空间遥感技术在绍兴市“无废城市”建设中的应用

逄雅洁 邰佳怡 卢瑛莹 陈 樑 胡正峰# 慎 利

(1.西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川 成都 611756；2.浙江省生态环境科学设计研究院，浙江 杭州 310007；3.绍兴市生态环境局，浙江 绍兴312000)

生态文明是工业文明发展到一定阶段的产物，是实现人与自然和谐发展的新要求，生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计。以“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念为引领的发展模式，逐渐成为国家提倡和社会广泛认可的先进城市管理方式。随着我国国民经济的不断提升、国家工业化和城镇化建设的高速发展，城乡固废产量的增速不容小觑，与人民对日益增长的优美生态环境需要相去甚远。相关资料显示，我国每年产生的城市固废达2亿t左右，从增长趋势来看，城市固废年产量尚未达到峰值[1]。城市固废的无序堆放、粗放管理和随意处置等现象使得城市环境污染的问题愈发严重。2017年，我国学者倡导从废物源头进行管制，促进资源的最大程度利用和固废最小总量填埋，提出了“无废城市”的战略概念。2018年，国务院办公厅印发《“无废城市”建设试点工作方案》和《“无废城市”建设指标体系》，并在2019年初公布了包括浙江省绍兴市在内的首批“无废城市”建设试点名单，旨在通过试点城市的实践工作，不断总结出可复制可推广的“无废城市”经验做法，以点带面不断深化生态格局优化。

在国家加大科技投入，全力推进“无废城市”试点建设工作中，信息遥感技术近年来凭借自身的宏观、高效等特点，通过获取物质发射或反射的电磁波获取远距离物体的信息，逐步成为现代环境监测与治理工作中重要技术之一，具有效率高、探测范围广、信息量大、自然速度快和用途多等优势，为“无废城市”建设的科技后盾提供了更多的手段和可能性。

1 遥感技术在绍兴市“无废城市”建设中的具体应用

作为浙江省唯一的试点城市，绍兴市围绕“双城记、两业经、活力城”要求，通过浙江省固废全过程管理的信息化、智慧化平台建设、建立健全农业废弃包装物、废旧农膜回收处置体系、创新固废处置标准体系等亮点工作，取得了“无废城市”建设的较好成效，形成一系列“绍兴样板”，为绍兴市坚决打好污染防治攻坚战奠定了坚实的基础。

然而，绍兴市对信息技术的利用还不能完全达到精准监测和实时管控的程度，主要表现在：(1)无序堆放的固废较难统计；(2)调查主要依靠基层上报数据，数据不够客观高效，较难满足实时需求。

为给绍兴市“无废城市”平台管理提供更为全面的技术支撑，将空间遥感技术引入生态环境治理能力的领域，讨论将遥感技术融入“无废城市”建设工作的意义，对4种应用场景可用的卫星进行了简单总结，并根据应用情况给出具体意见或建议。

1.1 固废堆场监测

目前，我国城市化建设的不断推进导致总量随着持续增长，使城市固废堆场的无序混倒、非法堆积、不规范处置等现象越发严峻，对城镇居民生活产生了恶劣影响。根据《绍兴市“无废城市”建设试点工作实施方案》《浙江省工业固体废物专项整治行动实施方案》等要求，绍兴市开展一系列治废工作加强对辖区工业固废产生者的督导，从源头加强管控，不断补充和完善监管制度以提高固废监管信息化。

截至2020年中旬，绍兴市虽已有4 900家固废产生单位注册使用浙江省固体废物监管系统，但在扩大固废监管覆盖面积和提高监管信息化等工作方面仍有提升空间。以往的监管工作主要依赖人工监察和信访举报等途径，而多数违规固废堆场相对隐蔽分散，在人力物力有限的条件下，采用遥感手段监测固废堆场具有覆盖面积大、数据更新及时、节约成本等优势[2]，有助于相关部门动态了解到监管区域的实时情况。2020年绍兴市统筹推动建立“精准化源头分类，专业化二分拣，智能化高效清运，最大化资源利用和集中化统一处置”(以下简称“五化”)的固废收运体系，据统计，河桥区、上虞区固废收集规模分别为1.5万、5万t/a。利用遥感技术的固废监测一般通过遥感影像解译进行，可以高效获得固废的面积、体量等规模数据。国外较早开展此类工作，BAGHERI等[3]早在1988年根据航空照片目视查明美国新泽西州的67处固废堆场。在计算机技术的迅猛发展下，固废堆场的解译可以通过机器完成半自动或自动识别[4]，SILVESTRI等[5]对美国IKONOS卫星资料进行判别，确定了分布在意大利的固废堆场。近来年来，研究人员将深度学习引入遥感影像的目标识别中，提高了固废堆场的提取精度[6]，有利于精确摸清固废堆场数量，开展智能化、自动化的街道、工业园区和产业园区的工作督导。

针对绍兴市企业自主核查、监管部门抽查核查的督导考核机制，基于遥感的固废堆场监测有利于健全固废处理管理体制，完善固废统计体系，实现科技监测与人工辅助双管齐下的管理手段，切实统筹绍兴市全域“无废城市”建设。

1.2 秸秆焚烧监测

秸秆焚烧会产生大量有毒有害的气体，对大气环境造成严重污染。近年来，绍兴市开展“蓝天保卫战”“美丽乡村”等工作加强了农村秸秆禁烧管控，为绍兴市建设“无废城市”打造牢固屏障。在“蓝天保卫战”工作中，绍兴市成立治气工作专班，全年共交办涉气问题372件，开展每周巡查暗访和每月空气质量排名通报预警。然而，因为秸秆焚烧现象具有随机随时、分散分布不规律等特点，人工巡查和定点取证方式在监测秸秆焚烧的工作中耗费大量人力与物力，仍无法实时、全面掌控大区域内的焚烧情况[7]，相比下，遥感监测在时效性、空间性、经济性等方面都具有显著优点。

遥感监测秸秆焚烧主要利用遥感探寻高温热源的原理[8]，火点的准确判别和提取是开展遥感监测秸秆焚烧现象的关键，研究人员目前较多采用中分辨率成像光谱仪(MODIS)传感器获取数据[9]。基于MODIS的秸秆焚烧检测利用基于中、长红波段的光谱特性，通过对比常温背景值和温度异常点的辐射峰值差异，并结合利用土地利用与覆盖数据进行叠置分析，可以检测到火点位置[10]。另有学者采用改进型MODIS火灾探测算法，可以识别面积更小或者温度较低的火点，准确探测更多真实火点的数量与分布[11]。

2020年，绍兴加强了露天禁烧监管，加大夏收、秋收季节秸秆焚烧路面巡查监管，秸秆遥感监测焚烧火点连续两年保持20%以上的下降率。随着国家总体科技的不断进步、遥感技术水平随之水涨船高的背景下，绍兴市有望实现秸秆巡查工作自动化，为“无废城市”的建立保驾护航。

1.3 废旧农膜监测

作为设施农业中的重要生产资料，农用塑料薄膜(以下简称农膜)在促进农业增产和增收方面发挥了不可忽视的作用，为我国农业发展做出了重大贡献。随着农膜的大量使用，与农膜相关的污染问题受到越来越多的关注。一方面，农膜经使用后残留于土壤中的白色污染物在自然条件下难以降解；另一方面，我国地膜回收率不到60%[12]，回收处理的缺乏使得“白色污染”加剧。因此，准确掌握农膜空间分布信息和使用量，不仅能为农膜环境污染治理提供重要技术支撑，也为政府调节市场和发放设施农业补贴提供重要依据。

长期以来农膜面积调查主要通过行政单位层层上报的方式统计汇总，这种传统的农膜使用量统计法费时费力且缺少空间位置信息[13]。将遥感技术引入废旧农膜监测便能够把握地物空间分布状况，特别是基于遥感技术的农膜自动化提取具有快速、动态、空间性强的优势，从而能够解决大范围废旧农膜监测的难题。基于中分辨率Landsat TM 影像，PIETRO等[14]采用平行六面体方法进行覆膜农田信息提取，并结合SAR影像来检验其分类精度，为自动识别覆膜农田提供了一套较为有效的程序；马群[15]则利用TM遥感影像，采用支持向量机(SVM)分类技术对大棚菜区信息进行了遥感提取，也取得了较好的效果。LEVIN等[16]利用空间分辨率为l m的高光谱影像分类，对透明地膜能够取得理想的提取效果，精度可达90%以上。

随着遥感技术的发展，特别是遥感技术在农业领域的广泛应用，利用遥感技术监测大棚菜地废旧农膜等设施农业信息将对今后农业生产管理具有重要意义。根据农业部《关于进一步加强农药废弃包装物回收和集中处置工作的通知》的要求，目前绍兴市已基本建立废旧农膜回收处置体系，目前主要为农民自行归集，由供销社进行定点、统一收集处置。因而在后续 “无废城市”建设过程中，如何将遥感技术与废旧农膜监测治理紧密结合，推广切实可行的农膜回收再利用技术，实现精细化综合化管理是下一步废旧农膜污染防治的重点。

1.4 土壤污染核查

土壤污染具有累积性、不均匀性和长期存在性等特点[17]，如何切断土壤污染的源头，遏制土壤污染扩大的趋势是建设“无废城市”不可忽视的问题。根据《浙江省土壤污染防治行动2020年工作计划》，绍兴市结合实际制定了《绍兴市土壤污染防治行动2020年工作计划》推进一系列土壤污染防治监管工作，如开展重点行业企业用地土壤污染状况调查，强化建设用地风险管控，进行污染地块安全利用现场检查，加大重金属污染防治力度等。通过不断加强污染减排监管，目前绍兴市已在土壤污染防治工作中取得一定成效。

传统的土壤污染研究通过野外实地逐点采集样品，以污染物化学测定的方法在室内分析各样点的污染物质含量。这种方法测量精度较高，但耗时费力、效率较低，而且无法较好地获取空间上连续分布信息。而作为空间技术之一的遥感技术，其宏观快速的独特优势为土壤污染调查与监测提供了可能。运用光谱分析法[18]识别出土壤污染物及其与土壤结合后形成的特定光谱，建立遥感特征与土壤污染物间的回归模型，可以定量反演土壤污染程度与分布；同时耦合地面监测数据，开展土壤污染的动态遥感监测。基于绍兴市各区、县单位的矿产集中开采区、石油开采区，可以利用遥感技术划定土壤污染边界，开展未利用地环境遥感监管；对于重点行业企业用地中污染地块，可以利用遥感技术监测污染地块的分布及评估其环境风险等。

截至2020年底，绍兴市已完成100余个地块的采样工作，严格管控了3 226.68 hm2受污染耕地，减少无法律法规依据划定的禁养区574.61 km2，完成农用地土壤超标点位销号13个，积极开展“净土开发”相关土壤污染监管工作。绍兴市未来土壤污染监管将进一步发挥遥感技术的宏观、连续、光谱综合等特征，构建仿真分析模型，形成完善的污染动态监测评估体系，从而有效地展开土壤污染核查工作，为生态环境改善、土壤质量评估及城市规划等提供重要的科学依据和决策支撑。

综上，绍兴市生态环境保护中遥感在不同场景下的应用情况汇总见表1。

表1 生态环境保护中遥感在不同场景下的应用

2 遥感技术在绍兴市“无废城市”建设中的应用展望

随着大数据和云计算技术的进步，信息遥感技术的加入为绍兴市“无废城市”建设提供技术支撑。为实现“无废城市”建设目标，绍兴市还需要考虑以下几个方面的改进和提升：

(1) 依托新一代通信技术，实现信息的实时传输和处理，提高“无废城市”知识服务能力。正在普及的第五代移动通信技术(5G)具备泛在、实时、无线及智能等特点，其无缝覆盖的无线连接智能服务可以使企业第一时间依据监测报告作出整改，治理部门对整改效果予以实时监督，实时记录各环节操作信息，保证全程追溯，责任落实。同时调动群众的力量，实时将问题现场的相关数据和图片上传至监测治理平台，使建设“无废城市”真正走向社会化、实时化与大众化。

(2) 进一步深化引用，融合多源数据形成遥感大数据，做到“空天地”协同一体化。目前尚待提高的遥感信息处理技术与数据获取能力之间出现严重的失衡，未来的“空天地”一体化更关注于数据融合，由轨道卫星构成的天基网络、飞行器构成的空基网络及传统地基网络合为一体，使数据更为有效地利用。依托一体化的遥感监管平台，“无废城市”治理将形成一种高效的分工明确、相互配合的监管模式。

(3) 引进人工智能技术，耦合机器学习等智能化算法，实现由传统方法向人工智能技术的转变。依托机器学习相关算法训练得到预测模型，使未来“无废城市”监测治理的应用范围更加广泛，快速、高效地对监测要素进行更新，实现长时间、大尺度及连续动态监测的推广使用，为自动化、智能化治理提供了强有力的技术支撑。

(4) 与地理信息系统(GIS)技术紧密联系，利用时空分析方法，打造线上线下综合监测治理平台。借助空间检索及空间分析机制，GIS技术能够实现对空间信息资源的时空分析，为政府服务平台及各种企业中的相关应用提供基于基础底图的展示与分析服务，通过在线化、标准化的地图服务接口实现共享，使得处理海量空间数据由原来的集中、独占的方式走向分布、共享[19]，进而提高实际应用效率，增强治理监测能力。

由于空间遥感技术是一项具有较强的专业性的技术工作，为使其在生态环境管理中充分发挥作用，必须在查找和规整相关空间分析资料的同时，对地方政府的管理人员和技术人员进行相应的培训锻炼，令其能够掌握实地调查手段和遥感影像解译的方法技术，然后根据所监测目标的特点制定出具体的解译方案和工作程序。

在固废堆场的监测上，建议建立当地空间遥感技术的计算机信息系统，使实地监测目标与遥感影像监测数据相对应，对不同类别的固废进行统计，方便随时进行面积、堆放形式等信息的核查；打造基于遥感的，连接监督群众、生产单位和监测机构数字化开放平台，提供基于遥感的地图导航和定位等基本服务，具备固废相关的在线举报、公司上报和当地审核等功能，使政府和群众得以共建共联，共同敦促城市固废的管理工作。

在秸秆焚烧的监测上，现有的遥感技术已经可以通过精确计算得出秸秆焚烧的面积并预估排放量，有关政府部门需要在此技术的辅助下，全力联合财务部门、环保部门、农业部门和交通部门共建共享遥感数字化平台，政府部门在遥感监测方面充当统筹规划的角色，财务部门管理平台的日常运营开销，农业和环保部门根据遥感监测的火点和排放量等信息实时与农田负责人进行沟通，并适时进行秸秆回收利用机制的宣扬[20]。

在废旧农膜的监测上，监管系统的建立可以结合参照秸秆焚烧与固废堆场的监测模式，结合实地普查与遥感核查的方式，摸清当地所有农膜的污染规模，由多个部门协同打造实时数字化的监测体系，分步实施管理。加强遥感监测预警部门、种植户和农膜回收加工企业的三方联系，线上线下协同引导农民和企业等新型营业主体形成良好的监测-回收网络[21]。

在土壤污染核查上，可利用遥感技术对土壤环境质量状况的有效监控，同样需要建立土壤环境质量数字信息网络。部署监测系统的人员需要同时协通卫星遥感、地基遥感、地面观测、模型模拟等综合协同监测技术，实现区域土壤环境动态变化监测。利用遥感数据提取当地土壤污染的变化信息、分布和污染物质含量，在此基础上根据对应地理地形、土壤类型和发展潜力来对下一步的土壤整改做出指示和督促。

3 结 论

绍兴市作为国家“无废城市”建设试点城市，不断强化技术创新和科技引领作用，在构建产学研用平台、实现智慧化管理、开展基础实验等方面取得了长足的进步，从根本上破解了“固废围城”的难题。遥感技术具有大大拓展监测范围、提高监测的时效性，增加信息获取的全面性、客观性的优势，特别是对人迹罕至、难以监测的地方，遥感技术可以突破视野的局限性，克服传统监测方式投入大、效率低、周期长的弊端，将遥感技术不断与光电仪器、计算机等现代化科技结合，可提升监测信息的准确性，实现长效动态化监管，使得对污染遥感核查走向现代化、智能化，为其他城市“无废城市”建设探索新路径。