珠海一號衛星及其綜合應用

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/珠海歐比特衛星大數據有限公司

珠海一號衛星星座具備強大的數據采集能力，全球特定目標實現每天平均不少于3 次重訪。2 顆空間分辨率0.9m 視頻衛星，全年數據獲取總量8PB；單顆OVS-2 視頻衛星全年圖像數據采集覆蓋面積32000 萬平方千米，全年視頻數據獲取覆蓋面積100 萬平方千米。8 顆高光譜衛星組網，2 天半左右可覆蓋全球、對特定區域1 天重訪，全年數據采集總量可達5.6PB；單顆OHS 衛星采集高光譜數據覆蓋面積可達218800 萬平方千米，大幅度提高星座采集遙感數據的能力。

2. 珠海一號高光譜衛星

珠海一號高光譜衛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，波長范圍400—1000nm，星上載荷支持獲取256 波段。由于受壓縮和存儲限制，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行下傳），重量為71kg。目前，單顆高光譜衛星重訪周期為6 天，8 顆高光譜衛星綜合重訪周期約為1 天。

珠海一號高光譜衛星自主可控、實現任務隨下隨拍，數據采集能力強，重返周期短，地物分析能力突出，空間分辨率最高，可解決我國在高光譜數據上的短缺問題，為開展高光譜遙感數據在農林牧草、生態環境等相關領域的應用研究提供數據支持。

3.珠海一號視頻衛星

珠海一號視頻衛星（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。每軌單次最長數據采集時間約6 分鐘。

三、珠海一號衛星應用成效

珠海一號星座數據尤其是高光譜數據以其高空間、高光譜、高時間分辨率等特點在農業、林業、生態環境、自然資源等領域取得廣泛的應用。目前根據市場訂單和特別用戶需要，安全有序開展數據采集工作，對全國乃至全球進行覆蓋數據獲取。珠海一號在全國已完成幾乎全境覆蓋，部分熱點地區完成多次覆蓋，如珠海、湖南、廣西、河南、四川等地。

1. 數據共享

為了有效推動高光譜數據在各行業中的應用及相關智能提取與識別算法、模型的研發發展，歐比特公司聯合中國科學院空天信息創新研究院，研制推出歐比特10m 高光譜全球共享數據集。

該數據集時間段為2018 年開始至今，原始數據由8 顆珠海一號高光譜衛星采集，共約256 萬景L1B 級標準影像數據。數據覆蓋全球，面積約為6400 萬平方千米，數據量約3750TB；通過國家對地觀測科學數據中心、高光譜衛星數據開放共享與應用合作計劃網站和歐比特珠海一號遙感數據服務平臺等對國內外學者開放共享。

數據申請在線訪問地址為：https://ohs.obtdata.com/hyperspectral-data-opening/；https://www.obtdata.com/#/index。

2. 農業領域

農作物生長在農業發展中占據著重要作用，對農作物的精準識別和分類是進一步開展農作物面積、種類、長勢等分析的基礎，對于精準農業發展、環境保護調查、農作物產量估測和災害監測等有著重要的意義。高光譜遙感圖譜合一的特征可有效應用于農業監測、作物分類、調查評估等方面。珠海一號高光譜數據因具有豐富的空間、輻射和光譜三重信息，能獲取作物目標的精細光譜特征，在農作物種植混雜的區域，對不同作物類型精準識別以及高精度信息提取具有明顯的優勢。結合不同作物的光譜、物候和紋理等信息，以高分辨率、高光譜遙感數據為數據源，提取農作物品種（水稻、果樹、苗木、蔬菜）的種植分布情況，統計其具體位置及面積，如圖2 所示。

圖2 作物品種分布監測專題圖

3. 災害應急保障

災害遙感監測在全球范圍內備受重視，利用衛星遙感技術對災害發生地區進行監測，可在最短的時間內掌握災害發生位置和分布范圍，是災害損失快速與綜合評估重要保障，為應急救助和災后重建提供技術支撐。珠海一號衛星以其高時相—高空間分辨率特點，在災害監測預警方面發揮獨特優勢，能夠提供的衛星應急保障服務包括：林火監測：對受災區域近實時標繪、受災程度評估、災后損失評估等；暴雨洪澇：洪澇災情狀況、受災評估；蟲害監測：受災范圍和程度，輔助評估和預測蝗害；氣象災害：臺風、泥石流等災前災后分析；以及安防國防軍事等。

（1）四川攀枝花山火應急監測

2020 年3 月5 日下午，四川省攀枝花市東區阿署達至機場路段突發山火。歐比特迅速響應調動珠海一號高光譜衛星星座對山火區域進行拍攝，基于遙感監測技術進行山火分布識別提取，為相關部門提供數據支持（圖3）。

圖3 攀枝花山火應急監測

（2）印尼山洪應急監測

2021 年4 月4 日，印度尼西亞東努沙登加拉省發生山洪和泥石流災害。歐比特第一時間響應中國GEO 全球災害數據應急響應機制，安排珠海一號視頻衛星拍攝計劃，免費提供災前歷史數據和災后數據至國家綜合地球觀測數據共享平臺，提供給聯合國亞太經濟與社會委員會、印尼航空航天研究院和地球觀測組織等，用于了解災區基本情況，在第一時間獲取災害發生的位置、等級等災害基本信息（圖4）。

圖4 印尼洪災影響區域分布

4. 自然資源領域

自然資源監測主要是針對自然資源部的相關工作內容進行劃分，涉及水林田湖草海的總量控制和變化。珠海一號星座在自然資源領域的相關應用服務具體包括以下幾個方面。

（1）國土資源監測

國土資源監測是使用高空間分辨率衛星影像結合高光譜衛星影像監測國土資源分布，利用計算機解譯方法結合目視解譯方法提取出陸域范圍內各類國土資源利用類型，制作土地利用現狀分類圖，摸清國土資源利用現狀，為國土部門管理提供輔助支持。根據調查的國土資源分類標準構建國土資源分類體系，確定需要劃分的類別，利用高光譜影像數據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建地物分類特征變量，構建國土資源分類方法體系對各地區國土資源進行分類提取。

（2）森林資源監測

森林資源監測主要分為森林分布監測和森林健康監測。森林分布主要監測內容為森林分布位置、分布范圍、面積等信息。珠海一號高光譜數據特定的光譜區域和連續的光譜特征，可以提高森林植被識別精度。森林健康監測是通過對不同類型植被的生物物理化學成分含量的估算獲得較為精細的植被生態學信息，充分利用高光譜數據豐富的光譜特性，監測森林健康問題，實現遙感領域對森林健康有效的、大尺度的高精度評估，生成森林健康評價專題圖，為相關部門管理提供輔助支持。例如，以2020 年10 月22 日珠海一號高光譜數據為遙感數據源綜合野外調查數據對湖南省衡陽市衡南縣森林資源進行識別提取，統計分析森林分布位置及面積，實現了森林資源監測半自動化生產，提高了林業調查和監測的精度和效率（圖5）；以珠海一號高光譜數據為數據源，各類遙感植被指數構建的綜合評價體系為主體監測方法，實現珠海市森林健康評估半自動生產監測流程，通過遙感手段及時宏觀地評估珠海市區內森林生態的健康程度（健康、亞健康、較健康、不健康），并制作珠海市森林健康度評價專題圖,為珠海市森林生態保護建設提供參考。

圖5 衡南縣森林資源監測

（3）園林綠化監測

城市市區園林的分布具有面積小、分布零散的特點，要從遙感影像上提取出城市市區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 日珠海一號高光譜數據為基礎數據源結合高分辨率遙感影像提取山東省聊城市建成區范圍內綠化用地，包括道路綠化、公園綠地、居民地綠地、濱水綠地及其他綠化。從宏觀上監測城市綠地結構布局，計算城市綠量、動態監測城市環境，為城市綠地的資源調查、質量評估及精細化管理提供科學高效的技術支撐（圖6）。

圖6 2020 年聊城城市綠地監測

（4）濕地資源監測

濕地資源包括河流、庫塘、沼澤、濱海等濕地類型，儲存了大量的水資源。高光譜遙感目前在濕地植被監測、精細分類、生物量估算等方面得到了較好應用，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測區域，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，對淇澳島區域進行精細分類。

圖7 珠海淇澳島濕地資源監測

四、結束語

珠海一號遙感微納衛星星座工程已完成3 組共12 顆衛星的發射，衛星種類包括視頻衛星、高光譜衛星；在衛星影像應用階段，利用珠海一號的衛星大數據在農業、林業、災害應急保障和自然資源等領域得到了廣泛的應用。

在未來的計劃中，珠海一號遙感微納衛星星座工程將繼續向前推進，發射SAR、紅外、高分光學等多類型衛星，進一步豐富珠海一號星座的數據類型，從而豐富、擴展應用服務的領域和效果，產出更多更大的衛星大數據價值。