基于高分遙感的新疆電力生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉寅 安毅敏 曾浩 王眾嬌 魏茂盛

摘? 要：隨著新疆電網(wǎng)快速發(fā)展，電力施工給環(huán)境造成的影響越來越大，而常規(guī)的監(jiān)測方法不能覆蓋全部生態(tài)敏感區(qū)，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分散、數(shù)據(jù)量大、類型多、來源廣、格式復(fù)雜，本文采用遙感+生態(tài)系統(tǒng)的方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)采集管理、空間建模分析、選址分析位置服務(wù)等功能，實(shí)現(xiàn)生態(tài)敏感區(qū)全覆蓋、電力生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及科學(xué)選址。

關(guān)鍵詞：高分遙感? 電力? 生態(tài)系統(tǒng)? 監(jiān)測

中圖分類號：F426.61? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）05（c）-0020-05

Design of Xinjiang Electric Power Ecosystem based on High Resolution Remote Sensing

Liu Yin1? An Yimin1? Zeng Hao2? Wang Zhongjiao3? Wei Maosheng3

（1.Electric Power Research Institute，State Grid Xinjiang Electric Power Company Limited，Urumqi，Xinjiang Uygur Autonomous Region，830000 China; 2.Xinjiang Xinneng Power Construction Technology

Development Co.， Ltd.，Urumqi，Xinjiang Uygur Autonomous Region，830000 China; 3.Harbin space star data system technology Co.， Ltd.， Harbin，Heilongjiang Province，150028 China）

Abstract：With the rapid development of Xinjiang power grid， the impact of power construction on the environment is increasing. However， the conventional monitoring methods can not cover all the ecological sensitive areas. The data of environmental monitoring are scattered， large amount， many types， wide sources and complex format. This paper uses remote sensing + ecosystem to realize data visualization， data collection and management， spatial modeling and analysis Location analysis， location service and other functions， to achieve full coverage of ecological sensitive areas， power ecological environment monitoring and scientific location.

Key Words：High resolution remote sensing; Electricity; Ecosystem; Monitor

經(jīng)濟(jì)發(fā)展依靠大量的電能，電網(wǎng)建設(shè)在服務(wù)百姓生活、完善城市功能、推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展、緩解能源危機(jī)方面十分有效，對社會發(fā)展十分重要。隨著新疆電網(wǎng)快速發(fā)展，電力施工點(diǎn)多面廣，施工帶來土地占用與污染、植被破壞、地表結(jié)皮破壞、景觀破壞、噪聲污染、無線電干擾和生物正?；顒痈蓴_等問題，影響了生態(tài)環(huán)境，環(huán)境壓力增大。而輸電線路建設(shè)環(huán)境影響研究主要針對重點(diǎn)區(qū)域和重要通道的核心變電站、核心換流站、特高壓密集輸電通，不能覆蓋全部生態(tài)敏感區(qū)[1]，因此，利用遙感影像的空間連續(xù)性、大面積性，構(gòu)建全域電網(wǎng)生態(tài)監(jiān)測手段。生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測離不開環(huán)境數(shù)據(jù)，應(yīng)用于電網(wǎng)環(huán)境分析的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)分散、數(shù)據(jù)量大、類型多、來源廣、格式復(fù)雜的特點(diǎn)[2]，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，統(tǒng)一時(shí)空框架基準(zhǔn)。因此，應(yīng)構(gòu)建可分析、可視化的新疆電力生態(tài)系統(tǒng)，以減少電力施工對環(huán)境的影響。

1? 背景分析

1.1 生態(tài)環(huán)境分析

新疆位于中國西北地區(qū)，轄區(qū)內(nèi)有約30個國家級和省級自然保護(hù)區(qū)，是我國陸地面積最大的省級行政區(qū)，轄區(qū)有4個地級市、5個地區(qū)、5個自治州、11個自治區(qū)直轄縣級市。本次遙感數(shù)據(jù)主要覆蓋區(qū)域?yàn)闉豸斈君R市。

烏魯木齊地處天山山脈中段北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，平均海拔800m，總面積1.38萬km2，耕地約占4.7%，園地約占0.07%，林地約占4.5%，牧草地約占58.3%，城、鎮(zhèn)、村莊及工礦用地約占2.2%，水域總面積約占2.6%，未利用土地約占12.9%，山地面積廣大，林業(yè)資源相對全疆較為豐富，野生動植物豐富，境內(nèi)有天山野生動物園、苜蓿臺、水磨溝等景區(qū)。烏魯木齊屬于典型的溫帶半干旱綠洲生態(tài)環(huán)境，生態(tài)環(huán)境極其脆弱[3-4]。

1.2 衛(wèi)星資源分析

近10年，我國陸續(xù)發(fā)送了10多顆高分衛(wèi)星，高分系列衛(wèi)星涵蓋了不同空間分辨率、不同覆蓋寬度、不同譜段、不同重訪周期，形成了高分?jǐn)?shù)據(jù)型譜，為高分遙感應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。高分系列衛(wèi)星如表1所示[5]。

高分系列衛(wèi)星發(fā)射至今，已在農(nóng)業(yè)、生態(tài)、國土、海洋、環(huán)保、林業(yè)、道路交通等20個行業(yè)成功應(yīng)用，具有較好的應(yīng)用基礎(chǔ)，因此，本系統(tǒng)采用高分系列影像作為數(shù)據(jù)源。

1.3 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)分析

依據(jù)本區(qū)域生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，選取植被覆蓋、野生動物、輸電線路涉及的生態(tài)敏感區(qū)、景觀作為生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的監(jiān)測對象[6]，具體監(jiān)測內(nèi)容和方式如表2所示。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于高分遙感的新疆電力生態(tài)系統(tǒng)主要針對電網(wǎng)規(guī)劃流程，采用全譜段電力生態(tài)遙感數(shù)據(jù)處理、專題信息提取、空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，結(jié)合DEM三維仿真模型，建立電力規(guī)劃模型及算法庫，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境敏感性分析，為電力路線規(guī)劃選址提供技術(shù)支撐。系統(tǒng)功能如圖1所示。

2.1 數(shù)據(jù)可視化

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的三維可視化展示，包括放大、縮小、漫游、測距、測面積、底圖切換、點(diǎn)線面標(biāo)記等功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集管理

實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的更新維護(hù)，包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出、添加、刪除功能。

2.3 空間建模分析

可根據(jù)實(shí)際使用需求和現(xiàn)行的主流算法，實(shí)現(xiàn)空間建模，輸出結(jié)果，保留空間分析模型至模型算法庫。

2.4 遙感數(shù)據(jù)處理

實(shí)現(xiàn)對外部專線推送的高分?jǐn)?shù)據(jù)自動處理。自動處理過程包括大氣校正、幾何校正、影像增強(qiáng)等預(yù)處理過程，生成tiff格式成果數(shù)據(jù)。

2.5 選址分析位置服務(wù)

實(shí)現(xiàn)基于空間要素信息、地理位置的選址分析功能并輸出分析結(jié)果，進(jìn)行空間場構(gòu)建、綜合場景構(gòu)建、柵格差值運(yùn)算、輻射緩沖分析、綜合選址分析等，實(shí)現(xiàn)地理位置信息的接入和導(dǎo)出功能。

2.6 數(shù)據(jù)部門共享

實(shí)現(xiàn)平臺的賬號登錄及賬號使用權(quán)限控制，實(shí)現(xiàn)部門維度的數(shù)據(jù)查詢、調(diào)閱的權(quán)限控制。

2.7 空間查詢

實(shí)現(xiàn)通過繪制點(diǎn)、線、面要素對選中圖層進(jìn)行空間疊加查詢，返回結(jié)果顯示詳細(xì)信息并定位。

2.8 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

利用遙感影像實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，通過影像分類、專題信息提取、疊加分析等功能，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境變化的高效監(jiān)測。

3? 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 全譜段電力生態(tài)遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)

通過專線接收高分系列衛(wèi)星的影像數(shù)據(jù)，將接收數(shù)據(jù)經(jīng)過自動分類、編目處理、重命名等過程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化，因每類高分影像預(yù)處理過程略有差異，將差異的處理過程設(shè)置為一個流程，通過影像與預(yù)處理流程配置表中的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高分系列數(shù)據(jù)的預(yù)處理，生成tiff格式的預(yù)處理結(jié)果，并將成果存放至數(shù)據(jù)庫，供空間建模分析、選址分析位置服務(wù)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測功能使用。預(yù)處理技術(shù)路線如圖2所示。

3.2 專題信息提取技術(shù)

將遙感監(jiān)測生態(tài)環(huán)境內(nèi)容歸納為范圍提取、面積提取、指標(biāo)提取，其中，范圍提取包括闊葉林、針葉林、灌叢、草原、果林的范圍，兩棲、爬行、鳥類、獸類的分布范圍，自然保護(hù)區(qū)、旅游景區(qū)的范圍，農(nóng)田、建筑、林地、灌草叢、河流、盆地等的范圍;面積提取包括闊葉林、針葉林、灌叢、草原、果林的面積，兩棲、爬行、鳥類、獸類的分布面積，自然保護(hù)區(qū)、旅游景區(qū)的面積，農(nóng)田、建筑、林地、灌草叢、河流、盆地等的面積;指標(biāo)提取包括凈生產(chǎn)力、總生產(chǎn)力等。為每類數(shù)據(jù)源設(shè)定最優(yōu)的分類方式，可選擇分類方式有監(jiān)督分類、決策樹分類，以及BP、RNN、CNN等分類方式，利用多源的時(shí)相相近的遙感影像，自動或半自動的提取范圍、面積、指標(biāo)信息，利用以上過程提取另一時(shí)相的遙感影像，利用疊加分析，提取生態(tài)環(huán)境監(jiān)測功能需要的數(shù)據(jù)，引入DEM數(shù)據(jù)，通過疊加分析、緩沖區(qū)分析，提供選址位置服務(wù)（見圖3）。

4? 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)B/S端包含數(shù)據(jù)可視化、空間查詢、數(shù)據(jù)部門共享功能，系統(tǒng)功能如圖4所示。

系統(tǒng)C/S端包含數(shù)據(jù)采集管理、空間建模分析、遙感數(shù)據(jù)處理、選址分析位置服務(wù)功能，系統(tǒng)功能如圖5所示。

5? 結(jié)語

基于高分遙感的電力生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全域生態(tài)敏感區(qū)監(jiān)控及科學(xué)、高效的數(shù)據(jù)及決策支撐。后續(xù)將建立覆蓋橫向覆蓋電力系統(tǒng)不同部門，縱向貫通電力系統(tǒng)不同層級的電力生態(tài)系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌管理、統(tǒng)一規(guī)劃。

參考文獻(xiàn)

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