影像可以提供的多尺度基礎(chǔ)地理要素產(chǎn)品［57］，如表2 所列。

表2 部分“高分”共性產(chǎn)品及核應(yīng)急應(yīng)用Table 2 Some CHEOS common products and nuclear emergency application

以上基礎(chǔ)地理要素信息，可以基于“高分”遙感數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)處理、圖像信息分類、信息提取等工作流程獲得。通過(guò)定期生產(chǎn)并更新以上基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品，可以為核設(shè)施全壽期內(nèi)的核應(yīng)急業(yè)務(wù)提供支持。

依據(jù)核應(yīng)急業(yè)務(wù)不同階段的需求，以及“高分”衛(wèi)星的參數(shù)特征，本文進(jìn)一步梳理了“高分”衛(wèi)星可以提供多類型遙感專題產(chǎn)品，如表3 所列。在核設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，包括基于“高分四號(hào)”衛(wèi)星的氣象預(yù)警、林火監(jiān)測(cè)，基于“高分五號(hào)”衛(wèi)星的遙感地質(zhì)解譯、地表溫度反演，基于“高分三號(hào)”的地面沉降觀測(cè)等［58-67］。在核應(yīng)急準(zhǔn)備方面，基于“高分”影像疊加應(yīng)急資源、輻射監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布等生成專題圖。后果評(píng)價(jià)方面，可以結(jié)合應(yīng)急計(jì)劃區(qū)基礎(chǔ)地理要素、實(shí)時(shí)氣象信息等生成后果評(píng)價(jià)專題圖。在場(chǎng)址恢復(fù)階段，通過(guò)多時(shí)相“高分”衛(wèi)星影像的時(shí)序變化分析，獲取事件發(fā)生后的各類地物設(shè)施災(zāi)損程度的空間分布，包括水體污染、土壤污染、建筑物、農(nóng)作物、工業(yè)設(shè)施等各類損毀評(píng)價(jià)專題圖，為核應(yīng)急恢復(fù)重建計(jì)劃與實(shí)施提供重要依據(jù)。

表3 核應(yīng)急“高分”遙感專題產(chǎn)品列表Table 3 List of the main CHEOS thematic products for nuclear emergency

5 結(jié) 論

核應(yīng)急作為核安全的最后一道防線，快速、有效的時(shí)空信息支持，是核應(yīng)急準(zhǔn)備科學(xué)化、核應(yīng)急響應(yīng)和恢復(fù)精準(zhǔn)化的重要保障，衛(wèi)星遙感具備快、精、準(zhǔn)、廣的核應(yīng)急關(guān)聯(lián)時(shí)空信息獲取優(yōu)勢(shì)，其推廣應(yīng)用，對(duì)于“縱深防御、預(yù)防為主”和控制與消減核事故對(duì)公眾與環(huán)境造成的影響，具有重要意義。通過(guò)對(duì)國(guó)外主要國(guó)家核應(yīng)急遙感應(yīng)用現(xiàn)狀和我國(guó)核應(yīng)急需求和“高分”衛(wèi)星特點(diǎn)分析，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）衛(wèi)星遙感技術(shù)起步早，經(jīng)過(guò)在各類不同針對(duì)性的演習(xí)演練和核應(yīng)急實(shí)戰(zhàn)中的迭代優(yōu)化，國(guó)外主要國(guó)家已把衛(wèi)星遙感作為核應(yīng)急領(lǐng)域的必備技術(shù)手段之一。

2）隨著我國(guó)核能行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)核應(yīng)急業(yè)務(wù)提出了更高要求。支撐核應(yīng)急業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)地理要素，開展國(guó)際核應(yīng)急業(yè)務(wù)等對(duì)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品、尤其是高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品具有現(xiàn)實(shí)的要求。

3）我國(guó)高分重大專項(xiàng)的實(shí)施使我國(guó)衛(wèi)星遙感技術(shù)能力得到大幅提升，結(jié)合國(guó)際核應(yīng)急領(lǐng)域衛(wèi)星遙感應(yīng)用現(xiàn)狀以及“高分”衛(wèi)星參數(shù)特點(diǎn)，能夠提供基礎(chǔ)地理信息、核設(shè)施及環(huán)境監(jiān)測(cè)專題信息以及決策分析專題圖等，從而為不同階段的核應(yīng)急業(yè)務(wù)提供支持。

4）研究如何充分發(fā)揮“高分”衛(wèi)星遙感技術(shù)優(yōu)勢(shì)，形成行業(yè)性統(tǒng)一規(guī)范，并加強(qiáng)應(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)核應(yīng)急科技創(chuàng)新及響應(yīng)水平的提升具有重要意義。