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2008年5月12日,一场罕见的特大地震震惊中外,以遥感卫星、通信卫星等科学手段组成的“太空救援队”,为救灾指挥,次生灾害的预防、灾害评估以及灾后重建等决策提供了基础信息,为夺取抗震救灾的伟大胜利,提供了大量的基础信息。在党和政府的正确决策和科学组织下,在第一时间展开了紧急抗震救灾工作,使灾害以及次生灾害损失尽可能地降低到了最小限度。卫星在救灾中发挥了重要作用的同时,也暴露出一些不足。汶川地震逐渐离人们远去,大震过后,加强我国航天高科技的发展,构筑我国防灾减灾天基信息保障系统,日益引起专家的重视和关注。
——编者按
在汶川地震中,国内外遥感卫星在第一时间内,提供了最新的观测数据,显示出科技抗震的威力,成为此次抢险救灾的一大亮点。
太空“千里眼”抗震“及时雨”
据国家减灾委提供的数据,在地震灾害发生最初的半个月里,国家减灾委就获取了国内资源一号02星等5颗卫星728景数据,其中,灾前419景,灾后309景;同时,美国陆地-7卫星、欧空局资源卫星、法国斯波特一5资源卫星、加拿大雷达卫星、日本艾罗斯雷达卫星、印度测绘卫星、意大利雷达卫星等都提供了灾区的图像数据。同时,在最初的抢险救灾工作过去后,我国还继续与各国航天机构以及多边组织积极协调,争取获得更多空间信息,为抗震救灾和灾后重建提供数据支持。
在这些卫星中,特别值得一提的是资源一号卫星。自汶川地震灾害发生后,中国资源卫星应用中心就立即启动了重大自然灾害监测预报,安排资源卫星02/02B星CCD相机对地震灾区共进行持续跟踪侧摆观测,密切关注灾情的发展。基本上做到了每天有一颗资源卫星经过震区并成像,获取的CCD遥感影像数据覆盖了地震灾区,并获取了覆盖四川省北川县、平武县、青川县、江油市和甘肃省文县等地震灾区的HR遥感影像。从5月13日到6月中旬,中心接收了覆盖地震灾区的资源一号02星数据23轨,共计186景数据,包括120景CCD影像、66景HR影像,其中CCD数据72景被云覆盖,48景未被或部分被云覆盖;HR数据35景被云覆盖,31景未被或部分被云覆盖。图像中可以清晰的看到地震中灾区房屋及公路桥梁损毁、山体滑坡和居民安置的情况。中心技术人员对获取的遥感影像进行对比分析,解译出大量灾区灾情信息。
通过对灾区震前震后资源一号02星和02B星卫星获取的遥感图像进行分析解译后,从遥感图像上发现,在地震灾区共发现56处滑坡、8处堰塞湖和1处桥梁断开。影像上能清晰地看到北川县、平武县和文县等地震灾区房屋及公路桥梁损毁、山体滑坡和居民安置的情况。
中国资源卫星应用中心同时于5月15日、5月16日、5月18日、5月22日和5月23日分别获取了日本艾罗斯卫星空间分辨率为10米和2.5米高分辨率卫星数据。
中国资源卫星应用中心技术人员对艾罗斯图像进行分析解译后,在地震灾区共发现40处滑坡和7处堰塞湖。其中发现汶川县北部发生4处滑坡,总面积约83.53平方千米,灾情严重,对汶川县城具有很大威胁;在北川县境内发现通口河漩坪乡段有1处因滑坡引起的堰塞湖,另有8处滑坡;茂县共发现4处滑坡;青川县和平武县境内分别解译出11处滑坡;文县境内解译出2处滑坡……
遥感卫星提供的数据图像,为党中央、国务院正确决策、科学组织抗震救灾和灾后重建提供了科学的依据;抗震救灾人员拿着地图穿梭在灾区,救灾民于水火之中,遥感卫星在抗震救灾中,又一次展现了航天高科技的风采。
大震告诉我们什么?
尽管遥感技术在抗震救灾中发挥了重要的作用,但暴露出的差距和不足值得关注,对加快我国卫星遥感技术的发展,建立健全我国防灾减灾体系提出了要求,大震给我国发展卫星遥感技术的启示是多方面的。
第一时间(几小时内)获取准确信息,对于了解灾害、正确决策具有重要意义。虽然我国的遥感卫星在灾害发生后,很快获取了灾区的信息,但是目前,我国在轨运行的遥感卫星数量还远远不够,多颗卫星组网的联合立体观测尚未实现,还达不到在任何时间、对任何地点、任何目标实施全天时、全天候的立体监测。在突发的灾害面前,很难对灾区实施快速覆盖,很难保证及时为抗震救灾提供大量的卫星影像。同时,我国现有的遥感卫星的综合利用也需要大大加强。因此,加强我国地球观测空间基础设施建设,多种卫星、多种手段一起应用,以保证应急期间在第一时间快速获取卫星数据,是应急监测中需要着力解决的问题。
中国资源卫星应用中心在应用资源一号卫星实践中就感到,虽然卫星提供了大量的图像资料,但是,也暴露出许多不足。
高分辨率数据有限。地震发生时,资源一号02B星不在震中上空,02B星HR相机即便采用大角度侧摆也难以及时对灾区成像,因此灾害监测主要是采用CCD、WFI影像数据进行的。CCD、WFI相机的幅宽对于开展宏观的灾害监测具有一定的优势,但其分辨率相对较低,对于城市细节,如房屋倒塌、道路桥梁损坏等信息的监测还有一定的困难。
卫星遥感数据时效性不足。灾害监测的一个重要特点就是快速反应,在灾害发生后要尽快获得灾区的影像数据,而且对灾区的监测要具有连续性,能够及时掌握灾情的动态发展。因此,时间分辨率就显得尤为重要,资源卫星虽然有侧摆功能,但轨道是固定的,CCD相机的重访周期为26天,HR相机的重访周期为104天,不像有些小卫星那么灵活,可以编程快速获取指定地区的卫星图像数据。
数据传输不能满足灾害监测应急反应需求。在灾害监测过程中,密云地面站接收数据后通过光纤传至地面站总部,再从地面站传至中心总计需要约2个半小时时间,严重影响了灾害监测应急反应速度。
图像的几何定位精度和辐射精度有待提高。几何定位精度如果很高,那么不需要进行精确的几何校正就可以进行灾情信息提取,可以节省很多时间进行灾情快速评估,提高应急灾害监测的快速反应能力;同时如果相对定标和绝对定标精度高就可以进行生物物理量的估算,精确地对各种信息进行分类提取,定量评估灾情。在这方面,我们的资源卫星与国外的同类卫星比还有待于进一步提高。
卫星的幅宽还有待提高。通常情况下,高分辨率卫星的幅宽较小,如资源卫星的HR相机只有27千米,但国外的卫星可用两台相机同时成像,有效地扩大了幅宽,如斯波特-5的2.5米分辨率图像幅宽达到60千米。
卫星数据辐射量化水平有待提高。我国的资源卫星数据辐射量化与国外差距比较大,辐射量化越高图像上地物的细微差别越能够体现,对灾情的监测就能更精确、更全面。因此,在图像动态范围上,国内的资源卫星数据需要进一步提高。在图像细节信息方面,与国外 也有差距,图像的细节决定地震灾害覆盖范围提取的准确度。
卫星数据和基础地理信息数据的共享有待加强。目前国内发射数颗遥感卫星,还有一些公司代理国外的卫星数据,但这些数据大多数分散在具体的各个部门。未能实现共享……
在抗震救灾中,仅仅能为灾区提供能判别出较大的山体塌方、堰塞湖等信息是远远不够的,提供的图像既要具有很高的空间分辨率,也需要可见光图像和微波遥感图像相互补充,这样才能提供丰富可用的信息。如何进一步提高遥感卫星图像分辨率,在加快可见光遥感卫星技术发展的同时,加快雷达卫星的发展,充分发挥微波遥感的威力,多种遥感手段相互配合,以及时获取更多的全天候、精细化、高精度、定量化、信息丰富的灾区图像,是一个需要引起高度关注的问题……
防灾减灾体系需要加强。由于缺乏统一的体系组织和管理协调,国内外可接收的在轨卫星数据没有得到有效的综合利用,其潜能没有得到充分发挥,资料利用率较低;国内现有卫星如何开展综合利用缺乏政策指导,也没有具体的有效措施,在应急时很难做到统一部署和相互配合。
明天的安宁要从今天起步
大震之后,如何发挥航天高科技手段,提高我国减灾防灾水平,航天专家在思考,有关部门在思考。
专家认为,我国是一个自然灾害频发的国家,每一次重大自然灾害都会考验着电力、通信、交通等重要基础设施,危及着人民群众的生命安全,而只有通过对表现在自然环境发生的异常或激烈变化进行全面长期有效和连续不间断的监测,才能确定成灾预兆,测量变异参数,并对灾情进行监视和评估,而天基信息保障系统的建立具有其它地面手段所不可替代的作用,作为空间基础设施,需要早规划、早实施,尽快投入运行,加强国家减灾防灾天基信息保障体系建设势在必行。
中国空间技术研究院的专家认为,应急救灾对我国发展高分辨率卫星技术手段方面,提出了高清晰、多时段、全天候、多谱段、三维立体成像、数据存储回放等需求,必须迅速建立由数颗卫星和相应地面应用系统构成的国家防灾减灾天基信息保障体系,实现全天候、全天时、全方位、无缝隙的监测和预报,并实现适时可靠的传输与共享,针对我国现有的气象卫星、资源卫星、海洋卫星以及环境与减灾小卫星星座卫星对地观测体系,应补充发展高分辨、宽覆盖、多频段、多极化的微波遥感成像等技术。抗灾减灾必须具备机动快速调度与服务能力,在灾情出现前后能对受灾区域实施不间断监测。为此,国家减灾委专家建议在3年至5年内,利用已有技术发射多颗高分辨率雷达观测系统,同时实现环境卫星与高分辨率遥感系统星座组网运行。
一些专家说,建设空间基础设施,首先要做好总体设计,研制防灾减灾系列卫星,保证卫星长寿命在轨连续运行;逐步提高探测器的性能,不断加强定量化应用基础和技术研究,提高卫星应用水平;保证星地系统一体化运行,实现多卫星的统一调度,发挥卫星的综合效应。加快雷达卫星的发展,增加合成孔径雷达卫星在轨数量。由于其在灾害监测上具有全天候、全天时,大范围观测,不受灾区环境影响,可对任何危险地区进行监测的优势。
——编者按
在汶川地震中,国内外遥感卫星在第一时间内,提供了最新的观测数据,显示出科技抗震的威力,成为此次抢险救灾的一大亮点。
太空“千里眼”抗震“及时雨”
据国家减灾委提供的数据,在地震灾害发生最初的半个月里,国家减灾委就获取了国内资源一号02星等5颗卫星728景数据,其中,灾前419景,灾后309景;同时,美国陆地-7卫星、欧空局资源卫星、法国斯波特一5资源卫星、加拿大雷达卫星、日本艾罗斯雷达卫星、印度测绘卫星、意大利雷达卫星等都提供了灾区的图像数据。同时,在最初的抢险救灾工作过去后,我国还继续与各国航天机构以及多边组织积极协调,争取获得更多空间信息,为抗震救灾和灾后重建提供数据支持。
在这些卫星中,特别值得一提的是资源一号卫星。自汶川地震灾害发生后,中国资源卫星应用中心就立即启动了重大自然灾害监测预报,安排资源卫星02/02B星CCD相机对地震灾区共进行持续跟踪侧摆观测,密切关注灾情的发展。基本上做到了每天有一颗资源卫星经过震区并成像,获取的CCD遥感影像数据覆盖了地震灾区,并获取了覆盖四川省北川县、平武县、青川县、江油市和甘肃省文县等地震灾区的HR遥感影像。从5月13日到6月中旬,中心接收了覆盖地震灾区的资源一号02星数据23轨,共计186景数据,包括120景CCD影像、66景HR影像,其中CCD数据72景被云覆盖,48景未被或部分被云覆盖;HR数据35景被云覆盖,31景未被或部分被云覆盖。图像中可以清晰的看到地震中灾区房屋及公路桥梁损毁、山体滑坡和居民安置的情况。中心技术人员对获取的遥感影像进行对比分析,解译出大量灾区灾情信息。
通过对灾区震前震后资源一号02星和02B星卫星获取的遥感图像进行分析解译后,从遥感图像上发现,在地震灾区共发现56处滑坡、8处堰塞湖和1处桥梁断开。影像上能清晰地看到北川县、平武县和文县等地震灾区房屋及公路桥梁损毁、山体滑坡和居民安置的情况。
中国资源卫星应用中心同时于5月15日、5月16日、5月18日、5月22日和5月23日分别获取了日本艾罗斯卫星空间分辨率为10米和2.5米高分辨率卫星数据。
中国资源卫星应用中心技术人员对艾罗斯图像进行分析解译后,在地震灾区共发现40处滑坡和7处堰塞湖。其中发现汶川县北部发生4处滑坡,总面积约83.53平方千米,灾情严重,对汶川县城具有很大威胁;在北川县境内发现通口河漩坪乡段有1处因滑坡引起的堰塞湖,另有8处滑坡;茂县共发现4处滑坡;青川县和平武县境内分别解译出11处滑坡;文县境内解译出2处滑坡……
遥感卫星提供的数据图像,为党中央、国务院正确决策、科学组织抗震救灾和灾后重建提供了科学的依据;抗震救灾人员拿着地图穿梭在灾区,救灾民于水火之中,遥感卫星在抗震救灾中,又一次展现了航天高科技的风采。
大震告诉我们什么?
尽管遥感技术在抗震救灾中发挥了重要的作用,但暴露出的差距和不足值得关注,对加快我国卫星遥感技术的发展,建立健全我国防灾减灾体系提出了要求,大震给我国发展卫星遥感技术的启示是多方面的。
第一时间(几小时内)获取准确信息,对于了解灾害、正确决策具有重要意义。虽然我国的遥感卫星在灾害发生后,很快获取了灾区的信息,但是目前,我国在轨运行的遥感卫星数量还远远不够,多颗卫星组网的联合立体观测尚未实现,还达不到在任何时间、对任何地点、任何目标实施全天时、全天候的立体监测。在突发的灾害面前,很难对灾区实施快速覆盖,很难保证及时为抗震救灾提供大量的卫星影像。同时,我国现有的遥感卫星的综合利用也需要大大加强。因此,加强我国地球观测空间基础设施建设,多种卫星、多种手段一起应用,以保证应急期间在第一时间快速获取卫星数据,是应急监测中需要着力解决的问题。
中国资源卫星应用中心在应用资源一号卫星实践中就感到,虽然卫星提供了大量的图像资料,但是,也暴露出许多不足。
高分辨率数据有限。地震发生时,资源一号02B星不在震中上空,02B星HR相机即便采用大角度侧摆也难以及时对灾区成像,因此灾害监测主要是采用CCD、WFI影像数据进行的。CCD、WFI相机的幅宽对于开展宏观的灾害监测具有一定的优势,但其分辨率相对较低,对于城市细节,如房屋倒塌、道路桥梁损坏等信息的监测还有一定的困难。
卫星遥感数据时效性不足。灾害监测的一个重要特点就是快速反应,在灾害发生后要尽快获得灾区的影像数据,而且对灾区的监测要具有连续性,能够及时掌握灾情的动态发展。因此,时间分辨率就显得尤为重要,资源卫星虽然有侧摆功能,但轨道是固定的,CCD相机的重访周期为26天,HR相机的重访周期为104天,不像有些小卫星那么灵活,可以编程快速获取指定地区的卫星图像数据。
数据传输不能满足灾害监测应急反应需求。在灾害监测过程中,密云地面站接收数据后通过光纤传至地面站总部,再从地面站传至中心总计需要约2个半小时时间,严重影响了灾害监测应急反应速度。
图像的几何定位精度和辐射精度有待提高。几何定位精度如果很高,那么不需要进行精确的几何校正就可以进行灾情信息提取,可以节省很多时间进行灾情快速评估,提高应急灾害监测的快速反应能力;同时如果相对定标和绝对定标精度高就可以进行生物物理量的估算,精确地对各种信息进行分类提取,定量评估灾情。在这方面,我们的资源卫星与国外的同类卫星比还有待于进一步提高。
卫星的幅宽还有待提高。通常情况下,高分辨率卫星的幅宽较小,如资源卫星的HR相机只有27千米,但国外的卫星可用两台相机同时成像,有效地扩大了幅宽,如斯波特-5的2.5米分辨率图像幅宽达到60千米。
卫星数据辐射量化水平有待提高。我国的资源卫星数据辐射量化与国外差距比较大,辐射量化越高图像上地物的细微差别越能够体现,对灾情的监测就能更精确、更全面。因此,在图像动态范围上,国内的资源卫星数据需要进一步提高。在图像细节信息方面,与国外 也有差距,图像的细节决定地震灾害覆盖范围提取的准确度。
卫星数据和基础地理信息数据的共享有待加强。目前国内发射数颗遥感卫星,还有一些公司代理国外的卫星数据,但这些数据大多数分散在具体的各个部门。未能实现共享……
在抗震救灾中,仅仅能为灾区提供能判别出较大的山体塌方、堰塞湖等信息是远远不够的,提供的图像既要具有很高的空间分辨率,也需要可见光图像和微波遥感图像相互补充,这样才能提供丰富可用的信息。如何进一步提高遥感卫星图像分辨率,在加快可见光遥感卫星技术发展的同时,加快雷达卫星的发展,充分发挥微波遥感的威力,多种遥感手段相互配合,以及时获取更多的全天候、精细化、高精度、定量化、信息丰富的灾区图像,是一个需要引起高度关注的问题……
防灾减灾体系需要加强。由于缺乏统一的体系组织和管理协调,国内外可接收的在轨卫星数据没有得到有效的综合利用,其潜能没有得到充分发挥,资料利用率较低;国内现有卫星如何开展综合利用缺乏政策指导,也没有具体的有效措施,在应急时很难做到统一部署和相互配合。
明天的安宁要从今天起步
大震之后,如何发挥航天高科技手段,提高我国减灾防灾水平,航天专家在思考,有关部门在思考。
专家认为,我国是一个自然灾害频发的国家,每一次重大自然灾害都会考验着电力、通信、交通等重要基础设施,危及着人民群众的生命安全,而只有通过对表现在自然环境发生的异常或激烈变化进行全面长期有效和连续不间断的监测,才能确定成灾预兆,测量变异参数,并对灾情进行监视和评估,而天基信息保障系统的建立具有其它地面手段所不可替代的作用,作为空间基础设施,需要早规划、早实施,尽快投入运行,加强国家减灾防灾天基信息保障体系建设势在必行。
中国空间技术研究院的专家认为,应急救灾对我国发展高分辨率卫星技术手段方面,提出了高清晰、多时段、全天候、多谱段、三维立体成像、数据存储回放等需求,必须迅速建立由数颗卫星和相应地面应用系统构成的国家防灾减灾天基信息保障体系,实现全天候、全天时、全方位、无缝隙的监测和预报,并实现适时可靠的传输与共享,针对我国现有的气象卫星、资源卫星、海洋卫星以及环境与减灾小卫星星座卫星对地观测体系,应补充发展高分辨、宽覆盖、多频段、多极化的微波遥感成像等技术。抗灾减灾必须具备机动快速调度与服务能力,在灾情出现前后能对受灾区域实施不间断监测。为此,国家减灾委专家建议在3年至5年内,利用已有技术发射多颗高分辨率雷达观测系统,同时实现环境卫星与高分辨率遥感系统星座组网运行。
一些专家说,建设空间基础设施,首先要做好总体设计,研制防灾减灾系列卫星,保证卫星长寿命在轨连续运行;逐步提高探测器的性能,不断加强定量化应用基础和技术研究,提高卫星应用水平;保证星地系统一体化运行,实现多卫星的统一调度,发挥卫星的综合效应。加快雷达卫星的发展,增加合成孔径雷达卫星在轨数量。由于其在灾害监测上具有全天候、全天时,大范围观测,不受灾区环境影响,可对任何危险地区进行监测的优势。