最高“天眼”引發遙感應用領域革命
——訪高分四號衛星總指揮兼總設計師李果

高分四號衛星（GF-4）于2015年12月29日發射升空，2016年1月5日發回首幅圖像。該衛星是我國乃至世界上第一顆在靜止軌道分辨率進入百米的光學遙感衛星，填補了我國乃至世界高軌道高分辨率光學遙感衛星的空白，意義重大，對促進我國發展“高空間分辨率和高時間分辨率”相結合的光學遙感系統具有開創性意義。近日，《衛星應用》編輯部就高分四號衛星應用采訪了衛星總指揮兼總設計師李果。

高分四號衛星引發遙感應用“革命”

《衛星應用》：請介紹高分四號衛星的特點和意義，及其在高分專項工程中的地位。

李果：高分四號衛星的特點概括起來為“兩高一大”：第一高指的是空間分辨率，高分四號衛星采用700mm口徑載荷，可在36000km軌道上實現50m分辨率，實現了靜止軌道遙感衛星成像分辨率從千米級到百米級的技術跨越；第二高指的是時間分辨率高，高分四號衛星在靜止軌道不受過境時間的限制，同時采用面陣凝視成像體制，就像是時刻懸在頭頂的監視器，具備分鐘級任務響應能力和秒級重復觀測能力，開辟了我國遙感應用新領域；一大指的是單景幅寬大，高分四號衛星相機配置大規模面陣CMOS探測器和大規模面陣紅外探測器，結合其靜止凝視成像特點，大大提高了數據獲取效率，大幅寬的凝視成像方式可以更快速準確地反映出大區域變化的地物發展特征，可有效實現區域監察、區域監督的作用。

高分四號衛星作為我國國家科技重大專項“高分辨率對地觀測系統”首批啟動的研制項目之一，是我國乃至世界上第一顆在靜止軌道分辨率進入百米的光學遙感衛星，填補了我國乃至世界高軌道高分辨率光學遙感衛星的空白，意義重大。該衛星所取得的成就，開啟了我國地球同步軌道光學遙感衛星的新紀元，同時也為提高我國對地光學遙感觀測能力和水平提供了一個非常重要的技術手段，對促進我國發展“高空間分辨率和高時間分辨率”相結合的光學遙感系統具有開創性意義。

《衛星應用》：高分四號衛星投入運行以來，創造多個國際/國內第一，請您介紹一下高分四號衛星的應用進展，并總結一下高分四號衛星應用特點。

李果：高分四號衛星于2015年12月在西昌衛星發射中心成功發射，投入業務運行以來，為減災、氣象、地震和林業等多個行業的應用提供遙感數據服務，并為海洋、環保、國土和水利等行業以及國防建設提供遙感數據支持，獲取了大量的高時效性的我國及周邊區域的可見光、多光譜、紅外圖像，多次出色完成了對颶風、林火、洪水、霧霾等自然災害和極端天氣現象的快速響應、持續監測，為主要用戶推送數據產品近35五萬余景，使我國首次具備了小時級的應急圖像推送能力，極大地滿足了用戶對應急圖像的需求，經濟價值和社會意義重大。

高分四號衛星應用特點可概括成四點：“觀測模式多、響應速度快、觀測頻次高、影像幅寬大”。

觀測模式多，是指高分四號衛星具有普查、凝視、區域、機動巡查 4 種主要觀測模式，不同觀測模式在各領域具備不同的應用方向和目的。普查模式重點應用于日常監測。區域模式用于針對特定較大區域現象的快速數據采集。凝視模式重點面向影響范圍較小且變化速度較快的各行業現象監視。機動巡查模式則重點針對多關注事件及現象并發情景，可同時針對3個以上離散重大事件及現象開展交替式監測。

響應速度快，是指高分四號衛星依托其地球同步軌道優勢，可隨時接收指令、開機拍攝、下傳數據，具備突發事件當天申請觀測、當天開機拍攝、當天獲取數據、當天完成監測產品的能力，有效支撐應急監測任務需求。

觀測頻次高，是指高分四號衛星相機采用面陣CMOS探測器和面陣紅外探測器，可對同一目標進行重復觀測，獲得秒級高時間分辨率遙感影像。

影像幅寬大，是指高分四號衛星數據有效幅面達到了400 km×400 km，相當于一次性獲得一個河南省的圖像，使用方便。

《衛星應用》 ：高分四號衛星是如何在包括防災減災、氣象、環保等方面發揮高軌、高分遙感的優勢，請談談您的認識？

李果：高分四號衛星以其響應速度快、觀測頻率高、覆蓋范圍廣的優勢，在洪澇、干旱、森林草原火災等災害監測中發揮了重要作用。例如，針對2016年6月江西省上饒市鄱陽縣濱田水庫泄洪道河堤（濱田河）出現堤身潰口，高分四號衛星快速獲取數據，準確提取洪澇淹沒范圍，并在隨后持續跟蹤災害范圍變化。2018年8月，山東省濰坊市壽光縣彌河出現決堤，當天緊急申請并獲取高分四號衛星觀測數據，迅速開展災害范圍監測工作。2016年7月，湖北漢江流域發生嚴重洪澇災害，高分四號衛星數據僅利用2景數據完成了災區全覆蓋，有效提取了洪澇災害動態范圍。2018年6月初，大興安嶺發生2起嚴重森林草原火災，在前期充分發揮中波紅外優勢，準確識別火勢變化，在火災撲滅之后，采用可見光近紅外數據準確識別火燒跡地，服務于損失評估工作。

高分四號衛星在氣象監測應用中對中小尺度天氣監測、臺風監測和環境監測均發揮了重要作用。50m空間分辨率的圖像可以提供臺風云結構及其演變的精細化動態信息，特別是對臺風眼區的監測，可以彌補目前在軌氣象衛星空間分辨率不夠高的缺點，為臺風定位增加新的分析依據。

此外，高分四號衛星在海洋、環保等領域有著廣泛的應用，應用案例告訴我們，高分四號衛星響應速度快、觀測頻次高的特點帶來了遙感應用的一次革命，讓我們能夠更加系統地研究快速變化現象，如臺風、森林火災等，甚至是目標跟蹤。

大力拓展高軌高分衛星應用領域

《衛星應用》：高分四號衛星投入運行兩年多來，帶來哪些應用啟示？

李果：隨著高分四號衛星逐漸在軌應用，在取得系列成果的同時，汲取成功經驗探索未來發展。對于靜止軌道高分辨率光學遙感衛星的發展和應用啟示談談以下幾點：

一是靜止軌道更利于開展地物輻射特性研究。

無論是軍事遙感目標偵察和民事地物目標分類，遙感數據應用的基礎層面均需要研究目標的輻射特性及變化規律。靜止軌道光學遙感衛星在軌成像的輻射條件全，且呈連續變化，地物豐富，對開展不同輻射條件下的地物反射特性分類研究極為有利，其結果可做為靜止軌道乃至其他所有光學對地遙感器的設計依據和參考，提高遙感系統設計的針對性，提高源頭圖像產品質量。

二是針對實時成像監視系統開展監測需求研究，可有效提高全鏈路效能。

高分辨率靜止軌道光學遙感圖像識別度高，影像實時性好，但是并不是拍攝頻次越高越好，應根據不同分辨率水平、不同目標特性開展動態變化監測需求精確分析研究工作，合理配置遙感系統能力，合理進行任務規劃，保證有效監測的同時節約衛星及地面數據鏈路資源。

三是與未來遙感衛星配套的數據應用系統效能有待進一步提高。

從發展的眼光看，世界各國靜止軌道高分辨率光學偵查與監視衛星呈井噴趨勢，我國該方面的需求也非常旺盛，未來對于海量數據的地面高速傳輸、處理與應用效能的提升至關重要，將逐漸從目視識別的使用方式衍變為數據提取與分析的應用方式，由此對于星上數據結構設計、星上實時數據解析以及數據分發方式等均帶來新的思考。

四是靜止軌道一專多能、打配合戰優勢有待進一步放大。

地球靜止軌道衛星具有長期駐空的特點，2—3顆高軌衛星的組網運行，其覆蓋可達到半球或接近全球，對更大有效區域的信息獲取、實時監視和立體數據網絡建設上都有著重要的意義。未來多星組網，高高配合、高低配合，提升系統綜合能力和協作程度，充分發揮靜止軌道一專多能優勢作用，實現空間資源應用效能最大化提升必將成為重要趨勢。

《衛星應用》：在未來，您認為應如何進一步拓展高軌高分衛星應用領域？

李果：我們認為可將靜止軌道高分辨率光學成像衛星技術的發展分階段來考慮和安排：在地球靜止軌道實現分辨率50m可以作為第一階段的目標，隨著高分四號衛星的發射，該目標已成功實現；在地球靜止軌道實現分辨率15m可作為第二階段的目標，預計2020年目標可成功實現；在地球靜止軌道實現分辨率3-5m可以作為第三階段的目標，相機主鏡口徑規模已達到3-4m，可以說達到了整體口徑相機技術的頂峰，下一階段需采用其他成像體制；在地球靜止軌道實現分辨率1-2m可作為第四階段的目標，可采用分塊可展開成像體制、量子成像體制或薄膜衍射成像體制等。

此外，隨著衛星技術在國民經濟領域顯現出越來越重大的作用，海洋、環保、氣象、農業、林業、水利、交通、國土、城市監測等各個部門都從自身需要提出了天基信息服務和信息消費的應用需求。在未來，我們會進一步豐富靜止軌道光學探測對象，滿足更多行業的應用。

高分四號衛星后續應用尚需發力

《衛星應用》：您認為高分四號衛星現在的應用方面還有那些地方做的不足，可進一步挖掘、提升現有系統的潛在價值。

李果：高分四號衛星自發射以來以其獨特的軌道和成像優勢，為多個領域提供了重要數據支撐。但是，對照新時代應急管理的新任務、新要求，數據獲取時效性、產品精度等方面仍需進一步加強，因此，高分四號衛星后續應用希望能在下面幾個方面進行改進：

進一步優化運行管理機制。高分四號衛星具有較強的快速響應和高頻次觀測能力，但由于高分四號衛星從觀測需求提出到數據推送至用戶需要經歷多個環節，數據時效性服務能力與數據成像能力尚不匹配。建議進一步優化觀測計劃與數據傳輸機制，提升數據的時效性。同時，由于受制于天氣情況，數據獲取有效性存在較大不確定性，建議構建數據有效性處理機制，根據實際成像情況，及時添加后續觀測任務。

進一步加強定量應用。目前，高分四號衛星的定量化仍處于科研階段，相關技術的業務應用程度仍存在明顯不足，部分業務產品仍處于定性分析階段，一定程度上影響了產品的服務能力。建議針對高分四號衛星特點，加強數據輻射定標工作與關鍵參數反演驗證工作，并與實際業務緊密結合，從目標精度要求反推各級產品精度，構建高分四號衛星定量化應用精度指標體系。

進一步挖掘數據潛力，構建與低軌衛星系統化、體系化應用模式和技術體系，加強高分四號衛星與極軌衛星數據在任務觀測、數據融合、信息挖掘等方面的協同應用，充分發揮其快速、靈活、高頻觀測優勢，依托大數據、人工智能等分析手段，構建基于高頻次海量觀測數據的信息挖掘技術。

發揮空間信息優勢 提升應急響應能力

《衛星應用》：您認為在建設一帶一路空間信息走廊中，高分衛星起到什么樣的作用；在國際交流與合作中扮演怎樣的角色。

李果：一帶一路倡議為衛星應用的發展提供了良好的機遇，衛星應用也助力一帶一路倡議的實施。空間信息走廊工程的建設離不開空間遙感信息的共享，高分衛星以空間信息融合應用助力經濟發展與產業推廣，以互聯互通支撐國家倡議，發揮空間信息優勢提升熱點地區應急響應能力。以高分四號衛星為例，其可有效實現一帶一路沿線國家大范圍觀測需求，定期形成一帶一路重點區域高分四號衛星影像圖；可為一帶一路沿線國家和地區提供應急響應數據，更好應對防災減災。

目前，高分四號衛星應用在國際上產生了很好的反響，有學者開展了高分四號衛星數據在近海懸浮物和綠潮災害監測中的應用研究，并與準同步的靜止軌道水色衛星GOCI監測結果進行了對比分析，研究發現，寬波段的高分四號衛星與窄波段的GOCI具有相當的懸浮物濃度定量遙感反演能力，高分四號衛星所具有的高空間分辨率使其更加有利于綠潮面積的定量遙感提取。

《衛星應用》：民營航天企業發展勢頭日上，民營航天的發展對中國航天的發展有何影響，您認為“國家隊”在這股發展大潮中應該扮演怎樣的角色。

李果：在國家規范、有效的管理下，大力發展民營航天的發展，將使整個民族在大航天時代中處在有利地位。考慮到進軍太空的巨大投入和嚴峻風險，作為“國家隊”必須在大航天時代早期發揮先鋒作用。

首先是組織實施一些高風險的探索活動，這是因為國家擁有更雄厚的資源，可以用更完善的措施來應對風險，探明風險所在，推動宇航飛行安全手段的開發與成熟，以此指導和規范民營航天活動的開展。

二是 “國家隊”應當在商業航天等領域對安全運行方面發揮技術主導和指導作用，支持和協助相關執法部門的工作。如果商業航天充分開展起來，進入太空或者天地往返的飛行越來越頻繁，這方面的責任就更為重大。

《衛星應用》：隨著商業航天的發展，人才問題日益突出，您認為國有企業如何留住人才、用好人才。對于青年科研人員有什么樣的話想說。

李果：隨著航天技術的發展，無論是商業航天還是國有企業都將大有作為，但是我們不要忘了中國航天60年的發展歷程，中國航天人始終自強不息，以頑強的毅力和驚人的意志，完全依靠自己的力量，大力協同、刻苦鉆研、集體攻關，走出了一條具有鮮明中國特色的航天事業發展道路，培育了無比寶貴的航天精神。

這種精神屬于一個時代，是時代精神在航天系統的最生動詮釋。周恩來總理提出的“嚴肅認真、周到細致、穩妥可靠、萬無一失”的方針，早已融入中國航天人的血脈之中，年輕人無論走到哪里都應該不忘初心、攻堅克難，將嚴慎細實的品質傳承下去。