衛星遙感技術在電網環保中的應用分析

潘慶慶 張春林

【摘 要】衛星遙感技術在環保領域有著廣泛的應用，環境一號、高分一號等衛星遙感數據已在環保部的日常監測、監 管工作中實現業務運行，在環保工作中發揮了不可或缺的重要作用。結合新時期我國環境保護工作的特點和需求，探討了傳統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，對比分析了衛星遙感技術監測范圍廣、重訪周期固定、分辨率高、連續快速、信息準確客觀等特點，并展 望了基于衛星遙感技術的電網分析和推演的應用方法和前景。

【關鍵詞】大氣環境；水環境；土壤環境；生態環境；高分辨率

引文

隨著空氣污染問題的日益突顯，利用衛星遙感 進行大氣探測的技術得到了不斷發展。通過應用 衛星遙感技術監測范圍廣、重訪周期固定、分辨率 高、快速連續、信息準確客觀等優勢，有效彌補傳統 電網污穢分析技術存在的不足。綜合分析衛星遙 感監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，從而改善電網的環境質量。

1 應用衛星遙感技術獲取電網環境參數分析

衛星遙感歷經多年的研究和發展，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”發展戰略，衛星遙感 系統將重點發展大氣觀測系列，逐步形成高、中、低 空間分辨率合理配置、多種觀測手段優化組合的綜 合高效全球觀測能力。可預期，氣象衛星事業將邁 入新階段。衛星遙感技術監測大氣具有以下3個優 勢。

1.1易獲取海量周期性、連續性數據

衛星遙感監測通過多種衛星周期性重復覆蓋 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、穩定的數據源，便于對大氣污染 進行長時期動態監測和預報。通過選擇不同周期、分辨率、觀測對象的衛星數據，可有效獲取所需的 大氣污染數據。例如，美國對地觀測系統（EOS）計 劃發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。美國宇航局發射的Aura衛星對地球 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 監測范圍廣泛

與傳統以監測點的絕緣子為測量范圍開展推 算相比，衛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、創新與應用。

1.3數據來源可靠、多樣，能真實反映污穢情況

衛星遙感技術可以瞬時獲得大區域內地表和 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間的連續分布，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。采用衛星遙感的手段進行大氣污染檢測，還能 通過融合不同衛星監測源，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星形成時空、監 測種類及精度等方面數據互補。

2 基于衛星遙感技術的電網環保推演前景展望

2.1應用思路探究

（1）通過衛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 過程規則推理，分析、探索污穢引發閃絡過程及機 理的本質化學成分，與不同電壓等級下發生的污閃 情況關聯，得出不同影響權重因子。例如，通過綜 合分析衛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、區域地理氣候特征與電網設 備污穢實測參數之間關聯關系，建立相應的多元因 素關聯模型及各因子間的量化關系，研究其特征和 規律，建立基于環境因素的灰密、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 型優化等研究提供數據支持。

（2）融合地面離散測量數據與衛星遙感數據 衛星遙感數據和地面人工采樣數據的融合，實 現衛星-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，將衛星遙感大 氣污染數據與地面監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，輸入衛星大氣污染數 據，實現衛星-地基觀測相結合的輸變電設備外絕 緣污穢在面域的擴展。將地面人工監測結果作為 驗證參考，動態更新輸入，展開模型參量微調。

（3）無地面監測點區域開展推演、比對研究 針對地面無監測點區域，可以建立氣象、地形 地貌數據的污染物擴散遷徙模型，開展其在區域環 境特征下的污穢評估。采用衛星遙感的手段，實時、動態探測土地利 用變化，結合輸電線路周邊區域地形的精確測繪數 據和氣象數據，發展數據挖掘和模式預測的新方 法，對大面積區域絕緣子污穢進行評估和預測。可 以擴散統計理論出發點，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，開展推演、估算，針對新建的工廠、熱電廠 等高污染源區域及時修正。模型成熟后，可擴展到 適用于鄉村環境和城市環境、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

通過衛星遙感數據與絕緣子積污、電網污閃間 關聯研究的深入，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、離散監測 點數據、實時氣象預報等融合的污穢推演，實現監 測區到無布點區的拓展，將有效指導污穢特殊區域 分布圖的繪制及動態修訂，為電網防污的差異化規 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

雖然衛星遙感技術在中國的環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 境形勢，諸如一些重點流域、海域水污染嚴重，部分 區域和城市大氣灰霾現象突出，許多地區主要污染 物排放量超過環境容量、農村土壤污染嚴重等突出的環境問題，目前衛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 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、多源生態環境數據同化、異構環境數據協同建模、星地環境數據融合與挖掘 等系列關鍵技術瓶頸，以及國產環境專用衛星和載 荷缺乏、應用系統建設嚴重滯后等不足。

參考文獻：

[1]郭之懷.遙感技術在環境保護領域中的應用現狀. 環境科學，2013.

[2]張九根.衛星遙感在我國環境保護中的開發應用展望.環境科學研究，2016.

（作者單位：國網銀川供電公司）