智慧環(huán)保大氣環(huán)境遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析服務(wù)平臺(tái)助力大氣污染精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)

文 | 葛錫志 中科星圖股份有限公司

一、引言

近幾年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)大氣污染治理的重視程度不斷提高，治理措施不斷完善，各級(jí)政府部門(mén)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求越來(lái)越大?；贕EOVIS數(shù)字地球平臺(tái)產(chǎn)品，中科星圖股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中科星圖）利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面所具有的范圍廣、更新快、成本低、定位準(zhǔn)等特點(diǎn)，助力大氣污染監(jiān)測(cè)在氣溶膠光學(xué)厚度、顆粒污染物（PM2.5、PM10）分布、秸稈焚燒點(diǎn)，以及污染氣體（O3、SO2、NO2）等多種污染物分布狀況及火情監(jiān)測(cè)等工作向更精準(zhǔn)邁進(jìn)。

二、智慧環(huán)保大氣環(huán)境遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析服務(wù)平臺(tái)

為了解決大氣環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，中科星圖結(jié)合遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，基于GEOVIS數(shù)字地球平臺(tái)推出了智慧環(huán)保大氣環(huán)境遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析服務(wù)平臺(tái)，可對(duì)空氣污染物實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)污染點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，可為城市大氣環(huán)境治理提供科學(xué)、客觀、合理的監(jiān)測(cè)。

智慧環(huán)保大氣環(huán)境遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析服務(wù)平臺(tái)利用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、地面觀測(cè)數(shù)據(jù)、大氣模式數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣環(huán)境產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)分析、大氣環(huán)境產(chǎn)品監(jiān)測(cè)及可視化顯示，提供空氣污染精細(xì)化監(jiān)管服務(wù)，并能夠提供標(biāo)準(zhǔn)接口與GIS基礎(chǔ)平臺(tái)及移動(dòng)APP平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，便于用戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看和管理，該平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

智慧環(huán)保大氣環(huán)境遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析服務(wù)平臺(tái)基于衛(wèi)星遙感資料通過(guò)算法庫(kù)反演算法進(jìn)行建模分析，生成實(shí)時(shí)遙感監(jiān)測(cè)產(chǎn)品并及時(shí)推送給用戶(hù)。

圖1 智慧環(huán)保大氣環(huán)境遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)示意圖

1.氣溶膠光學(xué)厚度監(jiān)測(cè)

基于高分系列衛(wèi)星、向日葵八號(hào)衛(wèi)星（Himawari－8）AHI成像儀、風(fēng)云四號(hào)A星多通道掃描成像輻射計(jì)（AGRI）數(shù)據(jù)，采用深藍(lán)算法反演氣溶膠光學(xué)厚度，得到氣溶膠光學(xué)厚度時(shí)空分布產(chǎn)品。

2.PM2.5監(jiān)測(cè)和PM10監(jiān)測(cè)

基于高分系列衛(wèi)星、向日葵八號(hào)衛(wèi)星（Himawari－8）AHI成像儀、風(fēng)云四號(hào)A星多通道掃描成像輻射計(jì)（AGRI）等數(shù)據(jù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)中的隨機(jī)森林方法，分季節(jié)建立AOD-PM2.5關(guān)系模型、AODPM10關(guān)系模型，形成近地面PM2.5質(zhì)量濃度分布產(chǎn)品（見(jiàn)圖2）、近地面PM10質(zhì)量濃度分布產(chǎn)品。

圖2 基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的PM2.5監(jiān)測(cè)結(jié)果展示

3.SO2監(jiān)測(cè)

基于高分五號(hào)衛(wèi)星大氣痕量氣體差分吸收光譜儀（EMI）、Aura衛(wèi)星臭氧監(jiān)測(cè)儀（OMI）等數(shù)據(jù)，采用差分吸收光譜法或主成分分析算法，從衛(wèi)星觀測(cè)光譜中提取大氣中SO2信號(hào)，反演對(duì)流層SO2濃度信息，提供每天一次對(duì)流層SO2濃度監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。

4.NO2監(jiān)測(cè)

基于高分五號(hào)衛(wèi)星大氣痕量氣體差分吸收光譜儀（EMI）數(shù)據(jù)、Aura衛(wèi)星臭氧監(jiān)測(cè)儀（OMI）等數(shù)據(jù)，采用差分吸收光譜法，結(jié)合輻射傳輸模型計(jì)算大氣質(zhì)量因子，分析衛(wèi)星紫外光譜變化特征，從大氣中提取NO2濃度信號(hào)，提供每天一次對(duì)流層NO2濃度監(jiān)測(cè)產(chǎn)品（如圖3所示）。

圖3 基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的NO2監(jiān)測(cè)結(jié)果展示

5.O3監(jiān)測(cè)

基于高分五號(hào)衛(wèi)星大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測(cè)儀（AIUS）、NPP衛(wèi)星臭氧繪圖儀和廓線儀（OMPS）數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，利用熱紅外高光譜反演臭氧的通道信息豐富、垂直敏感性高的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合回歸算法反演得到臭氧廓線信息及垂直柱濃度，提供每天一次的臭氧廓線信息及垂直柱濃度監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。

6.火情監(jiān)測(cè)

利用高分系列衛(wèi)星、向日葵八號(hào)衛(wèi)星（Himawari－8）AHI成像儀、風(fēng)云四號(hào)A星多通道掃描成像輻射計(jì)（AGRI）等數(shù)據(jù)，結(jié)合紅外等通道對(duì)高溫火點(diǎn)的敏感特性，建立火點(diǎn)自動(dòng)判識(shí)算法，自動(dòng)提取火點(diǎn)位置、亞像元火點(diǎn)面積等信息，生成單時(shí)次火情監(jiān)測(cè)產(chǎn)品（如圖4所示）。

圖4 基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的火點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果展示

三、平臺(tái)應(yīng)用及案例介紹

基于智慧環(huán)保大氣環(huán)境遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析服務(wù)平臺(tái)，為某地方政府搭建了智慧環(huán)保衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)（圖5），并形成了一系列專(zhuān)題產(chǎn)品（圖6），實(shí)現(xiàn)了空氣污染物的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

圖5 站點(diǎn)詳細(xì)信息

圖6 專(zhuān)題產(chǎn)品示例

同時(shí)，將預(yù)警信息實(shí)時(shí)報(bào)送給基層負(fù)責(zé)人，通過(guò)全市環(huán)境監(jiān)管人員協(xié)作配合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全市范圍的散亂污等各種大小型污染源的綜合監(jiān)測(cè)與治理，為市大氣環(huán)境治理提供科學(xué)、客觀、合理的監(jiān)測(cè)。