遙感技術在核電安全監管現代化中的應用與思考

賈　祥　曹　飛　孫中平3，　王昌佐　姜　俊　張　雪

(1.中國原子能科學研究院，北京　102413；2.環境保護部核電安全監管司，北京　100035；

3.北京師范大學地理學與遙感科學學院，遙感科學國家重點實驗室，北京　100875；

4.環境保護部衛星環境應用中心，北京　100094；)

遙感技術在核電安全監管現代化中的應用與思考

賈祥1，2曹飛4孫中平3，4王昌佐4姜俊4張雪4

(1.中國原子能科學研究院，北京102413；2.環境保護部核電安全監管司，北京100035；

3.北京師范大學地理學與遙感科學學院，遙感科學國家重點實驗室，北京100875；

4.環境保護部衛星環境應用中心，北京100094；)

[摘要]簡要論述了我國核電安全監管形勢以及遙感技術發展情況，分析了遙感技術在核電安全監管中的應用現狀，面對經濟發展和環境保護新常態，探討了遙感技術在核電安全監管現代化中的應用前景。

[關鍵詞]核電；核安全；遙感；監管；現代化

中圖分類號：X21

文獻標識碼：碼：A

文章編號：號：1673-288X(2015)05-0047-03

Abstract：This paper briefly introduced the overall situation of China′s nuclear power safety regulation and the development of remote sensing technology，and then its current applications were analysed in the nuclear power safety regulation.Being actively adapt to the new normal economy，the prospects for the promotion of remote sensing were discussed in the modernization of nuclear power safety regulation.

Keywords：Nuclear power；Safety regulation；Remote sensing；Modernization

作者簡介：陳亮，工程師，主要研究方向為環境規劃、水污染防治研究、重金屬污染防治等

2014年4月，習近平總書記在中央國家安全委員會上首次提出總體國家安全觀，將核安全上升到國家安全的層面。三十年來的實踐表明，我國核安全監管是有效的，核安全得到了保障，運行核電機組從未發生過國際核事件分級2 級及以上的運行事件，核電廠周邊環境輻射水平處于天然本底正常漲落范圍內[1]。我國核電事業已進人體系化、規模化的高速發展階段，未來5-10年將是核電建造、調試和運行的高峰期，監管任務將持續加重，由于監管隊伍不夠強大，監管方法和手段落后，核電安全監管工作將面臨諸多困難和挑戰[2]，需要主動適應經濟發展和環境保護新常態，加大對核安全新技術研究的力度，加快核安全新技術發展和應用的步伐，以提高核安全監管現代化水平。

1遙感技術發展現狀

近年來，遙感技術發展勢頭迅猛，遙感平臺、傳感器以及應用技術不斷提高，已成為核安全監管的重要技術手段，在美國、俄羅斯、日本及歐洲的一些國家得到了廣泛應用。衛星遙感技術的發展主要表現在它的空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率以及多傳感器觀測能力的不斷提高。2008年，我國發射了環境一號A/B星，能夠實現對全球的重復觀測，重訪周期達到48h。此后，我國先后發射了資源一號02C衛星、資源三號衛星、高分一號衛星、高分二號衛星，搭載的全色高分辨率相機的空間分辨率均優于2.5米，特別是高分二號衛星作為我國首顆空間分辨率優于1米的民用光學遙感衛星，觀測寬幅達到45公里，在亞米級分辨率國際衛星中幅寬達到最高水平。另外，紅外、雷達衛星的發展，解決了夜晚、陰雨多霧情況下的全天候和全天時的對地觀測。在航空遙感方面，隨著航空綜合物探(伽瑪能譜測量、航磁測量、航電測量)技術、低空數字航空攝影相機和無人機技術的日益成熟，基于無人機平臺的數字航測技術有高空間分辨率、響應及時、機動靈活等顯著優勢，在應急數據獲取與小區域低空監測方面有廣闊的應用前景[3]。而無線傳感器技術、高精度動態定位定姿技術、近景攝影測量技術以及自動控制技術的飛速發展和集成融合，使得近景攝影測量和地面遙感成為可能，移動測量系統和無線傳感器網絡系統的出現為空間信息和核輻射高精度數據的快速獲取和更新提供了新的途徑。

2遙感技術在我國核電安全監管中應用進展

上世紀90年代以來，遙感技術在我國核電廠選址、核電廠環境輻射監測、核電廠熱污染監測、核事故應急、核電項目監管等方面取得了一定成效。

2.1　核電廠選址

遙感影像可以宏觀、直觀、客觀的反映核電廠周邊的環境現狀和周邊環境敏感保護目標的情況，大大提高核電廠規劃選址的效率和準確度。用衛星遙感影像可解決區域性深大構造和周邊生態環境現狀等問題，應用航空磁力測量數據可以對地下深部構造和地殼穩定性問題進行研判，加之航空甚低頻電磁測量解決地下水及構造問題，從而綜合評價核電廠選址的可靠性。我國現已初步構建了綜合利用航空物探和衛星遙感技術進行場址基底穩定性評價、核電站選址的技術方法，并在大亞灣、秦山等核電廠的選址中進行了有效應用[4，5]。

2.2　核電廠環境輻射監測

核電廠周邊放射性水平及相關環境要素的檢測，可以為核電廠建成前、后乃至退役后的安全評價提供可靠的依據。核電廠環境輻射遙感監測主要利用航空伽瑪能譜測量系統對0—3MeV范圍內的各種射線進行測量，航空監測在核電廠建設與運行的不同時期，可以發揮不同的作用。在核電廠選址、建設階段，利用航空伽瑪能譜測量數據編制背景輻射圖，以評價核電廠場址的環境輻射本底；在核電站運行階段，通過定期的航空監測，監測有無核泄漏，評價核電站安全運行狀況；核電廠退役后，也可進行航空監測，以評價是否存在核輻射污染[6]。美國、德國、瑞士以及法國等國家都開展了定期的航空輻射監測，以監測和評價核電廠安全運行狀況，我國航空伽瑪能譜測量系統經過一系列試驗和研究，積累了一定的實踐經驗，并在秦山核電廠運行期間、浙江三門核電廠建設期間進行了放射性測量[7]，但尚未定期開展核電廠航空監測工作。

2.3　核電廠溫排水監測

對核電廠溫排水分布范圍及強度的定量評價是核電廠運行期間環境監測與評價的重要工作之一。相對現場觀測方法，利用熱紅外遙感技術對核電廠溫排水監測與評價，可以更好的反映溫排水的時空差異性和變化規律。環境一號B星紅外數據空間分辨率較高、覆蓋范圍廣、重訪周期較短，為核電廠溫排水動態監測提供了良好的數據基礎[8]。2010年起，環境保護部衛星中心利用環境一號B星紅外數據對大亞灣、嶺澳、田灣等核電廠溫排水情況開展了定期監測，形成雙月監測報告，為核安全監管提供依據。

2.4　核事故應急

一旦發生核事故，遙感技術可發揮大面積、快速、不受地面交通條件影響特點，進行核應急監測，為核應急響應決策提供信息支撐。航空監測現已成為核應急輻射監測的一個重要技術手段，利用中高空飛機、低空無人機以及飛艇、氣球等航空平臺，可快速準確獲取放射性物質的水平和垂直擴散情況等，為核事故影響評估、應急行動和恢復計劃提供基礎資料。無人機航測、無線探空儀、高分辨率衛星等遙感手段在2011年日本福島核事故應急響應得到了很好的應用，特別是在事故初期，地面監測網絡因地震受損無法提供輻射監測數據，遙感監測為緊急應對措施的制定提供了決策支持信息[9]。我國在航空伽瑪能譜測量系統基礎上已建立起一套基本滿足核應急航測要求的中高空飛機監測系統，并初步構建了航空應急監測方法[7]，但在低空無人機以及飛艇、氣球等航空平臺的研究與應用方面尚處于起步階段。

2.5　核電項目建設監管

核電廠建造和運行期間，可以通過核安全監督員駐場監督保障建造質量和運行安全，而對于處于前期階段的核電項目，由于人員、經費和現場條件的限制，難以有效開展監管。利用遙感技術對核電項目進行全過程動態監測，可實事求是地反映監測對象的變化，為核電監管提供科學依據，并保持威懾，防止未批先建或違規建設。2009年以來，環境保護部衛星環境應用中心利用環境一號衛星以及其他高分辨率衛星數據，對我國所有擬建和在建核電項目預選或建設廠址定期(每半年)開展遙感監測，為核電項目監管提供了有力支持。

2.6　核電廠規劃限制區監測

規劃限制區對核電廠的安全運行和應急計劃實施有著重要影響[10]。利用高分辨率遙感影像，可以監測規劃限制區內企事業單位和居民生活區等人口密集設施的新建與擴建情況，監視區域內化工廠、煉油廠等風險源建設情況，為限制人口機械增長和保障核電廠運行環境安全提供技術手段，破解核電廠外核安全監管難題。近幾年，資源一號系列、高分系列等國產高分辨率遙感衛星相繼發射，形成了穩定、高分辨率、高重訪周期的衛星數據資源，這為核電廠規劃限制區遙感監測提供了數據保障。2013年，環境保護部衛星環境應用中心初步構建了一套基于高分辨率遙感影像的核電廠規劃限制區遙感監測技術方法，并在秦山核電基地進行了示范應用，為后續定期開展核電廠規劃限制區遙感動態監測提供了技術基礎。

3核電安全監管中遙感技術應用前景分析

核電安全監管作為環境保護的重要組成部分，需主動適應經濟發展和環境保護新常態，依靠制度創新、科技進步和嚴格執法[11]，保證核電健康發展。隨著核電廠溫排水監測、廠址監測以及規劃限制區監測等遙感應用工作的業務化運行，遙感技術已經初步融入核電安全日常監管，在工作中發揮了積極作用，但是參與核電安全監管的重點工作仍然很有限，遙感技術應用的潛力未得到充分發揮，還需要更進一步加大應用研究力度。

3.1　加強遙感技術對核電安全技術審評的支撐

遙感影像可宏觀、直觀、客觀的反映核電廠周邊的環境現狀和周邊環境敏感保護目標的情況，為核電廠技術審評提供分析、決策支持。高分辨率正射影像結合數字高程模型 DEM，或者高分辨率影像立體相對，應用三維可視化建模技術可直接生成三維地形模型，疊加區域規劃、地震斷裂分布、人口分布等各種專題圖資料，構建核電廠及其周邊環境的三維虛擬場景，能科學、有效、直觀的反映周邊基礎地理信息狀況。在此基礎上，引入相關遷移擴散和分析決策模型，進行諸如洪水災害的模擬、低放射性廢液的彌散仿真、放射性物質大氣彌散的仿真、工程方案的評判等分析，可為核電廠技術審評提供實驗驗證和校核計算手段，改變以往基本以法規標準的符合性審査為主要內容和手段的傳統審評方式，提高監管的權威性和科學性。

3.2　構建天空地立體化核安全監測與應急體系

遙感監測是核安全監測與應急體系建設必不可少的重要環節，是地面輻射環境監測和核電廠駐廠監督的有效補充。一是繼續堅持核電項目廠址、核電廠溫排水遙感業務監測，推進核電廠規劃限制區定期遙感巡測，并不斷拓展遙感監測空間范圍，準確、及時掌握核電廠臨近地區乃至更大范圍內的生態環境、人口分布、風險源等分布及其變化情況，為核電廠外部環境安全監管和環境影響評估提供技術支撐。二是推進核電廠輻射環境定期航空巡測，加快無人機輻射環境監測與應急系統以及無線電探測系統的研究與應用工作，不斷提升核安全應急響應能力。三是進一步推動無線傳感技術的應用，擴大大氣輻射自動監測覆蓋范圍，建設水體輻射自動監測站，加強移動監測系統的配置，逐步完善全國輻射環境預警監測網絡。

3.3　強化核安全監管遙感應用關鍵技術研究

技術是核安全監管的基礎，技術創新是監管能力提升的必由之路[12]。加強輻射傳輸、放射性物質擴散、參數反演模型等遙感機理研究，開展新型平臺及其載荷數據獲取與處理關鍵技術研究，改進和優化遙感指標監測方法；開展遙感數據與地面監測數據同化技術研究，解決天空地一體化輻射環境監測與預警關鍵技術；開展輻射環境影響評價及后評估技術研究，解決輻射環境質量綜合評價關鍵技術；加強核安全遙感監測技術規范研究，完善相關核安全管理技術和法規標準；攻克遙感核安全監測業務化應用關鍵技術，建設業務化應用支撐系統，推進核安全遙感應用向業務服務型轉變。

面對社會經濟新常態，核電作為一種清潔能源，可助力經濟轉型升級、美麗中國建設，發展前景廣闊。面對核與輻射安全監管工作新形勢、新任務、新要求，我們應該加大對核電安全遙感技術研究的力度，加快核電安全遙感技術發展的步伐，夯實核安全技術能力基石，扎實構建科學的輻射環境監督體系，盡快推動實現核安全監管體系和監管能力現代化，不斷提升核電安全監管的有效性和權威性，使核安全成為保障中國核能持續發展的堅韌“安全閥”。

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The Application Development Trend of Remote Sensing Technology

in the Modernization of Nuclear Safety Regulation

JIA Xiang1，2CAO Fei4SUN Zhongping3，4WANG Changzuo4JIANG Jun4ZHANG Xue4

(1.State Key Laboratory of Remote Sensing Science，School of Geography，Beijing Normal University，Beijing，100875，China；

2.Satellite Environment Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100094，China；

3.China Institute of Atomic Energy，Beijing 102413，China；4.Deparment of Nuclear Safety Management，Beijing 100035，China)

引用文獻格式：陳亮等.關于重金屬污染防治考核有關問題的思考[J].環境與可持續發展，2015，40(5)：50-52.