高分系列衛(wèi)星在Charter國際減災(zāi)中的應(yīng)用

文 ∣ 郭朝輝 鄧佳楠 中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心

一、Charter概況

空間與重大災(zāi)害國際憲章（International Charter Space and Major Disasters，Charter）是 1999年聯(lián)合國在維也納召開的第三屆和平利用外層空間會議之后，由歐洲航天局（ESA）、法國國家空間研究中心（CNES）和加拿大航天局（CSA）于1999年共同發(fā)起，2000年11月1日正式開始運行的國際減災(zāi)合作機制，是當今世界最為成功運行的國際減災(zāi)組織之一。

Charter是一個不斷發(fā)展壯大的國際減災(zāi)組織，當前共有歐洲航天局、法國國家空間研究中心、加拿大航天局、印度空間研究組織（ISRO）、美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）、阿根廷國家空間委員會（CONAE）、日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）、美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）、英國國家航天局（UKSA）、中國國家航天局（CNSA）、德國宇航中心（DLR）、韓國航空宇宙研究院（KARI）、巴西國家空間研究院（INPE）、歐洲氣象衛(wèi)星組織（EUMETSAT）、俄羅斯聯(lián)邦航天局（ROSCOSMOS）、委內(nèi)瑞拉空間局（ABAE）、阿聯(lián)酋空間局（UAESA）17名正式成員，涵蓋了當今世界主要航天強國或擁有較強陸地觀測衛(wèi)星資源的國家和組織。當前可共享60余顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)資源。

自2000年正式運作以來，Charter針對發(fā)生在世界范圍內(nèi)的洪水、地震、森林火災(zāi)、颶風、火山噴發(fā)等重大突發(fā)性自然災(zāi)害實施了600余次遙感應(yīng)急監(jiān)測行動，向140多個遭受重大自然災(zāi)害影響的國家或地區(qū)無償提供了衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)、信息和服務(wù)，以協(xié)助受災(zāi)地區(qū)進行相關(guān)的監(jiān)測、評估及災(zāi)害管理決策，最大程度地減輕災(zāi)害造成的損失。在這600余次應(yīng)急響應(yīng)活動中，25次為我國發(fā)生并啟動的災(zāi)害請求，包括淮河洪水、汶川地震、玉樹地震、甘肅舟曲泥石流、四川雅安蘆山縣地震、馬航MH370失聯(lián)、東北水災(zāi)、江蘇龍卷風等重大災(zāi)害，我國得到了大量的國外遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)支持，從中充分受益。

二、我國加入Charter及對外提供的陸地觀測衛(wèi)星資源

2007年5月，經(jīng)國務(wù)院批準，中國國家航天局正式加入Charter組織，成為該機構(gòu)的第10個成員。這就意味著我國在發(fā)生重大自然災(zāi)害期間，可以獲得Charter其他成員值班衛(wèi)星的數(shù)據(jù)支援的同時，還應(yīng)履行加入Charter組織的承諾，利用我國提供給Charter的衛(wèi)星資源為世界減災(zāi)救災(zāi)提供服務(wù)。

按照中國國家航天局的安排，中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心承擔了“空間資源機構(gòu)”（PA）職責，即在世界重大自然災(zāi)害發(fā)生期間，響應(yīng)Charter輪值緊急事務(wù)官（ECO）的衛(wèi)星數(shù)據(jù)需求通知，在國家航天局的業(yè)務(wù)指導下，應(yīng)急安排調(diào)度我國加入Charter組織的衛(wèi)星資源對災(zāi)區(qū)成像并及時對外提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)。

2013年以前，我國為Charter提供服務(wù)的衛(wèi)星資源主要為中巴地球資源衛(wèi)星02B星（CBERS-02B）和實踐九號A衛(wèi)星（SJ-9A），衛(wèi)星數(shù)量及服務(wù)能力與其他發(fā)達國家（或機構(gòu)）相比明顯不足，為世界減災(zāi)救災(zāi)提供的服務(wù)相對較少，與我國航天大國的地位不相稱。

隨著我國高分系列衛(wèi)星的陸續(xù)發(fā)射，高分一號（GF-1）、高分二號（GF-2）、高分三號（GF-3）及高分四號（GF-4）相繼加入Charter，成為災(zāi)害發(fā)生期間為Charter提供服務(wù)的衛(wèi)星資源。我國陸地觀測衛(wèi)星加入Chater時間及主要參數(shù)見表1。

表1 我國陸地觀測衛(wèi)星加入日期及主要參數(shù)

從空間分辨率的角度來講，我國為Charter提供服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)源涵蓋了亞米級（0.8）、米級（2m、3.2m、8m）和十幾米至幾百米空間分辨率區(qū)間，適應(yīng)監(jiān)測的災(zāi)害類型更為廣泛；從傳感器類型來說，覆蓋了光學和雷達，可以全天候應(yīng)對極端天氣下的災(zāi)害監(jiān)測，為世界減災(zāi)提供服務(wù)的能力大為提高。

三、Charter響應(yīng)的災(zāi)害類型及高分系列衛(wèi)星的需求適用

1.不同災(zāi)害對衛(wèi)星圖像的需求

Charter可以響應(yīng)的自然災(zāi)害類型包括：地震、洪水、滑坡、海冰、雪災(zāi)、暴風雨/颶風、海嘯、火山噴發(fā)和森林火災(zāi)，同時也對人為造成的災(zāi)害比如海洋溢油和工業(yè)事件進行應(yīng)急響應(yīng)。一般來說，不同的災(zāi)害類型具有不同的特點，也對衛(wèi)星圖像有不同的要求（表2）。

表2 主要災(zāi)害類型的特點及衛(wèi)星圖像需求

2.高分系列衛(wèi)星適用的災(zāi)害監(jiān)測

高分系列衛(wèi)星搭載的載荷不同，可適用于不同的災(zāi)害監(jiān)測。

高分一號衛(wèi)星PMS相機具有2m分辨率全色和8m分辨率多光譜譜段，可在一般的災(zāi)害，特別是對空間分辨率要求不是特別高的災(zāi)害類型或地物監(jiān)測中均可發(fā)揮作用。另外高分一號衛(wèi)星還搭載了幅寬為800km、空間分辨率為16m的WFV相機，可在對空間分辨率要求相對較低，受災(zāi)范圍較大、或?qū)χ卦L要求較快的災(zāi)害，比如森林火災(zāi)（中期跟蹤）、海冰、海嘯、暴風雨/颶風（晴天后）等災(zāi)害的跟蹤監(jiān)測中發(fā)揮優(yōu)勢。

高分二號衛(wèi)星PMS相機具有0.8m空間分辨率全色和3.2m空間分辨率多光譜譜段，可以在對空間分辨率要求很高的災(zāi)害監(jiān)測，如地震、滑坡、火山噴發(fā)、暴風雨/颶風（晴天后）、森林火災(zāi)（特別是災(zāi)后評估）、海嘯災(zāi)害的監(jiān)測中發(fā)揮作用，發(fā)現(xiàn)和提取更多的細節(jié)信息。

高分三號衛(wèi)星具有12種成像模式，空間分辨率從1m到500m。目前可為Charter提供服務(wù)的模式僅限于滑動聚束（1m）、超精細條帶（3m）、精細條帶1（5m）、精細條帶2（10m）、標準條帶（25m）5種成像模式，可在地震、洪水、暴風雨/颶風、滑坡、海洋溢油、海冰、火山噴發(fā)災(zāi)害中發(fā)揮重要作用。

高分四號衛(wèi)星為地球同步軌道，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，能夠?qū)崿F(xiàn)對中國及周邊臨近地區(qū)的快速觀測。高分四號衛(wèi)星具備高時間分辨率和較高空間分辨率的優(yōu)勢，可在森林火災(zāi)（早期火點紅外探測及中期火場態(tài)勢跟蹤）、雪災(zāi)、洪澇、暴風雨/颶風（監(jiān)測颶風/臺風中心位置及路線）及海冰等災(zāi)害中發(fā)揮作用。

四、高分系列衛(wèi)星的災(zāi)害監(jiān)測應(yīng)用

在高分一號衛(wèi)星加入Charter（2014年10月）以前，由于衛(wèi)星數(shù)量、空間分辨率及成像能力的限制，我國為世界減災(zāi)救災(zāi)提供的遙感衛(wèi)星圖像數(shù)量較少。隨著高分系列衛(wèi)星的相繼加入，我國對外助力減災(zāi)救災(zāi)的能力大大增強。2007～2013年，我國有效響應(yīng)災(zāi)害次數(shù)8起，提供衛(wèi)星圖像33景；2014年至今，有效響應(yīng)災(zāi)害次數(shù)55起，提供衛(wèi)星圖像442景。高分系列衛(wèi)星陸續(xù)加入Charter的5年，無論是有效響應(yīng)國際災(zāi)害次數(shù)，還是提供衛(wèi)星圖像數(shù)量，都大幅增加，其中提供衛(wèi)星圖像數(shù)量甚至是前五年的十倍以上。

從災(zāi)害類型上分析，我國有效響應(yīng)的60多起自然災(zāi)害覆蓋了森林火災(zāi)、洪水、地震、暴風雨/颶風/臺風、海嘯、火山噴發(fā)、滑坡等常見的自然災(zāi)害；在地域上，涵蓋了歐洲、亞洲、非洲、北美洲、南美洲和大洋洲，涉及全球36個國家和地區(qū)。

以下為我國衛(wèi)星在國際減災(zāi)救災(zāi)中的具體應(yīng)用實例。

（1）監(jiān)測俄羅斯森林火災(zāi)

2015年8月，應(yīng)急響應(yīng)Charter監(jiān)測俄羅斯森林火災(zāi)請求，安排調(diào)度我國高分一號衛(wèi)星對災(zāi)區(qū)成像。高分一號WFV傳感器具有800km的幅寬和快速重訪能力，在本次災(zāi)害中發(fā)揮了重要作用。圖1為高分一號衛(wèi)星俄羅斯火災(zāi)監(jiān)測成果圖。

圖1 高分一號衛(wèi)星俄羅斯火災(zāi)監(jiān)測成果圖（圖片來源：Charter官方網(wǎng)站）

（2）監(jiān)測美國夏威夷火山噴發(fā)

2018年5月，應(yīng)急響應(yīng)Charter監(jiān)測美國夏威夷火山噴發(fā)請求，安排調(diào)度我國高分二號衛(wèi)星對災(zāi)區(qū)成像，并成功獲取和提供了夏威夷火山區(qū)域圖像。從美國地質(zhì)調(diào)查局制作的成果圖可見，火山噴發(fā)位置及周圍區(qū)域清晰可見（圖2）。

圖2 高分二號衛(wèi)星美國夏威夷火山噴發(fā)監(jiān)測成果圖（圖片來源：Charter官方網(wǎng)站）

（3）監(jiān)測美國颶風

2017年8月的美國哈維（Harvey）颶風災(zāi)害中，我國的高分二號衛(wèi)星拍攝的颶風經(jīng)過以后的清晰圖像（圖3），為美國監(jiān)測該區(qū)域的洪水提供了技術(shù)支持，災(zāi)害監(jiān)測成果圖曾被德克薩斯州用來進行災(zāi)害評估。

圖3 高分二號衛(wèi)星美國哈維 （Harvey） 颶風監(jiān)測成果圖（圖片來源：Charter官方網(wǎng)站）

五、展望

目前我國加入Charter組織的衛(wèi)星數(shù)量及種類越來越多，提供衛(wèi)星圖像數(shù)量大大增加，災(zāi)害監(jiān)測能力越來越強。可以預(yù)見，這一趨勢在今后還將持續(xù)，我國在國際災(zāi)害救援領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越大的作用，這勢必將進一步提升中國航天的國際影響力。