環境減災一號A、B衛星減災應用

楊思全 范一大 李素菊 王興玲 吳瑋 聶娟 和海霞 王平 劉明賈丹

（1民政部國家減災中心 2民政部信息中心 ）

1 前言

環境與災害監測預報小衛星星座規劃由4顆光學衛星和4顆合成孔徑雷達衛星組成，具有大范圍、全天候、全天時、動態的災害監測能力，是我國繼“氣象”、“海洋”和“資源”之后的第四大民用衛星系列。2008年9月6日，環境與災害監測預報小衛星星座A、B（簡稱環境減災一號A、B，HJ－1A/B）2顆光學小衛星通過“一箭雙星”方式成功發射，邁出了該星座建設的第一步，標志著我國自然災害監測和損失評估有了穩定的數據支撐。作為環境減災小衛星星座牽頭業務部門的支撐單位，國家減災中心主要負責HJ－1A/B衛星的運行管理和減災應用業務體系建設工作。

10年來，國家減災中心建立了運行管理隊伍，開發了運行管理平臺，建立了運管值班制度，精心組織衛星運行管理工作，合理安排衛星觀測任務，在滿足各類用戶的基礎上，盡可能使衛星使用效益最大化。

在衛星減災應用方面，經過10年的發展，HJ－1A/B這2顆衛星已被完全納入我國防災減災救災決策業務體系，成為防災減災救災決策重要的數據源。同時，在HJ－1A/B衛星的支撐下，國家災害遙感監測業務體系已經初步建成，災害遙感監測業務模式、工作規程、標準規范、產品體系與服務模式也已形成，并逐步完善。HJ－1A/B衛星的應用，也大大帶動了全國省級減災中心災害遙感監測業務的發展。

2 災害遙感業務體系

HJ－1A/B衛星減災應用的10年，也是我國災害遙感業務體系建立與發展的10年。在HJ－1A/B衛星數據的支撐下，國家減災中心建立了較為完善的災害遙感業務體系，實現了災害遙感業務從無到有并逐步完善的過程。目前，災害遙感業務體系已初步形成，并已經成為國家防災減災救災決策中不可或缺的重要技術支撐手段。根據救災部門決策需求，災害遙感業務體系主要包括數據機制、業務模式、業務規程、產品體系、標準規范和服務模式等。

一是建立了日常監測和應急監測兩種業務模式。根據自然災害發展過程和防災減災救災決策工作，為了充分發揮衛星遙感的技術支撐作用，國家減災中心建立了災害日常監測和應急監測兩種業務模式。其中，日常監測業務主要是指在災害事件未發生之前，利用遙感技術開展全國、區域遙感影像數據庫建設，以及對災害特征參數和指數的監測與分析，為災害風險識別、評價分析提供數據支撐，尤其是對高風險區重點目標的持續監測，是開展防災備災重要的技術支撐。應急監測業務是指在災害事件發生后，快速制定衛星觀測計劃，利用衛星遙感數據，開展災害影響范圍和房屋倒塌、道路損毀、基礎設施毀壞、農作物受災等損失實物量的監測，開展滑坡/泥石流等地質災害監測、森林火點識別、過火面積監測、積雪覆蓋面積監測、災區恢復重建進度監測等，是災害損失快速與綜合評估重要的數據保障，為應急救助和恢復重建方案的制定提供重要支撐。10年來，HJ－1A/B衛星的應用，為災害遙感業務模式的探索和建立提供了重要的數據保障。

二是建立了災害遙感監測業務工作規程。作為國家減災救災業務支撐單位，國家減災中心的主要職能就是利用科學技術開展決策支撐工作。作為重要的技術手段，災害遙感業務的建設出發點和落腳點都是決策支持，也就是業務能力的轉化和建設。10年來，在HJ－1A/B衛星應用的基礎上，國家減災中心探索出了災害遙感技術與業務思路，并結合國家救災應急響應工作規程，以及衛星遙感的技術特點，建立了災害遙感監測業務工作規程，制定了《應對突發性自然災害空間技術響應工作規程》。根據災害影響范圍和受災情況，該規程包括四個響應級別，每一級的響應對使用的遙感數據類型、需要的基礎數據、處理的技術流程、制作的決策產品和產品服務發布，以及人員分工等都做了非常詳細的說明。該規程的制定，一方面規范了災害遙感業務工作，也為固化災害遙感業務工作提供了基本依據和保障。

三是建立了災害遙感業務產品體系。根據衛星遙感技術特點，災害遙感業務應該包括災害的全過程。作為災害遙感業務建設的第一手數據源，國家減災中心結合災害管理全過程，應用HJ－1A/B衛星數據，探索建立了災害遙感業務產品體系，該體系主要包括本底影像產品、災害特征參數產品、災害損失實物量評估產品、災害恢復重建監測產品和應急救助監測產品等五大類一級產品。

災害遙感業務產品體系

四是制定了災害遙感業務標準。國家減災中心在總結HJ－1A/B衛星數據減災應用的基礎上，組織編制并成功申請了國家標準《自然災害遙感專題圖產品制作要求》（GB/T 28923-2012），包括《分類、編碼與制圖》《監測專題圖產品》《風險評估專題圖產品》《損失評估專題圖產品》和《救助與恢復重建評估》五部分。業務工作中，研究建立的相關算法模型也成功申請了國家發明專利，主要包括《一種基于減災小衛星的雪災遙感監測模擬評估方法》《一種區域旱災風險估計方法》《一種劃分洪災風險等級的方法及裝置》等。

五是帶動了地方遙感應用工作。為充分發揮衛星應用效益，借助HJ－1A/B衛星數據和產品服務，建立了“橫向到邊、縱向到底”的部省合作模式，帶動了地方災害管理部門的空間技術減災業務發展。通過國家－省級災害救助會商演練和國家級示范項目的組織實施，構建完善了國家－省級示范體系，帶動了地方空間減災應用系統建設，提高了地方災害管理部門衛星減災的應用水平。同時，積極開展面向地方災害管理部門的技術咨詢、數據與產品服務工作，累計向10余個省提供20000余景的HJ－1A/B/C衛星數據，分發了洪澇、旱災、雪災、森林草原火災、海冰、冰凌、溢油等監測產品，拓展了空間信息技術在地方減災救災領域應用的廣度和深度。

六是建立了跨部門和國際衛星數據獲取機制。在災害遙感業務體系中，數據是基礎和保障。災害發生后，如何快速獲取有效的觀測數據，對于提高防災減災救災效率至關重要。目前，除了HJ－1A/B衛星數據之外，國家減災中心與國內相關單位建立了穩定的遙感系列衛星數據獲取和使用機制，遙感系列衛星數據已經成為災害發生后第一時間可獲取的衛星數據。作為國家高分重大專項的重點應用示范領域，國家減災中心承擔著高分衛星減災應用示范工作，隨著高分衛星數量的增加，高分數據已經成為災害應急監測的重要數據源。在商業衛星方面，國家減災中心與北京21世紀公司具有長期的業務合作，北京一號、二號衛星數據在災害應急中多次被使用，并作為重要數據源納入災害遙感業務。國家減災中心是空間與重大災害國際憲章（CHARTER）機制的授權用戶和經理單位，在該機制的框架下，可以免費獲取其他國家高分辨率的衛星遙感數據。

3 典型減災救災應用

國家減災中心緊密圍繞國家減災與應急工作需求，依托衛星減災應用系統，建立了數據級、參數級、應用級和決策級等多層次產品，為國內外災害管理部門提供了及時有效的減災救災決策支持服務。

本底影像產品生產

災害本底影像產品是開展災害風險和損失監測與評估的基礎，也是直觀地為決策者和社會公眾在第一時間提供災害發生地點、時間、等級等基本信息的基礎。在本底影像圖的基礎上，可以疊加災害風險及影響范圍和居民地、人口、房屋、道路等承災體分布信息，為開展災害風險分析和損失評估提供重要的數據保障。HJ－1A/B衛星是制作全國本底影像產品的重要數據源。

災害特征參數反演

災害特征參數能反映災害的成因特征、時空特征、結構特征和發展過程特征，通常依據植被、水體、雪等地物光譜特征，對無序、隨機、多樣的自然災害特征進行定量化、有序化、規律化、簡單化的理論抽象和表達，是災害風險評估、監測、損失評估的基礎。基于HJ－1A/B衛星數據可開展植被指數、凈初級生產力、水體指數、雪被指數等災害相關參數反演。

甘肅省張掖市綠洲2009年5月與7月凈初級生產力對比圖

災害監測

災害監測是根據遙感影像的紋理信息和光譜信息，采用目視解譯、識別分類、變化檢測等方法開展受災范圍、倒損房屋、損毀道路、受災農作物、損毀基礎設施等災害目標識別，服務于災害救援和救助工作。根據HJ－1A/B衛星的分辨率特點，國家減災中心探索開展了災害監測業務，并建立了相關的業務產品。

（1）融雪性洪澇監測

2016年6月新疆阿勒泰市融雪型洪澇災害范圍監測圖

融雪型洪澇是指由積雪融化而形成的洪澇。衛星遙感技術具有直觀、客觀、快速的優勢，在融雪型洪澇災害范圍監測和實物量損失監測方面發揮著重要的作用，特別是在升溫型、融雪型洪水發生時，光照條件較好，衛星能夠獲得災區大量有效的遙感圖像數據。

（2）洪澇災害監測

洪澇災害是我國發生最頻繁、造成損失最嚴重的災害之一。HJ－1A/B衛星數據可用于洪澇范圍識別、實物量損失監測、洪澇趨勢分析等。

2018年7月內蒙古烏拉特前旗南昌村附近洪澇范圍監測

（3）滑坡/泥石流災害監測

滑坡/泥石流損毀房屋造成人員傷亡，損毀道路造成交通中斷，堵塞河道形成堰塞湖，這些災害嚴重威脅災區人民的生命財產安全。HJ－1A/B衛星數據可用于監測滑坡/泥石流位置，輔助開展滑坡/泥石流空間分布和影響分析。

云南省魯甸縣6.5級地震震區堰塞湖衛星影像圖

（4）旱災監測

旱災是一種頻繁發生的嚴重的自然災害。HJ－1A/B衛星數據可以用于旱災范圍識別、水體面積變化估算、作物受災面積估算。

西藏干旱監測圖（HJ－1A衛星高光譜數據）

（5）雪災監測

雪災是由于大量的降雪與積雪，對牧業生產及人們日常生活造成危害和損失的一種氣象災害。HJ－1A/B衛星數據可以用于積雪范圍識別和面積估算。

內蒙古東北部積雪覆蓋變化圖

（6）森林草原火災監測

森林草原火災對林牧業生產及森林、草原生態環境有巨大破壞力。HJ－1A/B衛星數據具有獲取效率高、直觀性強、監測面積大等特點，可用于火點識別和過火面積估算。

2012年3月云南省玉溪市易門縣火災遙感監測圖

（7）海冰監測

海冰是一種嚴重的海洋災害，會導致大量養殖海產品因缺氧死亡，還會嚴重影響港口設施、油氣勘探等海上工程設施和海上航運，導致石油平臺倒塌、船舶受損、航運受阻等，威脅資源財產和人身安全。HJ－1A/B衛星數據可用于海冰面積估算、海冰外緣線估算。

渤海海冰監測圖

（8）冰凌監測

冰凌是較高緯度地區大江大河特有的自然水文現象。我國北方地區的河流每年在冬季的封河期和春季的開河期常有冰凌災害發生，其中以黃河流域和東北地區松花江、黑龍江流域較為嚴重。HJ－1A/B衛星數據可用于監測冰凌的產生、發展、消融全過程。

冰凌發展關鍵期遙感監測圖

（9）溢油監測

海上溢油是最常見的海洋污染之一，溢油通常是由事故引起，如船舶碰撞、翻沉、海上油井平臺和輸油管道的破裂、海底油田開采泄漏。利用HJ－1A衛星數據可以進行溢油發生檢測、油膜面積信息提取，還可以根據不同油膜的波譜特征，判斷油的種類，探測油膜厚度，并對油的擴散方向進行探測。

渤海溢油遙感監測圖

災害損失評估

災害損失評估是基于遙感影像開展不同行政等級和相應的實物量損毀狀況評估，以及空間分布分析與評價，主要包括開展災害影響范圍、房屋倒損、道路損毀、基礎設施損毀等損失評估，是開展災害應急救助與處置的重要決策依據。根據HJ－1A/B衛星的分辨率特點，國家減災中心在綜合應用其他高分辨率衛星和無人機數據的基礎上，探索開展了災害損失實物量評估業務，并建立了相關的業務產品。

（1）災害范圍評估

災害范圍評估綜合考慮致災強度、災情嚴重程度和災害造成的影響等因素，構建災情指數（DI），根據災情指數突變點，對災害影響范圍進行分等定級，確定極重災區、嚴重災區、一般災區、影響區等。

舟曲特大山洪泥石流災害范圍評估圖

（2）災害損失實物量評估

實物量損失評估是綜合評估的基礎和依據，重點對房屋、基礎設施、農業等實物直接損失進行全面評估。

青海省玉樹縣結古鎮房屋倒損評估圖

恢復重建監測

恢復重建是在災害綜合評估的基礎上，開展災民過渡性安置、依據災后恢復重建規劃開展住房建設、基礎設施建設、公共服務設施建設、防災減災和生態修復、土地利用恢復等。遙感數據高頻次成像、低獲取成本、內容綜合客觀的特征，可用于生態恢復重建監測，為后續防治規劃提供科學的數據支撐。

黑龍江省遜克縣森林大火災后恢復監測評估

4 國際服務和培訓

HJ－1A/B衛星發射后，國家減災中心積極開展快速制圖國際服務工作，建立了快速制圖框架，實現從數據需求提交、觀測方案制定、數據預處理、災害信息提取、災害專題制圖到決策支持服務的一體化制圖。應外國政府及國內外相關機構的請求，先后針對澳大利亞火災、海地地震、緬甸洪澇、委內瑞拉洪澇、“非洲之角”旱災等30余場國外重大自然災害提供災害專題產品服務，服務對象擴大到全球6大洲20多個國家，災害種類涵蓋火災、地震、干旱、臺風、洪澇等主要自然災害，得到了相關國家及國際組織的高度評價，稱贊我國衛星數據和產品及時有效?；诃h境減災衛星系統的全球災害監測服務，用事實宣傳了我國和平利用外層空間的政策和承諾，增進了我國與受援國間的友好關系，成為我國“減災”外交的重要紐帶和橋梁。

在國際培訓服務方面，借助國際減災旱災風險中心、聯合國災害管理與應急反應天基信息平臺（UN-SPIDER）北京辦公室、亞太空間合作組織（APSCO）等渠道，與相關國家和國際組織建立雙多邊災害快速制圖技術與產品服務合作，舉辦了“亞非利用空間技術開展干旱監測與評估能力建設”、“地震遙感監測與評估”、“空間技術用于洪水和干旱風險評估與制圖”等多個培訓班，累計培訓了500多位政府官員和技術人員，對提高相關國家災害風險管理能力產生了積極影響。

2015年8月緬甸洪澇災害遙感監測圖

2009年2月澳大利亞森林火災遙感監測

5 結語

目前，HJ－1A/B衛星已在軌運行10年，是我國民用衛星中在軌穩定運行時間最長的衛星，為災害遙感監測提供了時效性高、時序性強、覆蓋面廣、穩定性強、類型豐富的海量數據。業務應用實踐表明，HJ－1A/B衛星基礎數據、應用產品、算法模型和應用系統有效支撐了國家防災減災救災決策，有效滿足國際災害應急服務，有序帶動地方和相關部門業務發展。為延續環境減災衛星工程建設過程中形成的需求引領、科技創新和業務驅動的衛星應用模式，接替已超期服役的HJ－1A/B/C星，按照《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015－2025年）》，將在“十三五”期間發射2顆光學衛星和2顆雷達衛星，已分別于2016年和2017年完成立項。

2018年3月，應急管理部的成立對衛星應用提出了更高要求。針對新任務需求，今后將進一步拓展應用方向，從之前單一支撐自然災害向全面支撐應急管理業務轉變，滿足防災減災、安全生產、應急救援的新業務、新需求；進一步轉變工作思路，從災后觀測分析向災前防范預警轉變，提早發現風險隱患點，充分挖掘衛星遙感數據潛力。