國產民用陸地觀測衛星應急服務

文 ∣ 黃樹松 夏天 趙英芬 易維 中國資源衛星應用中心

一、引言

我國是世界上災害發生比較頻繁的國家之一，目前利用遙感技術進行災害監測已經進入新常態。當前我國遙感衛星體系分為陸地、海洋、氣象三大類，在軌衛星數量達到100余顆，每年對多起災害事件進行觀測，減少自然災害損失數百億元。

中國資源衛星應用中心負責國產民用陸地觀測衛星的運行管理工作，自第一顆民用陸地觀測衛星發射成功20年來，制定了相對完善的衛星應急服務工作流程和工作機制，應急服務工作日趨完善。2018年針對包括東海撞船、大興安嶺地區火災、臺風“瑪莉亞”、金沙江滑坡等在內的46起重特大自然災害、應急事件等調用衛星成像616次，共享各類災害數據3400余景。2019年，已對南方雪災、四川木里火災、江南洪澇、遼寧開原龍卷風等68起災害或應急事件調用衛星成像1470次，共享數據6400余景，應急服務呈現常態化。

二、在軌衛星能力概況

我國在陸地觀測衛星應用方面起步較晚，但發展迅速。自1999年10月第一顆陸地觀測衛星中巴地球資源衛星01星（CBERS-01）成功發射至今，我國已成功發射民用陸地觀測衛星20余顆，包含資源系列、環境減災系列、測繪系列、高分系列、實踐系列、電磁衛星等。

在空間分辨率方面，我國民用陸地觀測衛星涵蓋了高-中-低三個層次。目前我國民用陸地觀測衛星已形成以10米量級分辨率為主的普查與米級（亞米級）分辨率為主的詳查觀測能力，不同分辨率衛星相互補充，可以發揮最大的應用潛能。

在光譜分辨率方面，目前我國民用陸地觀測衛星包含光學衛星、高光譜衛星、雷達衛星、電磁衛星等，衛星傳感器譜段涵蓋從可見光到微波譜段。

在時間分辨率方面，我國民用陸地觀測衛星具備全天候、全天時成像的觀測能力，在大范圍國土覆蓋方面：中低分辨率衛星（10m以上）：15顆次，1天可以覆蓋全國一次；中高分辨率衛星（2米級）：11顆次，1周可以覆蓋全國一次；高分辨率衛星（優于1m）：2顆次，2個月可以覆蓋全國一次。

三、應急服務案例

20年來，我國陸地觀測系列衛星被廣泛應用于國土資源、城市規劃、環境監測、防災減災、農業、林業、水利、氣象、電子政務、統計、海洋、測繪、國家重大工程等領域，為社會建設做出了巨大貢獻。尤其是對政府來說，遙感數據可以提供客觀的科學數據，在政務管理的各個方面均可發揮作用，各個省區均在籌建地方大數據管理中心等部門，遙感數據是各個數據中心的基礎大數據。

在應急服務方面，1999～2008年，由于當時衛星數量較少及對應急救災領域的認識較為缺乏，我國陸地觀測衛星在當時應急救災過程中發揮的作用十分有限。從2008年汶川地震發生后，應急救災意識逐步提升，衛星數量逐步增加，環境減災系列、高分專項系列、測繪系列衛星的發射及在軌運行大大提升了我國應急救災能力，尤其是在衛星資源及應急機制建立方面具有重要意義。

近10年來，我國陸地觀測衛星在涉及地震、臺風、火災、洪澇、重要會議、公共安全等自然災害、重大事件及國防服務中起到了重要保障作用。災害發生之后，利用陸地觀測衛星迅速觀測受災情況，據此來組織人員轉移、開展災害救援、災后評估及進行災后重建。同時，由于衛星每天處于工作狀態，日積月累獲取的歷史數據同樣具有極高的價值。對應急服務來說，衛星獲取的歷史數據可以作為參考對象，對災害等事件發生前后的狀況進行比對，從而更加客觀地分析出災情信息及后續情況等。

1.地震災害應急觀測

地震造成的災害是當今危害人類最嚴重的自然災害之一。世界上針對地震的孕育發生研究仍處于尚不成熟階段，面對地震發生時間的不確定性，地震發生后對災情進行快速、準確的判定具有非常大的現實意義。據有關資料研究表明，震后72小時內是營救被困人員的黃金時期，科學的震后應急救援工作可以贏取寶貴的時間。

遙感技術具有快速、大范圍、全天時等優勢，在災后數據獲取、應急救援、地震災害評估、震后重建等方面發揮著至關重要的作用。衛星遙感技術已經在2008年汶川8.0級地震、2013年蘆山7.0級地震、2014年魯甸6.5級地震、2015年尼泊爾8.1級地震、2017年四川九寨溝7.0級地震、2018年印尼7.4級地震、2019年四川宜賓地震等事件中得到了廣泛的應用。

2014年8月3日16：30，在云南省昭通市魯甸縣（北緯27.1°，東經103.3°）發生6.5級地震，震源深度12km。中國資源衛星應用中心隨即調用所有在軌陸地觀測衛星對災區進行監測，受天氣等因素的影響，于8月5日獲取災區有效數據，通過衛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情（圖1），這些信息為應急救援提供了寶貴的數據支撐。

圖1 高分一號衛星監測云南魯甸地震

2.臺風災害應急觀測

近幾年隨著受到全球氣候變暖的影響，臺風的年暴發頻率及其造成的危害都呈上升趨勢。中國位于西北太平洋沿岸，已成為世界上少數幾個遭受臺風影響最嚴重的國家之一。衛星遙感圖像因其覆蓋范圍廣、成像面積大、時間分辨率高，已成為臺風災害損失評估的有效資料。

圖2 2017年第18號超強臺風“泰利”高分四號衛星圖像

圖2為高分四號衛星觀測的臺風“泰利”。高分四號衛星是我國首顆地球同步軌道遙感衛星，搭載了一臺可見光50m/中波紅外400m分辨率、大于400km幅寬的凝視相機，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，設計壽命8年，通過指向控制，實現對中國及周邊地區的觀測。高分四號衛星發射成功后，已成功監測臺風24個。利用高分四號衛星在臺風生成時對其進行持續觀測，可以短時間內獲取臺風中心區域高分辨率影像，用以判斷臺風走向、強度等信息，大大提高了臺風登陸地點的預報精度，為臺風預警及災害防范提供了科學依據。

3.森林火災應急觀測

森林火災，是指失去人為控制，在林地內自由蔓延和擴展，對森林、森林生態系統和人類帶來一定危害和損失的林火行為。森林火災突發性強、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，森林火災的頻繁發生已成為危害森林資源最嚴重的林業災害之一。它給國家和人民的生命財產帶來了巨大的損失。如果能夠及時、準確和有效地監測森林火災，對減少災害損失、保護森林資源和維護生態平衡都具有非常重要的意義。遙感衛星的覆蓋范圍廣，時空分辨率高，在森林火災監測中具有非常特殊的能力和潛力。

近年來，我國大興安嶺地區、西南地區時常發生森林火災，給人民生命財產安全帶來了極大威脅，同時森林火災撲救過程較為復雜，有些地方人跡罕至，衛星遙感技術顯得尤為重要。隨著遙感技術的不斷發展，目前利用高分四號衛星可以快速進行火災監測，同時建設了火災自動預警監測系統，可以對森林火險進行監測，火災監測從災后救援走向了災前預測。

2019年3月25日13：10，保定市淶源縣白石山鎮發生森林火災，中國資源衛星應用中心第一時間調用高分四號衛星進行成像（圖3），獲取了火災區域當日的相關數據，并提供給應急管理部。

4.公共安全應急觀測

隨著我國社會經濟的快速發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。開展城市公共安全評價，有針對性地采取整改和補強措施，保障城市穩定的生活、生產秩序，保障城市公眾生命和財產的安全，對城市未來的建設和健康發展有重要意義。

圖3 2019年3月25日河北淶源火災高分四號衛星圖像

高分辨率衛星遙感技術具有大范圍覆蓋、高清晰圖上作業與地表信息提取的優勢，可以提升動態監測能力。綜合利用多光譜、高光譜和雷達數據，從重點目標、消防通道、水源地、交通等各個方面進行監測與分析，為消防、交管、安保提供技術支撐。

圖4 2019年3月21日江蘇鹽城爆炸高分一號D衛星圖像

2019年3月21日14：50許，位于江蘇省鹽城市陳家港化工園區的江蘇天嘉宜化工有限公司發生爆炸事故。在發生爆炸后的第一時間，中國資源衛星應用中心調用高分辨率遙感衛星對爆炸區進行成像，并在3月22日獲取了高分一號D衛星有效數據（圖4），通過比對可以看出爆炸形成的坑以及對周邊建筑物及其他地物的影響。

四、總結及展望

目前，我國在軌陸地觀測衛星傳感器豐富多樣，能夠滿足用戶高時間、高空間、高光譜分辨率數據需求，同時在數據類型、數據質量等方面得到了大幅提升。隨著衛星遙感技術應用水平不斷提升以及陸地觀測衛星數據的不斷豐富，在應急管理領域，用戶對衛星運營服務及陸地觀測衛星大數據加工處理等工作提出了新的要求。應急管理部組建并提出加快編制應急管理衛星發展規劃，滿足全天時、全天候、全要素、全球化服務的災害監測業務需求，災害遙感應用從注重災后監測評估向注重災前風險監測轉變。

隨著國家高分辨率對地觀測重大專項、“十二五”空間基礎設施規劃等國家重大專項工程的順利開展，預計2025年我國民用陸地觀測衛星總量在軌40顆左右，屆時將形成優于1m的高分辨率衛星服務能力和多尺度、近實時觀測能力，高分數據自給率顯著提高。