高分辨率卫星遥感技术在新能源项目中的应用.pdf

第 4 期 第 25 卷2023 年 8 月No.4 Vol.25 Aug.2023石油化工管理干部学院学报JOURNAL OF SINOPEC MANAGEMENT INSTITUTE面对日趋严峻的气候挑战，我国为实现能源结构转型升级和“双碳”目标，正积极推动氢能产业发展这一“新赛道”。其中，对于“基地型风光”“风光制氢”，随着支撑政策的加速出台，各大能源企业开始加速布局。一方面，要竞相抢占新赛道，加快建设投产；另一方面，又要不断通过技术整合与创新提高新能源的安全性和经济性。如何高效、经济地进行风光制氢项目选址和设计，是要解答的第一个关键问题。以往的传统测设需要人工现场勘察，耗时耗力，加之疫情暴发导致的长时间封控，严重阻碍了项目推进。随着我国在轨卫星数量、种类的不断增加和卫星遥感技术研究的不断深入，卫星遥感应用也逐步向行业用户拓展。鉴于卫星遥感的宏观性、广域性、客观性、非现场实施性、工期短等特点，引入卫星遥感技术解决后疫情时代新能源制氢项目中存在的问题，成为一个高效、经济的解题思路。本文在 2022 年内蒙古自治区疫情暴发导致人员大规模长时间封控、鄂尔多斯与乌兰察布风光制氢一体化项目选址和设计按照常规人工现场测绘无法正常开展的背景下，通过分析风光制氢项目的特点和选址、设计需求，在风光制氢项目高分辨率卫星遥感技术在新能源项目中的应用赵益民李柏森范振宁张亚亚1.中国石化集团新星石油有限责任公司，北京 100083；2.中石化新星河南新能源开发有限公司，河南郑州 450199；3.中石化石油工程建设有限公司，北京 100020；4.大地新亚（北京）技术有限公司，北京 100020 摘要 新能源助力“双碳”目标实现已经成为诸多企业的共识，风光制氢作为典型的绿氢代表，能更好应对国内能源结构转型升级和“双碳”目标的实现。各大能源企业也正加速风光制氢产业布局和项目落地。但受传统测设方式的局限性影响，叠加疫情封控，亟待上马的项目进展严重受挫。本文基于高分辨率立体测绘卫星遥感数据，通过 DEM 快速建模、DOM 自动处理以及基于深度学习的地物分类等技术，快速高效地为风光制氢项目提供了一套集高分辨率影像图、高精度高程数据、精细化土地利用现状分类等于一体的“一张图”，为项目前期选址、初设以及占地补偿测算等工作提供了科学可靠的数据支撑，有效提升了项目实施能力和效率，同时也为后期运营阶段利用遥感和环境预测技术制订科学的生产、运维计划提供支撑。关键词 新能源；风光制氢；选址和设计；高分辨率卫星遥感1234 收稿日期 2023-08-03。第一作者简介 赵益民（1972），男，江苏南通人，毕业于中国石油大学（华东）计算机与通信工程学院信息技术专业，硕士研究生学历。高级经济师，现任中国石化集团新星石油有限责任公司发展计划部经理。电子邮箱：。观点纵谈61622023 年第 4 期石油化工管理干部学院学报中首次引入高分辨率卫星遥感技术，通过快速制作以高分影像图为底层，叠合生态、文物保护等敏感区以及土地类别的“一张图”，以期为设计单位据图开展选址与初设、正常推进项目提供有效的数据支撑。1试验区概况鄂尔多斯风光融合绿氢化工示范项目，建设风力发电 450 兆瓦，光伏发电 270 兆瓦，电解水制氢规模为 3 万吨/年；乌兰察布风光制绿氢一体化项目建设风力发电 1.7 吉瓦、光伏发电 0.8 吉瓦，电解水制氢规模为 10 万吨/年，长距离纯氢输送管道 420 公里，每年可实现碳减排约 625 万吨。以鄂尔多斯项目为例，本项目拟选址鄂尔多斯市西南部、地处毛乌素沙地腹地的乌审旗，该地太阳总辐射年平均值为 5957.86 兆焦耳/平方米，全年多盛行西风及北偏西风，年平均风速为3.4 米/秒，最大风速可达 21 米/秒，属于风光资源较好地区。风光电场拟建于同一场区，配建一座 220 千伏升压站，220 千伏降压站及制氢站位于 55 公里外的图克工业园区内，用约 62 公里输电线路连接。按工期计划，需在 2022 年 8 月份之前完成选址工作，提交设计单位编制可研报告，以满足第三批示范项目的申报。但受疫情影响，无法派人进驻现场进行勘察测绘，且距计划完成时间仅余一个月左右。因此，业主单位经考察，首次选择利用高分辨率卫星遥感技术进行项目选址。在大地新亚（北京）技术有限公司的技术支持下，仅用 20天就完成了高分一张图选址工作，如期申报并获得了政府审批。后续乌兰察布项目也采用此技术，完成风光场、制氢厂以及长输管道的选址和成图。2试验方法2.1遥感数据采集鉴于选址需求，本文采集了最新时相（2022年 7 月至 11 月）、12 景、0.8 米分辨率的高分七号卫星立体像对数据。高分七号卫星（简称“GF7”）运行于太阳同步轨道，设计寿命 8 年，搭载有两线阵立体相机和双波束激光测高系统，可有效获取 20 公里幅宽、优于 0.8 米分辨率的全色立体影像、3.2 米分辨率的多光谱影像和高精度激光测高数据。可实现 110000 比例尺立体测图，服务于自然资源调查监测、基础测绘、全球地理信息资源建设等应用需求，并为电力、铁路工程等领域提供高精度的卫星遥感影像。2.2高分辨率遥感影像图和高程数据制作本试验采用自研软件，基于采集的最新高分七号卫星立体像对数据，制作了覆盖试验区、满足 110000 精度的数字高程模型（以下简称“高程数据”或 DEM）和 0.8 米分辨率正射影像图（DOM）。技术流程如图 1 所示。（1）数字地表模型（DSM）生产。试验基于金字塔相关系数的匹配方法，对立体像对数据开展连接点、控制点匹配；采用对系统误差更为敏感的光束法构建区域网平差解算模型，进行区域网平差解算；通过对前后视影像进行核线影像生成，建立立体关系，制作 DSM，如图 2（a）所示。（2）DEM 编辑。由 DSM 转为 DEM，需要对高大植被、构筑物等地物开展滤波处理。考虑到本试验区范围内树木较少、无大面积连片区域、地形起伏不是特别大，处理对象主要为建筑物等，故不适宜采用全自动滤波的方式（可能会将沙丘全部滤掉）。为同时兼顾 DEM 生产效率和质量，试验首先采用自研的数学动态算法，设置滤波尺度、高程阈值、最大高差、坡度阈值、平滑窗口等参数，对 DSM 数据开展自动滤波，以去除大量地表信息；然后，对于自动滤波不能满足要求的区域，采用人机交互方式进行二次编辑，滤掉指定地表地物，例如部分建筑物、水面等区域，以此满足要求的 DEM 数据见 图 2（a）。632023 年第 4 期赵益民 李柏森 范振宁 张亚亚.高分辨率卫星遥感技术在新能源项目中的应用（3）DOM 生产。依据土地利用动态遥感监测规程（TD/T 10102015）的要求，针对高分七号卫星数据特性，选取了“配准融合波段组合降位正射纠正镶嵌调色裁切”的处理工艺，制作覆盖试验区的正射影像图成果，影像成果模拟自然真彩色，光谱信息丰富，能准确反映土地利用特征见图 2（b）。2.3土地利用现状解译参考第三次全国国土调查技术规程（TD/T 10552019），基于正射影像图，采用深度学习技术，结合人工目视解译法，对试验区开展地表覆盖解译工作，结合历史时序影像、已有相关数据库参考资料等，判定土地利用现状类型，制作试验区土地利用现状分类矢量图层见图 2（c）。并根据规划设计要求，对风光电场允许建设区和非适用区域等进行分层分类提取和 统计。2.4选址设计和总图制作设计单位依据以上成果开展项目选址设计。基于风光电场、制氢厂、输电线路的设计图，叠加正射影像图、土地利用现状图等，通过注记图添加、图例制作、图廓整饰等，完成风光制氢总图、场区分图制图工作见图 2（d）。3结果与讨论3.1试验结果分析为保证“一张图”能更有效地服务于项目选址、设计，尤其是减少与相关政府部门反复调整申报工作量，本文参考并执行自然资源部第三次全国国土调查相关技术规范和质检要求。经项目实际验证，影像成果和图斑分类成果质量可靠、现势性更强，可以让设计单位及时规避图 1技术流程?DEM?DSM?+?/?/?DSM?642023 年第 4 期石油化工管理干部学院学报严禁占用地类、了解有条件占用地类情况，有效提高了选址成图和项目申报效率；通过占地类型统计分析，为业主项目占地补偿测算提供了有效的数据依据；高程数据结合土地利用现状，可以满足风机、光伏板、输电线路等设施布设 要求。3.2与传统测设方式的比对分析表 1 从获取手段、获取内容、展现形式、工期、费用和其他特点等六个方面，对高分辨率卫星遥感技术和传统测设方式进行比对分析。从对比结果可以看出，在满足选址和设计所需的精度原则下，无论从获取内容的时效性、丰富性、展现形式，还是工期与费用，高分辨率卫星遥感技术都更具优势；同时，也可以很好地解决传统测设中存在的局限性和盲目性。4结论本文首次将高分辨率光学卫星遥感技术引入了中国石化新能源制氢项目前期选址和设计阶段，有效应对了特殊时期防疫封控对项目的影响，同时提高了项目前期选址、设计的工作效率和质量，降低了风光电场初勘成本，为新能源制氢产业布局提供了一个高效便捷的工具。图 2数据成果示例（a）DSM（左）与 DEM（右）效果示意图（b）DOM 成果示例（c）土地利用现状分类示例（d）项目规划总图652023 年第 4 期赵益民 李柏森 范振宁 张亚亚.高分辨率卫星遥感技术在新能源项目中的应用此外，新能源领域还存在诸多待优化解决的问题，我们也正借鉴多源气象及卫星遥感技术，开展诸如如何平衡风光资源、气象/地质灾害、地形地貌等因子开展项目选址，如何智能高效耦合不稳定的风光发电量与电解槽，如何保证输氢管道与储运装置安全稳定运行等方面的研究性应用。希望通过跨行业融合创新与专业内深度创新，助力我们尽早实现新能源制氢的平价化、主流化，以有效推动能源结构尽快转型升级，早日实现“双碳”目标。Application of High-Resolution Satellite Remote Sensing Technology in New Energy ProjectsZhao Yimin,Li Baisen,Fan Zhening,Zhang Yaya1.SINOPEC Star Petroleum Co.,Ltd.,Beijing 100083;2.SINOPEC Star Henan New Energy Development Co.,Ltd.,Zhengzhou,Henan Province,450199;3.SINOPEC Petroleum Engineering Construction Co.,Ltd.,Beijing 100020;4.Dadi Xinya(Beijing)Technology Co.,Ltd.,Beijing 100020Abstract New energy plays a crucial role in achieving the“dual carbon”goal,with wind and solar hydrogen being representative of green hydrogen.This paper,based on high-resolution satellite remote sensing data,efficiently provides a comprehensive“map”for wind and solar hydrogen projects.It includes high-resolution images,precise elevation data,and detailed land use classifications,offering scientific and reliable data for project site selection,initial design,and land compensation calculations.This approach enhances project implementation capabilities and efficiency,supporting scientific production and operation plans using remote sensing and environmental prediction technologies.Key words new energy,wind and solar hydrogen,site selection and design,high-resolution satellite remote sensing表 1与传统测试方式的比对比对内容传统测试方式高分辨率卫星遥感技术获取手段网络爬图+人工现场勘察+局部无人机拍摄卫星遥感扫描与处理获取内容1.爬取的数据源时效性差、多而杂，图面整体效果不佳；2.很难获取高精度高程数据；3.无法获得土地利用现状数据提供包含高时效性、高分辨率遥感影像、土地利用现状、场区规划、地形地貌、农作物信息等于一体的综合“一张图”展现形式单一图件以系统平台的形式，集成各影像、矢量、专题图件、统计分析等内容工期长（以月计，一般 2 个月甚至更长）短（实际作业约 1 周）费用高低其他特点1.现场勘察受野外环境、交通、天气等影响，实施难度较大；2.无人机拍摄，受空域管控限制；3.需要方案调整或增补方案时难以立即响应，需要后续再去现场补看补选1.不受地域、空域限制；2.一次采集范围大，可快速应对方案调整或增补方案注：表中影像一张图制作的工期不包含平台开发时间。