潘慶慶 張春林

【摘 要】衛(wèi)星遙感技術在環(huán)保領域有著廣泛的應用，環(huán)境一號、高分一號等衛(wèi)星遙感數據已在環(huán)保部的日常監(jiān)測、監(jiān) 管工作中實現業(yè)務運行，在環(huán)保工作中發(fā)揮了不可或缺的重要作用。結合新時期我國環(huán)境保護工作的特點和需求，探討了傳統(tǒng)電網污穢分析技術存在的數據獲取周期長、范圍有局限性、數據可靠性低等問 題，對比分析了衛(wèi)星遙感技術監(jiān)測范圍廣、重訪周期固定、分辨率高、連續(xù)快速、信息準確客觀等特點，并展 望了基于衛(wèi)星遙感技術的電網分析和推演的應用方法和前景。

【關鍵詞】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 進行大氣探測的技術得到了不斷發(fā)展。通過應用 衛(wèi)星遙感技術監(jiān)測范圍廣、重訪周期固定、分辨率 高、快速連續(xù)、信息準確客觀等優(yōu)勢，有效彌補傳統(tǒng) 電網污穢分析技術存在的不足。綜合分析衛(wèi)星遙 感監(jiān)測大氣污染等多元實測數據，開展推演與建 模，實現污穢綜合分析和預測方法的創(chuàng)新與應用，為電網差異化污穢狀況分析、治理和預防提供判據，將有望高效指導電網防污工作的開展和決策的 制定實施，從而改善電網的環(huán)境質量。

1 應用衛(wèi)星遙感技術獲取電網環(huán)境參數分析

衛(wèi)星遙感歷經多年的研究和發(fā)展，在設計和研制方面攻克了一系列高精度、定量化的技術難題，其衍生的產品種類、數量，以及定量化指標均有顯 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期，氣象衛(wèi)星事業(yè)將邁 入新階段。衛(wèi)星遙感技術監(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)性數據

衛(wèi)星遙感監(jiān)測通過多種衛(wèi)星周期性重復覆蓋 地球表面，對陸地表面進行大范圍、多時次的掃描，提供了海量、準確、穩(wěn)定的數據源，便于對大氣污染 進行長時期動態(tài)監(jiān)測和預報。通過選擇不同周期、分辨率、觀測對象的衛(wèi)星數據，可有效獲取所需的 大氣污染數據。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 地時間下午13：30相隔不到30min的時間內經過赤 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生散 射信號，獲取氣溶膠特性數據。同為EOS計劃的 Terra和Aqua衛(wèi)星在大氣數據采集時間上形成互 補，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。美國宇航局發(fā)射的Aura衛(wèi)星對地球 臭氧層、空氣質量和氣候變化進行觀測和研究，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 的遠距離輸送及其復雜性提供支持。

1.2 監(jiān)測范圍廣泛

與傳統(tǒng)以監(jiān)測點的絕緣子為測量范圍開展推 算相比，衛(wèi)星遙感技術突破了局限性，可以獲得三 維空間數據，得到污染物垂直和水平分布信息。同時，采用衛(wèi)星遙感技術易于獲取多元實測數 據，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，改變以往以點代面、以小范圍代 表大區(qū)域、污穢分析較粗放的不足，實現污穢綜合 評估和預測方法的融合、創(chuàng)新與應用。

1.3數據來源可靠、多樣，能真實反映污穢情況

衛(wèi)星遙感技術可以瞬時獲得大區(qū)域內地表和 大氣的綜合信息，客觀、準確、實時地反應大氣污染 情況，避免大氣污染時空易變性、人工取樣的隨機 性、人工試驗干預的誤差性等產生的誤差。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、有效的數據。例如，風云四號定量遙感氣象衛(wèi)星，采用高精度轉角測量及掃描控制、定標、實時補 償、圖像配準等創(chuàng)新技術，可提供溫濕度、大氣、導 風、閃電等34種數據，涵蓋沙塵檢測、氣溶膠光學厚 度、大氣穩(wěn)定度指數等應用，實現在靜止軌道的大 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據互補。

2 基于衛(wèi)星遙感技術的電網環(huán)保推演前景展望

2.1應用思路探究

（1）通過衛(wèi)星遙感數據獲取長時間、大范圍污 染情況 對搜集到的實時氣象、污染數據進行清理與重 組，結合鹽密、灰密實測數據進行關鍵要素篩選和 過程規(guī)則推理，分析、探索污穢引發(fā)閃絡過程及機 理的本質化學成分，與不同電壓等級下發(fā)生的污閃 情況關聯(lián)，得出不同影響權重因子。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設 備污穢實測參數之間關聯(lián)關系，建立相應的多元因 素關聯(lián)模型及各因子間的量化關系，研究其特征和 規(guī)律，建立基于環(huán)境因素的灰密、鹽密等數值濃度 預測預報模型。對來自不同衛(wèi)星的數據進行時空配準與融合，實現大氣污染數據的空域擴展。建立類型豐富、尺度層次多樣、面向應用的衛(wèi)星遙感數據庫，能更加精確的篩選出與電網設備污穢相關的數據，為模 型優(yōu)化等研究提供數據支持。

（2）融合地面離散測量數據與衛(wèi)星遙感數據 衛(wèi)星遙感數據和地面人工采樣數據的融合，實 現衛(wèi)星-地基觀測相結合的污穢在面域的擴展。采 用多時相加權平均等數據融合及ARIMA、集合卡爾曼濾波等由點及面的數據同化方法，將衛(wèi)星遙感大 氣污染數據與地面監(jiān)測數據進行時空匹配，構建具 有共同時空屬性的分析數據集，利用空間數據挖掘 等方法建立關系模型；最后，輸入衛(wèi)星大氣污染數 據，實現衛(wèi)星-地基觀測相結合的輸變電設備外絕 緣污穢在面域的擴展。將地面人工監(jiān)測結果作為 驗證參考，動態(tài)更新輸入，展開模型參量微調。

（3）無地面監(jiān)測點區(qū)域開展推演、比對研究 針對地面無監(jiān)測點區(qū)域，可以建立氣象、地形 地貌數據的污染物擴散遷徙模型，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，實時、動態(tài)探測土地利 用變化，結合輸電線路周邊區(qū)域地形的精確測繪數 據和氣象數據，發(fā)展數據挖掘和模式預測的新方 法，對大面積區(qū)域絕緣子污穢進行評估和預測?？?以擴散統(tǒng)計理論出發(fā)點，假設污染物濃度分布在一 定程度上服從高斯分布，構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，可擴展到 適用于鄉(xiāng)村環(huán)境和城市環(huán)境、平坦地形和復雜地 形、地面源和高架源等多種排放擴散情形的模擬和 預測。

2.2應用效果展望

通過衛(wèi)星遙感數據與絕緣子積污、電網污閃間 關聯(lián)研究的深入，可以減少電網污穢分析的主觀 性、局限性，增加分析方法多樣性。與已有精益化 評估方法相結合，開展與歷史污穢數據、離散監(jiān)測 點數據、實時氣象預報等融合的污穢推演，實現監(jiān) 測區(qū)到無布點區(qū)的拓展，將有效指導污穢特殊區(qū)域 分布圖的繪制及動態(tài)修訂，為電網防污的差異化規(guī) 劃設計、運維管理和檢修防治等提供判據，科學指 導絕緣子防污閃能力配合、電網防污工作的開展和 決策的制定實施。

結束語

雖然衛(wèi)星遙感技術在中國的環(huán)境保護領域得到了廣泛的應用，但面對當前我國總體依然嚴峻的環(huán) 境形勢，諸如一些重點流域、海域水污染嚴重，部分 區(qū)域和城市大氣灰霾現象突出，許多地區(qū)主要污染 物排放量超過環(huán)境容量、農村土壤污染嚴重等突出的環(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、高光譜數據快速處理、雷達數據快速處理、多尺 度影像處理、天地一體化數據同化和信息協(xié)同處理 技術、遙感產品真實性檢驗技術、高精度幾何校正、輻射校正、大氣校正技術、多源生態(tài)環(huán)境數據同化、異構環(huán)境數據協(xié)同建模、星地環(huán)境數據融合與挖掘 等系列關鍵技術瓶頸，以及國產環(huán)境專用衛(wèi)星和載 荷缺乏、應用系統(tǒng)建設嚴重滯后等不足。

參考文獻：

[1]郭之懷.遙感技術在環(huán)境保護領域中的應用現狀. 環(huán)境科學，2013.

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

（作者單位：國網銀川供電公司）