珠海一號(hào)衛(wèi)星及其綜合應(yīng)用

文│李先怡 顏軍 顏志宇 蔣曉華 潘申林 吳佳奇

珠海歐比特宇航科技股份有限公司/珠海歐比特衛(wèi)星大數(shù)據(jù)有限公司

珠海一號(hào)衛(wèi)星星座具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，全球特定目標(biāo)實(shí)現(xiàn)每天平均不少于3 次重訪。2 顆空間分辨率0.9m 視頻衛(wèi)星，全年數(shù)據(jù)獲取總量8PB；單顆OVS-2 視頻衛(wèi)星全年圖像數(shù)據(jù)采集覆蓋面積32000 萬(wàn)平方千米，全年視頻數(shù)據(jù)獲取覆蓋面積100 萬(wàn)平方千米。8 顆高光譜衛(wèi)星組網(wǎng)，2 天半左右可覆蓋全球、對(duì)特定區(qū)域1 天重訪，全年數(shù)據(jù)采集總量可達(dá)5.6PB；單顆OHS 衛(wèi)星采集高光譜數(shù)據(jù)覆蓋面積可達(dá)218800 萬(wàn)平方千米，大幅度提高星座采集遙感數(shù)據(jù)的能力。

2. 珠海一號(hào)高光譜衛(wèi)星

珠海一號(hào)高光譜衛(wèi)星采用推掃成像方式，單次成像范圍：150×400（km/分鐘），空間分辨率10m，光譜分辨率2.5nm，波長(zhǎng)范圍400—1000nm，星上載荷支持獲取256 波段。由于受壓縮和存儲(chǔ)限制，選取其中32 波段下傳（可以上注指令，自定義選擇其他波譜段進(jìn)行下傳），重量為71kg。目前，單顆高光譜衛(wèi)星重訪周期為6 天，8 顆高光譜衛(wèi)星綜合重訪周期約為1 天。

珠海一號(hào)高光譜衛(wèi)星自主可控、實(shí)現(xiàn)任務(wù)隨下隨拍，數(shù)據(jù)采集能力強(qiáng)，重返周期短，地物分析能力突出，空間分辨率最高，可解決我國(guó)在高光譜數(shù)據(jù)上的短缺問題，為開展高光譜遙感數(shù)據(jù)在農(nóng)林牧草、生態(tài)環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供數(shù)據(jù)支持。

3.珠海一號(hào)視頻衛(wèi)星

珠海一號(hào)視頻衛(wèi)星（OVS2/3）采用單面陣Bayer 模板成像，具備2 種成像方式：凝視視頻模式和圖像推掃模式，分辨率均為0.9m。每軌單次最長(zhǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間約6 分鐘。

三、珠海一號(hào)衛(wèi)星應(yīng)用成效

珠海一號(hào)星座數(shù)據(jù)尤其是高光譜數(shù)據(jù)以其高空間、高光譜、高時(shí)間分辨率等特點(diǎn)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)環(huán)境、自然資源等領(lǐng)域取得廣泛的應(yīng)用。目前根據(jù)市場(chǎng)訂單和特別用戶需要，安全有序開展數(shù)據(jù)采集工作，對(duì)全國(guó)乃至全球進(jìn)行覆蓋數(shù)據(jù)獲取。珠海一號(hào)在全國(guó)已完成幾乎全境覆蓋，部分熱點(diǎn)地區(qū)完成多次覆蓋，如珠海、湖南、廣西、河南、四川等地。

1. 數(shù)據(jù)共享

為了有效推動(dòng)高光譜數(shù)據(jù)在各行業(yè)中的應(yīng)用及相關(guān)智能提取與識(shí)別算法、模型的研發(fā)發(fā)展，歐比特公司聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，研制推出歐比特10m 高光譜全球共享數(shù)據(jù)集。

該數(shù)據(jù)集時(shí)間段為2018 年開始至今，原始數(shù)據(jù)由8 顆珠海一號(hào)高光譜衛(wèi)星采集，共約256 萬(wàn)景L1B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)覆蓋全球，面積約為6400 萬(wàn)平方千米，數(shù)據(jù)量約3750TB；通過國(guó)家對(duì)地觀測(cè)科學(xué)數(shù)據(jù)中心、高光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)開放共享與應(yīng)用合作計(jì)劃網(wǎng)站和歐比特珠海一號(hào)遙感數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)等對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者開放共享。

數(shù)據(jù)申請(qǐng)?jiān)诰€訪問地址為：https://ohs.obtdata.com/hyperspectral-data-opening/；https://www.obtdata.com/#/index。

2. 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

農(nóng)作物生長(zhǎng)在農(nóng)業(yè)發(fā)展中占據(jù)著重要作用，對(duì)農(nóng)作物的精準(zhǔn)識(shí)別和分類是進(jìn)一步開展農(nóng)作物面積、種類、長(zhǎng)勢(shì)等分析的基礎(chǔ)，對(duì)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)調(diào)查、農(nóng)作物產(chǎn)量估測(cè)和災(zāi)害監(jiān)測(cè)等有著重要的意義。高光譜遙感圖譜合一的特征可有效應(yīng)用于農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、作物分類、調(diào)查評(píng)估等方面。珠海一號(hào)高光譜數(shù)據(jù)因具有豐富的空間、輻射和光譜三重信息，能獲取作物目標(biāo)的精細(xì)光譜特征，在農(nóng)作物種植混雜的區(qū)域，對(duì)不同作物類型精準(zhǔn)識(shí)別以及高精度信息提取具有明顯的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合不同作物的光譜、物候和紋理等信息，以高分辨率、高光譜遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，提取農(nóng)作物品種（水稻、果樹、苗木、蔬菜）的種植分布情況，統(tǒng)計(jì)其具體位置及面積，如圖2 所示。

圖2 作物品種分布監(jiān)測(cè)專題圖

3. 災(zāi)害應(yīng)急保障

災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)在全球范圍內(nèi)備受重視，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)災(zāi)害發(fā)生地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可在最短的時(shí)間內(nèi)掌握災(zāi)害發(fā)生位置和分布范圍，是災(zāi)害損失快速與綜合評(píng)估重要保障，為應(yīng)急救助和災(zāi)后重建提供技術(shù)支撐。珠海一號(hào)衛(wèi)星以其高時(shí)相—高空間分辨率特點(diǎn)，在災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方面發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能夠提供的衛(wèi)星應(yīng)急保障服務(wù)包括：林火監(jiān)測(cè)：對(duì)受災(zāi)區(qū)域近實(shí)時(shí)標(biāo)繪、受災(zāi)程度評(píng)估、災(zāi)后損失評(píng)估等；暴雨洪澇：洪澇災(zāi)情狀況、受災(zāi)評(píng)估；蟲害監(jiān)測(cè)：受災(zāi)范圍和程度，輔助評(píng)估和預(yù)測(cè)蝗害；氣象災(zāi)害：臺(tái)風(fēng)、泥石流等災(zāi)前災(zāi)后分析；以及安防國(guó)防軍事等。

（1）四川攀枝花山火應(yīng)急監(jiān)測(cè)

2020 年3 月5 日下午，四川省攀枝花市東區(qū)阿署達(dá)至機(jī)場(chǎng)路段突發(fā)山火。歐比特迅速響應(yīng)調(diào)動(dòng)珠海一號(hào)高光譜衛(wèi)星星座對(duì)山火區(qū)域進(jìn)行拍攝，基于遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行山火分布識(shí)別提取，為相關(guān)部門提供數(shù)據(jù)支持（圖3）。

圖3 攀枝花山火應(yīng)急監(jiān)測(cè)

（2）印尼山洪應(yīng)急監(jiān)測(cè)

2021 年4 月4 日，印度尼西亞東努沙登加拉省發(fā)生山洪和泥石流災(zāi)害。歐比特第一時(shí)間響應(yīng)中國(guó)GEO 全球?yàn)?zāi)害數(shù)據(jù)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，安排珠海一號(hào)視頻衛(wèi)星拍攝計(jì)劃，免費(fèi)提供災(zāi)前歷史數(shù)據(jù)和災(zāi)后數(shù)據(jù)至國(guó)家綜合地球觀測(cè)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，提供給聯(lián)合國(guó)亞太經(jīng)濟(jì)與社會(huì)委員會(huì)、印尼航空航天研究院和地球觀測(cè)組織等，用于了解災(zāi)區(qū)基本情況，在第一時(shí)間獲取災(zāi)害發(fā)生的位置、等級(jí)等災(zāi)害基本信息（圖4）。

圖4 印尼洪災(zāi)影響區(qū)域分布

4. 自然資源領(lǐng)域

自然資源監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)自然資源部的相關(guān)工作內(nèi)容進(jìn)行劃分，涉及水林田湖草海的總量控制和變化。珠海一號(hào)星座在自然資源領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用服務(wù)具體包括以下幾個(gè)方面。

（1）國(guó)土資源監(jiān)測(cè)

國(guó)土資源監(jiān)測(cè)是使用高空間分辨率衛(wèi)星影像結(jié)合高光譜衛(wèi)星影像監(jiān)測(cè)國(guó)土資源分布，利用計(jì)算機(jī)解譯方法結(jié)合目視解譯方法提取出陸域范圍內(nèi)各類國(guó)土資源利用類型，制作土地利用現(xiàn)狀分類圖，摸清國(guó)土資源利用現(xiàn)狀，為國(guó)土部門管理提供輔助支持。根據(jù)調(diào)查的國(guó)土資源分類標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建國(guó)土資源分類體系，確定需要?jiǎng)澐值念悇e，利用高光譜影像數(shù)據(jù)光譜信息豐富的特性，從地物的光譜特征和形狀紋理特征多方面構(gòu)建地物分類特征變量，構(gòu)建國(guó)土資源分類方法體系對(duì)各地區(qū)國(guó)土資源進(jìn)行分類提取。

（2）森林資源監(jiān)測(cè)

森林資源監(jiān)測(cè)主要分為森林分布監(jiān)測(cè)和森林健康監(jiān)測(cè)。森林分布主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為森林分布位置、分布范圍、面積等信息。珠海一號(hào)高光譜數(shù)據(jù)特定的光譜區(qū)域和連續(xù)的光譜特征，可以提高森林植被識(shí)別精度。森林健康監(jiān)測(cè)是通過對(duì)不同類型植被的生物物理化學(xué)成分含量的估算獲得較為精細(xì)的植被生態(tài)學(xué)信息，充分利用高光譜數(shù)據(jù)豐富的光譜特性，監(jiān)測(cè)森林健康問題，實(shí)現(xiàn)遙感領(lǐng)域?qū)ι纸】涤行У?、大尺度的高精度評(píng)估，生成森林健康評(píng)價(jià)專題圖，為相關(guān)部門管理提供輔助支持。例如，以2020 年10 月22 日珠海一號(hào)高光譜數(shù)據(jù)為遙感數(shù)據(jù)源綜合野外調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)湖南省衡陽(yáng)市衡南縣森林資源進(jìn)行識(shí)別提取，統(tǒng)計(jì)分析森林分布位置及面積，實(shí)現(xiàn)了森林資源監(jiān)測(cè)半自動(dòng)化生產(chǎn)，提高了林業(yè)調(diào)查和監(jiān)測(cè)的精度和效率（圖5）；以珠海一號(hào)高光譜數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，各類遙感植被指數(shù)構(gòu)建的綜合評(píng)價(jià)體系為主體監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)珠海市森林健康評(píng)估半自動(dòng)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)流程，通過遙感手段及時(shí)宏觀地評(píng)估珠海市區(qū)內(nèi)森林生態(tài)的健康程度（健康、亞健康、較健康、不健康），并制作珠海市森林健康度評(píng)價(jià)專題圖,為珠海市森林生態(tài)保護(hù)建設(shè)提供參考。

圖5 衡南縣森林資源監(jiān)測(cè)

（3）園林綠化監(jiān)測(cè)

城市市區(qū)園林的分布具有面積小、分布零散的特點(diǎn)，要從遙感影像上提取出城市市區(qū)的綠化植被的分布范圍，需要影像有較高的分辨率，從而盡量減小混合像元的干擾，提高城市園林綠化用地的提取精度。以2020 年9 月4 日珠海一號(hào)高光譜數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源結(jié)合高分辨率遙感影像提取山東省聊城市建成區(qū)范圍內(nèi)綠化用地，包括道路綠化、公園綠地、居民地綠地、濱水綠地及其他綠化。從宏觀上監(jiān)測(cè)城市綠地結(jié)構(gòu)布局，計(jì)算城市綠量、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)城市環(huán)境，為城市綠地的資源調(diào)查、質(zhì)量評(píng)估及精細(xì)化管理提供科學(xué)高效的技術(shù)支撐（圖6）。

圖6 2020 年聊城城市綠地監(jiān)測(cè)

（4）濕地資源監(jiān)測(cè)

濕地資源包括河流、庫(kù)塘、沼澤、濱海等濕地類型，儲(chǔ)存了大量的水資源。高光譜遙感目前在濕地植被監(jiān)測(cè)、精細(xì)分類、生物量估算等方面得到了較好應(yīng)用，在濕地水體提取、湖泊邊界劃分及水位線提取等方面也取得了系列成果。圖7 以珠海市淇澳島為監(jiān)測(cè)區(qū)域，將地物類型劃分為紅樹林、建筑、坑塘水面、林地、裸地、水域、沼澤，對(duì)淇澳島區(qū)域進(jìn)行精細(xì)分類。

圖7 珠海淇澳島濕地資源監(jiān)測(cè)

四、結(jié)束語(yǔ)

珠海一號(hào)遙感微納衛(wèi)星星座工程已完成3 組共12 顆衛(wèi)星的發(fā)射，衛(wèi)星種類包括視頻衛(wèi)星、高光譜衛(wèi)星；在衛(wèi)星影像應(yīng)用階段，利用珠海一號(hào)的衛(wèi)星大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、災(zāi)害應(yīng)急保障和自然資源等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

在未來(lái)的計(jì)劃中，珠海一號(hào)遙感微納衛(wèi)星星座工程將繼續(xù)向前推進(jìn)，發(fā)射SAR、紅外、高分光學(xué)等多類型衛(wèi)星，進(jìn)一步豐富珠海一號(hào)星座的數(shù)據(jù)類型，從而豐富、擴(kuò)展應(yīng)用服務(wù)的領(lǐng)域和效果，產(chǎn)出更多更大的衛(wèi)星大數(shù)據(jù)價(jià)值。