全球衛(wèi)星減災(zāi)合作進展與展望

李素菊

李素菊，應(yīng)急管理部國家減災(zāi)中心研究員，空間與重大災(zāi)害國際憲章項目經(jīng)理，衛(wèi)星應(yīng)急制圖國際工作組成員，曾任聯(lián)合國災(zāi)害管理與應(yīng)急反應(yīng)天基信息平臺北京辦公室高級專家和世界糧食計劃署項目官員。2003年獲北京大學城市與環(huán)境學院博士學位，現(xiàn)主要從事防災(zāi)減災(zāi)衛(wèi)星論證、應(yīng)用、科研與國際合作工作。先后主持民用高分專項、國家重點研發(fā)計劃、自然科學基金等項目或課題5項，目前負責國家重點研發(fā)計劃項目“星機地協(xié)同的大地震災(zāi)后災(zāi)情快速調(diào)查關(guān)鍵技術(shù)研究”課題研究。作為技術(shù)骨干參與民用空間基礎(chǔ)設(shè)施10 多顆衛(wèi)星的論證與在軌測試工作。發(fā)表論文30 余篇，參與編寫出版專著4 部。

災(zāi)害與災(zāi)害風險是世界各國面臨的共同挑戰(zhàn)，具有全球時空分布不確定和造成損失影響嚴重復(fù)雜的特點。衛(wèi)星遙感的全球覆蓋與動態(tài)觀測能力為全球災(zāi)害監(jiān)測提供了有效手段，已經(jīng)成為各國防災(zāi)減災(zāi)的重要支撐信息。但與災(zāi)害的全球化分布不同，目前全球的衛(wèi)星遙感技術(shù)與資源主要集中在少數(shù)技術(shù)發(fā)達的國家。衛(wèi)星資源的相對集中與災(zāi)害風險全球分布之間的不平衡，嚴重影響了有限遙感衛(wèi)星資源的全球防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用效能和對重大災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測的效率，且隨著衛(wèi)星技術(shù)的迅速發(fā)展和災(zāi)害風險的日益增加，這種不平衡趨勢將進一步加劇。通過開展衛(wèi)星減災(zāi)合作，加強數(shù)據(jù)共享和協(xié)同監(jiān)測，能夠大幅增加全球可用衛(wèi)星資源的種類和數(shù)量，有效提升衛(wèi)星遙感對全球災(zāi)害和風險的監(jiān)測能力（圖1）。通過開展國際合作，能夠針對一次災(zāi)害過程使用更多不同類型的衛(wèi)星資源開展監(jiān)測，顯著提升監(jiān)測的時空效率和信息豐富程度，對于衛(wèi)星資源缺乏卻遭受重大災(zāi)害影響的國家來說尤其重要。當前，衛(wèi)星減災(zāi)應(yīng)用已經(jīng)成為衛(wèi)星遙感應(yīng)用最為活躍的國際合作領(lǐng)域之一，并呈現(xiàn)不斷擴展、延伸和深化的趨勢。本文從國際倡議、合作機制、合作應(yīng)用和未來趨勢等方面對全球衛(wèi)星減災(zāi)合作情況進行了回顧與展望。

國際框架與倡議

國際社會一貫高度重視和積極推進空間減災(zāi)合作。早在1999年第三次聯(lián)合國探索及和平利用外層空間大會上通過的《空間千年：關(guān)于空間和人的發(fā)展的維也納宣言》，就明確提出“通過國際合作的方式支持減災(zāi)救災(zāi)防災(zāi)，特別是國際重大災(zāi)害的全球衛(wèi)星系統(tǒng)，充分利用各已有的衛(wèi)星遙感、通信和空基服務(wù)能力，填補全球衛(wèi)星覆蓋的不足”的倡議。為推動倡議的落實，聯(lián)合國外層空間委員會組織制訂了具體行動計劃，并結(jié)合其年度會議持續(xù)推動和落實，自此開啟了全球衛(wèi)星減災(zāi)合作蓬勃發(fā)展的篇章。目前正在空間和減災(zāi)領(lǐng)域執(zhí)行的兩個最有影響力的國際倡議和框架，均將加強空間減災(zāi)合作作為重要內(nèi)容。2018年6月，在紀念“第一次聯(lián)合國探索及和平利用外層空間會議五十周年”會議上通過的成果文件《空間作為可持續(xù)發(fā)展的驅(qū)動因素》，鼓勵各國積極開展更廣泛的國際空間合作，包含但不限于能力建設(shè)、信息與基礎(chǔ)設(shè)施共享和聯(lián)合項目等內(nèi)容，協(xié)助各國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與減輕災(zāi)害風險目標，針對成果文件，聯(lián)合國外空司正在組織制訂2030年之前的行動計劃。特別是2015年3月通過的《2015—2030年仙臺減輕災(zāi)害風險框架》，將天基技術(shù)作為其第一優(yōu)先領(lǐng)域理解風險的重要手段，明確提出在區(qū)域和全球?qū)用嫱ㄟ^國際合作促進和加強天基技術(shù)減災(zāi)技術(shù)應(yīng)用與服務(wù)，強化衛(wèi)星遙感地球觀測和災(zāi)害監(jiān)測能力。以上的合作框架和倡議為全球衛(wèi)星減災(zāi)合作提供了目標和方向。

圖1 空間與重大災(zāi)害國際憲章成員

全球衛(wèi)星減災(zāi)合作機制

自1999年第三次外空大會倡導(dǎo)加強全球衛(wèi)星減災(zāi)合作以來，衛(wèi)星減災(zāi)合作機制不斷探索、新創(chuàng)和完善，目前正在運行并覆蓋全球的衛(wèi)星合作機制就達十余個之多，有些是專門針對衛(wèi)星減災(zāi)應(yīng)用設(shè)立的合作機制，有些則是作為衛(wèi)星應(yīng)用合作框架的組成部分。大部分機制的提出是緣于空間部門推動空間技術(shù)應(yīng)用合作的成果，有些機制的發(fā)起則是來自空間科技領(lǐng)域以推動科技發(fā)展為目標，但目前尚未出現(xiàn)由減災(zāi)部門發(fā)起和倡導(dǎo)成立的合作機制。現(xiàn)有的衛(wèi)星減災(zāi)合作機制以面向重大災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測應(yīng)用的合作機制居多，發(fā)展也最成熟。

衛(wèi)星減災(zāi)工作從環(huán)節(jié)上大體可分為應(yīng)用需求、數(shù)據(jù)提供和技術(shù)服務(wù)等三個部分，所對應(yīng)的相關(guān)主體分別是減災(zāi)用戶、衛(wèi)星運營方和技術(shù)提供方。衛(wèi)星減災(zāi)合作就是由多個利益相關(guān)方在不同環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)合作展開的，通過一定的規(guī)則予以約定則形成機制。不同合作機制其合作宗旨、合作資源和運行模式均不盡相同。從合作資源來說，有些機制側(cè)重數(shù)據(jù)合作，有些則側(cè)重技術(shù)合作。從運行模式來看，以政府主導(dǎo)的合作機制，運行管理相對嚴密一些；而自發(fā)形成的一些機制運行則相對松散。以下是目前影響力較大但合作方式不同的四種衛(wèi)星減災(zāi)合作機制,分別代表數(shù)據(jù)、信息、服務(wù)和科技等合作驅(qū)動類型。

（一）空間與重大災(zāi)害國際憲章

空間與重大災(zāi)害國際憲章是空間數(shù)據(jù)驅(qū)動并覆蓋災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測全過程的合作機制，是在1999年聯(lián)合國第三次外空大會上由歐洲空間局和法國國家空間中心聯(lián)合發(fā)起的，旨在促進利用空間資源，支持自然或技術(shù)災(zāi)害管理的人道主義合作。2000年11月1日，憲章正式生效運行，由17個來自各國空間部門和衛(wèi)星運營機構(gòu)的成員組成（圖1）?？臻g與重大災(zāi)害國際憲章被公認為空間減災(zāi)領(lǐng)域運行最為成功的合作機制，這得益于其明確的協(xié)議內(nèi)容、豐富的衛(wèi)星資源和嚴密的運行流程。該機制具有目前世界上種類和數(shù)量最多和最先進的衛(wèi)星資源，僅在軌衛(wèi)星數(shù)量就多達34顆，包括雷達和光學兩大類，其中光學衛(wèi)星分辨率最高達0.31米，為全球災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測提供了重要保障。憲章通過設(shè)在歐空局的值班室24小時不間斷運行，授權(quán)用戶可通過成員國或聯(lián)合國系統(tǒng)申請啟動，獲得從衛(wèi)星數(shù)據(jù)到制圖產(chǎn)品的全流程的應(yīng)急服務(wù)，目前已經(jīng)為全球125個國家的各類重大災(zāi)害提供576次衛(wèi)星應(yīng)急制圖服務(wù)，災(zāi)害種類涉及洪澇、熱帶風暴、強降雨導(dǎo)致的滑坡及雪災(zāi)、地震、火山等災(zāi)害。

圖2 歐盟哥白尼應(yīng)急管理服務(wù)產(chǎn)品類型圖

（二）聯(lián)合國災(zāi)害管理與應(yīng)急反應(yīng)天基信息平臺

聯(lián)合國災(zāi)害管理與應(yīng)急反應(yīng)天基信息平臺也是第三次外空大會的成果，以信息共享服務(wù)為主，由2006年12月14日聯(lián)合國大會第61/110號決議而設(shè)立，旨在作為空間信息用于災(zāi)害管理支助的手段，充當災(zāi)害管理界與空間界聯(lián)系的橋梁，并作為發(fā)展中國家能力建設(shè)和加強機構(gòu)工作的促進者，向所有國家、所有相關(guān)國際或區(qū)域組織全面提供與災(zāi)害管理有關(guān)的所有類型的天基信息和服務(wù)，支持災(zāi)害管理整個周期的工作。平臺在聯(lián)合國外層空間事務(wù)司的領(lǐng)導(dǎo)下，通過全球、區(qū)域和國家三級網(wǎng)絡(luò)體系開展工 作，全球一級由北京辦公室、波恩辦公室和聯(lián)合國外空司工作團隊組成，區(qū)域一級建立區(qū)域支持辦公室，國家一級設(shè)立國家協(xié)調(diào)中心。目前全球共設(shè)立21個區(qū)域支持辦公室和45個國家協(xié)調(diào)中心。應(yīng)急支持是該機制的重要任務(wù)，其代表聯(lián)合國作為空間與重大災(zāi)害的授權(quán)用戶，可為其成員國啟動和利用憲章機制資源，也已經(jīng)與多個空間機構(gòu)簽訂衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享協(xié)議，可在發(fā)生重大災(zāi)害時為成員國提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時還根據(jù)需要開展衛(wèi)星應(yīng)急技術(shù)咨詢和能力建設(shè)活動。

（三）哥白尼應(yīng)急管理服務(wù)

哥白尼應(yīng)急管理服務(wù)機制主要為民防組織和人道主義救援機構(gòu)等災(zāi)害管理機構(gòu)及其災(zāi)害管理人員提供快速準確的地理空間信息，支持針對各類災(zāi)害開展的應(yīng)急響應(yīng)、預(yù)防準備與恢復(fù)等活動，由歐盟委員會負責管理協(xié)調(diào)工作，是產(chǎn)品規(guī)范服務(wù)的典范（圖2）。

作為歐盟哥白尼計劃的6大應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域之一，該機制優(yōu)先滿足來自歐盟的需求和關(guān)切，并通過授權(quán)用戶為其他國家提供無償服務(wù)。哨兵衛(wèi)星專門針對哥白尼計劃的服務(wù)內(nèi)容和用戶需求進行設(shè)計，共有6個系列，2014年第一顆衛(wèi)星“哨兵-1A”成功發(fā)射，計劃2030年之前將有更多衛(wèi)星發(fā)射，屆時將形成由20 多顆衛(wèi)星組成的哨兵星座。哥白尼應(yīng)急服務(wù)機制提供災(zāi)害早期預(yù)警和災(zāi)害制圖兩種服務(wù)，通過預(yù)警系統(tǒng)目前可提供洪澇和森林火災(zāi)兩種預(yù)警服務(wù)。災(zāi)害制圖則為應(yīng)急管理的所有階段提供快速制圖、風險制圖和恢復(fù)制圖服務(wù)，其中快速制圖服務(wù)在應(yīng)急事件發(fā)生后根據(jù)應(yīng)急需要在數(shù)小時到幾天內(nèi)提供。該機制自2012年4月正式運行到目前共啟動各類災(zāi)害制圖服務(wù)330次。

（四）地球觀測組織減災(zāi)領(lǐng)域合作

地球觀測組織成立于2005年2月，以推動科技合作服務(wù)全球決策為主要目標，是地球觀測領(lǐng)域最大的政府間國際組織。其目標是建立一個綜合、協(xié)調(diào)和可持續(xù)的全球地球綜合觀測系統(tǒng)，更好地認識地球系統(tǒng)，為全球決策提供從初始觀測數(shù)據(jù)到專業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品的信息服務(wù)，該組織成員目前有104個成員國和歐盟及126個機構(gòu)。2015年11月在墨西哥召開的地球觀測組織第四次部長級峰會上通過《GEO十年戰(zhàn)略執(zhí)行計劃（2016—2025）》，正式開啟了該組織第二個十年的發(fā)展階段。新十年計劃強調(diào)地球觀測是支持聯(lián)合國2030可持續(xù)發(fā)展議程、全球氣候變化公約和減輕災(zāi)害風險框架的重要手段。針對減輕災(zāi)害風險框架目標，地球觀測組織通過加強對地球和氣候的原位觀測與遙感觀測，以及觀測數(shù)據(jù)與信息的獲取、共享和使用，促進地球觀測技術(shù)為增強災(zāi)害預(yù)防、預(yù)測、減輕、管理與恢復(fù)提供更好的產(chǎn)品，以增強災(zāi)害管理能力，減少損失和提高抗災(zāi)能力。具體的任務(wù)擬通過社區(qū)行動、機制和旗艦項目等協(xié)同實現(xiàn)，目前已經(jīng)形成9項包括風險數(shù)據(jù)獲取和洪澇風險感知在內(nèi)的行動計劃。

重大災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測合作

近十余年來，國際間的衛(wèi)星應(yīng)急監(jiān)測合作發(fā)展迅猛，合作機制、衛(wèi)星資源和大災(zāi)合作應(yīng)對次數(shù)均呈現(xiàn)直線增長的趨勢。這一方面歸因于空間資源的迅速增加，另一方面也是與頻繁發(fā)生的全球重大災(zāi)害及日益提高的全球減災(zāi)合作意識是分不開的。下面列舉5次全球重大災(zāi)害記錄，見證了衛(wèi)星應(yīng)急監(jiān)測合作從開始到逐漸發(fā)展的歷程，同時也對衛(wèi)星應(yīng)急合作機制的發(fā)展產(chǎn)生重大影響和重要推動作用。

（一）印度洋海嘯

2004年12月26日，印度尼西亞蘇門答臘島附近海域發(fā)生里氏9級地震，并引發(fā)強烈印度洋海嘯。由于本次海嘯災(zāi)害規(guī)模和影響范圍巨大，且涉及多個國家，基于衛(wèi)星遙感的災(zāi)害制圖產(chǎn)品，為各方了解災(zāi)害整體形勢和掌握海嘯造成的毀滅性破壞提供了最直觀的信息，展現(xiàn)了衛(wèi)星應(yīng)急監(jiān)測宏觀觀測優(yōu)勢。同時，也由于衛(wèi)星觀測能力的不足而引發(fā)和推動了國際應(yīng)急制圖力量之間的合作。

（二）中國汶川特大地震

2008年5月12日，我國發(fā)生汶川特大地震，地震災(zāi)情重，影響范圍廣，災(zāi)區(qū)地形地貌復(fù)雜，國家減災(zāi)中心通過啟動空間與重大災(zāi)害國際憲章和其他合作機制，先后獲取12個國家24顆衛(wèi)星總共1000余幅衛(wèi)星影像，對災(zāi)區(qū)損毀情況、次生災(zāi)害和救助情況進行監(jiān)測。獲取衛(wèi)星影像數(shù)量之多創(chuàng)造單次災(zāi)害歷史記錄，應(yīng)急合作機制提供的衛(wèi)星影像成為主要數(shù)據(jù)源。

（三）海地地震

2010年1月12日，海地發(fā)生里氏7.0級大地震，造成20余萬人遇難，非政府主導(dǎo)的自發(fā)的眾包制圖力量第一次成為制圖的主要力量，全球數(shù)千自發(fā)制圖志愿者通過災(zāi)區(qū)現(xiàn)場采集或遠程解譯衛(wèi)星影像的方式，對災(zāi)區(qū)的毀損情況和需救助情況進行制圖，為國際應(yīng)急救援行動提供第一手信息支持，但由于不同力量之間缺乏協(xié)同，導(dǎo)致大量產(chǎn)品的重復(fù)和冗余。

（四）菲律賓海燕臺風

2013年11月8日，超強臺風海燕在菲律賓中部薩馬省登陸，登陸時中心附近最大風速275KM/H（10分鐘平均），最大陣風達379KM/H，是全球有記錄以來的最強登陸臺風，在菲律賓中部造成毀滅性破壞，導(dǎo)致6100人遇難。在臺風肆虐期間，聯(lián)合國衛(wèi)星制圖項目與眾包制圖機制合作，將傳統(tǒng)遙感監(jiān)測與自發(fā)的眾包制圖模式結(jié)合，在短時間內(nèi)即實現(xiàn)了對災(zāi)區(qū)房屋毀損數(shù)量和程度的精細評估，體現(xiàn)了不同機制之間優(yōu)勢互補的合作力量。

（五）尼泊爾地震

2015年4月25日，尼泊爾發(fā)生8.1級地震，造成8786人遇難，22303人受傷，周邊國家也出現(xiàn)人員傷亡。在本次地震應(yīng)急期間，為避免監(jiān)測產(chǎn)品的重復(fù)和冗余，多個衛(wèi)星應(yīng)急機制自發(fā)形成專門的協(xié)調(diào)小組，統(tǒng)一與聯(lián)合國人道主義事務(wù)辦公廳對接需求，并根據(jù)需求開展監(jiān)測制圖的服務(wù)，使得不同制圖機制之間資源互補，協(xié)同服務(wù)，有效提高了監(jiān)測和服務(wù)能力。

未來全球合作趨勢

隨著國際重大災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測合作的加強和發(fā)展，全球化、協(xié)同化和強化風險監(jiān)測應(yīng)用將是未來全球衛(wèi)星減災(zāi)合作的主要趨勢。

1.面向全球框架的衛(wèi)星減災(zāi)合作

《2015—2030 年仙臺減少災(zāi)害風險框架》為世界各國開展減災(zāi)工作提供了指引，其中明確提出7項目標。為推動落實，目前針對每項目標已經(jīng)細化為38 項可定量考核的指標，以衛(wèi)星遙感為代表的空間技術(shù)能夠?qū)ζ渲幸话胍陨系闹笜藢崿F(xiàn)提供支持。減災(zāi)框架目標指標為空間技術(shù)應(yīng)用提出明確的需求，面向目標指標的空間減災(zāi)應(yīng)用正成為全球合作的重點和熱點。

2.目標問題導(dǎo)向的應(yīng)急機制協(xié)同

提高時效性和有效性是衛(wèi)星應(yīng)急監(jiān)測真正發(fā)揮決策支撐作用的核心與關(guān)鍵。通過加強衛(wèi)星應(yīng)急合作機制之間的協(xié)同，能夠進一步提高應(yīng)急監(jiān)測效率。針對目前衛(wèi)星應(yīng)急監(jiān)測合作中存在的因

機制間缺乏協(xié)同造成的監(jiān)測重復(fù)和產(chǎn)品冗余問題，通過建立國際工作組等方式已經(jīng)形成一些推動機制之間工作協(xié)同的應(yīng)急制圖指南、產(chǎn)品信息共享規(guī)范和溝通對話工作機制等成果。

3.創(chuàng)新技術(shù)驅(qū)動的風險監(jiān)測應(yīng)用

充分利用空間技術(shù)更好理解和減輕災(zāi)害風險，提高災(zāi)害防治能力是關(guān)鍵。目前空間技術(shù)已進入體系化發(fā)展和全球化服務(wù)的階段，在軌衛(wèi)星的數(shù)量和種類呈爆發(fā)式增長，通過與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息化技術(shù)的融合，使得對災(zāi)害風險的動態(tài)持續(xù)監(jiān)測成為可能，這也是目前國際科技合作的重要領(lǐng)域，已經(jīng)出現(xiàn)一些空間技術(shù)減輕災(zāi)害風險的重大國際研究計劃，研究成果也不斷涌現(xiàn)。

圖3 2018年7月老撾水庫潰壩遙感監(jiān)測圖

圖4 印尼地震土壤液化區(qū)災(zāi)害遙感監(jiān)測圖

中國參與情況

21世紀以來，中國積極參與衛(wèi)星減災(zāi)國際合作機制建設(shè)和應(yīng)急監(jiān)測，已經(jīng)成為全球衛(wèi)星減災(zāi)合作領(lǐng)域的一支重要力量。中國支持和加入多個合作機制，2007年中國以國家航天局的名義加入空間與重大災(zāi)害國際憲章，2010年聯(lián)合國災(zāi)害管理與應(yīng)急反應(yīng)天基信息平臺北京辦公室正式成立，中國還是地觀測組織的創(chuàng)始國，自2005年該組織成立以來一直擔任執(zhí)行委員會的成員國和聯(lián)合主席國。另外，中國還與世界糧食計劃署、亞太空間合作組織等多個國際和區(qū)域組織開展衛(wèi)星減災(zāi)合作。與此同時，國家減災(zāi)中心還將國際重大災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測納入業(yè)務(wù)范疇，針對全球特別是周邊國家重大災(zāi)害及時開展衛(wèi)星應(yīng)急制圖服務(wù)，為受災(zāi)國的災(zāi)害管理部門和國際救災(zāi)力量提供有效支持，先后針對2009年澳大利亞火災(zāi)、2011年非洲之角旱災(zāi)、2015年緬甸洪澇、2018年阿富汗干旱等40多次重大災(zāi)害開展應(yīng)急監(jiān)測，服務(wù)對象覆蓋全球6大洲的20多個國家（圖3、圖4）。

未來展望

當前我國的防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作進入新時期，面臨新任務(wù)、新使命、新要求，正在加快開展災(zāi)害防治體系和能力現(xiàn)代化建設(shè)。隨著國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃的實施，我國將構(gòu)建形成具有國際先進水平的國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施體系，以衛(wèi)星遙感為代表的空間技術(shù)將成為國家災(zāi)害防治體系現(xiàn)代化建設(shè)的重要支撐手段。未來衛(wèi)星減災(zāi)合作應(yīng)以空間技術(shù)在風險監(jiān)測中的應(yīng)用為重點，強化和拓展合作機制建設(shè)，支持全球減災(zāi)目標評估與實現(xiàn)，積極開展和大力推進空間防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用國際合作，合作共贏，協(xié)力推動我國災(zāi)害防治，也為全球減災(zāi)和人類可持續(xù)發(fā)展貢獻中國智慧與方案。