遙感技術(shù)在核電安全監(jiān)管現(xiàn)代化中的應(yīng)用與思考

賈　祥　曹　飛　孫中平3，　王昌佐　姜　俊　張　雪

(1.中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京　102413；2.環(huán)境保護(hù)部核電安全監(jiān)管司，北京　100035；

3.北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院，遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100875；

4.環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京　100094；)

遙感技術(shù)在核電安全監(jiān)管現(xiàn)代化中的應(yīng)用與思考

賈祥1，2曹飛4孫中平3，4王昌佐4姜俊4張雪4

(1.中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京102413；2.環(huán)境保護(hù)部核電安全監(jiān)管司，北京100035；

3.北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院，遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100875；

4.環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京100094；)

[摘要]簡(jiǎn)要論述了我國(guó)核電安全監(jiān)管形勢(shì)以及遙感技術(shù)發(fā)展情況，分析了遙感技術(shù)在核電安全監(jiān)管中的應(yīng)用現(xiàn)狀，面對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)新常態(tài)，探討了遙感技術(shù)在核電安全監(jiān)管現(xiàn)代化中的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]核電；核安全；遙感；監(jiān)管；現(xiàn)代化

中圖分類(lèi)號(hào)：X21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：碼：A

文章編號(hào)：號(hào)：1673-288X(2015)05-0047-03

Abstract：This paper briefly introduced the overall situation of China′s nuclear power safety regulation and the development of remote sensing technology，and then its current applications were analysed in the nuclear power safety regulation.Being actively adapt to the new normal economy，the prospects for the promotion of remote sensing were discussed in the modernization of nuclear power safety regulation.

Keywords：Nuclear power；Safety regulation；Remote sensing；Modernization

作者簡(jiǎn)介：陳亮，工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境規(guī)劃、水污染防治研究、重金屬污染防治等

2014年4月，習(xí)近平總書(shū)記在中央國(guó)家安全委員會(huì)上首次提出總體國(guó)家安全觀，將核安全上升到國(guó)家安全的層面。三十年來(lái)的實(shí)踐表明，我國(guó)核安全監(jiān)管是有效的，核安全得到了保障，運(yùn)行核電機(jī)組從未發(fā)生過(guò)國(guó)際核事件分級(jí)2 級(jí)及以上的運(yùn)行事件，核電廠周邊環(huán)境輻射水平處于天然本底正常漲落范圍內(nèi)[1]。我國(guó)核電事業(yè)已進(jìn)人體系化、規(guī)模化的高速發(fā)展階段，未來(lái)5-10年將是核電建造、調(diào)試和運(yùn)行的高峰期，監(jiān)管任務(wù)將持續(xù)加重，由于監(jiān)管隊(duì)伍不夠強(qiáng)大，監(jiān)管方法和手段落后，核電安全監(jiān)管工作將面臨諸多困難和挑戰(zhàn)[2]，需要主動(dòng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)新常態(tài)，加大對(duì)核安全新技術(shù)研究的力度，加快核安全新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的步伐，以提高核安全監(jiān)管現(xiàn)代化水平。

1遙感技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，遙感技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，遙感平臺(tái)、傳感器以及應(yīng)用技術(shù)不斷提高，已成為核安全監(jiān)管的重要技術(shù)手段，在美國(guó)、俄羅斯、日本及歐洲的一些國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用。衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在它的空間分辨率、時(shí)間分辨率、光譜分辨率以及多傳感器觀測(cè)能力的不斷提高。2008年，我國(guó)發(fā)射了環(huán)境一號(hào)A/B星，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全球的重復(fù)觀測(cè)，重訪周期達(dá)到48h。此后，我國(guó)先后發(fā)射了資源一號(hào)02C衛(wèi)星、資源三號(hào)衛(wèi)星、高分一號(hào)衛(wèi)星、高分二號(hào)衛(wèi)星，搭載的全色高分辨率相機(jī)的空間分辨率均優(yōu)于2.5米，特別是高分二號(hào)衛(wèi)星作為我國(guó)首顆空間分辨率優(yōu)于1米的民用光學(xué)遙感衛(wèi)星，觀測(cè)寬幅達(dá)到45公里，在亞米級(jí)分辨率國(guó)際衛(wèi)星中幅寬達(dá)到最高水平。另外，紅外、雷達(dá)衛(wèi)星的發(fā)展，解決了夜晚、陰雨多霧情況下的全天候和全天時(shí)的對(duì)地觀測(cè)。在航空遙感方面，隨著航空綜合物探(伽瑪能譜測(cè)量、航磁測(cè)量、航電測(cè)量)技術(shù)、低空數(shù)字航空攝影相機(jī)和無(wú)人機(jī)技術(shù)的日益成熟，基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的數(shù)字航測(cè)技術(shù)有高空間分辨率、響應(yīng)及時(shí)、機(jī)動(dòng)靈活等顯著優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)急數(shù)據(jù)獲取與小區(qū)域低空監(jiān)測(cè)方面有廣闊的應(yīng)用前景[3]。而無(wú)線傳感器技術(shù)、高精度動(dòng)態(tài)定位定姿技術(shù)、近景攝影測(cè)量技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展和集成融合，使得近景攝影測(cè)量和地面遙感成為可能，移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的出現(xiàn)為空間信息和核輻射高精度數(shù)據(jù)的快速獲取和更新提供了新的途徑。

2遙感技術(shù)在我國(guó)核電安全監(jiān)管中應(yīng)用進(jìn)展

上世紀(jì)90年代以來(lái)，遙感技術(shù)在我國(guó)核電廠選址、核電廠環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)、核電廠熱污染監(jiān)測(cè)、核事故應(yīng)急、核電項(xiàng)目監(jiān)管等方面取得了一定成效。

2.1　核電廠選址

遙感影像可以宏觀、直觀、客觀的反映核電廠周邊的環(huán)境現(xiàn)狀和周邊環(huán)境敏感保護(hù)目標(biāo)的情況，大大提高核電廠規(guī)劃選址的效率和準(zhǔn)確度。用衛(wèi)星遙感影像可解決區(qū)域性深大構(gòu)造和周邊生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀等問(wèn)題，應(yīng)用航空磁力測(cè)量數(shù)據(jù)可以對(duì)地下深部構(gòu)造和地殼穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行研判，加之航空甚低頻電磁測(cè)量解決地下水及構(gòu)造問(wèn)題，從而綜合評(píng)價(jià)核電廠選址的可靠性。我國(guó)現(xiàn)已初步構(gòu)建了綜合利用航空物探和衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)址基底穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、核電站選址的技術(shù)方法，并在大亞灣、秦山等核電廠的選址中進(jìn)行了有效應(yīng)用[4，5]。

2.2　核電廠環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)

核電廠周邊放射性水平及相關(guān)環(huán)境要素的檢測(cè)，可以為核電廠建成前、后乃至退役后的安全評(píng)價(jià)提供可靠的依據(jù)。核電廠環(huán)境輻射遙感監(jiān)測(cè)主要利用航空伽瑪能譜測(cè)量系統(tǒng)對(duì)0—3MeV范圍內(nèi)的各種射線進(jìn)行測(cè)量，航空監(jiān)測(cè)在核電廠建設(shè)與運(yùn)行的不同時(shí)期，可以發(fā)揮不同的作用。在核電廠選址、建設(shè)階段，利用航空伽瑪能譜測(cè)量數(shù)據(jù)編制背景輻射圖，以評(píng)價(jià)核電廠場(chǎng)址的環(huán)境輻射本底；在核電站運(yùn)行階段，通過(guò)定期的航空監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)有無(wú)核泄漏，評(píng)價(jià)核電站安全運(yùn)行狀況；核電廠退役后，也可進(jìn)行航空監(jiān)測(cè)，以評(píng)價(jià)是否存在核輻射污染[6]。美國(guó)、德國(guó)、瑞士以及法國(guó)等國(guó)家都開(kāi)展了定期的航空輻射監(jiān)測(cè)，以監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)核電廠安全運(yùn)行狀況，我國(guó)航空伽瑪能譜測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn)和研究，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并在秦山核電廠運(yùn)行期間、浙江三門(mén)核電廠建設(shè)期間進(jìn)行了放射性測(cè)量[7]，但尚未定期開(kāi)展核電廠航空監(jiān)測(cè)工作。

2.3　核電廠溫排水監(jiān)測(cè)

對(duì)核電廠溫排水分布范圍及強(qiáng)度的定量評(píng)價(jià)是核電廠運(yùn)行期間環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的重要工作之一。相對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方法，利用熱紅外遙感技術(shù)對(duì)核電廠溫排水監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，可以更好的反映溫排水的時(shí)空差異性和變化規(guī)律。環(huán)境一號(hào)B星紅外數(shù)據(jù)空間分辨率較高、覆蓋范圍廣、重訪周期較短，為核電廠溫排水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[8]。2010年起，環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星中心利用環(huán)境一號(hào)B星紅外數(shù)據(jù)對(duì)大亞灣、嶺澳、田灣等核電廠溫排水情況開(kāi)展了定期監(jiān)測(cè)，形成雙月監(jiān)測(cè)報(bào)告，為核安全監(jiān)管提供依據(jù)。

2.4　核事故應(yīng)急

一旦發(fā)生核事故，遙感技術(shù)可發(fā)揮大面積、快速、不受地面交通條件影響特點(diǎn)，進(jìn)行核應(yīng)急監(jiān)測(cè)，為核應(yīng)急響應(yīng)決策提供信息支撐。航空監(jiān)測(cè)現(xiàn)已成為核應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要技術(shù)手段，利用中高空飛機(jī)、低空無(wú)人機(jī)以及飛艇、氣球等航空平臺(tái)，可快速準(zhǔn)確獲取放射性物質(zhì)的水平和垂直擴(kuò)散情況等，為核事故影響評(píng)估、應(yīng)急行動(dòng)和恢復(fù)計(jì)劃提供基礎(chǔ)資料。無(wú)人機(jī)航測(cè)、無(wú)線探空儀、高分辨率衛(wèi)星等遙感手段在2011年日本福島核事故應(yīng)急響應(yīng)得到了很好的應(yīng)用，特別是在事故初期，地面監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)因地震受損無(wú)法提供輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，遙感監(jiān)測(cè)為緊急應(yīng)對(duì)措施的制定提供了決策支持信息[9]。我國(guó)在航空伽瑪能譜測(cè)量系統(tǒng)基礎(chǔ)上已建立起一套基本滿(mǎn)足核應(yīng)急航測(cè)要求的中高空飛機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并初步構(gòu)建了航空應(yīng)急監(jiān)測(cè)方法[7]，但在低空無(wú)人機(jī)以及飛艇、氣球等航空平臺(tái)的研究與應(yīng)用方面尚處于起步階段。

2.5　核電項(xiàng)目建設(shè)監(jiān)管

核電廠建造和運(yùn)行期間，可以通過(guò)核安全監(jiān)督員駐場(chǎng)監(jiān)督保障建造質(zhì)量和運(yùn)行安全，而對(duì)于處于前期階段的核電項(xiàng)目，由于人員、經(jīng)費(fèi)和現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，難以有效開(kāi)展監(jiān)管。利用遙感技術(shù)對(duì)核電項(xiàng)目進(jìn)行全過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可實(shí)事求是地反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化，為核電監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)，并保持威懾，防止未批先建或違規(guī)建設(shè)。2009年以來(lái)，環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心利用環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星以及其他高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)我國(guó)所有擬建和在建核電項(xiàng)目預(yù)選或建設(shè)廠址定期(每半年)開(kāi)展遙感監(jiān)測(cè)，為核電項(xiàng)目監(jiān)管提供了有力支持。

2.6　核電廠規(guī)劃限制區(qū)監(jiān)測(cè)

規(guī)劃限制區(qū)對(duì)核電廠的安全運(yùn)行和應(yīng)急計(jì)劃實(shí)施有著重要影響[10]。利用高分辨率遙感影像，可以監(jiān)測(cè)規(guī)劃限制區(qū)內(nèi)企事業(yè)單位和居民生活區(qū)等人口密集設(shè)施的新建與擴(kuò)建情況，監(jiān)視區(qū)域內(nèi)化工廠、煉油廠等風(fēng)險(xiǎn)源建設(shè)情況，為限制人口機(jī)械增長(zhǎng)和保障核電廠運(yùn)行環(huán)境安全提供技術(shù)手段，破解核電廠外核安全監(jiān)管難題。近幾年，資源一號(hào)系列、高分系列等國(guó)產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星相繼發(fā)射，形成了穩(wěn)定、高分辨率、高重訪周期的衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源，這為核電廠規(guī)劃限制區(qū)遙感監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù)保障。2013年，環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心初步構(gòu)建了一套基于高分辨率遙感影像的核電廠規(guī)劃限制區(qū)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)方法，并在秦山核電基地進(jìn)行了示范應(yīng)用，為后續(xù)定期開(kāi)展核電廠規(guī)劃限制區(qū)遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

3核電安全監(jiān)管中遙感技術(shù)應(yīng)用前景分析

核電安全監(jiān)管作為環(huán)境保護(hù)的重要組成部分，需主動(dòng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)新常態(tài)，依靠制度創(chuàng)新、科技進(jìn)步和嚴(yán)格執(zhí)法[11]，保證核電健康發(fā)展。隨著核電廠溫排水監(jiān)測(cè)、廠址監(jiān)測(cè)以及規(guī)劃限制區(qū)監(jiān)測(cè)等遙感應(yīng)用工作的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，遙感技術(shù)已經(jīng)初步融入核電安全日常監(jiān)管，在工作中發(fā)揮了積極作用，但是參與核電安全監(jiān)管的重點(diǎn)工作仍然很有限，遙感技術(shù)應(yīng)用的潛力未得到充分發(fā)揮，還需要更進(jìn)一步加大應(yīng)用研究力度。

3.1　加強(qiáng)遙感技術(shù)對(duì)核電安全技術(shù)審評(píng)的支撐

遙感影像可宏觀、直觀、客觀的反映核電廠周邊的環(huán)境現(xiàn)狀和周邊環(huán)境敏感保護(hù)目標(biāo)的情況，為核電廠技術(shù)審評(píng)提供分析、決策支持。高分辨率正射影像結(jié)合數(shù)字高程模型 DEM，或者高分辨率影像立體相對(duì)，應(yīng)用三維可視化建模技術(shù)可直接生成三維地形模型，疊加區(qū)域規(guī)劃、地震斷裂分布、人口分布等各種專(zhuān)題圖資料，構(gòu)建核電廠及其周邊環(huán)境的三維虛擬場(chǎng)景，能科學(xué)、有效、直觀的反映周邊基礎(chǔ)地理信息狀況。在此基礎(chǔ)上，引入相關(guān)遷移擴(kuò)散和分析決策模型，進(jìn)行諸如洪水災(zāi)害的模擬、低放射性廢液的彌散仿真、放射性物質(zhì)大氣彌散的仿真、工程方案的評(píng)判等分析，可為核電廠技術(shù)審評(píng)提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和校核計(jì)算手段，改變以往基本以法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的符合性審査為主要內(nèi)容和手段的傳統(tǒng)審評(píng)方式，提高監(jiān)管的權(quán)威性和科學(xué)性。

3.2　構(gòu)建天空地立體化核安全監(jiān)測(cè)與應(yīng)急體系

遙感監(jiān)測(cè)是核安全監(jiān)測(cè)與應(yīng)急體系建設(shè)必不可少的重要環(huán)節(jié)，是地面輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)和核電廠駐廠監(jiān)督的有效補(bǔ)充。一是繼續(xù)堅(jiān)持核電項(xiàng)目廠址、核電廠溫排水遙感業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)，推進(jìn)核電廠規(guī)劃限制區(qū)定期遙感巡測(cè)，并不斷拓展遙感監(jiān)測(cè)空間范圍，準(zhǔn)確、及時(shí)掌握核電廠臨近地區(qū)乃至更大范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境、人口分布、風(fēng)險(xiǎn)源等分布及其變化情況，為核電廠外部環(huán)境安全監(jiān)管和環(huán)境影響評(píng)估提供技術(shù)支撐。二是推進(jìn)核電廠輻射環(huán)境定期航空巡測(cè)，加快無(wú)人機(jī)輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)與應(yīng)急系統(tǒng)以及無(wú)線電探測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用工作，不斷提升核安全應(yīng)急響應(yīng)能力。三是進(jìn)一步推動(dòng)無(wú)線傳感技術(shù)的應(yīng)用，擴(kuò)大大氣輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)覆蓋范圍，建設(shè)水體輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，加強(qiáng)移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配置，逐步完善全國(guó)輻射環(huán)境預(yù)警監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

3.3　強(qiáng)化核安全監(jiān)管遙感應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究

技術(shù)是核安全監(jiān)管的基礎(chǔ)，技術(shù)創(chuàng)新是監(jiān)管能力提升的必由之路[12]。加強(qiáng)輻射傳輸、放射性物質(zhì)擴(kuò)散、參數(shù)反演模型等遙感機(jī)理研究，開(kāi)展新型平臺(tái)及其載荷數(shù)據(jù)獲取與處理關(guān)鍵技術(shù)研究，改進(jìn)和優(yōu)化遙感指標(biāo)監(jiān)測(cè)方法；開(kāi)展遙感數(shù)據(jù)與地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同化技術(shù)研究，解決天空地一體化輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)；開(kāi)展輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)及后評(píng)估技術(shù)研究，解決輻射環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)；加強(qiáng)核安全遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范研究，完善相關(guān)核安全管理技術(shù)和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)；攻克遙感核安全監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)業(yè)務(wù)化應(yīng)用支撐系統(tǒng)，推進(jìn)核安全遙感應(yīng)用向業(yè)務(wù)服務(wù)型轉(zhuǎn)變。

面對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，核電作為一種清潔能源，可助力經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)、美麗中國(guó)建設(shè)，發(fā)展前景廣闊。面對(duì)核與輻射安全監(jiān)管工作新形勢(shì)、新任務(wù)、新要求，我們應(yīng)該加大對(duì)核電安全遙感技術(shù)研究的力度，加快核電安全遙感技術(shù)發(fā)展的步伐，夯實(shí)核安全技術(shù)能力基石，扎實(shí)構(gòu)建科學(xué)的輻射環(huán)境監(jiān)督體系，盡快推動(dòng)實(shí)現(xiàn)核安全監(jiān)管體系和監(jiān)管能力現(xiàn)代化，不斷提升核電安全監(jiān)管的有效性和權(quán)威性，使核安全成為保障中國(guó)核能持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)韌“安全閥”。

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The Application Development Trend of Remote Sensing Technology

in the Modernization of Nuclear Safety Regulation

JIA Xiang1，2CAO Fei4SUN Zhongping3，4WANG Changzuo4JIANG Jun4ZHANG Xue4

(1.State Key Laboratory of Remote Sensing Science，School of Geography，Beijing Normal University，Beijing，100875，China；

2.Satellite Environment Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100094，China；

3.China Institute of Atomic Energy，Beijing 102413，China；4.Deparment of Nuclear Safety Management，Beijing 100035，China)

引用文獻(xiàn)格式：陳亮等.關(guān)于重金屬污染防治考核有關(guān)問(wèn)題的思考[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(5)：50-52.