支持国际灾害救援，贡献中国航天力量<br/>——“空间与重大灾害国际宪章”实施20周年

支持国际灾害救援，贡献中国航天力量
——“空间与重大灾害国际宪章”实施20周年

2020-12-23王志刚

卫星应用 2020年11期

文|王志刚

1.空间与重大灾害国际宪章中国国家航天局执行秘书 2.中国资源卫星应用中心

一、引言

2020年10月20日是“空间与重大灾害国际宪章”（International Charter Space and Major Disasters，以下简称“宪章”）成立20周年纪念日。

2000年10月20日，欧洲航天局（ESA）、法国国家空间研究中心（CNES）与加拿大航天局（CSA）共同签署了《空间与重大灾害国际宪章》，并于2000年11月1日起正式生效，旨在通过免费提供卫星数据，为灾害监测和减灾、救灾行动提供支持。目前，“宪章”已发展成为一个由17个成员机构组成的全球合作组织（如表1所示），并已有67个国家通过广泛获取数据机制直接加入。截至2020年10月，“宪章”已启动675次，为全球126个国家的重大灾害应对提供了有力支持。

表1 “宪章”成员及其卫星资源（不完全统计）

续表1

2007年5月24日，中国国家航天局成为“宪章”的正式成员。当我国发生重大灾害时，可无偿获取其他成员国提供的卫星数据，及时监测和评估灾害情况。2007年以来，“宪章”组织为我国减灾救灾赢得大量国际支援，补充了我国长期以来缺少的雷达卫星和高分辨率卫星数据源，截至2020年9月，我国正式启动“宪章”应急请求共计27次。同时，我国也多次响应“宪章”请求，先后为澳大利亚森林火灾、日本地震海啸等提供大量卫星遥感数据，共计为30多个国家提供卫星数据500余景。

目前，“宪章”成员在轨运行的61颗卫星中，我国政府提供了GF-1、GF-2、GF-3、GF-4、CBERS-04、FY-3C等6颗值班卫星，是值班卫星数量较多的国家。2021年，二十一世纪空间技术应用股份有限公司、长光卫星技术有限公司、珠海欧比特宇航科技股份有限公司3个商业卫星公司将在中国国家航天局的统一管理下，为“宪章”提供免费的应急减灾数据服务。

二、自然灾害响应

1.洪水和滑坡灾害监测

2000年11月，斯洛文尼亚发生山体滑坡，“宪章”首次启动。截至2020年5月1日，在“宪章”响应的651次启动活动中，洪水灾害316次，山体滑坡27次，二者占启动总数的53%。发生洪水和山体滑坡后，确认受灾建筑的位置对灾难救援和灾后重建非常重要。救援人员可以借助卫星影像绘制受灾区域地图并评估损失。

2020年1月，巴西伊科尼亚河流域因强降水发生洪水灾害，在河道沿岸引发了山体滑坡。“宪章”提供的Pleiades卫星2020年2月1日拍摄的影像显示，伊科尼亚市的6座桥梁中，有4座桥梁毁于山体滑坡导致的泥石流（图1）。巴西政府借助卫星影像进行了恢复重建。

图1 伊科尼亚市洪水灾害示意图

2019年6月，俄罗斯伊尔库茨克州的伊亚河发生洪水灾害。“宪章”结合Kanopus-V和CBERS-04卫星在洪灾前后拍摄的影像制作了洪灾地图，图2中蓝色标示区域为图伦市被洪水淹没的房屋和建筑。俄罗斯应急控制部利用“宪章”提供的卫星数据和绘制的受灾图，展开救援行动，进行灾害评估并规划灾后重建工作。

图2 图伦市洪水灾害示意图

2.气旋和海浪灾害监测

近年来，气旋和海浪灾害的发生频率不断增加，对世界各国发展带来了巨大威胁。2002年10月，由于墨西哥伊西多尔飓风，“宪章”首次启动了气旋灾害救援活动。2004年印度洋海啸发生后，“宪章”首次启动了海啸灾害救援活动。此后，“宪章”针对气旋和海浪灾害启动多次救援活动，展现了光学卫星数据和雷达卫星数据对风暴灾害引发后果的评估价值，即利用中分辨率卫星数据识别受灾地区，利用超高分辨率卫星数据进行灾害评估。

2013年11月，台风“海燕”（5级气旋）创下了登陆最高风速315km/h的纪录，这是菲律宾有史以来最具破坏性的台风灾害。通过“宪章”提供的高分辨率卫星数据，可快速识别基础设施和房屋的损毁程度，帮助当局对灾害做出有效反应。图3为基于WorldView-2卫星影像制作的菲律宾奥尔莫克市受损建筑示意图，图中红色部分为已损毁的建筑，黄色部分为可能被损毁的建筑。

图3 奥尔莫克市受损建筑示意图

2004年12月发生的印度洋海啸对14个国家造成了严重影响，引发了3次由不同组织分别启动“宪章”支持救援的活动。图4为“宪章”提供的图片，显示了印度洋海啸造成的损害程度。卫星数据资料被印度尼西亚、泰国、斯里兰卡、印度等国家广泛用于灾害救援工作。

图4 印度洋海啸损害程度示意图

3.地震与火山灾害监测

2001年，“宪章”第一次启动了地震和火山救援协助服务。截至2020年5月1日，“宪章”共计响应了69次地震救援活动和37次火山爆发救援活动。在各种启动“宪章”的灾害救援协助事件中，地震灾害占比11%，火山灾害占比6%。

2018年5月3日，位于美国夏威夷岛的基拉韦厄火山喷发，同时引发了数千次小地震。美国地质调查局利用“宪章”提供的卫星数据资料进行灾害评估，如使用Sentinel-1B、RadarSat-2、TerraSAR-X、KOMPSAT-5和ALOS-2卫星的合成孔径雷达（SAR）数据绘制火山内部活动图等。如图5所示，利用RadarSat-2卫星影像，识别出一条裂缝（红点处）和熔岩流。同时，利用光学卫星资源，包括WorldView-3、Sentinel-2、Landsat-8、UK-DMC-2、GF-2、Pleiades和LISS-III卫星数据制作灾害评估图。图6为Sentinel-2卫星影像，可以清晰地看到处于活跃状态的熔岩裂缝，以及流向海洋的大量熔岩流。

“宪章”为本次火山喷发灾害提供了大量增值影像产品，共计绘制了60多张影像地图，为应急管理部门开展相关工作提供了有力支持。

图5 RadarSat-2卫星基拉韦厄火山活动监测图

图6 Sentinel-2卫星基拉韦厄火山活动监测图

三、工业灾难响应

除了自然灾害监测之外，“宪章”已对全球30余起工业灾难做出了响应，包括监测工厂、发电厂或其他大型基础设施发生的事故，以及搜寻失事的远洋船只或飞机等。例如，黎巴嫩贝鲁特港口爆炸事故（2020年8月）、毛里求斯漏油事件（2020年8月）、俄罗斯漏油事件（2020年6月）、巴西大坝倒塌事故（2019年1月和2015年11月）以及“深水地平线”漏油事件（2010年）等。

1.漏油事件监测

2010年4月20日，半潜式钻井平台“深水地平线”发生爆炸，2天后沉入墨西哥湾。这场灾难被认为是美国历史上最严重的海洋石油泄漏事故。美国地质调查局代表美国海岸警卫（USCG）（负责处理海洋石油泄漏事故的授权联邦机构）启动了“宪章”。美国国家海洋与大气管理局卫星分析处担任项目经理，并负责绘制相关增值产品。

“宪章”提供的卫星图像可以观测漏油面积、追踪漏油的扩散路径并采取预防措施。在此次事故应对过程中，启用“宪章”的主要优势是能够获得SAR数据。美国国家海洋与大气管理局使用的SAR雷达卫星有Envisat、RadarSat、ALOS-1、TerraSAR-X。图7为井口井喷5天后，利用TerraSAR-X卫星雷达影像对漏油范围进行分析，图片显示漏油向北方和东北方向扩散。

图7 “深水地平线”漏油范围图

石油泄漏事故通常很难使用公开的卫星数据绘制分布情况图，因为这要求卫星数据达到中等空间分辨率，甚至是高空间分辨率，造成卫星影像足迹相对较小、重访频率相对较低的情况。“宪章”卫星群能够有效解决卫星覆盖范围和重访时间的矛盾，从2010年5月17日起，美国国家海洋与大气管理局每天利用所有可获得的卫星影像合成当日石油泄漏轨迹图，如图8所示。

图8 利用卫星影像合成的石油泄漏轨迹图（2010年5月22日）

2.失事飞机或船只搜救

搜寻和营救失事的远洋飞机或船只是“宪章”灾难响应的重要部分。2014年3月7日马来西亚航空公司MH370航班失联后，中国国家航天局紧急启动“宪章”，协调多国卫星资源支持搜救工作，共获取了多国卫星数据近700景，开创了“宪章”进行失联飞机、船只搜索的先河。在此次全球热点事件中，美国数字地球公司（DigitalGlobe）发起了一项利用遥感影像寻找失联飞机的活动，超过200万名志愿者研究了该地区的卫星图像，发现了可能由于飞机坠毁造成的可疑碎片和漏油等，大大提升了“宪章”的知名度，并向全球民众普及了遥感卫星用于减灾救灾的魅力。此后，“宪章”对多起失事飞机或船只搜救进行了响应，如2015年埃及飞机失事、2017年11月阿根廷潜水艇搜救、2018年2月伊朗飞机失事等。特别是2015年的埃及飞机失事后，普通民众从电视上看到了失事飞机残骸在地面散落的卫星影像，由此推测出飞机有可能是在空中解体。

四、中国贡献与日俱增

随着我国遥感卫星数据质量的提高，“宪章”对我国遥感数据（特别是高分系列卫星数据）的需求呈上升趋势。近三年来，我国卫星对“宪章”的响应年均超过15次，年均提供数据大于100景。以服务南美洲地区为例，自2019年至今，中国国家航天局为南美洲和加勒比地区国家提供卫星影像10余次。

2019年9月20日，巴拉圭遭遇火灾，数十万公顷森林被破坏，两百多位当地志愿者和消防人员投入火灾救援中。中国国家航天局向巴拉圭提供GF-1卫星影像，帮助当地开展火灾救援。图9中的红点为9月27日的火点位置信息。

图9 巴拉圭火灾示意图

2020年6月2日，热带风暴“阿曼达”袭击了中美洲地区，导致萨尔瓦多共和国洪水泛滥。在新冠疫情肆虐、该国人力资源极其短缺的情况下，中国国家航天局及时向该国提供了GF-3卫星图像和灾害评估影像，帮助当地政府抗洪救灾。如图10所示，通过2019年12月12日和2020年6月6日的GF-3卫星影像对比可以看出，该地出现了较大范围的新增水体。