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系列报道②:揭秘环境卫星——卫星遥感在治污攻坚战场上大显身手
点击蓝字关注我们“在执法过程中,我们充分运用了现代遥感、大数据这样一些现代信息科技手段,以及走航车、无人机、无人船这样一些现代化执法装备,构建了‘空天地’一体化的问题发现机制,精准识别问题和线索,大大提高了对恶意排污行为的发现能力。”9月15日,生态环境部部长黄润秋在“中国这十年”系列主题新闻发布会上如是说。十年来,随着航天科技的进步,我国遥感领域正式步入高分辨率影像的大数据时代,卫星遥感等技术在生态环境领域有了更广泛应用,执法人员从此有了“千里眼”,执法效率大大提升,污染防治攻坚战有了重要科技支撑。近年来,安徽省肥东县充分利用高科技手段开展生态环境执法监管,通过运用物联网、大数据、无人机、卫星遥感、大气VOCs质谱仪走航车等新技术新装备新手段,构建天地空一体化的“生态天眼”系统。6年来,为督察提供问题线索近百万条2015年底,中央环境保护督察启动试点。2016年7月,中央环境保护督察组进驻宁夏回族自治区开展环境保护督察工作。“这期间,我们第一次为督察组提供了宁夏贺兰山国家级自然保护区煤矿开采情况遥感监测。”生态环境部卫星环境应用中心(以下简称卫星中心)生态环境空间数据中心主任助理、督察遥感技术室负责人曹飞回忆道,贺兰山地区及保护区内煤矿资源丰富,由于历史原因,保护区内存有大量煤炭开采区域,甚至包括大量露天开采矿坑。为核实保护区内涉及煤矿开采矿坑范围、工人生活厂房位置、炸药房位置等人类活动信息,按照督察组要求,卫星中心开展相关信息的卫星遥感监测并提供相应成果。自此,卫星遥感手段开始作为督察重要的技术支撑手段之一。卫星中心是生态环境部生态环境遥感监测的重要技术支持单位。自2016年第一轮第一批正式启动,到今年第二轮第六批中央生态环保督察结束,党的十八大以来的两轮中央生态环保督察以及“回头看”工作中,都有他们的身影。据了解,伴随着中央生态环保督察工作向纵深发展,为全面满足督察工作的专业需要,卫星中心从第二轮第六批开始,参与全部河北、江苏、内蒙古、西藏、新疆5个小组的督察进驻工作。曹飞说:“6年来,我们综合运用卫星和无人机遥感监测,提供更加精准的技术支持,为中央生态环保督察工作提供涉及国家级自然保护区、饮用水水源地、生态保护红线区及其重要敏感生态保护区域的问题线索近百万条,重大问题线索千余条,成为典型案例的重要来源。”卫星遥感是如何参与督察工作呢?据曹飞介绍,中央生态环保督察组进驻前,卫星中心会全面了解督察任务地区的特点,查找不同时期生态破坏、环境污染问题线索,包括影像巡查、舆情信息来源、台账线索跟踪、“全国12369环保举报联网管理平台”等相关信息,用于及时全面发现生态破坏问题线索,第一时间跟踪开展卫星遥感监测和问题核实,丰富生态破坏问题线索来源。例如,第二轮第二批督察工作进驻前,卫星中心通过网络查询到“浙江省‘毁林造地’项目严重破坏森林资源”的舆情线索速后,进一步通过卫星遥感核实发现,2018-2019年该地区仍然在海拔500米以上、坡度超过25度的部分生态公益林及生态保护红线区域内毁林开垦,造成大量林地被占用。卫星中心将这一问题上报督察组,最终查实“浙江省金华市磐安县耕地占补平衡变形走样存在毁林造地问题”。不止上述案件,在“四川省眉山市违法开发房地产黑龙滩水源地生态环境遭到破坏”“内蒙古赤峰克什克腾旗违规占用国家森林公园生态破坏问题突出”“黄河陕西韩城龙门段长期非法倾倒大量废渣破坏黄河生态环境隐患突出”等,以及对中国五矿、中国化工、中国建材和中国铝业等央企督察中公布的生态破坏典型案例中,近半数矿山违法违规开采都用到了遥感监测提供的相关监测结果作为证据。“督察未动,遥感先行。”之所以从“辅助”到“必备”,曹飞认为,卫星遥感具有覆盖范围广、时效性强、客观、动态可追溯等优势,在督察工作中充当了“急先锋”。督察进驻前,利用多期高分辨率卫星遥感影像,开展督察区域生态环境破坏问题遥感监测筛查,力争“先行一步”,为各现场督察组提供精准指向和证据,大幅提高督察工作效率、减少人员和经费投入,为中央生态环保督察工作、专项督察和警示片提供精准现场调查支持、问题溯源分析等,提高现场督察检查的精准性和科学性。“还可以利用卫星遥感长时序影像客观记录特点,开展生态环境破坏违法问题追溯。”曹飞记得,在某地钢铁行业去产能存在乱象产业结构调整落实不力问题中,一钢铁公司曾于2014年违规开工建设一座600立方米高炉,通过卫星遥感影像监测发现企业实际在2016年仍未建成,用尚未建成的600立方米高炉顶替化解产能任务,并获得奖补资金6383万元。展望未来,卫星遥感如何更好地支撑生态环保督察工作,曹飞表示,一方面,将尝试运用商业视频卫星、厘米级高分辨率卫星等新技术、新方法,针对重点关注区域或目标进行连续实时成像,获取生态环境问题视频,增强全面判读解析的能力;另一方面,还将加强卫星遥感、红外识别、无人机、大数据等技术的科学运用。“在督察业务工作中科学应用遥感监测技术,关键在于要全面梳理督察业务工作流程,明确需要遥感支撑的业务环节,综合应用全球定位、地理信息、计算机等技术手段,构建遥感督察业务体系,为督察工作开展提供智能化技术支撑,全面提升督察工作效率。”曹飞最后表示。精准高效识别问题,分析评估环境变化趋势2019年建国70周年之际,一部大型纪录片《美丽中国》播出后,引发了观众关爱自然、保护生态、共同建设美丽中国的强烈共鸣。你可能不知道的是,在该片拍摄过程中,卫星中心提供了卫星遥感影像,使该片更加直观、生动、立体地展现了中国近年的生态变化和“美丽”的演进历程。这十年,卫星中心可不仅是“美丽”演进历程的“见证者”,更是“参与者”,特别是在打好蓝天、碧水、净土“三大保卫战”中,充分发挥了自身的独特优势。全面精准高效支撑大气环境监管。卫星中心大气环境遥感部大气污染源室主任张丽娟告诉《环境经济》,秸秆禁烧一直是监管的一个难点,卫星中心综合利用5颗极轨卫星和2颗静止卫星建立多源卫星遥感全天时、高精度监测技术体系,每天实现对全国范围扫描监测300余次,搭建了全国秸秆焚烧火点一张图展示平台;特别是针对我国东北、西南等重点区域大量秸秆焚烧火点,设计“卫星遥感+APP”监管模式,研发配套火点核查APP,从秸秆离田管理、秸秆焚烧监测、秸秆焚烧核查执法和大气污染影响评估等各方面进行秸秆禁烧管理的全面技术支撑工作。近年来,卫星中心还积极开展大气污染跨境区域传输监测分析。张丽娟介绍,针对东南亚每年春季烧荒、夏季俄罗斯森林火灾等大量生物质焚烧以及中蒙边境地区沙尘天气,污染跨境传输对我国境内城市环境空气质量造成严重影响,充分发挥卫星遥感跨区域大范围监测技术优势,综合利用多颗极轨卫星和静止卫星对污染的起源、传输路径以及影响范围进行动态监测分析。同时,精准支撑夏季臭氧污染攻坚战。在近两年生态环境部夏季臭氧污染防治攻坚工作期间,综合利用超光谱卫星遥感探测技术创建VOCs重点区域筛选技术,针对苏皖豫鲁交界地区、长三角等40余城市开展多轮次卫星遥感臭氧及其前体物遥感监测,定位涉VOCs企业排放源,为生态环境部夏季臭氧污染防治强化监督帮扶派员及远程工作组推送重点关注区域超过90个城市7000余个高值区。此外,开展大气环境形势监测分析。对全国、京津冀及周边区域、汾渭平原、长三角、珠三角及苏皖鲁豫等重点区域的颗粒物浓度、NO2、SO2、CO、HCHO和O3柱浓度等多项指标的常规业务化遥感监测,准确掌握我国及重点区域大气环境质量变化形势,并综合利用国内外多源卫星遥感技术建立一套完善的空气质量应急监测监管技术,为国家重大活动空气质量提供保障。“十四五”期间,生态环境部落实国家水环境管理向水生态环境综合管理转变的新要求,聚焦长江流域水生态系统失衡、水生生物多样性减少等突出水生态问题,兼顾长江源头及上、中、下游特点,以“水生态系统健康”为核心,以“水生境保护”“水环境保护”和“水资源保障”为支撑,科学构建长江流域水生态监测评价考核指标体系。卫星中心水生态环境遥感部贾兴说,在长江水生态考核14个指标中有4个指标都依赖遥感手段展开监测,即水华面积比例、水生植被覆盖度、自然岸线率以及水源涵养区生态系统质量。“这4个指标充分发挥了卫星遥感监测的覆盖范围广、监测时效性高、数据综合客观性较强、经济社会效益性好的优势,实现了日/周尺度的水华面积比例考核湖库监测,3.8万公里的自然岸线率监测以及108万平方公里的水源涵养区生态系统质量评价。”卫星遥感在农业面源污染监测方面又有什么优势?据卫星中心水生态环境遥感部冯爱萍介绍,一是利用卫星遥感数据开展省域及监测区的土地利用年度监测及植被覆盖度月度监测;二是采用基于遥感分布式面源污染评估模型(DPeRS模型)算法开发的“国家农业面源污染监测评估系统”,每年开展1次国家尺度多类型农业面源污染量评估,评估指标包括总氮、氨氮、总磷和化学需氧量农业面源污染排放量和入水体污染量,可实现农业面源污染负荷空间可视化,直观提供农业面源污染优先控制区的空间分布,为农业面源污染治理与监督指导提供技术支撑。土壤监管涉及人民群众“吃得放心”“住得安心”,在这方面卫星遥感也是大有作为。卫星中心土壤生态环境遥感中心屈冉告诉记者,为防范耕地污染带来的食品安全风险,他们重点盯的是严格管控类耕地。主要是基于多源多时相高分遥感影像,分析农作物季相特征、光谱与纹理影像特征,形成严格管控类耕地遥感监管技术方法,综合遥感核查、资料分析、无人机航拍、现场核实等手段,开展严格管控类耕地种植结构调整等措施落实情况遥感监管,为监管提供技术支撑。另外,为防范人居环境风险,卫星中心编制了《污染地块开发利用遥感监管技术指南》,构建了污染地块开发利用遥感监管技术体系,研发了污染地块自动变化检测模块、实地核实APP、污染地块信息管理系统,实现了名录地块开发利用活动年度覆盖全监测,开展了典型区域危险化学品生产企业搬迁改造地块开发活动遥感监测,推动保障污染地块安全开发利用。成为打好治污攻坚标志性战役的重大利器近年来,在生态环境部生态环境执法局组织的长江经济带和黄河流域“清废行动”中,卫星中心采用卫星及无人机技术,全面排查了长江、黄河主要水系沿岸10公里范围内的固体废物非法堆放、贮存、倾倒和填埋点位,建立了“天空地一体化”执法新模式;此外,为全方位支撑“清废行动”,面向固体废物现场核实、问题整治、遥感“回头看”等工作流程,研发了清废行动系统,实现了固体废物全过程执法的信息化、科学化、标准化管理。据了解,长江经济带排查范围涉及11省(市)129个地级市约103万平方公里,占整个长江经济带面积的50%。处理卫星遥感影像1300余景,数据量达26.3TB。同时,基于无人机航空影像,完成2个直辖市、58个地级市、3个直管县的影像切片处理及质检,数据量达18.5TB,最终确认问题点位1944个。黄河干流上游排查范围涉及5省(区)24市(自治州)约63071万平方公里。基于无人机航空影像,排查黄河干流上游、渭河甘肃段、湟水河沿岸约17368平方公里,最终确认问题点位491个。创建VOCs高值区卫星遥感筛查技术方法,主要利用高光谱卫星遥感反演的对流层HCHO柱浓度、NO2柱浓度、臭氧前体物指示值(HCHO/NO2)和近地面O3浓度,在叠加生境类型分类数据和高空间分辨率卫星影像等关键指标后,即可识别出VOCs重点关注高值区域,大大提升执法效率,为督查帮扶提供高效快捷的技术支撑。卫星中心固体废物遥感中心余嘉琦说,“清废行动”创造性地运用无人机遥感、卫星遥感、地理信息、互联网、数据库等技术手段,形成了“遥感排查-分批交办-地方整改-专家帮扶-遥感再看”的业务模式,大量节省了人工现场核实成本。“对比人工排查,遥感排查准确率提高了41%,工时和经济成本仅为人工排查的1/23和1/5。”余嘉琦表示,通过固体废物非法转移和倾倒点位遥感排查,提升了落实主体责任的针对性,基本消除了沿江、沿河违规倾倒、堆存固体废物的环境安全隐患,有效预防了长江、黄河主要水系生态环境安全风险。同时,各地针对遥感排查发现的问题,强化执法监管,开展问题溯源整治,严肃问责失职渎职人员,对长江、黄河流域固体废物非法转移和倾倒等违法犯罪行为形成了有效震慑。自然保护地是生态建设的核心载体、中华民族的宝贵财富、美丽中国的重要象征,在维护国家生态安全中居于首要地位。卫星中心自然生态遥感部肖如林告诉《环境经济》,我国自然保护地数量多(各级各类自然保护地约1.18万处),面积大(占陆域国土面积约18%),且多位于交通不便、可达性差的区域,监管难度大。如何做好这么多、这么大范围的自然保护地的生态环境监管,守护好我国生态安全底线,成为摆在自然保护地生态环境监管者面前的一个难题。“文献显示,人类活动是自然保护地生态环境主要威胁因素之一。”肖如林介绍说,作为国家生态保护监管的主要技术支持单位,卫星中心针对自然保护地这种重要生态空间,充分发挥卫星、无人机等遥感技术优势,持续开展自然保护地人类活动监测工作,为及时掌握保护地内各种人类活动类型、分布及其变化等情况,实现自然保护地人类活动早发现、早查处,遏制自然保护地违法违规生态破坏,守护好自然保护地生态环境提供了有力的技术支撑。据了解,自然保护地监管业务也是卫星中心最早开拓的业务领域之一,经过10余年的发展已成为“拳头产品”。建成了“管理制度+技术规范+信息系统”的监管业务体系,形成了“定期监测+专项监测”的监测制度,持续10余年开展自然保护地遥感监测与评估工作,实现了自然保护地“全类型(国家公园+自然保护区+自然公园)、宽覆盖(年均监测面积约250万平方公里)、多频次(一年1次+半年1次+一季度1次+……)”的监测,为中央生态环境保护督察、“绿盾”自然保护地强化监督等提供了重要数据支持,有效支撑了自然保护地生态环境监管工作。为响应国家“碳达峰”“碳中和”战略要求,2022年生态环境部开始了碳监测评估试点工作,明确提出“通过开展重点行业、城市、区域三个层面的碳监测评估试点工作,探索建立碳监测评估技术方法体系,形成业务化运行模式,总结经验做法,发挥示范效应,为应对气候变化工作成效评估提供数据支撑。”卫星遥感在碳监测评估方面也有独到之处。据卫星中心大气环境遥感部副主任王中挺介绍,一是监测煤炭开采、石油天然气开采等重点行业的甲烷泄漏。主要针对油气生产过程火炬排放CH4这一重点排放源,使用可见光红外热成像辐射检测(VIIRS)等卫星遥感数据,结合高空间分辨率卫星影像,对试点企业作业区火炬位置、数量及强度进行识别。利用欧洲的哨兵5P、我国的高光谱观测卫星等卫星遥感数据,对煤炭开采、石油天然气开采等企业生产区域的甲烷浓度进行监测,筛查甲烷高排放像元,结合烟羽模型估算排放量。二是监测火电等大型点源的CO2排放。利用OCO-2、OCO-3等卫星遥感数据,对火电等大型点源及周边的二氧化碳浓度进行监测,结合同源排放的二氧化氮浓度,估算二氧化碳排放量。卫星中心大气环境遥感部大气环境质量室主任马鹏飞此前参加过多轮京津冀执法帮扶。他向记者回忆,2019年5月他们利用2019年第一季度京津冀及周边地区“2+26”城市卫星遥感监测的区域细颗粒物、气态污染物(二氧化氮、二氧化硫)结果,提取污染程度相对较高的重点关注网格,再结合高空间分辨率卫星影像,利用自动和人工相结合的目标识别技术,筛选出疑似“散乱污”企业及集群点位。马鹏飞说,之后在端午小长假期间、大部分企业放假关门的情况下,他们和监督帮扶工作组的同志根据上述识别出的点位,发现了一家隐藏在养殖场内、无手续无设施有生产痕迹的散乱污企业,当地帮扶组的同志说,“要不是卫星发现,谁会找到这里边”。党的十八大以来,我国坚决向污染宣战,生态文明建设和生态环境保护取得历史性成就。在这一历史进程中,生态环境遥感监测逐渐成为生态环境监测不可或缺的重要组成部分,特别是在督察监管执法方面发挥了越来越重要的作用,未来相信随着卫星遥感技术的发展,必将在污染防治攻坚战场上再立新功。往期回顾系列报道:揭秘环境卫星——打回原形系列报道①:揭秘环境卫星——遥感监测赋能生态环境管理智慧升级环境经济杂志扫码订阅投稿邮箱
2022年11月16日