國(guó)產(chǎn)民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星應(yīng)急服務(wù)

文 ∣ 黃樹松 夏天 趙英芬 易維 中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心

一、引言

我國(guó)是世界上災(zāi)害發(fā)生比較頻繁的國(guó)家之一，目前利用遙感技術(shù)進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)已經(jīng)進(jìn)入新常態(tài)。當(dāng)前我國(guó)遙感衛(wèi)星體系分為陸地、海洋、氣象三大類，在軌衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到100余顆，每年對(duì)多起災(zāi)害事件進(jìn)行觀測(cè)，減少自然災(zāi)害損失數(shù)百億元。

中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心負(fù)責(zé)國(guó)產(chǎn)民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星的運(yùn)行管理工作，自第一顆民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星發(fā)射成功20年來，制定了相對(duì)完善的衛(wèi)星應(yīng)急服務(wù)工作流程和工作機(jī)制，應(yīng)急服務(wù)工作日趨完善。2018年針對(duì)包括東海撞船、大興安嶺地區(qū)火災(zāi)、臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”、金沙江滑坡等在內(nèi)的46起重特大自然災(zāi)害、應(yīng)急事件等調(diào)用衛(wèi)星成像616次，共享各類災(zāi)害數(shù)據(jù)3400余景。2019年，已對(duì)南方雪災(zāi)、四川木里火災(zāi)、江南洪澇、遼寧開原龍卷風(fēng)等68起災(zāi)害或應(yīng)急事件調(diào)用衛(wèi)星成像1470次，共享數(shù)據(jù)6400余景，應(yīng)急服務(wù)呈現(xiàn)常態(tài)化。

二、在軌衛(wèi)星能力概況

我國(guó)在陸地觀測(cè)衛(wèi)星應(yīng)用方面起步較晚，但發(fā)展迅速。自1999年10月第一顆陸地觀測(cè)衛(wèi)星中巴地球資源衛(wèi)星01星（CBERS-01）成功發(fā)射至今，我國(guó)已成功發(fā)射民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星20余顆，包含資源系列、環(huán)境減災(zāi)系列、測(cè)繪系列、高分系列、實(shí)踐系列、電磁衛(wèi)星等。

在空間分辨率方面，我國(guó)民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星涵蓋了高-中-低三個(gè)層次。目前我國(guó)民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星已形成以10米量級(jí)分辨率為主的普查與米級(jí)（亞米級(jí)）分辨率為主的詳查觀測(cè)能力，不同分辨率衛(wèi)星相互補(bǔ)充，可以發(fā)揮最大的應(yīng)用潛能。

在光譜分辨率方面，目前我國(guó)民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星包含光學(xué)衛(wèi)星、高光譜衛(wèi)星、雷達(dá)衛(wèi)星、電磁衛(wèi)星等，衛(wèi)星傳感器譜段涵蓋從可見光到微波譜段。

在時(shí)間分辨率方面，我國(guó)民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星具備全天候、全天時(shí)成像的觀測(cè)能力，在大范圍國(guó)土覆蓋方面：中低分辨率衛(wèi)星（10m以上）：15顆次，1天可以覆蓋全國(guó)一次；中高分辨率衛(wèi)星（2米級(jí)）：11顆次，1周可以覆蓋全國(guó)一次；高分辨率衛(wèi)星（優(yōu)于1m）：2顆次，2個(gè)月可以覆蓋全國(guó)一次。

三、應(yīng)急服務(wù)案例

20年來，我國(guó)陸地觀測(cè)系列衛(wèi)星被廣泛應(yīng)用于國(guó)土資源、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、氣象、電子政務(wù)、統(tǒng)計(jì)、海洋、測(cè)繪、國(guó)家重大工程等領(lǐng)域，為社會(huì)建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。尤其是對(duì)政府來說，遙感數(shù)據(jù)可以提供客觀的科學(xué)數(shù)據(jù)，在政務(wù)管理的各個(gè)方面均可發(fā)揮作用，各個(gè)省區(qū)均在籌建地方大數(shù)據(jù)管理中心等部門，遙感數(shù)據(jù)是各個(gè)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)大數(shù)據(jù)。

在應(yīng)急服務(wù)方面，1999～2008年，由于當(dāng)時(shí)衛(wèi)星數(shù)量較少及對(duì)應(yīng)急救災(zāi)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)較為缺乏，我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星在當(dāng)時(shí)應(yīng)急救災(zāi)過程中發(fā)揮的作用十分有限。從2008年汶川地震發(fā)生后，應(yīng)急救災(zāi)意識(shí)逐步提升，衛(wèi)星數(shù)量逐步增加，環(huán)境減災(zāi)系列、高分專項(xiàng)系列、測(cè)繪系列衛(wèi)星的發(fā)射及在軌運(yùn)行大大提升了我國(guó)應(yīng)急救災(zāi)能力，尤其是在衛(wèi)星資源及應(yīng)急機(jī)制建立方面具有重要意義。

近10年來，我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星在涉及地震、臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)、洪澇、重要會(huì)議、公共安全等自然災(zāi)害、重大事件及國(guó)防服務(wù)中起到了重要保障作用。災(zāi)害發(fā)生之后，利用陸地觀測(cè)衛(wèi)星迅速觀測(cè)受災(zāi)情況，據(jù)此來組織人員轉(zhuǎn)移、開展災(zāi)害救援、災(zāi)后評(píng)估及進(jìn)行災(zāi)后重建。同時(shí)，由于衛(wèi)星每天處于工作狀態(tài)，日積月累獲取的歷史數(shù)據(jù)同樣具有極高的價(jià)值。對(duì)應(yīng)急服務(wù)來說，衛(wèi)星獲取的歷史數(shù)據(jù)可以作為參考對(duì)象，對(duì)災(zāi)害等事件發(fā)生前后的狀況進(jìn)行比對(duì)，從而更加客觀地分析出災(zāi)情信息及后續(xù)情況等。

1.地震災(zāi)害應(yīng)急觀測(cè)

地震造成的災(zāi)害是當(dāng)今危害人類最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。世界上針對(duì)地震的孕育發(fā)生研究仍處于尚不成熟階段，面對(duì)地震發(fā)生時(shí)間的不確定性，地震發(fā)生后對(duì)災(zāi)情進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的判定具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)有關(guān)資料研究表明，震后72小時(shí)內(nèi)是營(yíng)救被困人員的黃金時(shí)期，科學(xué)的震后應(yīng)急救援工作可以贏取寶貴的時(shí)間。

遙感技術(shù)具有快速、大范圍、全天時(shí)等優(yōu)勢(shì)，在災(zāi)后數(shù)據(jù)獲取、應(yīng)急救援、地震災(zāi)害評(píng)估、震后重建等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。衛(wèi)星遙感技術(shù)已經(jīng)在2008年汶川8.0級(jí)地震、2013年蘆山7.0級(jí)地震、2014年魯?shù)?.5級(jí)地震、2015年尼泊爾8.1級(jí)地震、2017年四川九寨溝7.0級(jí)地震、2018年印尼7.4級(jí)地震、2019年四川宜賓地震等事件中得到了廣泛的應(yīng)用。

2014年8月3日16：30，在云南省昭通市魯?shù)榭h（北緯27.1°，東經(jīng)103.3°）發(fā)生6.5級(jí)地震，震源深度12km。中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心隨即調(diào)用所有在軌陸地觀測(cè)衛(wèi)星對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，受天氣等因素的影響，于8月5日獲取災(zāi)區(qū)有效數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星影像可以看出受損道路、滑坡情況、房屋倒塌及堰塞湖分布等災(zāi)情（圖1），這些信息為應(yīng)急救援提供了寶貴的數(shù)據(jù)支撐。

圖1 高分一號(hào)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)云南魯?shù)榈卣?/p>

2.臺(tái)風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急觀測(cè)

近幾年隨著受到全球氣候變暖的影響，臺(tái)風(fēng)的年暴發(fā)頻率及其造成的危害都呈上升趨勢(shì)。中國(guó)位于西北太平洋沿岸，已成為世界上少數(shù)幾個(gè)遭受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一。衛(wèi)星遙感圖像因其覆蓋范圍廣、成像面積大、時(shí)間分辨率高，已成為臺(tái)風(fēng)災(zāi)害損失評(píng)估的有效資料。

圖2 2017年第18號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“泰利”高分四號(hào)衛(wèi)星圖像

圖2為高分四號(hào)衛(wèi)星觀測(cè)的臺(tái)風(fēng)“泰利”。高分四號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)首顆地球同步軌道遙感衛(wèi)星，搭載了一臺(tái)可見光50m/中波紅外400m分辨率、大于400km幅寬的凝視相機(jī)，采用面陣凝視方式成像，具備可見光、多光譜和紅外成像能力，設(shè)計(jì)壽命8年，通過指向控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)及周邊地區(qū)的觀測(cè)。高分四號(hào)衛(wèi)星發(fā)射成功后，已成功監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)24個(gè)。利用高分四號(hào)衛(wèi)星在臺(tái)風(fēng)生成時(shí)對(duì)其進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，可以短時(shí)間內(nèi)獲取臺(tái)風(fēng)中心區(qū)域高分辨率影像，用以判斷臺(tái)風(fēng)走向、強(qiáng)度等信息，大大提高了臺(tái)風(fēng)登陸地點(diǎn)的預(yù)報(bào)精度，為臺(tái)風(fēng)預(yù)警及災(zāi)害防范提供了科學(xué)依據(jù)。

3.森林火災(zāi)應(yīng)急觀測(cè)

森林火災(zāi)，是指失去人為控制，在林地內(nèi)自由蔓延和擴(kuò)展，對(duì)森林、森林生態(tài)系統(tǒng)和人類帶來一定危害和損失的林火行為。森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難。近年來，隨著氣候變暖和人為因素的影響，森林火災(zāi)的頻繁發(fā)生已成為危害森林資源最嚴(yán)重的林業(yè)災(zāi)害之一。它給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大的損失。如果能夠及時(shí)、準(zhǔn)確和有效地監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)，對(duì)減少災(zāi)害損失、保護(hù)森林資源和維護(hù)生態(tài)平衡都具有非常重要的意義。遙感衛(wèi)星的覆蓋范圍廣，時(shí)空分辨率高，在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)中具有非常特殊的能力和潛力。

近年來，我國(guó)大興安嶺地區(qū)、西南地區(qū)時(shí)常發(fā)生森林火災(zāi)，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了極大威脅，同時(shí)森林火災(zāi)撲救過程較為復(fù)雜，有些地方人跡罕至，衛(wèi)星遙感技術(shù)顯得尤為重要。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，目前利用高分四號(hào)衛(wèi)星可以快速進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)，同時(shí)建設(shè)了火災(zāi)自動(dòng)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)森林火險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，火災(zāi)監(jiān)測(cè)從災(zāi)后救援走向了災(zāi)前預(yù)測(cè)。

2019年3月25日13：10，保定市淶源縣白石山鎮(zhèn)發(fā)生森林火災(zāi)，中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心第一時(shí)間調(diào)用高分四號(hào)衛(wèi)星進(jìn)行成像（圖3），獲取了火災(zāi)區(qū)域當(dāng)日的相關(guān)數(shù)據(jù)，并提供給應(yīng)急管理部。

4.公共安全應(yīng)急觀測(cè)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化水平的逐年提高，城市公共安全問題和隱患日益顯現(xiàn)。開展城市公共安全評(píng)價(jià)，有針對(duì)性地采取整改和補(bǔ)強(qiáng)措施，保障城市穩(wěn)定的生活、生產(chǎn)秩序，保障城市公眾生命和財(cái)產(chǎn)的安全，對(duì)城市未來的建設(shè)和健康發(fā)展有重要意義。

圖3 2019年3月25日河北淶源火災(zāi)高分四號(hào)衛(wèi)星圖像

高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)具有大范圍覆蓋、高清晰圖上作業(yè)與地表信息提取的優(yōu)勢(shì)，可以提升動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力。綜合利用多光譜、高光譜和雷達(dá)數(shù)據(jù)，從重點(diǎn)目標(biāo)、消防通道、水源地、交通等各個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，為消防、交管、安保提供技術(shù)支撐。

圖4 2019年3月21日江蘇鹽城爆炸高分一號(hào)D衛(wèi)星圖像

2019年3月21日14：50許，位于江蘇省鹽城市陳家港化工園區(qū)的江蘇天嘉宜化工有限公司發(fā)生爆炸事故。在發(fā)生爆炸后的第一時(shí)間，中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心調(diào)用高分辨率遙感衛(wèi)星對(duì)爆炸區(qū)進(jìn)行成像，并在3月22日獲取了高分一號(hào)D衛(wèi)星有效數(shù)據(jù)（圖4），通過比對(duì)可以看出爆炸形成的坑以及對(duì)周邊建筑物及其他地物的影響。

四、總結(jié)及展望

目前，我國(guó)在軌陸地觀測(cè)衛(wèi)星傳感器豐富多樣，能夠滿足用戶高時(shí)間、高空間、高光譜分辨率數(shù)據(jù)需求，同時(shí)在數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)質(zhì)量等方面得到了大幅提升。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用水平不斷提升以及陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的不斷豐富，在應(yīng)急管理領(lǐng)域，用戶對(duì)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)服務(wù)及陸地觀測(cè)衛(wèi)星大數(shù)據(jù)加工處理等工作提出了新的要求。應(yīng)急管理部組建并提出加快編制應(yīng)急管理衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃，滿足全天時(shí)、全天候、全要素、全球化服務(wù)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)需求，災(zāi)害遙感應(yīng)用從注重災(zāi)后監(jiān)測(cè)評(píng)估向注重災(zāi)前風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變。

隨著國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)重大專項(xiàng)、“十二五”空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃等國(guó)家重大專項(xiàng)工程的順利開展，預(yù)計(jì)2025年我國(guó)民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星總量在軌40顆左右，屆時(shí)將形成優(yōu)于1m的高分辨率衛(wèi)星服務(wù)能力和多尺度、近實(shí)時(shí)觀測(cè)能力，高分?jǐn)?shù)據(jù)自給率顯著提高。