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科技,让环保更精准(美丽中国·科技的力量(下))

时间:2018-05-23  来源:未知  作者:信息中心

5月17日,浙江省杭州市临安区天目山镇,河道管护队员在操作无人机巡河。
胡剑欢摄(人民视觉)

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在生态环境保护领域,有一些技术成为人类的“千里眼”“顺风耳”,大大增强了我们的环保执法、灾害监测等能力。地震灾区的恢复重建情况、违法企业的偷排行为、高寒缺氧地区的水文资料……有了科技的帮助,获取这些以往看来难以掌握的数据成为可能。

汶川地震已经过去十年了,那片曾经饱受创伤的土地现在怎么样了?那里的山川植被,如今恢复得如何?当年那些让人为之揪心的堰塞湖,风险消除了吗?

科学家用技术给出了答案:日前,中国科学院发布的汶川地震10年遥感动态监测报告显示,到今年,汶川震区生态恢复、灾区城镇重建成就显著;监测与评估表明,震区堰塞湖风险已基本消除。

近年来,在生态环境领域,遥感、自动化远程控制水文遥测等科技手段,都发挥了不小的作用。针对汶川震区的结论,便是科研人员基于十年间的海量卫星数据以及高空遥感飞机、无人机等获取的航空观测数据分析得出的。

卫星遥感监测,让小堆垃圾、小水沟的污染都难逃“法眼”

以前,利用遥感技术可以看到大面积的垃圾堆放、大江大湖的水体污染等,现在连小堆垃圾、城市沟渠的水体污染,也难逃“法眼”,这得益于高空间分辨率遥感技术的发展——空间分辨率越高,能识别的目标就越小。

遥感,是在航天或航空平台上对地球系统或其他天体进行特定电磁波谱段的成像观测,进而获取被观测对象多方面特征信息的技术。在土地资源调查、生态环境监测、海洋环境调查、天气预报、空气质量监测等方面,遥感都发挥了重大作用。

中国科学院遥感与数字地球所副所长张兵介绍,现在,遥感科技已显现出高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率“三高”新特征,并开拓了更多的应用领域。高时间分辨率遥感能精确监测作物种植、退耕还林、退牧还草、围湖造田、植树造林、森林砍伐等植被生长状况或工程进展情况,实时监测和预报台风、寒潮等,还可以准确量测洪涝灾害水淹区域、草原或森林火灾过火区域等,以及大区域实时监测农业旱灾、近海与湖泊水华暴发、草原或森林虫害等。高光谱分辨率遥感技术则可以实现对水中污染物成分、植被物理化学参数的分辨。

“应用需求是遥感技术不断发展的驱动力”,张兵说,“未来遥感卫星系统将围绕精准化、便捷化、大众化的要求,向智能化方向转变;在传统航空航天遥感技术持续进步的同时,无人机遥感以其灵活机动的数据获取方式,将呈现井喷式的发展;随着大数据技术的兴起,遥感大数据分析已进入蓄势待发的节奏。”

无人机执法,让违法企业的偷排行为无处遁形

在环保执法领域,无人机已经成为监管人员必不可少的“办公用品”。

河北唐山市某钢铁厂属于国家明令淘汰的小钢铁企业,但由于靠近山区、位置偏远,一直没有被监管部门发现。环保部门在一次执法行动中,通过无人机航拍,发现了这家企业违规生产、污染环境的事实。如今,该企业已被取缔。

据生态环境部相关工作人员介绍,以前,常规的环境监察手段主要有明查、暗查两种方式,“但是这两种方式都有明显的短板,明查的话,企业一般会提前有所准备;暗查,则只能看企业厂区外的排污情况。而大气污染问题中,证据很难固定,这给环境监察带来了不小的困难”。

与传统方式相比,无人机执法独立性更强,可以随时随地起飞,随时掌握企业排污情况。据介绍,无人机可以搭载高分辨率摄像机、专业光学相机、热红外相机等,在100公里以外获取的地面高分辨率视频数据实时传回指挥车。无人机航拍获取的影像资料分辨率最高能达到0.04米,相当于在1000米的高空清晰地分辨出地面上火柴盒大小的物体。对钢铁、焦化、电力等企业实施监控时,执法人员可以从无人机传回的影像直接观察到企业排污、脱硫设施运行等情况。

由于作业高度一般在700至1000米,无人机一般很难被地面企业发现。

无人机搭载热红外相机对企业进行高空监测时,可将物体发出的不可见电磁波转变为可见的热图像,上面的不同颜色代表被测物体的不同温度,可以清楚地反映夜晚环保设施的开启情况及排放情况。据介绍,如果无人机搭载高光谱传感器,还可以直接分析出污染物种类以及浓度。针对违法企业在节假日或夜间的偷排行为,监管部门利用无人机可以实现全天候执法。

当然,无人机执法也会受到一些因素制约,比如气象条件,大风、降雨等会影响飞行安全,空气质量则会影响拍摄效果。

自动化远程控制水文遥测站,帮人琢磨河流“脾气”

悬挂于缆道上的机器人沿缆道行走并停留在设定位置,测量水面流速。测量完,机器人自动返回停泊点,太阳能板可以为其充电。所获数据通过卫星通信,发送到省局中心站服务器,技术人员经过分析处理后生成水文报表。如果计算卫星网络中断,在线测流系统也可自成体系,作为一套独立设备完成流量测验任务并存储数据。

在青海首座自动化远程控制水文遥测站——曲麻河水文站,这套自动监测系统取代了传统的流速仪法和浮标法,实现在线监测。海拔4200多米的曲麻河监测站,距西宁1000余公里,已经实现无人值守、自动测报。

曲麻河水文站主要的任务,是监测水量的变化。“通过监测数据,计算枯水径流占全年径流的比例,比例的变化一定程度上反映着生态的变化。”青海省水文水资源勘测局副局长、总工程师李其江解释,每年夏天,降雨增多,一部分渗入土壤,一部分形成地表径流。而青海降水多是冰雪,源头区一般到来年3月才会融化。所以,每年11月到次年3月,青海进入枯水期,“各流域的土壤蓄水开始补给河水,枯水径流所占比例,实际上反映了水源的涵养能力。比例越高,说明当地的草地、森林、灌木等水源涵养能力越高,植被越好。”

“通过分析监测获取的水位、流量、流速、水质等水文数据,既可以琢磨监测河段的‘脾气’,更能为三江源国家公园建设、三江源生态保护与建设等项目工程提供水文服务,成为生态保护成效评估的一个重要依据。”李其江说。

流量监测用缆道雷达波在线测流系统。“无线遥控、配套定位,实现了远程操作。”李其江说,这套系统由缆道、雷达传感机器人、太阳能供电系统等组成。

如果光看颜值,曲麻河水文站这套听着高大上的高科技监测设备实在其貌不扬。就拿雷达传感机器人来说,它给人的第一感觉,不就是挂了俩滑轮的灰白色铁盒上加装了摄像头吗?其实不然,灰白色铁盒,学名叫自动行车,暗藏“黑科技”。它通过单电机链条驱动滑轮,行走于河面之上的缆道。“它可以自动停泊和充电,可爬大于30度的坡,最高速率可达每分钟60米。”李其江介绍,技术人员能远程控制,对监测站各种参数,如水位采集间隔时间、定时测流间隔时间等进行实时设置与修改,做到“私人订制”。

而看起来像摄像头的装置,实际上是雷达波测流传感器。它位于自动行车正下方,能在零下30摄氏度和零上80摄氏度正常工作。

“三江源地区气候恶劣、自然条件严酷,大规模设立常规水文站获取水文数据,需要派驻工作人员,不仅耗费巨大的人力、财力、物力,而且在高寒缺氧地区难以实现水文驻测和巡测。”李其江说, “曲麻河水文站的设立,彻底改变了青海水文传统测验方式,实现了水文信息采集从单一驻测向驻测、巡测和遥测相结合的监测方式转变。”


《 人民日报 》( 2018年05月23日 14 版) (责编:冯人綦、曹昆)


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