環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星應(yīng)急管理應(yīng)用研究

李素菊 魏振寬 王平 胡凱龍 劉明

(應(yīng)急管理部國(guó)家減災(zāi)中心, 北京 100124)

遙感衛(wèi)星是國(guó)家災(zāi)害事故監(jiān)測(cè)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分[1]，憑借其對(duì)地觀測(cè)的大范圍、長(zhǎng)時(shí)序、多模態(tài)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在事故災(zāi)害災(zāi)前監(jiān)測(cè)預(yù)警、災(zāi)中應(yīng)急救援和災(zāi)后調(diào)查評(píng)估等應(yīng)急管理業(yè)務(wù)中發(fā)揮重要作用。多源可持續(xù)的衛(wèi)星資源是衛(wèi)星遙感應(yīng)急管理業(yè)務(wù)化應(yīng)用的基礎(chǔ)，遙感衛(wèi)星的數(shù)量、種類與響應(yīng)機(jī)制是應(yīng)急服務(wù)時(shí)效與監(jiān)測(cè)能力的決定因素[2]。全球有效運(yùn)行的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)均具有穩(wěn)定并不斷發(fā)展的衛(wèi)星數(shù)據(jù)源[3]?？臻g與重大災(zāi)害國(guó)際憲章具有全球17個(gè)航天機(jī)構(gòu)的270顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)源，自2000年運(yùn)行以來(lái)已經(jīng)針對(duì)131個(gè)國(guó)家的756次災(zāi)害開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)。歐盟哥白尼的應(yīng)急管理服務(wù)項(xiàng)目以“哨兵”(Sentinel)系列衛(wèi)星作為主要數(shù)據(jù)源并已經(jīng)形成全球干旱、林火、洪澇監(jiān)測(cè)預(yù)警和災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)服務(wù)能力[4]。

2008年9月6日環(huán)境減災(zāi)一號(hào)A/B衛(wèi)星的成功發(fā)射與減災(zāi)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)，開(kāi)啟了我國(guó)衛(wèi)星遙感減災(zāi)業(yè)務(wù)應(yīng)用的篇章，其10余年的不斷發(fā)展，遙感衛(wèi)星資源不斷豐富，面向國(guó)家應(yīng)急減災(zāi)的遙感衛(wèi)星與衛(wèi)星遙感體系初步成型[5-6]。環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星作為環(huán)境減災(zāi)一號(hào)A/B衛(wèi)星的后續(xù)業(yè)務(wù)衛(wèi)星，也是國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃實(shí)施以來(lái)首批建設(shè)的業(yè)務(wù)衛(wèi)星項(xiàng)目之一，在載荷設(shè)計(jì)、平臺(tái)配置、多星協(xié)同等方面性能均有明顯優(yōu)化與提升[7]。自2020年9月27日成功發(fā)射以來(lái)，經(jīng)過(guò)在軌測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用，其多載荷、大幅寬、高重訪的觀測(cè)能力在綜合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和大范圍應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)初步體現(xiàn)。自2015年立項(xiàng)建設(shè)到2022年初業(yè)務(wù)使用，經(jīng)歷了我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力建設(shè)轉(zhuǎn)型與應(yīng)急管理體系改革的重大階段，應(yīng)急管理體系建設(shè)也對(duì)環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星發(fā)展與應(yīng)用提出了更高要求。本文在回顧環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星工程論證建設(shè)與測(cè)試應(yīng)用歷程、比較分析同期中分辨光學(xué)衛(wèi)星指標(biāo)性能及特點(diǎn)基礎(chǔ)上，從載荷、單星、多星等不同層面，系統(tǒng)分析了兩顆衛(wèi)星針對(duì)九類應(yīng)急管理典型場(chǎng)景在不同應(yīng)急管理階段的應(yīng)用能力，結(jié)合國(guó)家應(yīng)急管理能力現(xiàn)代化建設(shè)使命要求，進(jìn)一步分析了投入業(yè)務(wù)應(yīng)用后提升監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急減災(zāi)應(yīng)用成效的具體建議與措施。

1 衛(wèi)星項(xiàng)目情況

環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星項(xiàng)目是《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2015-2025年)》實(shí)施建設(shè)的中分辨率遙感衛(wèi)星任務(wù)之一，主要面向國(guó)家應(yīng)急管理、生態(tài)環(huán)境等重大應(yīng)用需求，兼顧自然資源、水利、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、林業(yè)草原、地震等行業(yè)業(yè)務(wù)需求，研制發(fā)射2顆光學(xué)衛(wèi)星，接替環(huán)境減災(zāi)一號(hào)A/B衛(wèi)星，滿足國(guó)家在相關(guān)領(lǐng)域的中分辨率光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)持續(xù)供給的需求。衛(wèi)星工程由衛(wèi)星系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)等六大系統(tǒng)組成，自2015年工程啟動(dòng)到投入業(yè)務(wù)使用至今歷時(shí)近7年，在各方的大力協(xié)同配合下，衛(wèi)星工程實(shí)施進(jìn)展順利，目前衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，持續(xù)地獲取地球陸表多模態(tài)光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

根據(jù)工程實(shí)施情況，總體過(guò)程可劃分為三個(gè)階段：第一階段2015-2016年論證期，主要開(kāi)展工程的論證立項(xiàng)與初步設(shè)計(jì)工作，2015年衛(wèi)星工程可行性研究論證工作啟動(dòng)，2016年衛(wèi)星工程可行性研究報(bào)告和初步設(shè)計(jì)先后得到批復(fù)；第二階段2017年到發(fā)射前為工程建設(shè)期，各系統(tǒng)組織開(kāi)展研制、測(cè)試與集成工作，其中2020年7月28日和8月17日，運(yùn)載火箭系統(tǒng)與衛(wèi)星系統(tǒng)先后通過(guò)出廠評(píng)審；第三階段發(fā)射到投入使用前為測(cè)試期，2020年9月27日兩星成功發(fā)射，接續(xù)開(kāi)展在軌測(cè)試，2021年1月完成與高分一號(hào)、高分六號(hào)衛(wèi)星組網(wǎng)調(diào)軌，2021年7月衛(wèi)星工程通過(guò)在軌測(cè)試總結(jié)評(píng)審，隨后進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用測(cè)試階段，2022年1月衛(wèi)星工程完成在軌交付轉(zhuǎn)入業(yè)務(wù)使用階段。

環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星工程建設(shè)時(shí)期也是推進(jìn)我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，2016年12月《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于推進(jìn)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)體制機(jī)制改革的意見(jiàn)》強(qiáng)調(diào)“兩個(gè)堅(jiān)持、三個(gè)轉(zhuǎn)變”的防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)指導(dǎo)思想。2018年4月，應(yīng)急管理部組建，強(qiáng)化了應(yīng)急工作的綜合管理、全過(guò)程管理和力量資源的優(yōu)化管理，當(dāng)前正在積極推進(jìn)應(yīng)急管理體系和能力現(xiàn)代化，對(duì)衛(wèi)星應(yīng)用能力提出更高要求。為強(qiáng)化環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星應(yīng)用工作，2019年應(yīng)急管理部支持建設(shè)國(guó)家減災(zāi)中心防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)急管理衛(wèi)星綜合應(yīng)用系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星研制與應(yīng)用同步，應(yīng)用系統(tǒng)本著邊建設(shè)邊應(yīng)用原則，有力支撐衛(wèi)星應(yīng)急應(yīng)用的在軌測(cè)試、專題服務(wù)和日常監(jiān)測(cè)，目前針對(duì)環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星數(shù)據(jù)，已經(jīng)具備管理處理、信息提取、分析服務(wù)等業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)能力，形成應(yīng)急管理應(yīng)用產(chǎn)品體系，并在2021年河南鄭州“7·20”特大暴雨災(zāi)害和冬奧會(huì)賽區(qū)的災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮有效作用。

圖1 環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星項(xiàng)目歷程Fig.1 History of HJ-2A/B satellites project

2 衛(wèi)星觀測(cè)特點(diǎn)

面向應(yīng)急管理的遙感衛(wèi)星觀測(cè)能力主要考慮觀測(cè)要素、觀測(cè)精度、覆蓋寬度、重訪周期等因素，其中觀測(cè)要素和觀測(cè)精度決定典型要素的識(shí)別能力，主要取決于衛(wèi)星的載荷類型、譜段設(shè)置和空間分辨率，覆蓋范圍和重訪周期決定了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)頻次和應(yīng)急響應(yīng)時(shí)效，主要取決于軌道設(shè)計(jì)和組網(wǎng)策略。環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星在繼承環(huán)境減災(zāi)一號(hào)A/B衛(wèi)星的多載荷、大幅寬、雙星組網(wǎng)等特點(diǎn)基礎(chǔ)上，全面優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)雙星載荷配置一致，可見(jiàn)光、紅外和高光譜載荷的光譜范圍、光譜分辨率、空間分辨率、量化位數(shù)等指標(biāo)均有較大提升，并與在軌高分一號(hào)、高分六號(hào)衛(wèi)星組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)16 m相機(jī)1天全球覆蓋，觀測(cè)能力大幅提升。與在軌其他國(guó)內(nèi)外常用的同類中分辨率衛(wèi)星相比，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星在多模態(tài)、全譜段、大覆蓋、高重訪觀測(cè)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。在軌同類衛(wèi)星主要指標(biāo)表見(jiàn)表1。

從單型載荷看，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星的可見(jiàn)光多光譜相機(jī)可用于大范圍地表覆蓋與土地利用情況監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步還可以開(kāi)展水體、植被、冰、雪等自然要素及建成區(qū)、大型水庫(kù)、露天礦山等人工地物目標(biāo)識(shí)別與分布情況監(jiān)測(cè)。覆蓋近中長(zhǎng)紅外譜段的紅外相機(jī)則在土壤濕度、地表溫度反演和熱異常點(diǎn)識(shí)別方面具有監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)。高光譜相機(jī)則可用于森林、農(nóng)作物、露天礦物等類型的精準(zhǔn)識(shí)別。3個(gè)載荷協(xié)同對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行同步多模態(tài)觀測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理與信息融合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)同一區(qū)域的地表環(huán)境、精細(xì)地物分類、大型目標(biāo)位置形態(tài)等幾何特性、地表溫度與土壤濕度等物理特性的多維監(jiān)測(cè)。雙星協(xié)同則具備全球范圍2天一次的重訪能力，再加上與高分一號(hào)、高分六號(hào)等4星協(xié)同具備每天1次的重訪能力。環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星的高效多維觀測(cè)能力，為常態(tài)條件下全球、全國(guó)、重點(diǎn)區(qū)域的地表環(huán)境與典型要素的定期監(jiān)測(cè)提供條件，應(yīng)急條件下，通過(guò)與其他衛(wèi)星協(xié)同，可提升洪澇、林火等大范圍災(zāi)害事故的監(jiān)測(cè)時(shí)效與頻次。

表1 在軌同類衛(wèi)星主要指標(biāo)表Table 1 Main indicators of similar satellites in orbit

3 應(yīng)急管理應(yīng)用

衛(wèi)星遙感應(yīng)急管理應(yīng)用主要由4部分組成：①應(yīng)急管理業(yè)務(wù)場(chǎng)景，是衛(wèi)星應(yīng)用的目標(biāo)，也是衛(wèi)星觀測(cè)規(guī)劃的依據(jù)，主要涉及自然災(zāi)害和安全生產(chǎn)領(lǐng)域的常態(tài)監(jiān)測(cè)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)兩類場(chǎng)景；②遙感衛(wèi)星資源，是應(yīng)急管理應(yīng)用的基礎(chǔ)與輸入，其類型不同觀測(cè)能力也不同，應(yīng)急條件下通常多星協(xié)同使用，提升綜合觀測(cè)能力；③應(yīng)用系統(tǒng)，是衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)的載體，需具備數(shù)據(jù)接入管理、信息處理分析、產(chǎn)品生產(chǎn)服務(wù)等全鏈條功能與技術(shù)實(shí)現(xiàn)；④機(jī)制模式，是應(yīng)急應(yīng)用的保障，也是衛(wèi)星遙感在應(yīng)急管理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效、規(guī)范、業(yè)務(wù)化應(yīng)用的關(guān)鍵，通常涉及業(yè)務(wù)流程、服務(wù)規(guī)范、協(xié)調(diào)機(jī)制和有關(guān)政策等。衛(wèi)星類型與觀測(cè)能力不同，其數(shù)據(jù)的模態(tài)、格式、規(guī)模不同，處理分析方法和產(chǎn)品服務(wù)模式不同，適用應(yīng)用的業(yè)務(wù)場(chǎng)景有所區(qū)別，如圖2所示。

圖2 環(huán)境減災(zāi)二號(hào)衛(wèi)星應(yīng)急管理應(yīng)用構(gòu)成Fig.2 Composition of emergency management application of HJ-2A/B satelltes

3.1 應(yīng)用場(chǎng)景

衛(wèi)星應(yīng)用以要可識(shí)別要素為核心，在對(duì)其有關(guān)屬性進(jìn)行識(shí)別提取、變化檢測(cè)、趨勢(shì)分析基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景開(kāi)展具體應(yīng)用。環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星的中分辨率、光學(xué)多模態(tài)遙感、大范圍覆蓋、2天重訪和全球觀測(cè)特點(diǎn)，使其在以水體、植被、冰雪、溫度熱異常、土壤濕度等要素為核心的洪澇、森林草原火災(zāi)、干旱等相關(guān)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)要素識(shí)別、定期監(jiān)測(cè)和災(zāi)害范圍及變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，還可以用于全球、全國(guó)、重點(diǎn)區(qū)域的建成區(qū)、堰塞湖、大尺度滑坡、大型尾礦庫(kù)、水庫(kù)、露天礦山等地物目標(biāo)的大范圍定期更新，應(yīng)急條件下可用于對(duì)災(zāi)區(qū)相關(guān)要素的快速識(shí)別與變化檢測(cè)等方面，同時(shí)，其每2天的全球觀測(cè)能力使其在國(guó)際大范圍災(zāi)害監(jiān)測(cè)方面具有特色。衛(wèi)星應(yīng)用還可以與其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合，提升信息識(shí)別精度與應(yīng)急協(xié)同時(shí)效。

3.2 應(yīng)用系統(tǒng)

針對(duì)環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星大數(shù)據(jù)量、模態(tài)多樣、場(chǎng)景復(fù)雜和業(yè)務(wù)化服務(wù)特點(diǎn)，國(guó)家減災(zāi)中心已經(jīng)初步建成應(yīng)用系統(tǒng)并具備業(yè)務(wù)化服務(wù)能力。系統(tǒng)采用私有云計(jì)算架構(gòu)研發(fā)，強(qiáng)化了數(shù)據(jù)自動(dòng)接入管理、高效處理分析和穩(wěn)定監(jiān)測(cè)服務(wù)等能力。系統(tǒng)總體框架分為四層，其中：①平臺(tái)層具備PB級(jí)存儲(chǔ)與高性能計(jì)算等系統(tǒng)支撐功能；②數(shù)據(jù)層實(shí)影像數(shù)據(jù)的自動(dòng)接入、高級(jí)處理與綜合管理功能；③業(yè)務(wù)應(yīng)用層包括要素目標(biāo)監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)綜合監(jiān)測(cè)和災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)等三類主體業(yè)務(wù)；④服務(wù)層則包括產(chǎn)品制作、可視化表達(dá)與多平臺(tái)接入等能力。針對(duì)環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星數(shù)據(jù)特點(diǎn)，常態(tài)條件下的數(shù)據(jù)規(guī)?；呔忍幚?、典型要素信息的精準(zhǔn)高效提取、風(fēng)險(xiǎn)隱患信息遙感識(shí)別等技術(shù)是關(guān)鍵，分別支撐多模態(tài)高精度影像產(chǎn)品生產(chǎn)、應(yīng)急管理典型要素監(jiān)測(cè)和綜合風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)應(yīng)用；應(yīng)急條件下災(zāi)區(qū)環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的快速處理、信息融合分析與產(chǎn)品即時(shí)服務(wù)等技術(shù)是關(guān)鍵。

3.3 服務(wù)產(chǎn)品

從產(chǎn)品形式劃分，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星在應(yīng)急管理領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品按照處理分析可以分為數(shù)據(jù)產(chǎn)品、信息產(chǎn)品和專題產(chǎn)品等三類。數(shù)據(jù)產(chǎn)品基于不同載荷遙感數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)正射校正等處理生產(chǎn)，主要產(chǎn)品包括年度全球16 m可見(jiàn)光多光譜影像產(chǎn)品，季度全國(guó)、重點(diǎn)區(qū)域的16 m多光譜影像和紅外影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品，重點(diǎn)區(qū)域的年度高光譜影像產(chǎn)品。信息產(chǎn)品基于遙感數(shù)據(jù)經(jīng)提取或反演的地物目標(biāo)或參數(shù)指數(shù)類信息，包括地表覆蓋和典型承災(zāi)體地物目標(biāo)，以及火點(diǎn)、滑坡體、尾礦庫(kù)等災(zāi)害隱患要素類信息，和植被指數(shù)、水體指數(shù)、土壤濕度、地表溫度等參數(shù)信息。專題產(chǎn)品包括以環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源的單災(zāi)種風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、以衛(wèi)星信息產(chǎn)品為補(bǔ)充數(shù)據(jù)源的綜合風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和以衛(wèi)星為協(xié)同資源的應(yīng)急監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。

3.4 機(jī)制模式

與衛(wèi)星特點(diǎn)相適應(yīng)的運(yùn)行機(jī)制與服務(wù)模式，是保障衛(wèi)星應(yīng)急應(yīng)用業(yè)務(wù)化與遙感服務(wù)高效精準(zhǔn)的關(guān)鍵。針對(duì)環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星二號(hào)A/B衛(wèi)星與應(yīng)急管理業(yè)務(wù)場(chǎng)景，已經(jīng)建立覆蓋業(yè)務(wù)需求提出、衛(wèi)星數(shù)據(jù)申請(qǐng)獲取、產(chǎn)品生產(chǎn)服務(wù)、定期評(píng)估反饋等環(huán)節(jié)的閉環(huán)運(yùn)行機(jī)制，并對(duì)其中每個(gè)環(huán)節(jié)的責(zé)任主體、工作內(nèi)容、工作要求予以明確，為衛(wèi)星監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的穩(wěn)定可持續(xù)提供保障。運(yùn)行模式方面，針對(duì)應(yīng)急管理常態(tài)與應(yīng)急兩種場(chǎng)景和環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星穩(wěn)定數(shù)據(jù)獲取與大范圍動(dòng)態(tài)觀測(cè)能力，建立了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)定期監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)模式和事件驅(qū)動(dòng)的衛(wèi)星應(yīng)急監(jiān)測(cè)模式。

4 應(yīng)用案例

環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星從在軌測(cè)試階段開(kāi)始即結(jié)合應(yīng)急管理實(shí)際開(kāi)展監(jiān)測(cè)應(yīng)用，一年多來(lái)，已經(jīng)在黃河冰凌等典型災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)要素監(jiān)測(cè)、洪澇等大范圍災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)和冬奧會(huì)賽場(chǎng)安全保障監(jiān)測(cè)中作為主要或補(bǔ)充數(shù)據(jù)源得到應(yīng)用。

4.1 黃河寧蒙段冰凌動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

黃河寧蒙段地處河套平原，受緯度差異、同期上下游溫差大、封開(kāi)河倒序等因素影響，冬春季容易發(fā)生凌汛災(zāi)害，是黃河防凌的重要河段，及時(shí)掌握河道結(jié)冰情況可為防凌工作提供直觀信息參考[8]。2021年12月22日—2022年3月8日，利用環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星的可見(jiàn)光多光譜相機(jī)的大幅寬影像數(shù)據(jù)，并結(jié)合高分一號(hào)和高分六號(hào)衛(wèi)星的寬幅相機(jī)影像數(shù)據(jù)，對(duì)黃河寧蒙段的封河和流凌情況進(jìn)行了8次不定期監(jiān)測(cè)，其中環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星監(jiān)測(cè)6次，高分一號(hào)和六號(hào)衛(wèi)星各監(jiān)測(cè)1次，如圖3所示影像上可清晰識(shí)別完全封凍、部分封凍河段和遍布其中的流凌河段，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)封河初期封凍河段較短而流凌河段較長(zhǎng)，封河中期封凍河段較長(zhǎng)而流凌較少。由此可見(jiàn)，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星作為主要數(shù)據(jù)源可以對(duì)大范圍、持續(xù)數(shù)月、每天動(dòng)態(tài)變化的黃河冰凌情況開(kāi)展業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)。

圖3 黃河寧蒙段冰凌動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)Fig.3 Dynamic monitoring of ice jam of Yellow River

4.2 國(guó)內(nèi)外重大災(zāi)害應(yīng)急協(xié)同監(jiān)測(cè)

環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星的大幅寬、48 h重訪、全球化監(jiān)測(cè)、組網(wǎng)觀測(cè)等使其在國(guó)內(nèi)外洪澇、林火等大范圍災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中具有優(yōu)勢(shì)。2021年7月17—23日，河南省因極端暴雨導(dǎo)致嚴(yán)重城市內(nèi)澇、河流洪水、山洪滑坡等多災(zāi)并發(fā)，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[9]。國(guó)家減災(zāi)中心啟動(dòng)多源衛(wèi)星應(yīng)急監(jiān)測(cè)機(jī)制，利用環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B、高分一號(hào)系列、高分三號(hào)、高分六號(hào)、哨兵一號(hào)等10顆衛(wèi)星，7月21日—8月1日連續(xù)12天，以鄭州市及周邊和河南中北部區(qū)域洪澇災(zāi)情為重點(diǎn)開(kāi)展每日動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其中7月24日和31日環(huán)境減災(zāi)二號(hào)B星和A星分別獲取災(zāi)區(qū)有效數(shù)據(jù)，主要對(duì)河南中北部的洪澇范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并分別與2 m分辨率的高分一號(hào)C和高分一號(hào)B衛(wèi)星協(xié)同，同時(shí)對(duì)潰堤漫堤、被淹城鎮(zhèn)村莊等情況開(kāi)展精細(xì)監(jiān)測(cè)。如圖4所示，每日監(jiān)測(cè)產(chǎn)品為河南暴雨洪澇災(zāi)害的總體態(tài)勢(shì)及重災(zāi)區(qū)研判提供參考。

2022年5月18日，巴基斯坦俾路支省萊曼山區(qū)發(fā)生山火，20日附近山區(qū)出現(xiàn)第2個(gè)火場(chǎng)，該地區(qū)是全球最大的松子產(chǎn)地[10]，火災(zāi)燒毀大面積森林并造成3人死亡3人重傷。利用5月18日高分一號(hào)、5月20日和24日高分六號(hào)和5月23日環(huán)境減災(zāi)二號(hào)B衛(wèi)星數(shù)據(jù)，國(guó)家減災(zāi)中心對(duì)第2個(gè)火場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可清晰識(shí)別火點(diǎn)、火線、煙霧及蔓延方向、火燒跡地面積等信息，并對(duì)火災(zāi)發(fā)生發(fā)展進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)。如圖5所示，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品為國(guó)際應(yīng)急救援決策提供有效信息參考。

圖4 河南洪澇災(zāi)害范圍監(jiān)測(cè)Fig.4 Monitoring of flood disaster scope in Henan province

圖5 巴基斯坦火災(zāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)Fig.5 Dynamic monitoring of forest fire in Pakistan

4.3 北京冬奧會(huì)賽區(qū)安全保障自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)

2022年北京冬奧會(huì)場(chǎng)館設(shè)在北京市區(qū)、延慶和河北張家口的兩地三個(gè)賽區(qū)，自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警是冬奧賽區(qū)安全保障的任務(wù)之一，針對(duì)賽區(qū)內(nèi)可能存在的森林草原火災(zāi)、低溫雨雪冰凍、地震地質(zhì)、洪澇、干旱等自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)[11]，自2021年初起，即利用長(zhǎng)時(shí)序多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)定期開(kāi)展自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)遙感監(jiān)測(cè)，其中利用環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星的多模態(tài)遙感特點(diǎn)，基于其紅外數(shù)據(jù)主要開(kāi)展了賽區(qū)的地表溫度反演、積雪范圍監(jiān)測(cè)和熱異常點(diǎn)識(shí)別(圖6)；基于可見(jiàn)光多光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合高分一號(hào)和高分六號(hào)衛(wèi)星寬幅相機(jī)數(shù)據(jù)，對(duì)密云水庫(kù)、官?gòu)d水庫(kù)近5年同期的水面面積及變化情況開(kāi)展定期監(jiān)測(cè)(圖7)。業(yè)務(wù)工作中，衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃采用定期定點(diǎn)觀測(cè)模式，產(chǎn)品生產(chǎn)按照數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基本要素定量提取與定期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)模式，對(duì)環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星針對(duì)固定區(qū)域的多模態(tài)遙感、定量化監(jiān)測(cè)及長(zhǎng)時(shí)序協(xié)同精細(xì)應(yīng)用能力進(jìn)行了初步探索。

圖6 北京冬奧會(huì)場(chǎng)館溫度反演監(jiān)測(cè)Fig.6 Temperature inversion monitoring of Beijing Winter Olympic venues

圖7 北京冬奧會(huì)積雪范圍遙感監(jiān)測(cè)Fig.7 Remote sensing monitoring of snow cover in Beijing Winter Olympics

5 結(jié)束語(yǔ)

環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星作為我國(guó)民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的中分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星星座組成，在工程項(xiàng)目的論證建設(shè)與應(yīng)用實(shí)施的過(guò)程中，充分體現(xiàn)需求牽引、繼承發(fā)展的理念和一星多用、多星組網(wǎng)的原則，按照系統(tǒng)工程方式開(kāi)展建設(shè)管理，保證了工程建設(shè)與應(yīng)用的順利實(shí)施。衛(wèi)星工程的建設(shè)歷經(jīng)我國(guó)應(yīng)急管理部組建和推進(jìn)應(yīng)急管理體系與能力現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程，對(duì)提升衛(wèi)星應(yīng)急管理服務(wù)水平提出新高要求。作為衛(wèi)星工程的重要組成，應(yīng)急管理應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)充分考慮全災(zāi)種大應(yīng)急特點(diǎn)，在系統(tǒng)梳理典型應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)要求基礎(chǔ)上根據(jù)兩顆衛(wèi)星特點(diǎn)構(gòu)建了監(jiān)測(cè)產(chǎn)品體系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)服務(wù)的全流程功能，強(qiáng)化多模態(tài)遙感數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理和定量化監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)。應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)在軌測(cè)試和業(yè)務(wù)實(shí)際驗(yàn)證，初步具備環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理管理與針對(duì)應(yīng)急管理典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景的監(jiān)測(cè)服務(wù)能力。

環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星雖然已經(jīng)納入應(yīng)用管理監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)，但其多模態(tài)、大范圍、定量化、全球化監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)尚未充分發(fā)揮，實(shí)際應(yīng)用中存在數(shù)據(jù)利用率低、信息挖掘不充分、趨勢(shì)分析程度低、全球監(jiān)測(cè)服務(wù)少等問(wèn)題，針對(duì)以上問(wèn)題需要在技術(shù)和模式方面同步提升和完善。具體包括提升大范圍不同尺度紅外和可見(jiàn)光數(shù)據(jù)規(guī)?；幚砟芰12]，完善面向不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的定期監(jiān)測(cè)時(shí)空頻次與數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)流程，提升數(shù)據(jù)利用率；強(qiáng)化典型要素遙感特征研究與同時(shí)空多模態(tài)遙感信息融合增強(qiáng)方法研究，建立基于環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星的典型應(yīng)急要素目標(biāo)的多模態(tài)定量遙感監(jiān)測(cè)策略，提升信息挖掘廣度與精度；立足體系化應(yīng)用理念[13]，根據(jù)災(zāi)害發(fā)生發(fā)展規(guī)律確定災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)急遙感基本變量，開(kāi)展基于環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的時(shí)空趨勢(shì)研究，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化衛(wèi)星觀測(cè)模式與業(yè)務(wù)模式，提升對(duì)應(yīng)急減災(zāi)決策的支撐效率與服務(wù)水平；加大環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星與高分一號(hào)、六號(hào)衛(wèi)星的16 m多光譜有效數(shù)據(jù)產(chǎn)品的全球覆蓋、定期更新與開(kāi)放服務(wù)，著力加強(qiáng)數(shù)據(jù)的一致性處理并于國(guó)際用戶的進(jìn)一步深化應(yīng)用，依托聯(lián)合國(guó)災(zāi)害管理與應(yīng)急反應(yīng)天基信息平臺(tái)(UN-SPIDER)、地球觀測(cè)組織(GEO)等國(guó)際機(jī)制加大全球數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用推廣力度，為國(guó)際應(yīng)急減災(zāi)提供穩(wěn)定可持續(xù)全球數(shù)據(jù)產(chǎn)品[14]。

環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A/B衛(wèi)星是我國(guó)環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星系列第二代光學(xué)衛(wèi)星，也是“十四五”國(guó)家應(yīng)急體系規(guī)劃確定的應(yīng)急衛(wèi)星星座與監(jiān)測(cè)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)重要組成，后續(xù)將在深化在軌衛(wèi)星應(yīng)用水平基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮未來(lái)我國(guó)衛(wèi)星體系化發(fā)展與應(yīng)急管理領(lǐng)域與其他手段一體化應(yīng)用特點(diǎn)，面向應(yīng)急管理精準(zhǔn)治理要求，定量確定其具體應(yīng)用環(huán)節(jié)與貢獻(xiàn)，推動(dòng)衛(wèi)星發(fā)揮最大效能基礎(chǔ)上為下一代衛(wèi)星論證與方案設(shè)計(jì)提供借鑒。