基于PIE遥感图像处理软件的生态环境监测应用

文|廖丽华 航天宏图信息技术股份有限公司

一、引言

生态环境监测是生态文明建设的基础。遥感技术能够满足生态环境监测及时化、系统化、科学化、精细化、信息化的需求，为相关政府部门进行决策分析提供重要的技术支撑，对生态文明建设具有重要意义。

航天宏图信息技术股份有限公司（以下简称航天宏图）针对我国卫星应用的核心需求，自主研发了高度自动化、简单易用的PIE国产遥感图像处理软件，该软件集多源遥感影像处理和智能信息提取于一体，面向国内外主流的遥感影像数据提供遥感图像处理、辅助解译、信息提取及专题制图功能。软件采用多核并行计算技术，可更好地适应大数据量的处理需要；采用组件化设计，可根据用户具体需求对软件进行灵活定制，具有高度的灵活性和可扩展性。目前，基于PIE遥感图像处理软件开发的行业应用解决方案已广泛应用于气象、海洋、水利、农业、林业、国土、环保等多个领域。

二、大气污染热点网格遥感监控

2018年9月，石家庄市政府提出“确保从2019年起三年内我市大气质量退出全国重点城市排名倒十”的要求，虽然此前已经颁布了《河北省大气污染防治行动计划实施方案》、《石家庄市大气污染防治攻坚行动方案（2013-2017年）》、《石家庄市散煤污染整治专项行动方案》等措施，大气污染治理取得一定成效，但在全国168个空气质量重点城市排名中仍处后位，大气污染防治形势依然严峻。

石家庄环境保护局从2017年起持续开展大气污染热点网格遥感监控项目。该项目基于PIE遥感图像处理软件，通过多源遥感卫星、无人机、移动监测设备、车载激光雷达等不同的技术手段，对雾霾、PM2.5、PM10、沙尘、雾等的分布情况进行统一监测，并将监测区域划分成1km×1km的网格，实现对大气污染物浓度的计算，如图1所示。

图1 石家庄市大气污染热点网格分布图

同时，该项目对城市中易产生大气污染物的重点区域进行动态监测，从点到线、从线到面形成长期连续监测能力。以燃煤电厂、钢铁厂、焦化厂、制药厂、水泥厂等作为点状污染源，城市交通重点拥堵路段为线状污染源，建筑施工裸地、灰堆煤堆料堆、夏秋时节秸秆焚烧区域和传统烧柴居民聚集区等为面状污染源，每日将监测结果中的异常区域以手机报告、APP、卫星大气监控系统、微信群、QQ群等方式推送给一线监察人员，为开展应急情况处置提供有力依据，实现对环境污染事件的及时发现、动态跟踪和证据锁定。图2为对多种城市大气污染源进行监测的案例。

图2 石家庄市大气污染源监测

经过持续监测和有针对性的治理，石家庄市空气质量改善明显。从2019年8月全国大气污染物排名来看，石家庄市PM2.5的月平均浓度仅为27μg／m³，同比下降18.2%，退出了168个空气质量重点城市排名的倒数二十。

三、黑臭水体遥感监测

根据国务院《水污染防治行动计划》提出的“到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除”的目标，《北京市进一步聚焦攻坚加快推进水环境治理工作实施方案》明确了全市范围内排查出的黑臭水体名单和对应处理时间表。为解决传统水质监测手段时间长、费用高、无法快速获得统一时间内监测成果的弊端，北京市政府于2017年开展了黑臭水体遥感监测项目。

该项目中的黑臭水体监测产品基于PIE遥感图像处理软件开发，以高分辨率遥感数据为主，采用人机交互解译方式，结合黑臭水体参数遥感定量反演模型，提取黑臭水体位置及等级信息。项目对2017-2018年北京市141条河流遥感监测结果与水质监测结果进行比对，遥感监测精度为80%左右，多数月份可达85%以上；对2019年市内河流1-10月遥感监测结果与水质监测结果进行比对，平均吻合度达85%以上，多数月份吻合度超过90%。

北京市水环境监测中心在常规水质监测的基础上，通过与高分辨率遥感数据进行对比分析，对北京市141条段、长度约665千米的黑臭水体的分布、新增黑臭水体、黑臭水体的治理进度进行月度动态连续监测，不仅有效解决了传统水质监测“点上有，面上无”的不足，还可以筛查遗漏黑臭水体、动态监测水体黑臭程度变化、定量评价黑臭水体治理成效等。北京市黑臭水体监测平台界面如图3所示。

图3 北京市黑臭水体监测平台界面

2019年，生态环境部组织对全国地级及以上城市黑臭水体整治情况开展了现场排查，根据排查结果，各地通过监管和整治有效提升了城市水污染防治水平，但黑臭水体治理不平衡、不协调的情况依然突出，治理任务十分繁重。实践表明，利用遥感数据监测黑臭水体的技术手段越来越成熟、稳定，并在一定程度上逐步取代了传统水质监测手段，及时监控治理效果反弹、偷排漏排、新增突发等状况，为治理工作提供了充分的证据保障，在保证生态环境稳定的同时，也对各排污企业起到了警示和监督的作用。

四、矿山地质环境动态遥感监测

为进一步规范土地、矿产资源管理秩序，建立反映资源消耗、环境损害、环境恢复和生态保护等矿产资源开发全流程的监测体系，自2006年起，中国地质调查局先后启动了矿产资源开发多目标遥感调查与监测、矿山开发遥感调查与监测等多项矿山遥感监测项目，对全国矿产资源开发状况和矿山环境进行遥感调查与监测，调查过程中采用了PIE软件。

内蒙古自治区矿产资源丰富，但随着矿山开采规模不断扩大，矿山地质环境不断恶化，引发了一系列环境问题。当地政府于2017年启动矿山地质环境动态遥感监测项目，该项目以满足矿山地质环境管理为目标，对重点矿区的卫星、航空、低空无人机等遥感影像进行解译，圈定各类矿业活动图斑，结合矿产开发规划和审批数据，判别图斑的合法性，对判定为疑似违法的图斑进行外业实地调查与核查，实现对矿产资源开发情况的监测、调查与管理。图4为内蒙古自治区矿山地质环境动态监测成果对比分析示意图。

图4 内蒙古自治区矿山地质环境动态监测成果对比分析

同时，该项目利用遥感技术对地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害情况进行监测，针对灾区开展事中、事后的解译工作，确定地质灾害的类型、边界、规模、形态特征，形成地质灾害图件报告，上报减灾救灾有关部门。

2016年，内蒙古自治区实现了全境国产卫星数据覆盖，2017年实现了常态化监测，建立了矿山地质环境动态遥感监测数据管理平台，有效支撑外业人员的工作，对后续常态化遥感监测具有重大意义。

五、结语

围绕生态优先、绿色发展的建设理念，充分利用遥感技术、物联网技术、云服务技术以及大数据技术等，开展遥感、气象、地面监测等多源数据监测与融合能力建设，基于PIE遥感图像处理软件搭建环境遥感监测信息化服务平台，为环境趋势预警、环境变化监测、环境靶向性治理与效果评估等提供数据及平台支持，实现环境监测能力与生态文明建设相统一的协同发展。