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高分一号卫星应用纪实:破空间和时间分辨率冲

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高分一号卫星应用纪实:破空间和时间分辨率冲

  孙子曾说过:“知天知地,胜乃可全。”如今,高分一号卫星终于圆了中国人做了几千年的这个梦,这颗中国高分辨率对地观测系统的首发星,让古人所期盼的“千里慧眼”成为现实。

2013年4月底,由中国航天科技集团公司所属航天东方红卫星有限公司抓总研制的民用高分辨率遥感卫星——高分一号卫星,作为我国高分辨率对地观测系统的首发星,在酒泉成功发射。一年多以来,高分一号卫星在国土资源、环境和农业等领域取得了广泛的应用效果,正由以技术推广为主的卫星向业务应用型卫星发展。

  观天测地的“千里眼”

在轨应用大显身手

  遥感卫星之所以神通广大,是因为它“站得高,看得远”,可以对资源进行宏观、综合、动态、快速的调查。

自高分一号卫星发射后,国土资源部、环保部、农业部等用户部门应用卫星数据积极开展了科研试用,在矿产资源开发现状调查、水环境和大气环境监测、农业资源调查等方面取得重要阶段性成果。在国家统计局2013年河北等五省秋粮和新疆棉花种植面积统计工作中,高分一号卫星数据替代国外数据的使用率达70%,突破了该领域长期依赖国外卫星数据的瓶颈。我国民用高分辨率遥感数据国产化程度显著提高。

  “但遥感应用也存在着不尽如人意之处:自主卫星数据种类较单一、数据源较缺乏,信息源的应用还刚刚起步,国外卫星的数据资源难以满足与我国同步监测要求,必须考虑运行成本的可承受性。这些是制约遥感卫星应用的瓶颈。”高分一号卫星应用系统总师、中科院遥感与数字地球研究所副所长顾行发说。

常年从事地面监测工作的王兵对高分一号卫星的水环境监测能力感触极深。“太湖水华暴发面积动辄几十上百平方公里,利用卫星遥感手段大范围快速监测就成了最佳选择。”王兵介绍,在蓝藻集中监测的几个月里,卫星监测数据每天都会传送到环保部。工作人员可根据几个月到几年的监测数据,比较不同区域蓝藻首次暴发时间、频率频度等因素,反推出蓝藻的形成条件、变化趋势。

  2010年5月,由国防科工局牵头组织实施,多部委参与的国家重大科技专项——高分专项工程全面启动实施。

高分一号卫星在应急救灾和灾后重建方面,也经受住了考验。去年的四川雅安地震、甘肃岷县地震和东北特大洪涝灾害中,高分一号卫星数据和专题解译产品被及时地提供给有关部门和地方政府。特别是在东北抗洪救灾中,高分一号卫星利用16米宽覆盖相机高效完成了洪水淹没区域的评估工作,与实际情况吻合率达90%以上,为黑龙江省灾后重建工作提供了有力的信息和技术支持。

  “在设计上,我们充分吸取了国土资源部、农业部、环保部等用户的需求。”高分一号卫星总设计师白照广表示。

卫星数据产品如何“打通最后一公里”,更好地为用户服务?高分一号卫星也做了有益尝试。“利用该卫星监测和评估灾情,每个点都带有坐标,每天都能拿到更新的数据。”

  高分一号卫星配置了2台分辨率为2米全色/8米多光谱的高分辨率相机和4台分辨率为16米的多光谱中分辨率宽幅相机,需要实现中高分辨率和宽幅成像能力的结合,满足多种空间分辨率、多种光谱分辨率、多源遥感数据的需求。

一直在抗洪一线参与实际救援工作的黑龙江省水文局副局长杨广元如是评价。

  经过几百个不眠之夜,2013年4月26日,长征二号丁火箭载着高分辨率对地观测系统的首发星高分一号成功发射,顺利进入预定轨道。

不仅在国内遥感应用领域大显身手,高分一号卫星还促进了中国与国际的合作。针对巴基斯坦地震,中国国家航天局应亚太空间组织的请求,及时向巴基斯坦提供了地震灾区高分一号卫星的影像数据。此外,中国国家航天局与俄罗斯航天局签署了对地观测数据共享协议,通过国际合作,我国遥感应用也将获得更丰富的数据资源。

  4天看遍地球

应用技术优势彰显

  高分一号在设计寿命上刷新了低轨卫星平均3年的纪录,达到5至8年。只需要4天,它就能把地球完整地看一遍。它的空间分辨率达2米左右,这意味着从卫星上可以清楚地看到地面上的小汽车,甚至自行车。

高分一号卫星能够取得上述应用效果,与其技术特点密不可分。首先,高分一号卫星具有同时实现高、中分辨率与大、小幅宽相结合的成像能力,能适应多种空间分辨率、多种光谱、多源遥感数据综合需求。其次,高分一号卫星可实现无地面控制点50米图像定位精度,能满足用户的精细化应用需求。此外,高分一号卫星还具备较强的数据处理与传输能力、高精度姿态控制能力以及高应用效能。在近期马航事件中,尽管高分一号卫星所获取的图像信息未被证实与失联客机直接相关,但其连续获取疑似目标图像信息的结果,充分展现了其在突发事件应急响应任务中不可替代的优势。

  一般而言,空间分辨率和时间分辨率是一对“冤家”,通常需要牺牲一方来保证另一方的领先水平,但高分一号实现了二者的最优组合。

据高分一号卫星总设计师白照广介绍,该卫星在马航搜寻过程中较好的成像质量,很大程度上得益于科研团队事先针对该遥感卫星进行的专项设计。后续他们还将引入其他民用遥感卫星设计专项技术,以提高图像精度。然而,白照广也并不讳言,高分一号卫星的各方面能力还有提升空间。未来,科研人员们还将在卫星姿态敏捷能力、星上数据处理和卫星自主测试方面继续提升高分系列卫星的应用能力。

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