环境减灾一号A、B卫星减灾应用

杨思全 范一大 李素菊 王兴玲 吴玮 聂娟 和海霞 王平 刘明贾丹

（1民政部国家减灾中心 2民政部信息中心 ）

1 前言

环境与灾害监测预报小卫星星座规划由4颗光学卫星和4颗合成孔径雷达卫星组成，具有大范围、全天候、全天时、动态的灾害监测能力，是我国继“气象”、“海洋”和“资源”之后的第四大民用卫星系列。2008年9月6日，环境与灾害监测预报小卫星星座A、B（简称环境减灾一号A、B，HJ－1A/B）2颗光学小卫星通过“一箭双星”方式成功发射，迈出了该星座建设的第一步，标志着我国自然灾害监测和损失评估有了稳定的数据支撑。作为环境减灾小卫星星座牵头业务部门的支撑单位，国家减灾中心主要负责HJ－1A/B卫星的运行管理和减灾应用业务体系建设工作。

10年来，国家减灾中心建立了运行管理队伍，开发了运行管理平台，建立了运管值班制度，精心组织卫星运行管理工作，合理安排卫星观测任务，在满足各类用户的基础上，尽可能使卫星使用效益最大化。

在卫星减灾应用方面，经过10年的发展，HJ－1A/B这2颗卫星已被完全纳入我国防灾减灾救灾决策业务体系，成为防灾减灾救灾决策重要的数据源。同时，在HJ－1A/B卫星的支撑下，国家灾害遥感监测业务体系已经初步建成，灾害遥感监测业务模式、工作规程、标准规范、产品体系与服务模式也已形成，并逐步完善。HJ－1A/B卫星的应用，也大大带动了全国省级减灾中心灾害遥感监测业务的发展。

2 灾害遥感业务体系

HJ－1A/B卫星减灾应用的10年，也是我国灾害遥感业务体系建立与发展的10年。在HJ－1A/B卫星数据的支撑下，国家减灾中心建立了较为完善的灾害遥感业务体系，实现了灾害遥感业务从无到有并逐步完善的过程。目前，灾害遥感业务体系已初步形成，并已经成为国家防灾减灾救灾决策中不可或缺的重要技术支撑手段。根据救灾部门决策需求，灾害遥感业务体系主要包括数据机制、业务模式、业务规程、产品体系、标准规范和服务模式等。

一是建立了日常监测和应急监测两种业务模式。根据自然灾害发展过程和防灾减灾救灾决策工作，为了充分发挥卫星遥感的技术支撑作用，国家减灾中心建立了灾害日常监测和应急监测两种业务模式。其中，日常监测业务主要是指在灾害事件未发生之前，利用遥感技术开展全国、区域遥感影像数据库建设，以及对灾害特征参数和指数的监测与分析，为灾害风险识别、评价分析提供数据支撑，尤其是对高风险区重点目标的持续监测，是开展防灾备灾重要的技术支撑。应急监测业务是指在灾害事件发生后，快速制定卫星观测计划，利用卫星遥感数据，开展灾害影响范围和房屋倒塌、道路损毁、基础设施毁坏、农作物受灾等损失实物量的监测，开展滑坡/泥石流等地质灾害监测、森林火点识别、过火面积监测、积雪覆盖面积监测、灾区恢复重建进度监测等，是灾害损失快速与综合评估重要的数据保障，为应急救助和恢复重建方案的制定提供重要支撑。10年来，HJ－1A/B卫星的应用，为灾害遥感业务模式的探索和建立提供了重要的数据保障。

二是建立了灾害遥感监测业务工作规程。作为国家减灾救灾业务支撑单位，国家减灾中心的主要职能就是利用科学技术开展决策支撑工作。作为重要的技术手段，灾害遥感业务的建设出发点和落脚点都是决策支持，也就是业务能力的转化和建设。10年来，在HJ－1A/B卫星应用的基础上，国家减灾中心探索出了灾害遥感技术与业务思路，并结合国家救灾应急响应工作规程，以及卫星遥感的技术特点，建立了灾害遥感监测业务工作规程，制定了《应对突发性自然灾害空间技术响应工作规程》。根据灾害影响范围和受灾情况，该规程包括四个响应级别，每一级的响应对使用的遥感数据类型、需要的基础数据、处理的技术流程、制作的决策产品和产品服务发布，以及人员分工等都做了非常详细的说明。该规程的制定，一方面规范了灾害遥感业务工作，也为固化灾害遥感业务工作提供了基本依据和保障。

三是建立了灾害遥感业务产品体系。根据卫星遥感技术特点，灾害遥感业务应该包括灾害的全过程。作为灾害遥感业务建设的第一手数据源，国家减灾中心结合灾害管理全过程，应用HJ－1A/B卫星数据，探索建立了灾害遥感业务产品体系，该体系主要包括本底影像产品、灾害特征参数产品、灾害损失实物量评估产品、灾害恢复重建监测产品和应急救助监测产品等五大类一级产品。

灾害遥感业务产品体系

四是制定了灾害遥感业务标准。国家减灾中心在总结HJ－1A/B卫星数据减灾应用的基础上，组织编制并成功申请了国家标准《自然灾害遥感专题图产品制作要求》（GB/T 28923-2012），包括《分类、编码与制图》《监测专题图产品》《风险评估专题图产品》《损失评估专题图产品》和《救助与恢复重建评估》五部分。业务工作中，研究建立的相关算法模型也成功申请了国家发明专利，主要包括《一种基于减灾小卫星的雪灾遥感监测模拟评估方法》《一种区域旱灾风险估计方法》《一种划分洪灾风险等级的方法及装置》等。

五是带动了地方遥感应用工作。为充分发挥卫星应用效益，借助HJ－1A/B卫星数据和产品服务，建立了“横向到边、纵向到底”的部省合作模式，带动了地方灾害管理部门的空间技术减灾业务发展。通过国家－省级灾害救助会商演练和国家级示范项目的组织实施，构建完善了国家－省级示范体系，带动了地方空间减灾应用系统建设，提高了地方灾害管理部门卫星减灾的应用水平。同时，积极开展面向地方灾害管理部门的技术咨询、数据与产品服务工作，累计向10余个省提供20000余景的HJ－1A/B/C卫星数据，分发了洪涝、旱灾、雪灾、森林草原火灾、海冰、冰凌、溢油等监测产品，拓展了空间信息技术在地方减灾救灾领域应用的广度和深度。

六是建立了跨部门和国际卫星数据获取机制。在灾害遥感业务体系中，数据是基础和保障。灾害发生后，如何快速获取有效的观测数据，对于提高防灾减灾救灾效率至关重要。目前，除了HJ－1A/B卫星数据之外，国家减灾中心与国内相关单位建立了稳定的遥感系列卫星数据获取和使用机制，遥感系列卫星数据已经成为灾害发生后第一时间可获取的卫星数据。作为国家高分重大专项的重点应用示范领域，国家减灾中心承担着高分卫星减灾应用示范工作，随着高分卫星数量的增加，高分数据已经成为灾害应急监测的重要数据源。在商业卫星方面，国家减灾中心与北京21世纪公司具有长期的业务合作，北京一号、二号卫星数据在灾害应急中多次被使用，并作为重要数据源纳入灾害遥感业务。国家减灾中心是空间与重大灾害国际宪章（CHARTER）机制的授权用户和经理单位，在该机制的框架下，可以免费获取其他国家高分辨率的卫星遥感数据。

3 典型减灾救灾应用

国家减灾中心紧密围绕国家减灾与应急工作需求，依托卫星减灾应用系统，建立了数据级、参数级、应用级和决策级等多层次产品，为国内外灾害管理部门提供了及时有效的减灾救灾决策支持服务。

本底影像产品生产

灾害本底影像产品是开展灾害风险和损失监测与评估的基础，也是直观地为决策者和社会公众在第一时间提供灾害发生地点、时间、等级等基本信息的基础。在本底影像图的基础上，可以叠加灾害风险及影响范围和居民地、人口、房屋、道路等承灾体分布信息，为开展灾害风险分析和损失评估提供重要的数据保障。HJ－1A/B卫星是制作全国本底影像产品的重要数据源。

灾害特征参数反演

灾害特征参数能反映灾害的成因特征、时空特征、结构特征和发展过程特征，通常依据植被、水体、雪等地物光谱特征，对无序、随机、多样的自然灾害特征进行定量化、有序化、规律化、简单化的理论抽象和表达，是灾害风险评估、监测、损失评估的基础。基于HJ－1A/B卫星数据可开展植被指数、净初级生产力、水体指数、雪被指数等灾害相关参数反演。

甘肃省张掖市绿洲2009年5月与7月净初级生产力对比图

灾害监测

灾害监测是根据遥感影像的纹理信息和光谱信息，采用目视解译、识别分类、变化检测等方法开展受灾范围、倒损房屋、损毁道路、受灾农作物、损毁基础设施等灾害目标识别，服务于灾害救援和救助工作。根据HJ－1A/B卫星的分辨率特点，国家减灾中心探索开展了灾害监测业务，并建立了相关的业务产品。

（1）融雪性洪涝监测

2016年6月新疆阿勒泰市融雪型洪涝灾害范围监测图

融雪型洪涝是指由积雪融化而形成的洪涝。卫星遥感技术具有直观、客观、快速的优势，在融雪型洪涝灾害范围监测和实物量损失监测方面发挥着重要的作用，特别是在升温型、融雪型洪水发生时，光照条件较好，卫星能够获得灾区大量有效的遥感图像数据。

（2）洪涝灾害监测

洪涝灾害是我国发生最频繁、造成损失最严重的灾害之一。HJ－1A/B卫星数据可用于洪涝范围识别、实物量损失监测、洪涝趋势分析等。

2018年7月内蒙古乌拉特前旗南昌村附近洪涝范围监测

（3）滑坡/泥石流灾害监测

滑坡/泥石流损毁房屋造成人员伤亡，损毁道路造成交通中断，堵塞河道形成堰塞湖，这些灾害严重威胁灾区人民的生命财产安全。HJ－1A/B卫星数据可用于监测滑坡/泥石流位置，辅助开展滑坡/泥石流空间分布和影响分析。

云南省鲁甸县6.5级地震震区堰塞湖卫星影像图

（4）旱灾监测

旱灾是一种频繁发生的严重的自然灾害。HJ－1A/B卫星数据可以用于旱灾范围识别、水体面积变化估算、作物受灾面积估算。

西藏干旱监测图（HJ－1A卫星高光谱数据）

（5）雪灾监测

雪灾是由于大量的降雪与积雪，对牧业生产及人们日常生活造成危害和损失的一种气象灾害。HJ－1A/B卫星数据可以用于积雪范围识别和面积估算。

内蒙古东北部积雪覆盖变化图

（6）森林草原火灾监测

森林草原火灾对林牧业生产及森林、草原生态环境有巨大破坏力。HJ－1A/B卫星数据具有获取效率高、直观性强、监测面积大等特点，可用于火点识别和过火面积估算。

2012年3月云南省玉溪市易门县火灾遥感监测图

（7）海冰监测

海冰是一种严重的海洋灾害，会导致大量养殖海产品因缺氧死亡，还会严重影响港口设施、油气勘探等海上工程设施和海上航运，导致石油平台倒塌、船舶受损、航运受阻等，威胁资源财产和人身安全。HJ－1A/B卫星数据可用于海冰面积估算、海冰外缘线估算。

渤海海冰监测图

（8）冰凌监测

冰凌是较高纬度地区大江大河特有的自然水文现象。我国北方地区的河流每年在冬季的封河期和春季的开河期常有冰凌灾害发生，其中以黄河流域和东北地区松花江、黑龙江流域较为严重。HJ－1A/B卫星数据可用于监测冰凌的产生、发展、消融全过程。

冰凌发展关键期遥感监测图

（9）溢油监测

海上溢油是最常见的海洋污染之一，溢油通常是由事故引起，如船舶碰撞、翻沉、海上油井平台和输油管道的破裂、海底油田开采泄漏。利用HJ－1A卫星数据可以进行溢油发生检测、油膜面积信息提取，还可以根据不同油膜的波谱特征，判断油的种类，探测油膜厚度，并对油的扩散方向进行探测。

渤海溢油遥感监测图

灾害损失评估

灾害损失评估是基于遥感影像开展不同行政等级和相应的实物量损毁状况评估，以及空间分布分析与评价，主要包括开展灾害影响范围、房屋倒损、道路损毁、基础设施损毁等损失评估，是开展灾害应急救助与处置的重要决策依据。根据HJ－1A/B卫星的分辨率特点，国家减灾中心在综合应用其他高分辨率卫星和无人机数据的基础上，探索开展了灾害损失实物量评估业务，并建立了相关的业务产品。

（1）灾害范围评估

灾害范围评估综合考虑致灾强度、灾情严重程度和灾害造成的影响等因素，构建灾情指数（DI），根据灾情指数突变点，对灾害影响范围进行分等定级，确定极重灾区、严重灾区、一般灾区、影响区等。

舟曲特大山洪泥石流灾害范围评估图

（2）灾害损失实物量评估

实物量损失评估是综合评估的基础和依据，重点对房屋、基础设施、农业等实物直接损失进行全面评估。

青海省玉树县结古镇房屋倒损评估图

恢复重建监测

恢复重建是在灾害综合评估的基础上，开展灾民过渡性安置、依据灾后恢复重建规划开展住房建设、基础设施建设、公共服务设施建设、防灾减灾和生态修复、土地利用恢复等。遥感数据高频次成像、低获取成本、内容综合客观的特征，可用于生态恢复重建监测，为后续防治规划提供科学的数据支撑。

黑龙江省逊克县森林大火灾后恢复监测评估

4 国际服务和培训

HJ－1A/B卫星发射后，国家减灾中心积极开展快速制图国际服务工作，建立了快速制图框架，实现从数据需求提交、观测方案制定、数据预处理、灾害信息提取、灾害专题制图到决策支持服务的一体化制图。应外国政府及国内外相关机构的请求，先后针对澳大利亚火灾、海地地震、缅甸洪涝、委内瑞拉洪涝、“非洲之角”旱灾等30余场国外重大自然灾害提供灾害专题产品服务，服务对象扩大到全球6大洲20多个国家，灾害种类涵盖火灾、地震、干旱、台风、洪涝等主要自然灾害，得到了相关国家及国际组织的高度评价，称赞我国卫星数据和产品及时有效。基于环境减灾卫星系统的全球灾害监测服务，用事实宣传了我国和平利用外层空间的政策和承诺，增进了我国与受援国间的友好关系，成为我国“减灾”外交的重要纽带和桥梁。

在国际培训服务方面，借助国际减灾旱灾风险中心、联合国灾害管理与应急反应天基信息平台（UN-SPIDER）北京办公室、亚太空间合作组织（APSCO）等渠道，与相关国家和国际组织建立双多边灾害快速制图技术与产品服务合作，举办了“亚非利用空间技术开展干旱监测与评估能力建设”、“地震遥感监测与评估”、“空间技术用于洪水和干旱风险评估与制图”等多个培训班，累计培训了500多位政府官员和技术人员，对提高相关国家灾害风险管理能力产生了积极影响。

2015年8月缅甸洪涝灾害遥感监测图

2009年2月澳大利亚森林火灾遥感监测

5 结语

目前，HJ－1A/B卫星已在轨运行10年，是我国民用卫星中在轨稳定运行时间最长的卫星，为灾害遥感监测提供了时效性高、时序性强、覆盖面广、稳定性强、类型丰富的海量数据。业务应用实践表明，HJ－1A/B卫星基础数据、应用产品、算法模型和应用系统有效支撑了国家防灾减灾救灾决策，有效满足国际灾害应急服务，有序带动地方和相关部门业务发展。为延续环境减灾卫星工程建设过程中形成的需求引领、科技创新和业务驱动的卫星应用模式，接替已超期服役的HJ－1A/B/C星，按照《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015－2025年）》，将在“十三五”期间发射2颗光学卫星和2颗雷达卫星，已分别于2016年和2017年完成立项。

2018年3月，应急管理部的成立对卫星应用提出了更高要求。针对新任务需求，今后将进一步拓展应用方向，从之前单一支撑自然灾害向全面支撑应急管理业务转变，满足防灾减灾、安全生产、应急救援的新业务、新需求；进一步转变工作思路，从灾后观测分析向灾前防范预警转变，提早发现风险隐患点，充分挖掘卫星遥感数据潜力。