智慧环保大气环境遥感实时监测分析服务平台助力大气污染精准监测

文 | 葛锡志 中科星图股份有限公司

一、引言

近几年来，随着国家对大气污染治理的重视程度不断提高，治理措施不断完善，各级政府部门对环境监测的需求越来越大。基于GEOVIS数字地球平台产品，中科星图股份有限公司（以下简称中科星图）利用遥感监测技术在大气环境监测方面所具有的范围广、更新快、成本低、定位准等特点，助力大气污染监测在气溶胶光学厚度、颗粒污染物（PM2.5、PM10）分布、秸秆焚烧点，以及污染气体（O3、SO2、NO2）等多种污染物分布状况及火情监测等工作向更精准迈进。

二、智慧环保大气环境遥感实时监测分析服务平台

为了解决大气环境实时监测问题，中科星图结合遥感监测技术，基于GEOVIS数字地球平台推出了智慧环保大气环境遥感实时监测分析服务平台，可对空气污染物实时动态监测，对污染点进行实时预警，可为城市大气环境治理提供科学、客观、合理的监测。

智慧环保大气环境遥感实时监测分析服务平台利用多源卫星遥感数据、地面观测数据、大气模式数据、基础地理信息数据进行大气环境产品统计分析、大气环境产品监测及可视化显示，提供空气污染精细化监管服务，并能够提供标准接口与GIS基础平台及移动APP平台进行对接，便于用户进行实时查看和管理，该平台的架构设计如图1所示。

智慧环保大气环境遥感实时监测分析服务平台基于卫星遥感资料通过算法库反演算法进行建模分析，生成实时遥感监测产品并及时推送给用户。

图1 智慧环保大气环境遥感实时监测分析服务平台架构示意图

1.气溶胶光学厚度监测

基于高分系列卫星、向日葵八号卫星（Himawari－8）AHI成像仪、风云四号A星多通道扫描成像辐射计（AGRI）数据，采用深蓝算法反演气溶胶光学厚度，得到气溶胶光学厚度时空分布产品。

2.PM2.5监测和PM10监测

基于高分系列卫星、向日葵八号卫星（Himawari－8）AHI成像仪、风云四号A星多通道扫描成像辐射计（AGRI）等数据，采用机器学习中的随机森林方法，分季节建立AOD-PM2.5关系模型、AODPM10关系模型，形成近地面PM2.5质量浓度分布产品（见图2）、近地面PM10质量浓度分布产品。

图2 基于卫星遥感数据的PM2.5监测结果展示

3.SO2监测

基于高分五号卫星大气痕量气体差分吸收光谱仪（EMI）、Aura卫星臭氧监测仪（OMI）等数据，采用差分吸收光谱法或主成分分析算法，从卫星观测光谱中提取大气中SO2信号，反演对流层SO2浓度信息，提供每天一次对流层SO2浓度监测产品。

4.NO2监测

基于高分五号卫星大气痕量气体差分吸收光谱仪（EMI）数据、Aura卫星臭氧监测仪（OMI）等数据，采用差分吸收光谱法，结合辐射传输模型计算大气质量因子，分析卫星紫外光谱变化特征，从大气中提取NO2浓度信号，提供每天一次对流层NO2浓度监测产品（如图3所示）。

图3 基于卫星遥感数据的NO2监测结果展示

5.O3监测

基于高分五号卫星大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪（AIUS）、NPP卫星臭氧绘图仪和廓线仪（OMPS）数据等数据，利用热红外高光谱反演臭氧的通道信息丰富、垂直敏感性高的优势，结合回归算法反演得到臭氧廓线信息及垂直柱浓度，提供每天一次的臭氧廓线信息及垂直柱浓度监测产品。

6.火情监测

利用高分系列卫星、向日葵八号卫星（Himawari－8）AHI成像仪、风云四号A星多通道扫描成像辐射计（AGRI）等数据，结合红外等通道对高温火点的敏感特性，建立火点自动判识算法，自动提取火点位置、亚像元火点面积等信息，生成单时次火情监测产品（如图4所示）。

图4 基于卫星遥感数据的火点监测结果展示

三、平台应用及案例介绍

基于智慧环保大气环境遥感实时监测分析服务平台，为某地方政府搭建了智慧环保卫星遥感监测系统平台（图5），并形成了一系列专题产品（图6），实现了空气污染物的实时动态监测预警。

图5 站点详细信息

图6 专题产品示例

同时，将预警信息实时报送给基层负责人，通过全市环境监管人员协作配合，实现了对全市范围的散乱污等各种大小型污染源的综合监测与治理，为市大气环境治理提供科学、客观、合理的监测。