遥感技术在核电安全监管现代化中的应用与思考

2015-03-23孙中平3王昌佐

环境与可持续发展 2015年5期

关键词：遥感核电现代化

贾　祥　曹　飞　孙中平3，　王昌佐　姜　俊　张　雪

(1.中国原子能科学研究院，北京　102413；2.环境保护部核电安全监管司，北京　100035；

3.北京师范大学地理学与遥感科学学院，遥感科学国家重点实验室，北京　100875；

4.环境保护部卫星环境应用中心，北京　100094；)

遥感技术在核电安全监管现代化中的应用与思考

贾祥1，2曹飞4孙中平3，4王昌佐4姜俊4张雪4

(1.中国原子能科学研究院，北京102413；2.环境保护部核电安全监管司，北京100035；

3.北京师范大学地理学与遥感科学学院，遥感科学国家重点实验室，北京100875；

4.环境保护部卫星环境应用中心，北京100094；)

[摘要]简要论述了我国核电安全监管形势以及遥感技术发展情况，分析了遥感技术在核电安全监管中的应用现状，面对经济发展和环境保护新常态，探讨了遥感技术在核电安全监管现代化中的应用前景。

[关键词]核电；核安全；遥感；监管；现代化

中图分类号：X21

文献标识码：码：A

文章编号：号：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

作者简介：陈亮，工程师，主要研究方向为环境规划、水污染防治研究、重金属污染防治等

2014年4月，习近平总书记在中央国家安全委员会上首次提出总体国家安全观，将核安全上升到国家安全的层面。三十年来的实践表明，我国核安全监管是有效的，核安全得到了保障，运行核电机组从未发生过国际核事件分级2 级及以上的运行事件，核电厂周边环境辐射水平处于天然本底正常涨落范围内[1]。我国核电事业已进人体系化、规模化的高速发展阶段，未来5-10年将是核电建造、调试和运行的高峰期，监管任务将持续加重，由于监管队伍不够强大，监管方法和手段落后，核电安全监管工作将面临诸多困难和挑战[2]，需要主动适应经济发展和环境保护新常态，加大对核安全新技术研究的力度，加快核安全新技术发展和应用的步伐，以提高核安全监管现代化水平。

1遥感技术发展现状

近年来，遥感技术发展势头迅猛，遥感平台、传感器以及应用技术不断提高，已成为核安全监管的重要技术手段，在美国、俄罗斯、日本及欧洲的一些国家得到了广泛应用。卫星遥感技术的发展主要表现在它的空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率以及多传感器观测能力的不断提高。2008年，我国发射了环境一号A/B星，能够实现对全球的重复观测，重访周期达到48h。此后，我国先后发射了资源一号02C卫星、资源三号卫星、高分一号卫星、高分二号卫星，搭载的全色高分辨率相机的空间分辨率均优于2.5米，特别是高分二号卫星作为我国首颗空间分辨率优于1米的民用光学遥感卫星，观测宽幅达到45公里，在亚米级分辨率国际卫星中幅宽达到最高水平。另外，红外、雷达卫星的发展，解决了夜晚、阴雨多雾情况下的全天候和全天时的对地观测。在航空遥感方面，随着航空综合物探(伽玛能谱测量、航磁测量、航电测量)技术、低空数字航空摄影相机和无人机技术的日益成熟，基于无人机平台的数字航测技术有高空间分辨率、响应及时、机动灵活等显著优势，在应急数据获取与小区域低空监测方面有广阔的应用前景[3]。而无线传感器技术、高精度动态定位定姿技术、近景摄影测量技术以及自动控制技术的飞速发展和集成融合，使得近景摄影测量和地面遥感成为可能，移动测量系统和无线传感器网络系统的出现为空间信息和核辐射高精度数据的快速获取和更新提供了新的途径。

2遥感技术在我国核电安全监管中应用进展

上世纪90年代以来，遥感技术在我国核电厂选址、核电厂环境辐射监测、核电厂热污染监测、核事故应急、核电项目监管等方面取得了一定成效。

2.1　核电厂选址

遥感影像可以宏观、直观、客观的反映核电厂周边的环境现状和周边环境敏感保护目标的情况，大大提高核电厂规划选址的效率和准确度。用卫星遥感影像可解决区域性深大构造和周边生态环境现状等问题，应用航空磁力测量数据可以对地下深部构造和地壳稳定性问题进行研判，加之航空甚低频电磁测量解决地下水及构造问题，从而综合评价核电厂选址的可靠性。我国现已初步构建了综合利用航空物探和卫星遥感技术进行场址基底稳定性评价、核电站选址的技术方法，并在大亚湾、秦山等核电厂的选址中进行了有效应用[4，5]。

2.2　核电厂环境辐射监测

核电厂周边放射性水平及相关环境要素的检测，可以为核电厂建成前、后乃至退役后的安全评价提供可靠的依据。核电厂环境辐射遥感监测主要利用航空伽玛能谱测量系统对0—3MeV范围内的各种射线进行测量，航空监测在核电厂建设与运行的不同时期，可以发挥不同的作用。在核电厂选址、建设阶段，利用航空伽玛能谱测量数据编制背景辐射图，以评价核电厂场址的环境辐射本底；在核电站运行阶段，通过定期的航空监测，监测有无核泄漏，评价核电站安全运行状况；核电厂退役后，也可进行航空监测，以评价是否存在核辐射污染[6]。美国、德国、瑞士以及法国等国家都开展了定期的航空辐射监测，以监测和评价核电厂安全运行状况，我国航空伽玛能谱测量系统经过一系列试验和研究，积累了一定的实践经验，并在秦山核电厂运行期间、浙江三门核电厂建设期间进行了放射性测量[7]，但尚未定期开展核电厂航空监测工作。

2.3　核电厂温排水监测

对核电厂温排水分布范围及强度的定量评价是核电厂运行期间环境监测与评价的重要工作之一。相对现场观测方法，利用热红外遥感技术对核电厂温排水监测与评价，可以更好的反映温排水的时空差异性和变化规律。环境一号B星红外数据空间分辨率较高、覆盖范围广、重访周期较短，为核电厂温排水动态监测提供了良好的数据基础[8]。2010年起，环境保护部卫星中心利用环境一号B星红外数据对大亚湾、岭澳、田湾等核电厂温排水情况开展了定期监测，形成双月监测报告，为核安全监管提供依据。

2.4　核事故应急

一旦发生核事故，遥感技术可发挥大面积、快速、不受地面交通条件影响特点，进行核应急监测，为核应急响应决策提供信息支撑。航空监测现已成为核应急辐射监测的一个重要技术手段，利用中高空飞机、低空无人机以及飞艇、气球等航空平台，可快速准确获取放射性物质的水平和垂直扩散情况等，为核事故影响评估、应急行动和恢复计划提供基础资料。无人机航测、无线探空仪、高分辨率卫星等遥感手段在2011年日本福岛核事故应急响应得到了很好的应用，特别是在事故初期，地面监测网络因地震受损无法提供辐射监测数据，遥感监测为紧急应对措施的制定提供了决策支持信息[9]。我国在航空伽玛能谱测量系统基础上已建立起一套基本满足核应急航测要求的中高空飞机监测系统，并初步构建了航空应急监测方法[7]，但在低空无人机以及飞艇、气球等航空平台的研究与应用方面尚处于起步阶段。

2.5　核电项目建设监管

核电厂建造和运行期间，可以通过核安全监督员驻场监督保障建造质量和运行安全，而对于处于前期阶段的核电项目，由于人员、经费和现场条件的限制，难以有效开展监管。利用遥感技术对核电项目进行全过程动态监测，可实事求是地反映监测对象的变化，为核电监管提供科学依据，并保持威慑，防止未批先建或违规建设。2009年以来，环境保护部卫星环境应用中心利用环境一号卫星以及其他高分辨率卫星数据，对我国所有拟建和在建核电项目预选或建设厂址定期(每半年)开展遥感监测，为核电项目监管提供了有力支持。

2.6　核电厂规划限制区监测

规划限制区对核电厂的安全运行和应急计划实施有着重要影响[10]。利用高分辨率遥感影像，可以监测规划限制区内企事业单位和居民生活区等人口密集设施的新建与扩建情况，监视区域内化工厂、炼油厂等风险源建设情况，为限制人口机械增长和保障核电厂运行环境安全提供技术手段，破解核电厂外核安全监管难题。近几年，资源一号系列、高分系列等国产高分辨率遥感卫星相继发射，形成了稳定、高分辨率、高重访周期的卫星数据资源，这为核电厂规划限制区遥感监测提供了数据保障。2013年，环境保护部卫星环境应用中心初步构建了一套基于高分辨率遥感影像的核电厂规划限制区遥感监测技术方法，并在秦山核电基地进行了示范应用，为后续定期开展核电厂规划限制区遥感动态监测提供了技术基础。

3核电安全监管中遥感技术应用前景分析

核电安全监管作为环境保护的重要组成部分，需主动适应经济发展和环境保护新常态，依靠制度创新、科技进步和严格执法[11]，保证核电健康发展。随着核电厂温排水监测、厂址监测以及规划限制区监测等遥感应用工作的业务化运行，遥感技术已经初步融入核电安全日常监管，在工作中发挥了积极作用，但是参与核电安全监管的重点工作仍然很有限，遥感技术应用的潜力未得到充分发挥，还需要更进一步加大应用研究力度。

3.1　加强遥感技术对核电安全技术审评的支撑

遥感影像可宏观、直观、客观的反映核电厂周边的环境现状和周边环境敏感保护目标的情况，为核电厂技术审评提供分析、决策支持。高分辨率正射影像结合数字高程模型 DEM，或者高分辨率影像立体相对，应用三维可视化建模技术可直接生成三维地形模型，叠加区域规划、地震断裂分布、人口分布等各种专题图资料，构建核电厂及其周边环境的三维虚拟场景，能科学、有效、直观的反映周边基础地理信息状况。在此基础上，引入相关迁移扩散和分析决策模型，进行诸如洪水灾害的模拟、低放射性废液的弥散仿真、放射性物质大气弥散的仿真、工程方案的评判等分析，可为核电厂技术审评提供实验验证和校核计算手段，改变以往基本以法规标准的符合性审査为主要内容和手段的传统审评方式，提高监管的权威性和科学性。

3.2　构建天空地立体化核安全监测与应急体系

遥感监测是核安全监测与应急体系建设必不可少的重要环节，是地面辐射环境监测和核电厂驻厂监督的有效补充。一是继续坚持核电项目厂址、核电厂温排水遥感业务监测，推进核电厂规划限制区定期遥感巡测，并不断拓展遥感监测空间范围，准确、及时掌握核电厂临近地区乃至更大范围内的生态环境、人口分布、风险源等分布及其变化情况，为核电厂外部环境安全监管和环境影响评估提供技术支撑。二是推进核电厂辐射环境定期航空巡测，加快无人机辐射环境监测与应急系统以及无线电探测系统的研究与应用工作，不断提升核安全应急响应能力。三是进一步推动无线传感技术的应用，扩大大气辐射自动监测覆盖范围，建设水体辐射自动监测站，加强移动监测系统的配置，逐步完善全国辐射环境预警监测网络。

3.3　强化核安全监管遥感应用关键技术研究

技术是核安全监管的基础，技术创新是监管能力提升的必由之路[12]。加强辐射传输、放射性物质扩散、参数反演模型等遥感机理研究，开展新型平台及其载荷数据获取与处理关键技术研究，改进和优化遥感指标监测方法；开展遥感数据与地面监测数据同化技术研究，解决天空地一体化辐射环境监测与预警关键技术；开展辐射环境影响评价及后评估技术研究，解决辐射环境质量综合评价关键技术；加强核安全遥感监测技术规范研究，完善相关核安全管理技术和法规标准；攻克遥感核安全监测业务化应用关键技术，建设业务化应用支撑系统，推进核安全遥感应用向业务服务型转变。

面对社会经济新常态，核电作为一种清洁能源，可助力经济转型升级、美丽中国建设，发展前景广阔。面对核与辐射安全监管工作新形势、新任务、新要求，我们应该加大对核电安全遥感技术研究的力度，加快核电安全遥感技术发展的步伐，夯实核安全技术能力基石，扎实构建科学的辐射环境监督体系，尽快推动实现核安全监管体系和监管能力现代化，不断提升核电安全监管的有效性和权威性，使核安全成为保障中国核能持续发展的坚韧“安全阀”。

参考文献：

[1]刘华.核安全是国家安全的重要组成部分[N].中国环境报，2014-7-11.

[2]柴建设.核安全文化与核安全监管[J].核安全，2013，12(3)：5-9.

[3]初东，吴国增，申文明，等.用先进技术支撑与服务环境管理——遥感技术在环境管理中的应用[J].环境保护，2013，41(021)：51-52.

[4]蔡航升，蔡振京.航空磁测在我国核电站选址中的应用[J].物探与化探，1995，19(5) ：341-350.

[5]高春林，曾敬文.高分辨率遥感影像在核电站厂址普选中的应用初探[J].北京测绘，2013 (3)：93-95.

[6]倪卫冲.内陆核电站核与辐射安全的航空监测[J].中国核科学技术进展报告——中国核学会 2009 年学术年会论文集 (第一卷· 第5册)，2009：50-58.

[7]倪卫冲，顾仁康.核应急航空监测方法[J].铀矿地质，2004，19(6)：366-373.

[8]梁珊珊，张兵，李俊生，等.环境一号卫星热红外数据监测核电站温排水分布——以大亚湾为例[J].遥感信息，2012(2)：41-46.

[9]陈晓秋，李冰，余少青，等.日本福岛核事故对应急准备与响应工作的启示[J].辐射防护，2012，32( 6) ：348-361.

[10]潘自强，赵成昆，陈晓秋，等.我国内陆核电发展的环境风险可控性探析[J].环境保护，2014，11：008.

[11]陈吉宁.以“四个全面”战略布局为指引全力推动环境保护事业改革与发展[N].中国环境报，2015-02-13.