国产民用陆地观测卫星应急服务

文 ∣ 黄树松 夏天 赵英芬 易维 中国资源卫星应用中心

一、引言

我国是世界上灾害发生比较频繁的国家之一，目前利用遥感技术进行灾害监测已经进入新常态。当前我国遥感卫星体系分为陆地、海洋、气象三大类，在轨卫星数量达到100余颗，每年对多起灾害事件进行观测，减少自然灾害损失数百亿元。

中国资源卫星应用中心负责国产民用陆地观测卫星的运行管理工作，自第一颗民用陆地观测卫星发射成功20年来，制定了相对完善的卫星应急服务工作流程和工作机制，应急服务工作日趋完善。2018年针对包括东海撞船、大兴安岭地区火灾、台风“玛莉亚”、金沙江滑坡等在内的46起重特大自然灾害、应急事件等调用卫星成像616次，共享各类灾害数据3400余景。2019年，已对南方雪灾、四川木里火灾、江南洪涝、辽宁开原龙卷风等68起灾害或应急事件调用卫星成像1470次，共享数据6400余景，应急服务呈现常态化。

二、在轨卫星能力概况

我国在陆地观测卫星应用方面起步较晚，但发展迅速。自1999年10月第一颗陆地观测卫星中巴地球资源卫星01星（CBERS-01）成功发射至今，我国已成功发射民用陆地观测卫星20余颗，包含资源系列、环境减灾系列、测绘系列、高分系列、实践系列、电磁卫星等。

在空间分辨率方面，我国民用陆地观测卫星涵盖了高-中-低三个层次。目前我国民用陆地观测卫星已形成以10米量级分辨率为主的普查与米级（亚米级）分辨率为主的详查观测能力，不同分辨率卫星相互补充，可以发挥最大的应用潜能。

在光谱分辨率方面，目前我国民用陆地观测卫星包含光学卫星、高光谱卫星、雷达卫星、电磁卫星等，卫星传感器谱段涵盖从可见光到微波谱段。

在时间分辨率方面，我国民用陆地观测卫星具备全天候、全天时成像的观测能力，在大范围国土覆盖方面：中低分辨率卫星（10m以上）：15颗次，1天可以覆盖全国一次；中高分辨率卫星（2米级）：11颗次，1周可以覆盖全国一次；高分辨率卫星（优于1m）：2颗次，2个月可以覆盖全国一次。

三、应急服务案例

20年来，我国陆地观测系列卫星被广泛应用于国土资源、城市规划、环境监测、防灾减灾、农业、林业、水利、气象、电子政务、统计、海洋、测绘、国家重大工程等领域，为社会建设做出了巨大贡献。尤其是对政府来说，遥感数据可以提供客观的科学数据，在政务管理的各个方面均可发挥作用，各个省区均在筹建地方大数据管理中心等部门，遥感数据是各个数据中心的基础大数据。

在应急服务方面，1999～2008年，由于当时卫星数量较少及对应急救灾领域的认识较为缺乏，我国陆地观测卫星在当时应急救灾过程中发挥的作用十分有限。从2008年汶川地震发生后，应急救灾意识逐步提升，卫星数量逐步增加，环境减灾系列、高分专项系列、测绘系列卫星的发射及在轨运行大大提升了我国应急救灾能力，尤其是在卫星资源及应急机制建立方面具有重要意义。

近10年来，我国陆地观测卫星在涉及地震、台风、火灾、洪涝、重要会议、公共安全等自然灾害、重大事件及国防服务中起到了重要保障作用。灾害发生之后，利用陆地观测卫星迅速观测受灾情况，据此来组织人员转移、开展灾害救援、灾后评估及进行灾后重建。同时，由于卫星每天处于工作状态，日积月累获取的历史数据同样具有极高的价值。对应急服务来说，卫星获取的历史数据可以作为参考对象，对灾害等事件发生前后的状况进行比对，从而更加客观地分析出灾情信息及后续情况等。

1.地震灾害应急观测

地震造成的灾害是当今危害人类最严重的自然灾害之一。世界上针对地震的孕育发生研究仍处于尚不成熟阶段，面对地震发生时间的不确定性，地震发生后对灾情进行快速、准确的判定具有非常大的现实意义。据有关资料研究表明，震后72小时内是营救被困人员的黄金时期，科学的震后应急救援工作可以赢取宝贵的时间。

遥感技术具有快速、大范围、全天时等优势，在灾后数据获取、应急救援、地震灾害评估、震后重建等方面发挥着至关重要的作用。卫星遥感技术已经在2008年汶川8.0级地震、2013年芦山7.0级地震、2014年鲁甸6.5级地震、2015年尼泊尔8.1级地震、2017年四川九寨沟7.0级地震、2018年印尼7.4级地震、2019年四川宜宾地震等事件中得到了广泛的应用。

2014年8月3日16：30，在云南省昭通市鲁甸县（北纬27.1°，东经103.3°）发生6.5级地震，震源深度12km。中国资源卫星应用中心随即调用所有在轨陆地观测卫星对灾区进行监测，受天气等因素的影响，于8月5日获取灾区有效数据，通过卫星影像可以看出受损道路、滑坡情况、房屋倒塌及堰塞湖分布等灾情（图1），这些信息为应急救援提供了宝贵的数据支撑。

图1 高分一号卫星监测云南鲁甸地震

2.台风灾害应急观测

近几年随着受到全球气候变暖的影响，台风的年暴发频率及其造成的危害都呈上升趋势。中国位于西北太平洋沿岸，已成为世界上少数几个遭受台风影响最严重的国家之一。卫星遥感图像因其覆盖范围广、成像面积大、时间分辨率高，已成为台风灾害损失评估的有效资料。

图2 2017年第18号超强台风“泰利”高分四号卫星图像

图2为高分四号卫星观测的台风“泰利”。高分四号卫星是我国首颗地球同步轨道遥感卫星，搭载了一台可见光50m/中波红外400m分辨率、大于400km幅宽的凝视相机，采用面阵凝视方式成像，具备可见光、多光谱和红外成像能力，设计寿命8年，通过指向控制，实现对中国及周边地区的观测。高分四号卫星发射成功后，已成功监测台风24个。利用高分四号卫星在台风生成时对其进行持续观测，可以短时间内获取台风中心区域高分辨率影像，用以判断台风走向、强度等信息，大大提高了台风登陆地点的预报精度，为台风预警及灾害防范提供了科学依据。

3.森林火灾应急观测

森林火灾，是指失去人为控制，在林地内自由蔓延和扩展，对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为。森林火灾突发性强、破坏性大、处置救助较为困难。近年来，随着气候变暖和人为因素的影响，森林火灾的频繁发生已成为危害森林资源最严重的林业灾害之一。它给国家和人民的生命财产带来了巨大的损失。如果能够及时、准确和有效地监测森林火灾，对减少灾害损失、保护森林资源和维护生态平衡都具有非常重要的意义。遥感卫星的覆盖范围广，时空分辨率高，在森林火灾监测中具有非常特殊的能力和潜力。

近年来，我国大兴安岭地区、西南地区时常发生森林火灾，给人民生命财产安全带来了极大威胁，同时森林火灾扑救过程较为复杂，有些地方人迹罕至，卫星遥感技术显得尤为重要。随着遥感技术的不断发展，目前利用高分四号卫星可以快速进行火灾监测，同时建设了火灾自动预警监测系统，可以对森林火险进行监测，火灾监测从灾后救援走向了灾前预测。

2019年3月25日13：10，保定市涞源县白石山镇发生森林火灾，中国资源卫星应用中心第一时间调用高分四号卫星进行成像（图3），获取了火灾区域当日的相关数据，并提供给应急管理部。

4.公共安全应急观测

随着我国社会经济的快速发展和城市化水平的逐年提高，城市公共安全问题和隐患日益显现。开展城市公共安全评价，有针对性地采取整改和补强措施，保障城市稳定的生活、生产秩序，保障城市公众生命和财产的安全，对城市未来的建设和健康发展有重要意义。

图3 2019年3月25日河北涞源火灾高分四号卫星图像

高分辨率卫星遥感技术具有大范围覆盖、高清晰图上作业与地表信息提取的优势，可以提升动态监测能力。综合利用多光谱、高光谱和雷达数据，从重点目标、消防通道、水源地、交通等各个方面进行监测与分析，为消防、交管、安保提供技术支撑。

图4 2019年3月21日江苏盐城爆炸高分一号D卫星图像

2019年3月21日14：50许，位于江苏省盐城市陈家港化工园区的江苏天嘉宜化工有限公司发生爆炸事故。在发生爆炸后的第一时间，中国资源卫星应用中心调用高分辨率遥感卫星对爆炸区进行成像，并在3月22日获取了高分一号D卫星有效数据（图4），通过比对可以看出爆炸形成的坑以及对周边建筑物及其他地物的影响。

四、总结及展望

目前，我国在轨陆地观测卫星传感器丰富多样，能够满足用户高时间、高空间、高光谱分辨率数据需求，同时在数据类型、数据质量等方面得到了大幅提升。随着卫星遥感技术应用水平不断提升以及陆地观测卫星数据的不断丰富，在应急管理领域，用户对卫星运营服务及陆地观测卫星大数据加工处理等工作提出了新的要求。应急管理部组建并提出加快编制应急管理卫星发展规划，满足全天时、全天候、全要素、全球化服务的灾害监测业务需求，灾害遥感应用从注重灾后监测评估向注重灾前风险监测转变。

随着国家高分辨率对地观测重大专项、“十二五”空间基础设施规划等国家重大专项工程的顺利开展，预计2025年我国民用陆地观测卫星总量在轨40颗左右，届时将形成优于1m的高分辨率卫星服务能力和多尺度、近实时观测能力，高分数据自给率显著提高。