最高“天眼”引发遥感应用领域革命——访高分四号卫星总指挥兼总设计师李果

高分四号卫星（GF-4）于2015年12月29日发射升空，2016年1月5日发回首幅图像。该卫星是我国乃至世界上第一颗在静止轨道分辨率进入百米的光学遥感卫星，填补了我国乃至世界高轨道高分辨率光学遥感卫星的空白，意义重大，对促进我国发展“高空间分辨率和高时间分辨率”相结合的光学遥感系统具有开创性意义。近日，《卫星应用》编辑部就高分四号卫星应用采访了卫星总指挥兼总设计师李果。

高分四号卫星引发遥感应用“革命”

《卫星应用》：请介绍高分四号卫星的特点和意义，及其在高分专项工程中的地位。

李果：高分四号卫星的特点概括起来为“两高一大”：第一高指的是空间分辨率，高分四号卫星采用700mm口径载荷，可在36000km轨道上实现50m分辨率，实现了静止轨道遥感卫星成像分辨率从千米级到百米级的技术跨越；第二高指的是时间分辨率高，高分四号卫星在静止轨道不受过境时间的限制，同时采用面阵凝视成像体制，就像是时刻悬在头顶的监视器，具备分钟级任务响应能力和秒级重复观测能力，开辟了我国遥感应用新领域；一大指的是单景幅宽大，高分四号卫星相机配置大规模面阵CMOS探测器和大规模面阵红外探测器，结合其静止凝视成像特点，大大提高了数据获取效率，大幅宽的凝视成像方式可以更快速准确地反映出大区域变化的地物发展特征，可有效实现区域监察、区域监督的作用。

高分四号卫星作为我国国家科技重大专项“高分辨率对地观测系统”首批启动的研制项目之一，是我国乃至世界上第一颗在静止轨道分辨率进入百米的光学遥感卫星，填补了我国乃至世界高轨道高分辨率光学遥感卫星的空白，意义重大。该卫星所取得的成就，开启了我国地球同步轨道光学遥感卫星的新纪元，同时也为提高我国对地光学遥感观测能力和水平提供了一个非常重要的技术手段，对促进我国发展“高空间分辨率和高时间分辨率”相结合的光学遥感系统具有开创性意义。

《卫星应用》：高分四号卫星投入运行以来，创造多个国际/国内第一，请您介绍一下高分四号卫星的应用进展，并总结一下高分四号卫星应用特点。

李果：高分四号卫星于2015年12月在西昌卫星发射中心成功发射，投入业务运行以来，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、环保、国土和水利等行业以及国防建设提供遥感数据支持，获取了大量的高时效性的我国及周边区域的可见光、多光谱、红外图像，多次出色完成了对飓风、林火、洪水、雾霾等自然灾害和极端天气现象的快速响应、持续监测，为主要用户推送数据产品近35五万余景，使我国首次具备了小时级的应急图像推送能力，极大地满足了用户对应急图像的需求，经济价值和社会意义重大。

高分四号卫星应用特点可概括成四点：“观测模式多、响应速度快、观测频次高、影像幅宽大”。

观测模式多，是指高分四号卫星具有普查、凝视、区域、机动巡查 4 种主要观测模式，不同观测模式在各领域具备不同的应用方向和目的。普查模式重点应用于日常监测。区域模式用于针对特定较大区域现象的快速数据采集。凝视模式重点面向影响范围较小且变化速度较快的各行业现象监视。机动巡查模式则重点针对多关注事件及现象并发情景，可同时针对3个以上离散重大事件及现象开展交替式监测。

响应速度快，是指高分四号卫星依托其地球同步轨道优势，可随时接收指令、开机拍摄、下传数据，具备突发事件当天申请观测、当天开机拍摄、当天获取数据、当天完成监测产品的能力，有效支撑应急监测任务需求。

观测频次高，是指高分四号卫星相机采用面阵CMOS探测器和面阵红外探测器，可对同一目标进行重复观测，获得秒级高时间分辨率遥感影像。

影像幅宽大，是指高分四号卫星数据有效幅面达到了400 km×400 km，相当于一次性获得一个河南省的图像，使用方便。

《卫星应用》 ：高分四号卫星是如何在包括防灾减灾、气象、环保等方面发挥高轨、高分遥感的优势，请谈谈您的认识？

李果：高分四号卫星以其响应速度快、观测频率高、覆盖范围广的优势，在洪涝、干旱、森林草原火灾等灾害监测中发挥了重要作用。例如，针对2016年6月江西省上饶市鄱阳县滨田水库泄洪道河堤（滨田河）出现堤身溃口，高分四号卫星快速获取数据，准确提取洪涝淹没范围，并在随后持续跟踪灾害范围变化。2018年8月，山东省潍坊市寿光县弥河出现决堤，当天紧急申请并获取高分四号卫星观测数据，迅速开展灾害范围监测工作。2016年7月，湖北汉江流域发生严重洪涝灾害，高分四号卫星数据仅利用2景数据完成了灾区全覆盖，有效提取了洪涝灾害动态范围。2018年6月初，大兴安岭发生2起严重森林草原火灾，在前期充分发挥中波红外优势，准确识别火势变化，在火灾扑灭之后，采用可见光近红外数据准确识别火烧迹地，服务于损失评估工作。

高分四号卫星在气象监测应用中对中小尺度天气监测、台风监测和环境监测均发挥了重要作用。50m空间分辨率的图像可以提供台风云结构及其演变的精细化动态信息，特别是对台风眼区的监测，可以弥补目前在轨气象卫星空间分辨率不够高的缺点，为台风定位增加新的分析依据。

此外，高分四号卫星在海洋、环保等领域有着广泛的应用，应用案例告诉我们，高分四号卫星响应速度快、观测频次高的特点带来了遥感应用的一次革命，让我们能够更加系统地研究快速变化现象，如台风、森林火灾等，甚至是目标跟踪。

大力拓展高轨高分卫星应用领域

《卫星应用》：高分四号卫星投入运行两年多来，带来哪些应用启示？

李果：随着高分四号卫星逐渐在轨应用，在取得系列成果的同时，汲取成功经验探索未来发展。对于静止轨道高分辨率光学遥感卫星的发展和应用启示谈谈以下几点：

一是静止轨道更利于开展地物辐射特性研究。

无论是军事遥感目标侦察和民事地物目标分类，遥感数据应用的基础层面均需要研究目标的辐射特性及变化规律。静止轨道光学遥感卫星在轨成像的辐射条件全，且呈连续变化，地物丰富，对开展不同辐射条件下的地物反射特性分类研究极为有利，其结果可做为静止轨道乃至其他所有光学对地遥感器的设计依据和参考，提高遥感系统设计的针对性，提高源头图像产品质量。

二是针对实时成像监视系统开展监测需求研究，可有效提高全链路效能。

高分辨率静止轨道光学遥感图像识别度高，影像实时性好，但是并不是拍摄频次越高越好，应根据不同分辨率水平、不同目标特性开展动态变化监测需求精确分析研究工作，合理配置遥感系统能力，合理进行任务规划，保证有效监测的同时节约卫星及地面数据链路资源。

三是与未来遥感卫星配套的数据应用系统效能有待进一步提高。

从发展的眼光看，世界各国静止轨道高分辨率光学侦查与监视卫星呈井喷趋势，我国该方面的需求也非常旺盛，未来对于海量数据的地面高速传输、处理与应用效能的提升至关重要，将逐渐从目视识别的使用方式衍变为数据提取与分析的应用方式，由此对于星上数据结构设计、星上实时数据解析以及数据分发方式等均带来新的思考。

四是静止轨道一专多能、打配合战优势有待进一步放大。

地球静止轨道卫星具有长期驻空的特点，2—3颗高轨卫星的组网运行，其覆盖可达到半球或接近全球，对更大有效区域的信息获取、实时监视和立体数据网络建设上都有着重要的意义。未来多星组网，高高配合、高低配合，提升系统综合能力和协作程度，充分发挥静止轨道一专多能优势作用，实现空间资源应用效能最大化提升必将成为重要趋势。

《卫星应用》：在未来，您认为应如何进一步拓展高轨高分卫星应用领域？

李果：我们认为可将静止轨道高分辨率光学成像卫星技术的发展分阶段来考虑和安排：在地球静止轨道实现分辨率50m可以作为第一阶段的目标，随着高分四号卫星的发射，该目标已成功实现；在地球静止轨道实现分辨率15m可作为第二阶段的目标，预计2020年目标可成功实现；在地球静止轨道实现分辨率3-5m可以作为第三阶段的目标，相机主镜口径规模已达到3-4m，可以说达到了整体口径相机技术的顶峰，下一阶段需采用其他成像体制；在地球静止轨道实现分辨率1-2m可作为第四阶段的目标，可采用分块可展开成像体制、量子成像体制或薄膜衍射成像体制等。

此外，随着卫星技术在国民经济领域显现出越来越重大的作用，海洋、环保、气象、农业、林业、水利、交通、国土、城市监测等各个部门都从自身需要提出了天基信息服务和信息消费的应用需求。在未来，我们会进一步丰富静止轨道光学探测对象，满足更多行业的应用。

高分四号卫星后续应用尚需发力

《卫星应用》：您认为高分四号卫星现在的应用方面还有那些地方做的不足，可进一步挖掘、提升现有系统的潜在价值。

李果：高分四号卫星自发射以来以其独特的轨道和成像优势，为多个领域提供了重要数据支撑。但是，对照新时代应急管理的新任务、新要求，数据获取时效性、产品精度等方面仍需进一步加强，因此，高分四号卫星后续应用希望能在下面几个方面进行改进：

进一步优化运行管理机制。高分四号卫星具有较强的快速响应和高频次观测能力，但由于高分四号卫星从观测需求提出到数据推送至用户需要经历多个环节，数据时效性服务能力与数据成像能力尚不匹配。建议进一步优化观测计划与数据传输机制，提升数据的时效性。同时，由于受制于天气情况，数据获取有效性存在较大不确定性，建议构建数据有效性处理机制，根据实际成像情况，及时添加后续观测任务。

进一步加强定量应用。目前，高分四号卫星的定量化仍处于科研阶段，相关技术的业务应用程度仍存在明显不足，部分业务产品仍处于定性分析阶段，一定程度上影响了产品的服务能力。建议针对高分四号卫星特点，加强数据辐射定标工作与关键参数反演验证工作，并与实际业务紧密结合，从目标精度要求反推各级产品精度，构建高分四号卫星定量化应用精度指标体系。

进一步挖掘数据潜力，构建与低轨卫星系统化、体系化应用模式和技术体系，加强高分四号卫星与极轨卫星数据在任务观测、数据融合、信息挖掘等方面的协同应用，充分发挥其快速、灵活、高频观测优势，依托大数据、人工智能等分析手段，构建基于高频次海量观测数据的信息挖掘技术。

发挥空间信息优势 提升应急响应能力

《卫星应用》：您认为在建设一带一路空间信息走廊中，高分卫星起到什么样的作用；在国际交流与合作中扮演怎样的角色。

李果：一带一路倡议为卫星应用的发展提供了良好的机遇，卫星应用也助力一带一路倡议的实施。空间信息走廊工程的建设离不开空间遥感信息的共享，高分卫星以空间信息融合应用助力经济发展与产业推广，以互联互通支撑国家倡议，发挥空间信息优势提升热点地区应急响应能力。以高分四号卫星为例，其可有效实现一带一路沿线国家大范围观测需求，定期形成一带一路重点区域高分四号卫星影像图；可为一带一路沿线国家和地区提供应急响应数据，更好应对防灾减灾。

目前，高分四号卫星应用在国际上产生了很好的反响，有学者开展了高分四号卫星数据在近海悬浮物和绿潮灾害监测中的应用研究，并与准同步的静止轨道水色卫星GOCI监测结果进行了对比分析，研究发现，宽波段的高分四号卫星与窄波段的GOCI具有相当的悬浮物浓度定量遥感反演能力，高分四号卫星所具有的高空间分辨率使其更加有利于绿潮面积的定量遥感提取。

《卫星应用》：民营航天企业发展势头日上，民营航天的发展对中国航天的发展有何影响，您认为“国家队”在这股发展大潮中应该扮演怎样的角色。

李果：在国家规范、有效的管理下，大力发展民营航天的发展，将使整个民族在大航天时代中处在有利地位。考虑到进军太空的巨大投入和严峻风险，作为“国家队”必须在大航天时代早期发挥先锋作用。

首先是组织实施一些高风险的探索活动，这是因为国家拥有更雄厚的资源，可以用更完善的措施来应对风险，探明风险所在，推动宇航飞行安全手段的开发与成熟，以此指导和规范民营航天活动的开展。

二是 “国家队”应当在商业航天等领域对安全运行方面发挥技术主导和指导作用，支持和协助相关执法部门的工作。如果商业航天充分开展起来，进入太空或者天地往返的飞行越来越频繁，这方面的责任就更为重大。

《卫星应用》：随着商业航天的发展，人才问题日益突出，您认为国有企业如何留住人才、用好人才。对于青年科研人员有什么样的话想说。

李果：随着航天技术的发展，无论是商业航天还是国有企业都将大有作为，但是我们不要忘了中国航天60年的发展历程，中国航天人始终自强不息，以顽强的毅力和惊人的意志，完全依靠自己的力量，大力协同、刻苦钻研、集体攻关，走出了一条具有鲜明中国特色的航天事业发展道路，培育了无比宝贵的航天精神。

这种精神属于一个时代，是时代精神在航天系统的最生动诠释。周恩来总理提出的“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”的方针，早已融入中国航天人的血脉之中，年轻人无论走到哪里都应该不忘初心、攻坚克难，将严慎细实的品质传承下去。