灾害监测应急虚拟卫星星座及应用服务研究

建设灾害遥感卫星及应用服务系统,对于应对我国严峻自然灾害形势、提高综合防灾减灾与灾害应急管理能力具有重要意义。文章依据自然灾害管理的备灾、救灾、恢复重建、减灾等4个阶段特点,分析了灾害遥感存在的问题和需求;根据《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》的卫星资源统筹原则,综合考虑高低轨与敏捷组网、高中低分辨率互补、光学与雷达星协同,提出构建"4+4+6+X"灾害监测应急虚拟卫星星座设想。星座以"4+4+6"卫星为主体,通过共享使用气象卫星、海洋卫星和其它陆地观测卫星,实现自然灾害应急观测、高分辨率观测和地球系统综合观测;阐述了综合防灾减灾卫星应用系统组成、信息服务模式,并对卫星系统建设、运行机制和产业化推广进行了展望。文章的研究结果可为交通运输、自然资源、环境保护等行业卫星系统的论证建设提供借鉴。     

应急管理星座总体设想与体系效能仿真

主要针对应急管理应用需求,研判国内外发展情况,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划》中应急管理相关卫星基础上,面向应急管理"十四五"规划发展需求和目前的不足,提出了一种低、中、高轨相结合的多要素应急观测卫星星座设计方法,对不同配置的卫星进行合理搭配,实现了多种不同观测手段、多要素观测卫星的高效协同运行。最后,按照发展目标对卫星星座建设提出了发展阶段建议,按阶段给出了星座对于所关注区域应急观测的效能仿真结果,可作为"十四五"我国应急卫星星座发展和规划建设的参考。     

遥感数据在自然灾害救助中的应用

根据《自然灾害救助条例》的自然灾害救助业务需求,分析了卫星遥感和航空遥感在自然灾害救助中的应用能力,利用高分辨率“快鸟”（Quickbird）卫星、地球资源观测卫星一B（EROS—B）的光学数据、“地中海盆地观测小卫星”（COSMO—Skymed）星座的合成孔径雷达数据、航空及无人机的遥感数据,结合空间分析方法,对汶川地震和玉树地震后灾民安置点规划、房屋倒损评估、帐篷动态监测、灾后灾民安置及环境、房屋恢复重建进度等进行了研究,其相关产品为政府提供决策支持信息、制定科学合理的救灾措施发挥了重要作用。     

“高分四号”卫星观测能力与应用前景分析

"高分四号"卫星是中国高分辨率对地观测系统重大专项工程中首颗地球同步轨道遥感卫星,也是目前世界上地球同步轨道上第一颗高分辨率遥感卫星,它具有较高空间分辨率、极高时间分辨率、多种谱段选择、广阔的观测范围等特点。为使"高分四号"卫星充分发挥观测能力,成为灾害监测以及防灾减灾的有效工具,文章对应典型遥感应用,总结归纳出了五种观测模式,分别是凝视模式、跟踪模式、巡航模式、签到模式、夜间模式,并分析给出各种模式下相应的观测策略。文中还以现有国产遥感卫星为例,讨论了影响"高分四号"卫星应用的两种重要因素,即数据连续性和数据稳定性,其中针对巡航模式对数据连续性的潜在影响提出了"高分四号"卫星在轨使用建议,针对数据稳定性提出了一种评价模型。该文对于有关方面应对多种观测需求、合理使用"高分四号"卫星在轨观测能力具有一定参考价值。     

高分四号卫星在溃决型洪水灾害监测评估中的应用

高分四号卫星具有响应速度快、重复观测周期短等优势,是监测溃决型洪水发展变化状况的有效手段。以江西省鄱阳县河堤溃口引发的洪水灾害为例,将灾区灾后多时相的高分四号卫星连续监测图像与灾前高分一号卫星图像结合,提出空间位置关系约束条件下的溃决型洪水范围提取方法。通过构建人口评估模型,实现受灾人口的快速估算。应用结果表明:高分四号卫星能及时监测突发性溃决型洪水,并能根据实际需求实现对灾区的连续监测;基于高分四号卫星图像的洪水范围提取和受灾情况评估方法,简便易行、准确性高,可用于溃决型洪水范围及其变化的监测评估。根据溃决型洪水灾害监测评估的实际应用需求,从多种卫星的组合观测、地球静止轨道卫星性能指标提升等方面提出了高分四号卫星应用和后续卫星研制建议。     

基于“高分四号”卫星数据的水体提取效果评价

"高分四号"卫星具有静止轨道卫星高时间分辨率和中高空间分辨率的特点,可以实现对水体面积及变化的大范围实时监测,有效支撑洪涝灾害应急救助工作。为了验证其对水体面积及其变化的监测能力,文章分别利用区域生长法和水体指数法,在开展全国水体面积变化监测基础上,针对与同期"高分一号"卫星16m分辨率多光谱相机及美国Terra卫星的中分辨率成像光谱仪数据等卫星的监测结果展开对比,结果显示,与其他极轨卫星监测结果相比,"高分四号"卫星可以有效开展水体面积及变化监测。但是,鉴于"高分四号"卫星50m像元分辨率,相比更高分辨率遥感影像的水体提取结果,"高分四号"卫星数据提取的水体外部轮廓较为粗糙。在针对规模较小洪涝灾害监测方面可能存在一定误差,仍然需要再进一步开展评价。     

面向应急事件的卫星任务规划技术

陆地观测卫星在轨运控中,面向用户成像需求的任务规划通常分为常规和应急两种类型。常规任务规划即根据需求的类型及空间位置,结合卫星轨道信息进行需求过境计算及常规任务安排,以获取卫星影像数据;应急任务规划即通过技术手段实现卫星快速应急成像。文章通过分析卫星常规及应急运控模式,提出了卫星应急成像任务规划模式下需求统筹、卫星资源综合调度、应急可行性分析、测控和接收资源调度、应急计划快速调整等关键技术,总结了中国陆地观测卫星应急成像能力,对应急任务规划系统设计提出可行性建议,有效地提高了卫星应急时效性。     

空间目标多星多角度实时近距离三维详查研究

针对现有观测卫星近距离观测研究较少关注详查等任务特性的现状,设计分析了可实时、全覆盖、近距离观测空间目标的卫星编队构型。综合考虑绕飞相对轨道运动、传感器视场参数、旋转目标坐标转换等因素,简化了空间目标模型,将其表面进行网格离散。分析了各网格被单颗观测卫星观测的情况,统计详查覆盖率、详查最短时间,分析不同绕飞距离对任务特性的影响;设计卫星观测光轴转动策略和多星编队协同观测策略,通过数值算例分析不同策略对卫星近距离观测任务的影响。结果表明:所设计的绕飞编队观测构型可满足实时、全覆盖观测空间目标的要求,可应用于绕飞监测、协同操作等近距离空间在轨操作任务。     

多源卫星信息在轨融合处理分析与展望

针对自然灾害监测、海洋目标监视等多星协同探测应用场合,首先分析了多源卫星信息在轨融合处理的必要性,其次总结了国内外卫星数据在轨处理的研究现状和存在的问题,然后在此基础上从星上探测、通信和计算资源出发,分析了适应在轨处理的在轨自主任务规划、目标信息表征、多源卫星信息目标在轨关联、多源卫星信息在轨特征融合、星地协同数据处理与动态交互等多源卫星信息在轨融合处理的相关问题和关键技术,最后,给出未来发展趋势展望。     

分布式协同微纳遥感星群的智能控制系统关键技术

近年来，国内外微纳遥感星座发展不断加速，通过高频重访大幅提升了对地观测的时间分辨率，但是由于单颗微纳卫星观测能力受限，难以满足多源同步与融合、高品质、大幅宽等数据应用需求。为此，将星座与星簇相结合，以星座化分布满足高时间分辨率需求，以星座节点上的星簇协同观测获取多源、高品质、宽幅数据，构建基于微纳卫星的分布式协同遥感系统，是兼顾上述遥感应用需求的有效途径。智能分布式协同控制是该系统的核心关键，为此，必须研究解决星座+星簇大规模动态微纳遥感星群控制系统的分布协同自主导航、智能运动规划与控制、智能健康预测与管理、智能组网等关键技术难题。在梳理分析国内外分布式微纳遥感系统的基础上，给出分布式协同微纳遥感星群的概念内涵，分析其特有的四方面难题，梳理总结相关技术发展现状与趋势，以期为后续该方向的研究起到一定的借鉴作用。     

序言

正2018年5月9日2时28分,"高分五号"卫星在太原卫星发射中心成功发射,"高分五号"卫星的成功发射是我国"高分辨率对地观测"重大专项全面实现"高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率"三大重要目标的重要里程碑,是又一次大幅度提升我国对地观测能力的重要标志。"高分五号"卫星是我国利用高光谱技术完整实现对固体地球表面、植被生物圈、土壤圈、水圈、大气圈进行全面观测的空间遥感卫星系统,通过对大气污染气体、温室气体、气溶胶等物理要素的监测,填     

高低轨遥感卫星联合监测火灾模式分析

高低轨遥感卫星联合监测火灾模式是指使用高轨卫星每日针对重点区域巡查,发现火点,对已发现火点,快速调动高轨卫星应急规划,高频次获取灾区观测数据,掌握火势发展情况;通过低轨高分辨卫星侧摆成像,详查灾害区域,进行过火面积评估。文章针对遥感卫星高低轨联合监测过程中卫星数据获取时效性存在的问题及要求,建立高轨卫星一键式应急任务规划系统,并构建森林火灾应急需求与低轨卫星资源匹配的规则和算法,实现应急任务一键式分配至各低轨卫星任务规划系统,提升高低轨卫星应急响应时间。     

高轨SAR卫星在综合减灾中的应用潜力和工作模式需求

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR,高轨SAR)卫星集合了地球同步轨道和主动微波遥感观测的优势。文章分析了高轨SAR卫星在综合减灾中的应用潜力,包括在洪涝灾害、地质灾害、旱灾、雪灾等方面的应用。从减灾应用的角度,分别比较了高轨SAR卫星与可见光卫星和现有中低轨SAR卫星的优势。针对综合减灾应用,提出了4种高轨SAR卫星工作模式需求,包括灾害常规模式、单灾应急模式、多灾应急模式和区域灾害模式。文章的分析表明,高轨SAR卫星尤其适合于自然灾害的大尺度、全天时、全天候的动态监测。     

面向应急减灾的中轨多频多极化SAR载荷设计

针对我国现有天基观测手段时效性低、观测精度低、信息获取手段单一、难以满足日益增长的应急减灾应用需求问题,提出一种位于中轨多频多极化合成孔径雷达(SAR)载荷设计。该载荷位于中轨,通过L,S,C,X共4个频段及全极化设计,能兼顾低轨SAR和高轨SAR的优点,具备高时空分辨率、大幅宽、多元信息获取特点,能很好地满足灾害监测预警及应急响应观测的需求。     

利用卫星系统提升我国森林火灾监测能力探讨

近年来,火灾、洪涝、地震、滑坡/泥石流成为社会发展面临的四类主要灾害。利用遥感卫星进行风险预警、火情监测、灾后评估发挥了很大作用。文章对森林火灾特点、火灾发生过程进行了深入分析,总结了在轨的几个典型遥感卫星系统应用情况,针对红外通道灵敏度较低、分辨率与幅宽设计矛盾、数据更新速率较慢等问题,围绕火灾监测能力提升,对未来发展提出了合理配置谱段、多星协同互补等建议,可以为卫星体系、系统、载荷设计人员提供参考和借鉴。     

序言

正高分辨率多种模式综合成像卫星(简称高分多模卫星)是国家民用空间基础设施工程"十三五"首批启动并首颗发射的科研卫星,肩负着实现我国优于0.5 m分辨率遥感图像数据自给的重任,是对地观测系统中分辨率最高的光学遥感卫星。     

“高分四号”卫星数据产品减灾服务时效性测试

"高分四号"卫星数据产品应用服务的时效性是工程建设、管理和应用部门普遍关心的热点问题,也是评价灾害应急阶段"高分四号"卫星数据产品快速服务能力的重要指标。文章针对"高分四号"卫星及其有效载荷成像特点,在分析不同卫星成像模式下减灾应用需求的基础上,提出了"高分四号"卫星凝视、区域和机动巡查模式下,数据服务时效性测试方案以及减灾应用产品生产的时效性测试方案。结果表明,"高分四号"卫星具有很强的机动灵活性和高时效观测能力,最快能在1个半小时以内实现从需求申请到产品生产的全链路数据产品服务。通过测试发现,观测计划编排和卫星应急观测时长较短,反应速度较快,但地面数据处理、分发和传输的时长受多因素影响,时长伸缩性大。随着"高分四号"卫星长期在轨稳定运行,数据服务工作日趋稳定成熟,全链路数据服务的时效性会得到进一步提高,在国家防灾减灾救灾中的数据应用服务支撑作用将日益凸显。     

“高分四号”卫星遥感技术创新

"高分四号"卫星是中国首颗地球静止轨道高分辨率光学遥感卫星,是国家高分辨率对地观测系统重大专项工程的重要组成部分。"高分四号"卫星将高时间分辨率和较高空间分辨率相结合,为减灾、气象、地震和林业等多个行业的应用提供遥感数据服务,并为海洋、国土和水利等行业以及国防建设提供遥感数据支持,实现中国民用高分卫星研制和卫星遥感应用领域的新突破。文章分析了"高分四号"卫星在运行轨道、探测手段、控制体制等多方面的任务特点,总结了卫星总体设计技术、高精度控制技术、复杂条件下像质保障技术、高精度热控技术、高可靠长寿命技术等创新点,为中国静止轨道高分辨率光学遥感领域后续发展提出重要建议。     

高分三号卫星减灾行业应用能力分析

高分三号(GF-3)卫星能够高时效地实现不同应用模式下1~500m分辨率、10~650km幅宽的微波遥感数据获取,为洪涝、地震、滑坡、泥石流等自然灾害监测和损失评估提供了有力支撑。在介绍高分三号卫星成像特点基础上,从地表参数反演、地物目标识别、变化检测3个方面,结合2017年度四川茂县山体滑坡、吉林洪涝灾害等重特大自然灾害,深入开展了GF-3卫星灾害要素监测、应急监测、损失评估及恢复重建监测等灾害管理全流程的应用能力分析,可为后期提升灾害监测与评估水平奠定基础。     

对防震救灾中卫星应用的思考

人类的生存与发展有赖于不断抵御、抗拒各种自然灾害的侵袭,减轻自然灾害。在防震救灾工作中,以卫星为主的空间力量的广泛应用对灾前准备、救灾期间和灾后重建起着至关重要的作用。研究地震救灾中卫星应用,可以从中得到一定的启示,为更有效、更广泛的应用卫星提供一定的参考。