卫星遥感技术在电网环保中的应用分析

潘庆庆 张春林

【摘 要】卫星遥感技术在环保领域有着广泛的应用，环境一号、高分一号等卫星遥感数据已在环保部的日常监测、监 管工作中实现业务运行，在环保工作中发挥了不可或缺的重要作用。结合新时期我国环境保护工作的特点和需求，探讨了传统电网污秽分析技术存在的数据获取周期长、范围有局限性、数据可靠性低等问 题，对比分析了卫星遥感技术监测范围广、重访周期固定、分辨率高、连续快速、信息准确客观等特点，并展 望了基于卫星遥感技术的电网分析和推演的应用方法和前景。

【关键词】大气环境；水环境；土壤环境；生态环境；高分辨率

引文

随着空气污染问题的日益突显，利用卫星遥感 进行大气探测的技术得到了不断发展。通过应用 卫星遥感技术监测范围广、重访周期固定、分辨率 高、快速连续、信息准确客观等优势，有效弥补传统 电网污秽分析技术存在的不足。综合分析卫星遥 感监测大气污染等多元实测数据，开展推演与建 模，实现污秽综合分析和预测方法的创新与应用，为电网差异化污秽状况分析、治理和预防提供判据，将有望高效指导电网防污工作的开展和决策的 制定实施，从而改善电网的环境质量。

1 应用卫星遥感技术获取电网环境参数分析

卫星遥感历经多年的研究和发展，在设计和研制方面攻克了一系列高精度、定量化的技术难题，其衍生的产品种类、数量，以及定量化指标均有显 著提升[7]。按照我国“十三五”发展战略，卫星遥感 系统将重点发展大气观测系列，逐步形成高、中、低 空间分辨率合理配置、多种观测手段优化组合的综 合高效全球观测能力。可预期，气象卫星事业将迈 入新阶段。卫星遥感技术监测大气具有以下3个优 势。

1.1易获取海量周期性、连续性数据

卫星遥感监测通过多种卫星周期性重复覆盖 地球表面，对陆地表面进行大范围、多时次的扫描，提供了海量、准确、稳定的数据源，便于对大气污染 进行长时期动态监测和预报。通过选择不同周期、分辨率、观测对象的卫星数据，可有效获取所需的 大气污染数据。例如，美国对地观测系统（EOS）计 划发射的下午星群飞行在太阳同步轨道上，在与当 地时间下午13：30相隔不到30min的时间内经过赤 道上空。其CALIPSO卫星通过激光束与光路上的 云粒子、气溶胶粒子和大气分子等相互作用产生散 射信号，获取气溶胶特性数据。同为EOS计划的 Terra和Aqua卫星在大气数据采集时间上形成互 补，其搭载的对地观测器之一MODIS一天覆盖全球 两次，具有多光谱分辨率、高时间分辨率、多空间分 辨率等特点。美国宇航局发射的Aura卫星对地球 臭氧层、空气质量和气候变化进行观测和研究，1d 覆盖1次全球，能够以较高的空间分辨率获取大气 污染物的空间分布和动态变化，为深入研究污染物 的远距离输送及其复杂性提供支持。

1.2 监测范围广泛

与传统以监测点的绝缘子为测量范围开展推 算相比，卫星遥感技术突破了局限性，可以获得三 维空间数据，得到污染物垂直和水平分布信息。同时，采用卫星遥感技术易于获取多元实测数 据，可通过观测大气中气溶胶和微量气体的变化趋势，研究其源和汇，改变以往以点代面、以小范围代 表大区域、污秽分析较粗放的不足，实现污秽综合 评估和预测方法的融合、创新与应用。

1.3数据来源可靠、多样，能真实反映污秽情况

卫星遥感技术可以瞬时获得大区域内地表和 大气的综合信息，客观、准确、实时地反应大气污染 情况，避免大气污染时空易变性、人工取样的随机 性、人工试验干预的误差性等产生的误差。例如，高光谱遥感通过光谱区间的连续分布，可探测到更精细的地物信息和大气吸收特征，提高遥感高定量 分析的精度和可靠性。采用卫星遥感的手段进行大气污染检测，还能 通过融合不同卫星监测源，对绝缘子污秽提供多 样、有效的数据。例如，风云四号定量遥感气象卫星，采用高精度转角测量及扫描控制、定标、实时补 偿、图像配准等创新技术，可提供温湿度、大气、导 风、闪电等34种数据，涵盖沙尘检测、气溶胶光学厚 度、大气稳定度指数等应用，实现在静止轨道的大 气垂直探测，可与太阳同步轨道卫星形成时空、监 测种类及精度等方面数据互补。

2 基于衛星遥感技术的电网环保推演前景展望

2.1应用思路探究

（1）通过卫星遥感数据获取长时间、大范围污 染情况 对搜集到的实时气象、污染数据进行清理与重 组，结合盐密、灰密实测数据进行关键要素筛选和 过程规则推理，分析、探索污秽引发闪络过程及机 理的本质化学成分，与不同电压等级下发生的污闪 情况关联，得出不同影响权重因子。例如，通过综 合分析卫星遥感大气污染中的大气气溶胶、硫氧化 物、氮氧化物等因子、区域地理气候特征与电网设 备污秽实测参数之间关联关系，建立相应的多元因 素关联模型及各因子间的量化关系，研究其特征和 规律，建立基于环境因素的灰密、盐密等数值浓度 预测预报模型。对来自不同卫星的数据进行时空配准与融合，实现大气污染数据的空域扩展。建立类型丰富、尺度层次多样、面向应用的卫星遥感数据库，能更加精确的筛选出与电网设备污秽相关的数据，为模 型优化等研究提供数据支持。

（2）融合地面离散测量数据与卫星遥感数据 卫星遥感数据和地面人工采样数据的融合，实 现卫星-地基观测相结合的污秽在面域的扩展。采 用多时相加权平均等数据融合及ARIMA、集合卡尔曼滤波等由点及面的数据同化方法，将卫星遥感大 气污染数据与地面监测数据进行时空匹配，构建具 有共同时空属性的分析数据集，利用空间数据挖掘 等方法建立关系模型；最后，输入卫星大气污染数 据，实现卫星-地基观测相结合的输变电设备外绝 缘污秽在面域的扩展。将地面人工监测结果作为 验证参考，动态更新输入，展开模型参量微调。

（3）无地面监测点区域开展推演、比对研究 针对地面无监测点区域，可以建立气象、地形 地貌数据的污染物扩散迁徙模型，开展其在区域环 境特征下的污秽评估。采用卫星遥感的手段，实时、动态探测土地利 用变化，结合输电线路周边区域地形的精确测绘数 据和气象数据，发展数据挖掘和模式预测的新方 法，对大面积区域绝缘子污秽进行评估和预测。可 以扩散统计理论出发点，假设污染物浓度分布在一 定程度上服从高斯分布，构建多种排放源排污的模 式系统，开展推演、估算，针对新建的工厂、热电厂 等高污染源区域及时修正。模型成熟后，可扩展到 适用于乡村环境和城市环境、平坦地形和复杂地 形、地面源和高架源等多种排放扩散情形的模拟和 预测。

2.2应用效果展望

通过卫星遥感数据与绝缘子积污、电网污闪间 关联研究的深入，可以减少电网污秽分析的主观 性、局限性，增加分析方法多样性。与已有精益化 评估方法相结合，开展与历史污秽数据、离散监测 点数据、实时气象预报等融合的污秽推演，实现监 测区到无布点区的拓展，将有效指导污秽特殊区域 分布图的绘制及动态修订，为电网防污的差异化规 划设计、运维管理和检修防治等提供判据，科学指 导绝缘子防污闪能力配合、电网防污工作的开展和 决策的制定实施。

结束语

虽然卫星遥感技术在中国的环境保护领域得到了广泛的应用，但面对当前我国总体依然严峻的环 境形势，诸如一些重点流域、海域水污染严重，部分 区域和城市大气灰霾现象突出，许多地区主要污染 物排放量超过环境容量、农村土壤污染严重等突出的环境问题，目前卫星遥感还存在土壤污染高精度反演、颗粒物高精度反演、城市黑臭水体高精度监 测、高光谱数据快速处理、雷达数据快速处理、多尺 度影像处理、天地一体化数据同化和信息协同处理 技术、遥感产品真实性检验技术、高精度几何校正、辐射校正、大气校正技术、多源生态环境数据同化、异构环境数据协同建模、星地环境数据融合与挖掘 等系列关键技术瓶颈，以及国产环境专用卫星和载 荷缺乏、应用系统建设严重滞后等不足。

参考文献：

[1]郭之怀.遥感技术在环境保护领域中的应用现状. 环境科学，2013.

[2]张九根.卫星遥感在我国环境保护中的开发应用展望.环境科学研究，2016.

（作者单位：国网银川供电公司）