高分系列卫星在Charter国际减灾中的应用

文 ∣ 郭朝辉 邓佳楠 中国资源卫星应用中心

一、Charter概况

空间与重大灾害国际宪章（International Charter Space and Major Disasters，Charter）是 1999年联合国在维也纳召开的第三届和平利用外层空间会议之后，由欧洲航天局（ESA）、法国国家空间研究中心（CNES）和加拿大航天局（CSA）于1999年共同发起，2000年11月1日正式开始运行的国际减灾合作机制，是当今世界最为成功运行的国际减灾组织之一。

Charter是一个不断发展壮大的国际减灾组织，当前共有欧洲航天局、法国国家空间研究中心、加拿大航天局、印度空间研究组织（ISRO）、美国国家海洋与大气管理局（NOAA）、阿根廷国家空间委员会（CONAE）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、美国地质调查局（USGS）、英国国家航天局（UKSA）、中国国家航天局（CNSA）、德国宇航中心（DLR）、韩国航空宇宙研究院（KARI）、巴西国家空间研究院（INPE）、欧洲气象卫星组织（EUMETSAT）、俄罗斯联邦航天局（ROSCOSMOS）、委内瑞拉空间局（ABAE）、阿联酋空间局（UAESA）17名正式成员，涵盖了当今世界主要航天强国或拥有较强陆地观测卫星资源的国家和组织。当前可共享60余颗卫星的数据资源。

自2000年正式运作以来，Charter针对发生在世界范围内的洪水、地震、森林火灾、飓风、火山喷发等重大突发性自然灾害实施了600余次遥感应急监测行动，向140多个遭受重大自然灾害影响的国家或地区无偿提供了卫星监测数据、信息和服务，以协助受灾地区进行相关的监测、评估及灾害管理决策，最大程度地减轻灾害造成的损失。在这600余次应急响应活动中，25次为我国发生并启动的灾害请求，包括淮河洪水、汶川地震、玉树地震、甘肃舟曲泥石流、四川雅安芦山县地震、马航MH370失联、东北水灾、江苏龙卷风等重大灾害，我国得到了大量的国外遥感卫星数据支持，从中充分受益。

二、我国加入Charter及对外提供的陆地观测卫星资源

2007年5月，经国务院批准，中国国家航天局正式加入Charter组织，成为该机构的第10个成员。这就意味着我国在发生重大自然灾害期间，可以获得Charter其他成员值班卫星的数据支援的同时，还应履行加入Charter组织的承诺，利用我国提供给Charter的卫星资源为世界减灾救灾提供服务。

按照中国国家航天局的安排，中国资源卫星应用中心承担了“空间资源机构”（PA）职责，即在世界重大自然灾害发生期间，响应Charter轮值紧急事务官（ECO）的卫星数据需求通知，在国家航天局的业务指导下，应急安排调度我国加入Charter组织的卫星资源对灾区成像并及时对外提供卫星数据服务。

2013年以前，我国为Charter提供服务的卫星资源主要为中巴地球资源卫星02B星（CBERS-02B）和实践九号A卫星（SJ-9A），卫星数量及服务能力与其他发达国家（或机构）相比明显不足，为世界减灾救灾提供的服务相对较少，与我国航天大国的地位不相称。

随着我国高分系列卫星的陆续发射，高分一号（GF-1）、高分二号（GF-2）、高分三号（GF-3）及高分四号（GF-4）相继加入Charter，成为灾害发生期间为Charter提供服务的卫星资源。我国陆地观测卫星加入Chater时间及主要参数见表1。

表1 我国陆地观测卫星加入日期及主要参数

从空间分辨率的角度来讲，我国为Charter提供服务的卫星数据源涵盖了亚米级（0.8）、米级（2m、3.2m、8m）和十几米至几百米空间分辨率区间，适应监测的灾害类型更为广泛；从传感器类型来说，覆盖了光学和雷达，可以全天候应对极端天气下的灾害监测，为世界减灾提供服务的能力大为提高。

三、Charter响应的灾害类型及高分系列卫星的需求适用

1.不同灾害对卫星图像的需求

Charter可以响应的自然灾害类型包括：地震、洪水、滑坡、海冰、雪灾、暴风雨/飓风、海啸、火山喷发和森林火灾，同时也对人为造成的灾害比如海洋溢油和工业事件进行应急响应。一般来说，不同的灾害类型具有不同的特点，也对卫星图像有不同的要求（表2）。

表2 主要灾害类型的特点及卫星图像需求

2.高分系列卫星适用的灾害监测

高分系列卫星搭载的载荷不同，可适用于不同的灾害监测。

高分一号卫星PMS相机具有2m分辨率全色和8m分辨率多光谱谱段，可在一般的灾害，特别是对空间分辨率要求不是特别高的灾害类型或地物监测中均可发挥作用。另外高分一号卫星还搭载了幅宽为800km、空间分辨率为16m的WFV相机，可在对空间分辨率要求相对较低，受灾范围较大、或对重访要求较快的灾害，比如森林火灾（中期跟踪）、海冰、海啸、暴风雨/飓风（晴天后）等灾害的跟踪监测中发挥优势。

高分二号卫星PMS相机具有0.8m空间分辨率全色和3.2m空间分辨率多光谱谱段，可以在对空间分辨率要求很高的灾害监测，如地震、滑坡、火山喷发、暴风雨/飓风（晴天后）、森林火灾（特别是灾后评估）、海啸灾害的监测中发挥作用，发现和提取更多的细节信息。

高分三号卫星具有12种成像模式，空间分辨率从1m到500m。目前可为Charter提供服务的模式仅限于滑动聚束（1m）、超精细条带（3m）、精细条带1（5m）、精细条带2（10m）、标准条带（25m）5种成像模式，可在地震、洪水、暴风雨/飓风、滑坡、海洋溢油、海冰、火山喷发灾害中发挥重要作用。

高分四号卫星为地球同步轨道，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，能够实现对中国及周边临近地区的快速观测。高分四号卫星具备高时间分辨率和较高空间分辨率的优势，可在森林火灾（早期火点红外探测及中期火场态势跟踪）、雪灾、洪涝、暴风雨/飓风（监测飓风/台风中心位置及路线）及海冰等灾害中发挥作用。

四、高分系列卫星的灾害监测应用

在高分一号卫星加入Charter（2014年10月）以前，由于卫星数量、空间分辨率及成像能力的限制，我国为世界减灾救灾提供的遥感卫星图像数量较少。随着高分系列卫星的相继加入，我国对外助力减灾救灾的能力大大增强。2007～2013年，我国有效响应灾害次数8起，提供卫星图像33景；2014年至今，有效响应灾害次数55起，提供卫星图像442景。高分系列卫星陆续加入Charter的5年，无论是有效响应国际灾害次数，还是提供卫星图像数量，都大幅增加，其中提供卫星图像数量甚至是前五年的十倍以上。

从灾害类型上分析，我国有效响应的60多起自然灾害覆盖了森林火灾、洪水、地震、暴风雨/飓风/台风、海啸、火山喷发、滑坡等常见的自然灾害；在地域上，涵盖了欧洲、亚洲、非洲、北美洲、南美洲和大洋洲，涉及全球36个国家和地区。

以下为我国卫星在国际减灾救灾中的具体应用实例。

（1）监测俄罗斯森林火灾

2015年8月，应急响应Charter监测俄罗斯森林火灾请求，安排调度我国高分一号卫星对灾区成像。高分一号WFV传感器具有800km的幅宽和快速重访能力，在本次灾害中发挥了重要作用。图1为高分一号卫星俄罗斯火灾监测成果图。

图1 高分一号卫星俄罗斯火灾监测成果图（图片来源：Charter官方网站）

（2）监测美国夏威夷火山喷发

2018年5月，应急响应Charter监测美国夏威夷火山喷发请求，安排调度我国高分二号卫星对灾区成像，并成功获取和提供了夏威夷火山区域图像。从美国地质调查局制作的成果图可见，火山喷发位置及周围区域清晰可见（图2）。

图2 高分二号卫星美国夏威夷火山喷发监测成果图（图片来源：Charter官方网站）

（3）监测美国飓风

2017年8月的美国哈维（Harvey）飓风灾害中，我国的高分二号卫星拍摄的飓风经过以后的清晰图像（图3），为美国监测该区域的洪水提供了技术支持，灾害监测成果图曾被德克萨斯州用来进行灾害评估。

图3 高分二号卫星美国哈维 （Harvey） 飓风监测成果图（图片来源：Charter官方网站）

五、展望

目前我国加入Charter组织的卫星数量及种类越来越多，提供卫星图像数量大大增加，灾害监测能力越来越强。可以预见，这一趋势在今后还将持续，我国在国际灾害救援领域将发挥越来越大的作用，这势必将进一步提升中国航天的国际影响力。