航天减灾的思考

紫　晓

2008年5月12日，汶川特大地震震惊中外，以遥感卫星，通信卫星等组成的“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。但各类卫星在救灾中发挥了重要作用的同时，也暴露出一些不足。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，日益引起重视和关注。

大震告诉我们什么?

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，而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，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”卫星实践中发现，虽然卫星提供了大量的图像资料，但也暴露出许多不足。主要是：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，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影像数据进行的。虽然CCD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，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。在精确地对各种信息进行分类提取，定量评估灾情方面，我国资源卫星与国外同类卫星相比还有待进一步提高。

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，而国外某些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。

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，仅仅为灾区提供能判别出较大山体塌方、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，实现多种遥感手段相互配合，以便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，只有通过对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，并对灾情进行监视和评估。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，而加强国家减灾防灾天基信息保障体系建设势在必行。

国家海洋局的专家认为，对自然灾害的监测是“测、报、防、抗、救、援”防灾减灾体系链中的先导性措施。面对自然灾害，首先要做好监测，通过对自然灾害的监测提供数据和信息，为自然灾害的示警和预报、抗灾、减灾提供更快，更准、更丰富的信息，是抗灾减灾工作的首要环节。在加强地面各类要素观测的同时，迫切需要快速发展全天时、全天候、高时间分辨率、高空间分辨率、高辐射分辨率、多种用途的对地观测系统，这类空间基础设施的建设越早越好。

国家减灾委的专家认为，应该尽快实现环境减灾星座与高分辩率系统卫星组网运行；要建立国家级卫星、航空资源应急协调长效机制；建立基于减灾卫星应用系统，建立多星，多载荷、高时效的遥感减灾应用平台；突破多星资源应用科技关键技术，推广遥感减灾应用示范工程，提高地方遥感应用水平。

中国空间技术研究院的专家指出，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等卫星对地观测体系，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至5年内，利用已有技术发射多颗高分辨率雷达卫星观测系统，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，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，增加其在轨数量。由于此类卫星在灾害监测上具有全天候、全天时、大范围观测、不受灾区环境影响和对任何危险地区进行监测等优势，专家建议，要加快雷达卫星的发展。由于震前、震期和震后要求差别大，特别是震期对时间分辨率要求高，单颗卫星很难满足要求，所以要考虑采用多颗卫星组网连续覆盖，并具有全天候监测和凝视能力；实现多频段、多极化；通过多频段、多极化数据融合，以获取更多信息；要大幅度提高时间分辨率和空间分辨率。测绘部门的专家认为，要加强高性能、高效率测绘卫星的发展，以提高抗灾保障能力和效率。由此可见，利用航天遥感手段预防和减轻自然灾害是大势所趋。

弥补我国卫星通信的“短板”

汶川地震造成通信系统严重破坏，给了解情况，指挥抗震救灾带来了极大的困难。然而，一场大震何以造成通信瘫痪，该怎样避免在自然灾害面前通信失灵的问题重蹈覆辙?航天专家们对此展开了思考，这对加强我国通信卫星系统建设，增强在应急情况下的通信保障能力颇有启示。

航天专家戚发轫院士认为，目前我国移动通信系统主要通过地面蜂窝传输来实现，而当通信光缆和地面设施遭到破坏后，通信必将陷于瘫痪，汶川地震震中地区无法与外界联系，就是一个有力的证明。由于我国还没有自主的卫星移动通信系统，灾害救援人员只能使用如海事卫星电话等国外卫星移动通信系统，这种状况，不但难以保障抢险救灾对应急通信的需求，而且通信系统是外国的，使得我国在卫星移动通信业务发展中没有主动权。此类状况也使我国难以获得完备的通信安全机制，同时也没有通信保密可言。

还有业内专家认为，目前我国境内的卫星运营企业拥有“中卫一号”、“鑫诺一号”、“鑫诺三号”、“中星六号B”和“中星九号”等5颗在轨运营卫星，而这些卫星资源都实行企业市场化运作，国家没有通信卫星资源的战略储备，遇到紧急状况时，只能主要依靠卫星运营企业的临时调拨，这种状况满足不了应急需求。

卫星宽带通信在宽带服务方面具有优势，在灾害发生时，可以提供实时的宽带多媒体信息，为灾区提供双向视频语音通信、新闻稿件和图片传输、灾区受损情况数据和图像传输等全方位的通信保障。此外，卫星宽带通信还可以实现远程教育、远程医疗和宽带上网等诸多业务，是地面宽带通信网络的一个重要补充，而我国目前还没有自主的宽带通信卫星。

目前的现状是：国内的卫星通信系统大多为行业专网、商业网缺乏扶植，各地没有备用系统，在出现自然灾害等突发事件时，缺乏机动性、灵活性……

卫星通信系统建设要步入“快车道”

最近几年发生的“9·11”及印度洋海啸，伦敦地铁恐怖爆炸等突发事件中，卫星通信发挥了极其重要的作用。日本阪神大地震期间，灾区与外界的通信主要依靠各种移动卫星电话、卫星应急通信车和便携式国际海事卫星移动终端等设备。共有8颗日本国内通信广播卫星和多颗国际通信卫星投入救灾行动，在短期内建立起了应急通信系统，为灾民提供了卫星电话通信服务。美国卡特里娜飓风灾害救援行动中，多颗通信卫星“齐上阵”，以便供灾区使用。美国在灾后的评估报告中认为：在应急响应情况下，不能过分依赖地面通信系统，卫星通信是此时不可或缺的战略性资源。通信卫星在我国南方冰雪灾害和四川地震救灾活动中的应用再次证明，卫星通信系统是国家电信基础设施的重要组成部分，在国家应急救灾响应中具有不可替代的作用。为此，世界各国均对建立社会应急系统给予了高度的重视，特别是借助卫星，有线、无线等通信技术建立了专用通信系统，并配置卫星通信车，卫星移动电话、卫星导航和地理信息服务等专用系统设备，以保障在自然灾害、恐怖主义袭击等突发事件发生时的信息通信顺畅。

我国的卫星通信在防灾救灾事业方面的需求和现实之间所存在的差距，也对加快我国卫星通信系统的建设提出了客观需求。专家认为，加快卫星通信系统建设迫在眉睫。

建议之一：国家要高度重视，加快卫星通信系统建设。据有关资料显示，世界各国均对建立包括卫星通信在内的社会应急系统给予了高度的重视。国际上，航天大国均十分重视发展卫星通信技术。美国在“9·11”袭击和卡特琳娜飓风发生之后，针对如何更加紧密有效地整合卫星通信与地面通信网络，以提高第一响应能力，参议院举行了专门的听证会，呼吁为新的技术和网络建立基金，为第一响应建设新的通信网络，以应对未来新的灾害。

“9·11”袭击后，美国卫星通信广播电视的卫星资源使用量增长了3倍，卡特琳娜飓风使奥尔良地区60％的移动电话和70％的广播电台瘫痪，200万移动用户无法通信，而固定卫星通信、移动卫星通信和卫星广播电视却没有受到破坏，为救援和灾后重建提供了有力的支持。航天专家范本尧院士建议，国家要大力发展多用途的大容量通信卫星，建设由卫星固定通信、卫星移动通信和卫星宽带通信构成的我国卫星通信系统。

建议之二：国家主导，建设自主卫星移动通信系统。卫星移动通信具有能够充分发挥卫星通信灵活和覆盖宽的优势，是解决突发事件通信问题的有效手段。我国空间技术研究院有关专家建议，国家要从战略的高度，提高对卫星移动通信战略地位的认识，对卫星移动通信系统的建设资金给予大力支持，加速发展“S波段静止轨道卫星移动通信系统”，在大灾发生时，该系统能在第一时间实现快速响应，确保通信畅通。

建议之三：国家政策扶持，做好通信卫星资源的战略储备。由于卫星通信业具有投入大、产量小、科技含量高等特殊行业特点，离开政府的引导和支持，单纯依靠市场力量难以保证技术、业务创新及其发展。专家认为，国家用于战略储备的卫星通信资源不能完全靠市场化来解决，因此，国家应加强对卫星通信资源的战略储备，对卫星通信广播进行政策扶持和经济投入。

责任编辑兆然